摘要：本文围绕化石原料开采、加工、裂解、聚合、注塑成型和废塑料处置六个环节，搭建了塑料全生命周期碳排放核算体系。以2018年我国塑料生产、消费和处置为例进行核算，结果表明塑料全生命周期碳排放量约占全国碳排放总量的4.7%。从排放环节来看，裂解和聚合是碳排放最高的环节，约占总排放量的55%。从生产路线来看，基于煤炭为原料的生产路线碳排放最高，约是基于原油和天然气为原料的生产路线的1.5倍。废塑料物理回收路线的碳排放最低，仅为1.5吨CO2/吨，具有显著的低碳优势。我国塑料行业要推进全产业链低碳转型，应瞄准终端需求减量、能源结构低碳化、废塑料回收利用水平提高等方面，加快建立塑料循环经济。
关键词：塑料，全生命周期，碳排放，核算
塑料是人类经济社会必不可少的工业材料，生产原料来自煤炭、石油、天然气、页岩气等化石原料，经过加工制造成高分子材料或塑料制品，进入包装、汽车、建筑、电子电器等终端消费部门。我国是全球最大的塑料生产国和消费国，产量约占全球的三分之一，消费量已超过1亿吨，远超美国、欧盟、日本等发达国家，且需求还在持续增长。塑料全生命周期都会产生温室气体排放，其中石油精炼裂解是碳排放最密集的环节之一，环境中废弃的塑料垃圾也会持续释放甲烷[1]。在全球应对气候变化的背景下，如何开展塑料碳排放核算引起国内外广泛关注。目前的研究大多是以某一类型的合成树脂或塑料制品为研究对象[2-4]，分析方法也各不相同，缺乏宏观层面的分析和统一的核算方法。我国塑料生产具有原料来源多元化、原料进口规模大、生产环节多且工艺复杂的特点，相比于国外具有更高的碳核算难度。因此，需要根据我国塑料生产、消费、处置特点，搭建塑料全生命周期碳排放核算体系，并识别重点排放单元，探寻碳足迹相对最小的生产消费策略，从而为“双碳”战略实施提供决策支持，也为应对国际塑料公约谈判提供基础支撑。
一、塑料碳排放核算的必要性
（一）全球塑料公约要求对塑料进行全生命周期管理
2022年3月2日，第五届联合国环境大会第二阶段会议（UNEA-5.2）达成题为《终结塑料污染：迈向具有法律约束力的国际协议》的决议，强调采用全生命周期的方法对塑料进行管理，涵盖原材料生产、塑料制品设计、制造、处理等环节。同时，设立一个政府间谈判委员会（INC），并计划在2024年底之前形成具有法律约束力的协议草案，标志着塑料治理进程正式启动。2022年11月28日至12月2日，INC第一届会议在乌拉圭举行，就会议议程、议事规则、关键要素等进行了磋商。在关键内容上，部分国家提议将塑料生命周期划分为上游、中游和下游阶段。其中，上游阶段主要包括化石原料开采、替代原料生产、石化原料生产加工；中游阶段包括塑料产品设计和制造、销售、使用和再利用；下游阶段包括维修、回收、处理等。未来塑料公约要求的管理边界可能是从摇篮到坟墓，需要从全生命周期的角度对塑料产业链进行系统性变革。
（二）塑料或将成为欧盟碳边境调节机制征收产品之一
欧盟碳边境调节机制（Carbon Border Adjustment Mechanism，简称CBAM）是对进口商品的绝对碳含量征税，通过调节商品所含碳排放量在欧盟边界内外的定价差异，实现碳价一致。自2021年7月欧盟委员会提出CBAM立法提案以来，提案内容经过三次修改，并于2022年6月22日经欧洲议会全体表决通过。2022年12月12日，欧洲议会和欧洲理事会达成一项临时协议，确定欧盟碳关税将于2023年10月起试运行，过渡期至2025年底，2026年正式实施。征收范围涵盖钢铁、水泥、铝、化肥、电力、氢及一些下游产品，如螺钉和螺栓等钢铁制品。在过渡期结束前，欧委会还会对是否将范围扩大到其他有碳泄漏风险的商品乃至其下游产品，包括有机化学品和聚合物进行评估。化工行业作为碳密集型行业，是碳关税重点关注行业之一，未来有机化学品、塑料等商品极有可能涵盖在征收范围内。因此，为有效应对碳关税贸易壁垒，需要科学核算有机化学品及塑料碳排放量，评估碳关税征收产生的影响并找到最优应对策略。
（三）“双碳”背景下，塑料行业低碳转型的必然要求
碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，对我国产业升级和能源转型都提出了更高要求，而塑料行业作为能源密集型行业，绿色低碳转型成为必然要求。2022年8月，国家发展和改革委员会等部门联合印发《关于加快建立统一规范的碳排放统计核算体系实施方案》，在全国及地方、重点行业企业、重点产品三个层面分别提出建立碳排放核算制度和方法的要求，并部署四项碳排放核算重点任务。我国是全球最大的塑料生产国和消费国，塑料作为经济社会发展的重点产品，亟需健全碳排放核算体系，推动形成适用性好、成熟度高的核算方法，为推进我国塑料行业低碳转型和碳排放监督考核等工作，提供数据支撑。
二、塑料全生命周期碳核算的系统边界
由于塑料生产原料来自煤炭、石油、天然气等化石能源，这些化石能源开采加工会产生碳排放；塑料生产工艺复杂，工业过程排放和燃料燃烧排放并存；特别是塑料本身也是高碳产品，废弃过程中依然产生碳排放。单独计算任何一个环节都难以对“塑料碳排放”形成完整的认识，需要涵盖塑料从生产到废弃的所有环节，即“从摇篮到坟墓”。
因此，本研究的塑料碳排放核算采用全生命周期方法，系统边界包括从塑料生产、消费到废物处置。其中，塑料生产阶段的分析边界从原材料（原油、天然气、煤炭）开采开始，到在工厂制成塑料制品为止；塑料处置阶段的分析边界从塑料制品离开消费端开始，到塑料废物处理、处置为止；塑料消费过程中可能产生的碳排放远远低于以上环节，这里忽略不计。核算的温室气体种类为二氧化碳（CO2），暂不考虑其他类型温室气体。此外，由于部分原材料和聚合物存在大规模进出口现象，导致塑料生产链有长有短，同时塑料制品本身也存在进出口现象，因此，将核算范围界定为“属地排放”，即不考虑我国境外的原材料和产品排放。
三、塑料全生命周期碳核算方法体系搭建
（一）碳核算体系框架
塑料生命周期碳核算涉及化石原料开采、加工、裂解、聚合、注塑成型和处置六个环节（见图1）。其中，前五个环节均属于塑料生产阶段，碳排放量与生产的工艺路线有很大相关性。生产阶段主要包括五条生产路线：一是基于原油为原料的生产（简称油头）路线，从原油开采和加工开始，中间原料石脑油裂解为“三烯三苯”1，有机原料“三烯三苯”聚合为合成树脂2，合成树脂经注塑成型为塑料制品；二是基于天然气为原料的生产（简称气头）路线，从天然气开采开始，中间原料甲醇转化为“三烯三苯”，经聚合、注塑成型为塑料制品；三是基于煤炭为原料的生产（简称煤头）路线，从煤炭开采和加工开始，中间原料甲醇转化为“三烯三苯”，经聚合、注塑成型为塑料制品；四是化学回收再生路线，废塑料裂解为燃料油，燃料油精炼为“三烯三苯”，经聚合、注塑成型为塑料制品；五是物理回收路线，废塑料加工为合成树脂，合成树脂注塑成型为塑料制品。通过分别计算上述五条路线的碳排放，最后加总合计为塑料生产阶段总的碳排放。处置阶段主要包括回收、填埋和焚烧三种方式，其中，化学回收和物理回收作为生产路线已计入生产阶段，填埋产生的温室气体主要为甲烷暂不计入核算范围。因此，处置阶段只计算塑料废物焚烧产生的碳排放。塑料生产阶段和处置阶段碳排放加总计为塑料生命周期碳排放。
（二）不同排放类型核算方法
如图1所示，本研究所搭建的碳核算框架包括工业过程、化石燃料燃烧和塑料废弃物焚烧三种类型排放。其中，工业过程排放是指用作原材料的化石能源发生化学反应而产生的碳排放；化石燃料燃烧排放是指化石能源直接燃烧提供动力而形成的碳排放；焚烧排放是指塑料废弃物焚烧处置时因氧化燃烧产生的碳排放，与化石燃料燃烧机理类似。对于废塑料回收再生路线，由于其与塑料生产阶段的碳排放产生机理相同，也分为工业过程排放和化石燃料燃烧排放进行计算。这些不同类型排放的核算方法均来自政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，并结合反映国情的本地化参数。
（1）工业过程碳排放核算方法
主要根据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》第3卷（工业过程与产品使用）所提供Tier 1方法[5]，即基于产品排放因子法。该方法可根据石化化工生产的活动数据以及生产过程的排放因子进行计算。
（公式1）
其中，ECO2i为生产化工产品i的CO2排放（t）；
PPi为化工产品i的年产量（t）；
EEi为化工产品i的CO2排放因子（t－CO2/t产品）；
GAF为地理调整因子（仅适用于乙烯生产3），百分比。
（2）化石燃料燃烧碳排放核算方法
主要依据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》第2卷（能源活动）所示方法，即排放因子法，具体的计算公式如下所示：
（公式2）
其中，为化石燃料燃烧CO2排放量（kg）；
燃料消耗量燃料为化石燃料燃烧量（TJ）；
为化石燃料含碳率（kgCO2/TJ）。
公式默认燃料碳氧化率为100%。“燃料消耗量”需要区分各燃料品种，各燃料的实物量和低位热值参数（TJ/t或TJ/m3）都是关键数据；对于排放因子，由于我国能源结构相对复杂，需要对固体燃料的含碳量（t－C/TJ）给予特别关注。在计算中采用我国企业温室气体核算和报告指南中提供的数据。
（3）废弃物焚烧碳排放核算方法
主要依据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》第5卷（废弃物）所示方法，具体计算公式如下所示：
（公式3）
其中，SW为被焚烧或开放燃烧的废塑料的质量，Gg；
dm为废塑料的干物质含量，%；
CF为废塑料的碳含量，%；
FCF为废塑料中的化石成因碳含量，%；
OF为氧化系数，%；
44/12为二氧化碳与碳的质量换算关系。
废弃物干物质含量、碳含量等相关参数，在不同的地区有很大的差异性。根据文献调研[6]，将废塑料的碳含量比例设定为0.75，废弃塑料中的化石成因碳含量为1，焚烧炉的完全燃烧效率为0.95。
（三）关键计算参数
塑料碳核算体系是根据生命周期各主要环节逐一计算再加总所得，主要涉及化石原料开采、加工、裂解、聚合、注塑成型和处置六个环节。其中，前五个环节均产生化石燃料燃烧碳排放，而加工和裂解转化环节还会产生工业过程碳排放，处置环节则按照废物焚烧碳排放进行计算。各环节主要参数及来源/计算方法见表1。
具体而言，从开采和加工阶段能源品种来看，2018年我国石油和天然气开采阶段燃料品种以天然气、电力和原油为主，约占所有能源消费的89%；煤炭开采阶段燃料品种以原煤、电力和其他洗煤为主，约占所有能源消费的70%；化石原料加工阶段燃料品种以原煤、炼厂干气为主，约占所有能源消费的74%（见图2）。
从产品的能耗系数来看，“三烯三苯”的能耗系数为0.5吨标准煤/吨～0.74吨标准煤/吨，聚氯乙烯的能耗系数为1.6吨标准煤/吨，其余聚合物的能耗系数为0.11吨标准煤/吨～0.19吨标准煤/吨[8]（见图3）。从废塑料焚烧比例来看，2018年我国废塑料产量约6300万吨，焚烧比例为31%，填埋/废弃比例为39%，回收比例为30%[9]，其中设定化学回收比例为10%，物理回收比例为90%。
除以上参数外，生产原料的进口比例也是影响核算结果的重要参数。从生产原料进口比例来看，以2018年为例，我国原油、天然气和煤炭进口比例分别为71%、44%和7%，石脑油和甲醇进口比例分别为17%和12%，“三烯三苯”进口比例为37%（见图4）。此外，还大量进口初级形态树脂和塑料制品，进口量分别为2282万吨和3469万吨。由于进口原料及产品生产、制造过程均在国外发生，其碳排放不计入核算体系中，因此，需要将进口量与产量区分清楚，分别计算各环节碳排放量。
四、以上碳核算体系的初步应用
本文以2018年塑料生产、消费和处置情况为例，应用以上核算体系初步计算我国塑料全生命周期碳排放量，并从碳排放类型、碳排放环节和生产路线碳排放三个方面进行分析。
（一）碳排放类型分析
根据塑料碳核算体系计算结果，2018年我国塑料碳排放量约为4.76亿吨，考虑到当年塑料消费量为1.07亿吨，则平均每吨塑料约排放4.4吨CO2。这一结果与2015年全球塑料碳足迹具有可比性——研究认为平均每吨塑料的碳足迹为4.38吨[10]。从碳排放类型来看，化石燃料燃烧排放占总排放量的65%，其次是工业过程排放和废塑料焚烧排放，分别占24%和11%（见图5）。化石燃料燃烧排放是塑料全生命周期碳排放的重点排放源，碳排放主要来源于化石燃料燃烧，可通过提高清洁能源利用率、节能降耗改造等途径来调整，是未来塑料行业低碳转型的重要着力点。工业过程碳排放也不容忽视，碳排放主要来源于原料化学反应，可通过提升原料多元化、推进二氧化碳资源化利用、提高原料进口比例来调整。废塑料焚烧产生的碳排放虽然占比不高，但若焚烧和填埋的比例大幅降低，废塑料回收利用比例大幅提升，则废塑料末端处置也有较大的减排空间。
（二）碳排放环节识别
塑料全生命周期碳排放涵盖化石原料开采、加工、裂解、聚合、注塑成型和处置六个环节，其中，裂解和聚合是碳排放最高的环节，约占总排放量的55%。其次是注塑成型环节，占25%，处置和开采加工分别占11%和9%（见图6）。从全球水平来看，塑料生产阶段（包括开采、加工、裂解、聚合）也是碳排放最高的阶段，约占61%，其次是注塑成型和处置环节”[10]。塑料生产阶段具有资源密集和能源密集特征[11]，尤其是裂解环节，原料因化学反应产生的碳排放多在此发生，此环节工业过程产生的碳排放占总工业过程碳排放的90%以上。而聚合、注塑成型环节要消耗大量的能源，这两个环节的碳排放主要来自化石燃料燃烧。总之，裂解、聚合和注塑成型三个环节产生的碳排放占总碳排放的80%，是重点碳排放单元。由于这三个环节碳排放类型不同，需要针对不同的碳排放源制定相应的减排措施。
（三）生产路线碳排放分析
我国塑料生产原料主要来自于煤炭、石油、天然气和回收的废塑料，其中，煤头路线的单位产品碳排放量最高，以国内开采的煤炭作为生产原料的碳排放为12吨CO2/吨，进口煤炭为11.4吨CO2/吨。其次为油气头路线，以国内开采的原油作为生产原料的碳排放为8.1吨CO2/吨树脂，天然气则为8.5吨CO2/吨树脂，若二者来自于进口，则单位产品碳排放分别为6.7吨CO2/吨和7.2吨CO2/吨（见图7）。煤头路线碳排放普遍高于油气头路线，且进口化石原料碳排放低于国内开采的原料，这是由于开采过程中发生能源消耗造成的。此外，考虑到中间原料及半成品进口导致碳排放的变化，核算了石脑油、甲醇、“三烯三苯”等化工原料进口路线的碳排放。若以进口的石脑油、甲醇为生产原料，碳排放分别为6.1吨CO2/吨和5.3吨CO2/吨；若以进口的“三烯三苯”为生产原料，加工环节发生在国外，则碳排放可降为2.7吨CO2/吨。最后，从废塑料回收路线来看，废塑料化学回收路线的碳排放为6.1吨CO2/吨，比煤头和油头路线分别减少5.9吨CO2/吨和2.0吨CO2/吨。而废塑料物理回收的碳排放仅为1.5吨CO2/吨，比化学回收路线减少4.6吨CO2/吨，分别是煤头路线、油头路线的12.5%和18.5%，在塑料产业链低碳转型方面具有显著优势。
五、结论与建议
塑料从“摇篮”到“坟墓”整个生命周期涵盖化石原料开采、加工、裂解、聚合、注塑成型和废塑料处置六个环节，根据各环节碳排放特征，初步搭建了碳排放核算体系。2018年我国塑料全生命周期碳排放量约为4.76亿吨，平均每吨塑料约排放4.4吨CO2。化石燃料燃烧是重点碳排放源，约占总排放量的65%，而工业过程碳排放也不容忽视，约占总排放量的24%。石脑油裂解、甲醇转化和“三烯三苯”聚合是碳排放最高的环节，约占总排放量的55%。与煤头、油头、气头路线相比，废塑料物理回收路线的碳排放最低，仅为1.5吨CO2/吨，具有显著的低碳优势。与自产的化石原料生产路线相比，进口路线的碳排放显著降低，且原料在国外生产加工环节越长，在国内产生的碳排放则就越低。废塑料焚烧产生的碳排放约占总排放量的11%，其中，废塑料产生量是决定焚烧碳排放的关键因素，从源头减少废塑料产生是降低碳排放最有效的手段。
总体而言，我国塑料行业要推进全产业链低碳转型，可瞄准能源结构低碳化、回收利用水平提升、原材料进口优化、终端消费减量等方面，加强塑料产业链的顶层设计，全面建立塑料循环经济。一是全面加强塑料产业链绿色低碳生产管理，实施“互联网＋”能效提升工程，推进清洁能源替代，鼓励“绿氢”的规模化应用。二是加快推进废塑料高水平回收利用，完善塑料产品可回收设计制度，推动废塑料精细化分拣回收体系建设，鼓励采用先进的技术实现废塑料同级化、高值化利用。三是优化塑料生产原料进口结构，推动生产原料来源多元化、低碳化转型，鼓励适当进口塑料半成品和制品替代低值塑料生产。四是多措并举推进塑料终端消费需求减量，持续推进一次性塑料制品禁限行动，加强流通和使用阶段的市场监管，推动塑料污染治理的宣传教育，培育消费者绿色消费行为。
注释：
1.“三烯三苯”主要包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯。
2.合成树脂主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酯及其它类型聚合物。
3.IPCC温室气体清单指南中根据西欧的乙烯蒸汽裂解装置数据，确定了乙烯生产的CO2排放因子。考虑到蒸汽裂解装置工作效率的地区多变性，需要根据实际情况乘以地理调节因子（GAF），该调节因子仅适用于乙烯生产。
参考文献：
[1]Centre for International Environmental Law. Plastic & Climate：The Hidden Costs of a Plastic Planet[EB/OL].https：//www.ciel.org/project-update/plastic-climate-the-hidden-costs-of-a-plastic-planet2019-12-01/2022-05-01.
[2]Chu J.，Zhou Y.，Cai Y.，et. al. Life-cycle greenhouse gas emissions and the associated carbon-peak strategies for PS，PVC，and ABS plastics in China[J].Resources Conservation and Recycling，2022，182.
[3]张楚珂，田涛，王之茵，等.聚丙烯产品碳足迹核算及对比研究[J].石油石化绿色低碳，2021，6（6）：17-23.
[4]Alsabri A.，Al-Ghamdi S.. Carbon footprint and embodied energy of PVC，PE，and PP piping：Perspective on environmental performance[J].Energy Reports，2020，6：364-370.
[5]IPCC. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories[A].Prepared by National Greenhouse Gas Inventories Programme，Eggleston H.S.，Buendia L.，Miwa K.，et. al. Published：IGES，Japan.
[6]黄威，高庆先，曹国良，等.中国城市矿产开发对温室气体减排的影响分析[J].气候变化研究进展，2017，13（1）：76-82。
[7]Zhang Y.，Yuan Z.，Margni M.，et. al. Intensive carbon dioxide emission of coal chemical industry in China[J].Applied Energy，2019，236：540-550.
[8]曹淑艳，陈宝生，郭红，等.中国塑料的环境足迹评估[R].北京：北京石油化工学院，2020.
[9]王琪，瞿金平，石碧，等.我国废弃塑料污染防治战略研究[J].中国工程学，2021，23（01）：160-166.
[10]Zheng J.J.，Suh S.. Strategies to reduce the global carbon footprint of plastics[J].Nature Climate Change，2019，9（5）：374-379.
[11]种珊，朱松丽.塑料治理与气候治理及中国应对策略分析[A].庄国泰、高培勇.气候变化绿皮书（2022）.北京：社会科学文献出版社，2022.
作者简介：种珊，助理研究员，研究领域为塑料治理及碳排放核算；朱松丽（通讯作者），研究员，研究领域为全球气候治理和减缓政策。
作者： 中国宏观经济研究院能源研究所 种珊 朱松丽 来源： 《中国能源》2022年第12期
