编辑推荐：
本文聚焦产品碳足迹（PCF）研究中制造工具的作用。通过文献回顾、行业调查和案例研究发现，制造工具在 PCF 研究中常被忽视，但部分案例显示其对 PCF 影响显著。文中还提出相关决策指南，为后续研究提供方向。
1. 引言
制造业对环境影响重大，在全球能源消耗和 CO2排放方面占比颇高。在产品生产过程中，机器和工具发挥着关键作用。生命周期评估（LCA）和碳足迹测量是评估环境影响的重要方法，其中产品碳足迹（PCF）研究的关键在于系统边界的确定，然而制造工具在 PCF 研究中的相关性尚未得到充分探索。本文旨在研究制造工具的使用对 PCF 研究的影响，文中的 “工具” 指在生产过程中与工件或材料直接接触且会磨损的设备，不包括机床等大型设备。
2. 现有文献中的系统边界
2.1 标准中的建议和观点
在确定 LCA 和 PCF 的众多标准和指南中，PAS 2050、温室气体协议（GHG Protocol）产品标准和 ISO 14067 应用广泛。PAS 2050 区分了资本货物和消耗品，将 “工具和其他快速磨损的过程输入” 视为消耗品，但未明确工具相关温室气体（GHG）排放的纳入方式。GHG 协议的产品标准要求全面考虑所有可归因过程，但未具体提及制造工具，相关价值链指南建议考虑生产相关商品的上游排放。ISO 14067 要求纳入所有可归因过程，虽未提及工具，但基于的 LCA 标准重视辅助材料，可推断工具应被考虑。
2.2 相关文献的一般指示
标准具有普适性，难以针对制造工具在 PCF 研究中的应用提供具体指导。相关 LCA 文献对设备纳入的信息和最佳实践较少。部分学者认为应根据工具对整体 PCF 的相对贡献来决定是否纳入，但存在 “截断悖论”。一些研究倡导全面的库存模型，考虑生产设备的制造和报废阶段影响，也有研究采用自上而下的方法，但目前尚无通过投入产出（IO）表研究工具环境影响的相关成果。
2.3 工业案例研究中应用的方法
已发表的案例研究对确定常见实践具有重要意义。部分研究通常将资本货物排除在研究系统之外，但也有例外，如对陶制容器的 PCF 研究考虑了模具制造阶段。一些研究将制造过程分层，在不同层次考虑工具的环境影响。在计算 LCI 时，需考虑工具磨损、重磨等因素，不同研究中工具对 PCF 的贡献差异较大。多数案例研究为对比研究，且工具消耗在 PCF 研究中常被忽视。同时，不同行业工具磨损机制不同，现有研究缺乏对工具排放差异的探索。此外，工具的再制造和报废处理对环境影响显著。
2.4 数据库中制造工具的纳入情况
ISO 14067 建议在无法获取初级数据或过程不重要时使用数据库数据。Ecoinvent 是常用的 LCI 数据库，但对其部分数据集的审查发现，其中未反映工具的使用情况，如在金属加工相关过程和成品生产数据集中，均未考虑工具消耗。未来数据共享举措有望解决工具数据缺失问题。综合来看，在 PCF 计算和 LCI 数据集方面，制造工具的考虑存在不足，缺乏统一方法和标准，需进一步研究。
3. 工业实践中典型系统边界的调查结果
为补充文献和现有研究，通过在线调查收集数据。调查邀请了 1400 多人，最终 132 人完整填写问卷，涵盖多个行业。调查问题涉及 PCF 研究中多个方面的考虑，其中包括对不同类型工具消耗、磨损的考虑。结果显示，材料、能源消耗和运输等方面常被考虑，而工具通常被忽视或认为无关紧要，仅机械 / 金属加工行业较多考虑工具，但也面临量化工具消耗和排放的挑战。不同行业和标准下对工具的忽视情况较为一致，表明行业需要更多指导和数据。
4. 行业案例研究的细化结果
4.1 研究对象和应用方法
为研究制造工具对 PCF 的影响，重新审视了两个汽车零部件（‘subframe’和‘crossmember’）的制造过程，采用 ISO 14067 的方法，数据来源于初级和二级来源，使用基于文献的估计进行影响评估，以全球变暖潜能值（GWP100）为影响类别，忽略回收的积极影响。
4.2 案例研究 A：subframe
subframe 由多个部分组成，其生产过程涉及多种制造工艺。新增加考虑的永久铸造工具生产和运输产生的 CO2排放，分摊到单个 subframe 上，使 PCF 增加 0.2%。制造 profiles 时使用的模具和芯轴因质量小、耐久性高，对 PCF 贡献极小。bushings 制造设备的排放因缺乏数据难以准确评估，最终加工阶段使用的焊接喷嘴和铣削工具对 PCF 影响也可忽略不计。
4.3 案例研究 B：crossmember
crossmember 由铝制成，通过冲压工艺生产。所用模具在中国制造，运输到奥地利，其制造和运输产生大量 CO2排放。由于该产品生产数量相对较低，模具的碳排放使 crossmember 的 PCF 增加 5%。生产数量对模具碳排放的分摊影响显著，增加或减少生产数量会相应降低或提高单位产品的 PCF。从生态角度看，继续使用现有模具更有利，但需考虑产品设计的延续性。不确定性和敏感性分析表明，只有在采用环保生产方式时，模具对 PCF 的影响才可能低于阈值，否则不应排除模具的影响。
5. 讨论
研究发现制造工具在 PCF 研究中常被忽视，现有数据库也未充分考虑工具磨损，这导致 CO2当量计算的排放因子被低估。同时，工具与资本货物的界限不明确，不同标准对工具的分类存在差异。案例研究表明，制造工具的碳强度和耐久性是决定其是否纳入 PCF 的关键因素。碳强度指工具相关的 GHG 排放总量，受工具尺寸、材料、制造工艺等影响；耐久性指工具在报废前可生产的产品数量。基于这两个因素构建的决策矩阵，可通过计算工具对总 PCF 的贡献（CT）来量化工具的相关性。目前，确定 CT的阈值尚无定论，不同研究和标准建议不同。企业应建立工具跟踪系统，在数据库完善前，可通过工具总消耗大致估算其隐含排放。未来可利用传感器和机器学习等技术实现对工具排放的监测和管理。
6. 结论和展望
PCF 研究方法成熟，但边界定义存在不足，制造工具对 PCF 的贡献常被忽视。现有标准未对制造工具的考虑提供具体规定，文献研究中多数也未考虑设备影响，数据库对工具消耗的纳入有限，而行业调查显示制造工具普遍被忽视。案例研究则证明大型定制工具对 PCF 有显著影响。未来研究可从以下几方面展开：一是进行全面文献回顾，分析系统边界和截断水平的变化以及工具的分类情况；二是研究合适的分配方法，比较不同分配方式对 PCF 的影响；三是通过敏感性分析和更多案例研究完善决策指南；四是完善工具消耗数据库，考虑区域差异，提高评估结果的可靠性。在数据库完善前，可使用代理值估算工具排放。
