固废陶粒产品的碳足迹评估与低碳优化策略研究——以污泥-铝灰陶粒为例

针对固废陶粒行业低碳转型需求，研究人员通过生命周期评价（LCA）对比分析了污泥、粉煤灰及污泥-铝灰陶粒的碳足迹，发现污泥-铝灰陶粒可实现29%的碳减排效益，并提出了原料（RMO）、运输（TO）和能源（EO）结构协同优化路径，为行业"双碳"目标达成提供科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，中国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的"双碳"目标，推动各行业低碳转型迫在眉睫。陶粒工业作为传统高耗能产业，正面临以固废资源化推动绿色发展的重大机遇。然而，当前固废陶粒产品的碳足迹数据匮乏，不同固废原料的碳减排效益不明，制约了行业低碳技术路线的科学选择。更棘手的是，现有研究多聚焦陶粒性能优化，对全生命周期碳排放的系统评估严重不足，且国际研究结论因地域差异难以直接借鉴。这种现状使得中国陶粒行业的低碳转型犹如"盲人摸象"。

针对这一关键问题，宁波市重大科技攻关项目支持的研究团队在《Environmental Impact Assessment Review》发表了重要成果。研究人员首次构建了符合中国国情的固废陶粒碳足迹核算模型，选取浙江污泥陶粒、山东粉煤灰陶粒及创新性的污泥-铝灰陶粒作为研究对象，采用生命周期评价（LCA）方法，系统比较了三类产品的碳足迹特征。通过敏感性分析锁定关键减排因子后，进一步设计了原料结构优化（RMO）、运输优化（TO）和能源结构优化（EO）三类单因素及多因素协同减排情景，量化了不同技术路径的碳减排潜力。

研究主要运用了三种关键技术：1）基于ISO 14040/44标准的全生命周期碳足迹建模，涵盖原料获取、生产、运输、应用和废弃处理五大阶段；2）中国本土化碳排放因子数据库构建，整合了能源燃烧、原料开采等12类关键参数；3）多情景预测分析法，设置6种减排情景评估优化潜力。样本数据来自浙江和山东两省的典型陶粒生产企业。

系统边界

研究创新性地将陶粒产品系统边界扩展到"从摇篮到坟墓"的全生命周期，首次量化了运输阶段（占比11-15%）和废弃处理阶段（3-5%）的碳排放贡献。这突破了传统研究仅关注生产阶段的局限，为行业提供了更全面的碳管理视角。

背景数据清单

建立的本地化数据库显示，电力消耗是最大碳排放源（占比38-52%），其次是燃料燃烧（25-33%）。特别值得注意的是，铝灰的添加使污泥-铝灰陶粒的原料获取阶段碳排放比纯污泥陶粒降低42%，揭示了固废协同处理的特殊价值。

碳足迹分析

2023年数据显示，污泥-铝灰陶粒碳足迹（0.66 kgCO_2eq）较污泥陶粒降低29%，较粉煤灰陶粒降低5%。生产阶段排放占比高达82-87%，其中浙江电力结构的高碳特征使当地陶粒产品碳强度比山东高34%。这一发现为区域差异化减排政策制定提供了依据。

结论与意义

该研究首次证实：污泥-铝灰协同制备陶粒具有最优碳表现，其碳减排效益主要来自铝灰对高碳原料的替代作用；在多因素优化情景中，原料与运输结构协同优化（RM-TO）可实现12-68%减排，而三因素同步优化潜力可达70%。这些发现为陶粒行业低碳转型提供了三大实践启示：优先采用固废协同处理工艺、重点优化区域电力结构、建立原料-运输联动减排机制。

尤为重要的是，研究提出的"经济-时间"约束下的优化路径选择策略——推荐优先实施原料与运输结构联合优化，这对工业实践具有直接指导价值。该成果不仅填补了中国固废陶粒碳足迹研究的空白，其构建的本地化评估框架更为其他建材产品的低碳设计提供了方法论借鉴，对推动整个建材行业实现"双碳"目标具有里程碑意义。论文通讯作者Minghui Xie团队通过这项研究，为全球固废资源化与气候变化应对贡献了中国方案。