中国牡蛎加工产业低碳与循环转型：四类加工路径碳足迹与贝壳资源化协同减排策略

《Resources, Environment and Sustainability》：Towards a Low-Carbon and Circular Oyster Processing Industry: Carbon Footprint Assessment and Mitigation Strategies in China

　　

迈向低碳与循环的中国牡蛎加工产业：碳足迹评估与减缓策略。研究系统评估了中国四种牡蛎加工路径（processing pathways）及贝壳资源化（shell valorization）。电力和包装在加工排放中占主导。综合减缓情景（integrated mitigation scenarios）到2050年可使牡蛎加工碳足迹（carbon footprint）降低54–86%。

该研究由 Hanxue Li、Chenxin Zhang、Jiayin Xu、Zhi Zhang、Quan Zhou、Yuanchao Hu、Miaochan Li、Huayong Que、Qiaoguo Tan、Shaobin Li 等开展。研究背景方面，中国牡蛎产量持续扩张，占全球产量80%以上；牡蛎作为滤食性双壳类，在养殖期间具有水体净化和营养去除作用，其蛋白碳足迹低于红肉，因此被视为可持续食物系统中环境友好的组成部分。然而，多数研究聚焦养殖阶段，加工阶段仍被忽视。加工需要大量能源、水和化学品输入，量化其碳足迹对牡蛎产业长期可持续性至关重要。联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO）统计显示，食物系统消耗全球38%的能源，其中运输、加工、包装、储存和销售等产后活动占能源消耗的70%。已有研究发现电力消耗主导牡蛎净化（depuration）碳足迹，但该评估限于初级加工。生命周期评价（life cycle assessment, LCA）是评估水产养殖和食品加工温室气体（greenhouse gas, GHG）排放的标准化方法。西班牙贻贝食物链研究显示，工业加工占其总碳足迹的43%。但现有海产品LCA多关注欧洲野生捕捞物种或水产养殖阶段，对中国牡蛎加工关注有限，缺乏详细且区域特定的牡蛎加工碳足迹评估。此外，牡蛎壳占牡蛎总质量60–80%，其中碳酸钙（CaCO₃）占壳组成90%以上。加工每年产生大量废牡蛎壳，常被沿海不当丢弃或填埋；未处理贝壳上的残留有机物分解会产生恶臭气体，造成环境问题。贝壳在建筑材料、土壤改良和水净化等领域具有多用途适用性，但常规利用方法通常依赖能源、资源和化学品输入，可能带来环境负担；同时由于贝壳收集和加工技术挑战，其资源回收的环境效益仍有争议。因此，有必要将牡蛎壳资源化纳入研究系统边界。

开展的研究方面，研究人员使用加工厂初级数据，提供更详细清单，量化四种加工方法碳足迹，识别关键排放热点，评估减缓情景，并考察选定贝壳资源化路线与常规产品系统和填埋处置的比较。研究得出，电力消耗是冷冻牡蛎和干牡蛎的主要热点，包装对鲜牡蛎和牡蛎酱尤为重要；综合情景到2050年可使牡蛎加工碳足迹较2023基线降低约54%–86%。贝壳资源化路径碳足迹低于填埋处置和常规生产系统，主要由于将牡蛎壳作为二次资源利用。其重要意义在于强调整合低碳加工措施和循环资源管理策略，以增强牡蛎加工可持续发展潜力。

关键方法简括不超过250字：研究采用LCA，系统边界为收获后运输、加工和包装，排除养殖和资本品；设置两种功能单位（functional unit, FU），即加工1 t带壳牡蛎和生产1 t最终包装产品；贝壳资源化以1 t贝壳为FU。生命周期清单（life cycle inventory, LCI）数据主要来自中国主要牡蛎加工路径工厂现场调查，不可得参数采用环境影响评价报告、相关标准和文献，背景清单来自Ecoinvent 3.10，电力因子采用2023年中国全国电力碳足迹因子。使用openLCA建模，ReCiPe2016 Midpoint(H)方法的全球变暖潜势（Global Warming Potential, GWP）指标及IPCC第五次评估报告（AR5）GWP计算二氧化碳当量。采用蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟10,000次、单因素（one-at-a-time, OAT）±20%敏感性、替代因子（substitution factor, SF）敏感性。情景分析设S1包装优化、S2技术效率、S3电力结构、S4运输距离、S5综合。产量预测使用logistic增长模型，历史产量来自中国渔业统计年鉴，加工比例参考中国牡蛎产业发展报告。

研究结果如下。3.1 牡蛎加工碳足迹：通过以加工1 t带壳牡蛎为FU，研究人员得出冷冻牡蛎碳足迹最高，为262.9 kg CO₂ eq/t，其次为牡蛎酱159.9 kg CO₂ eq/t，鲜牡蛎98.3 kg CO₂ eq/t，干牡蛎最低19.1 kg CO₂ eq/t；干牡蛎产量最低，仅约4.5%原料牡蛎质量保留为最终产品。以1 t最终包装产品为FU时，鲜牡蛎、冷冻牡蛎、干牡蛎和牡蛎酱分别为99.28、408.58、423.33和889.28 kg CO₂ eq/t。包装材料占鲜牡蛎和牡蛎酱总碳足迹的一半以上，约63%和69%；电力消耗是冷冻牡蛎和干牡蛎的主要贡献源，分别占81%和51%。冷冻阶段占冷冻牡蛎加工碳足迹72%，个体快速冷冻（Individual Quick Freezing, IQF）消耗整个加工链近90%总电力；干燥阶段电力占干牡蛎总碳足迹49%，运输为干牡蛎加工第二大贡献源。敏感性分析支持上述贡献分析，冷冻电力、干燥电力、发泡聚苯乙烯（expanded polystyrene, EPS）和玻璃包装分别是关键参数。

3.2 牡蛎贝壳资源化碳足迹：通过评估贝壳基CaCO₃、土壤改良和建筑骨料与常规产品比较，研究人员发现贝壳基产品通常具有较低碳足迹。贝壳基CaCO₃比常规生产CaCO₃低约20%，主要因替代石灰石并避免采矿排放。贝壳基土壤改良碳足迹为14.50 kg CO₂ eq/t，低于常规石灰基土壤改良34.24 kg CO₂ eq/t。贝壳基粗骨料低于常规骨料，但贝壳基细骨料因达到目标粒径所需额外研磨能耗而高于常规砂骨料。填埋处置碳足迹为9.8–29.4 kg CO₂ eq/t，不含运输。与填埋相比，粗骨料生产盈亏平衡运输距离差最大，为56.2 km；CaCO₃为38.1 km；土壤改良为18.1 km且区间跨零；细骨料为?72.4 km。SF敏感性显示，CaCO₃粉在0.8–1.0、土壤改良和粗骨料在0.5–1.0时仍保留低碳优势。贝壳资源化将废物流转为二次资源，但未来应用需考虑产品质量、功能性能、技术标准、工程条件以及加工厂、资源化设施和填埋场相对位置。

3.3 牡蛎加工低碳路径：通过S1–S5情景分析并以1 t最终包装产品表达，研究人员得出减缓措施因产品而异。S1下鲜牡蛎和牡蛎酱变化最明显，2050年鲜牡蛎由99.28降至61.59 kg CO₂ eq/t，牡蛎酱由889.28降至434.67 kg CO₂ eq/t。S3对冷冻牡蛎影响最大，由408.58降至114.84 kg CO₂ eq/t。S5综合减缓相对S0潜力最大，2050年鲜牡蛎、冷冻牡蛎、干牡蛎和牡蛎酱分别为32.55、56.99、157.13和379.32 kg CO₂ eq/t；冷冻牡蛎绝对和相对降幅最大，约86.06%，鲜牡蛎和干牡蛎分别约67.22%和62.88%，牡蛎酱约54.11%。各阶段和情景碳足迹潜在变化为0.02%–73%；运输阶段减排潜力一般可忽略，干牡蛎最高不超过25%；冷冻和干牡蛎在S3加工阶段减排最大超过70%。包装阶段S1对鲜牡蛎和牡蛎酱明显，但牡蛎酱在2040年后趋平台。政策工具可发挥补充作用，但替代包装实施取决于经济竞争力、市场可得性和支持政策。该研究受理想化假设限制，未来需研究技术可行性和经济成本，并可采用参数化LCA框架。

3.4 牡蛎加工产业减排潜力：通过基于主要加工路径估计行业碳足迹，研究人员得出中国牡蛎加工产业到2050年具有较大减排潜力。中国牡蛎年产量预计增加43%至9.53 Mt。基线情景下，牡蛎加工产业碳足迹随产量增加，从710.93增至943.59 kt CO₂ eq/year。S1和S3下行业碳足迹先升后降，分别于2037年和2032年达峰；S2和S4下持续增加并趋稳，但低于基线。S5综合减缓下，行业碳足迹随产量增加而下降，2050年较基准年降低60.06%，较基线情景降低70.08%。鲜牡蛎和冷冻牡蛎加工产业2025年后总体下降，干牡蛎和牡蛎酱加工产业先降后升，主要因假设政策支持增值产品比例增加；消费者偏好可能限制这些产品市场份额。贝壳管理方面，在残留有机物1.0%假设下，贝壳资源化情景在整个评估期低于填埋情景；CaCO₃情景初始增加后于2044年后逐渐下降。0.5%假设下，CaCO₃情景低于完全填埋，土壤改良情景高于填埋；1.5%假设下，两种资源化情景均低于完全填埋。总体而言，增加贝壳从填埋转向资源化的比例与贝壳管理总体碳足迹较低相关，但结果取决于资源化路径和填埋条件；经济可行性、收集和加工基础设施、市场需求和材料质量未被量化，可能制约实施。

讨论总结：该研究强调，牡蛎加工减排需针对各路径排放热点，能源密集型加工依赖电力结构变化，尤其电网脱碳；加工效率、运输优化和包装管理可进一步降低产品碳足迹。贝壳资源化可降低贝壳管理碳足迹，但需综合加工需求、有效替代性能和运输条件。研究局限包括理想化假设、运输距离变异未充分考虑、经济可行性和技术可行性未评估，未来应开展技术经济评估和参数化LCA。

研究结论翻译：本研究评估了中国四种牡蛎加工路径（鲜牡蛎、冷冻牡蛎、干牡蛎和牡蛎酱）的碳足迹，并单独考察了牡蛎贝壳资源化。电力消耗是冷冻和干牡蛎的主要热点，而包装对鲜牡蛎和牡蛎酱尤为重要。报告的综合情景表明，相对于所述2023基线，到2050年减排幅度约为54%-86%。牡蛎贝壳资源化为减少贝壳管理相关碳足迹提供了额外选择。牡蛎贝壳资源化路径的碳足迹低于填埋处置和常规生产系统，主要由于将牡蛎贝壳作为二次资源利用。实际实施还可能受到经济可行性、收集和加工基础设施、市场需求和产品性能的影响，而本研究未对这些进行定量评估。总体而言，本研究强调了整合低碳加工措施和循环资源管理策略以增强牡蛎加工可持续发展的潜力。