基于产品生命周期视角的耐火材料产业资源利用效率提升与碳减排机制研究——以镁质耐火材料为例

This project studies on the mechanism of improving the resource utilization efficiency and greenhouse gas emissions reduction of refractories industry based on the perspective of product life cycle. In this study, magnesite refractory products are taken as example and the life cycle of the products includes the process of production, use and disposal (including recycling). The main contents of this study include three aspects. First, resource consumption and greenhouse gas emissions evaluation model of products will be established with the frame of life cycle. Second, the impacts of resource consumption and greenhouse gas emissions resulted from the production process and the service life of products will be studied. Third, the impacts of resource consumption and greenhouse gas emissions resulted from the waste products disposal (including recycling) will be studied. This study focuses on the advantages resources and characteristic industry and it accords with the strategy of developing low-carbon economy of China. Meanwhile, this study adopts the approach of bottom-to-up, so it can fundamentally promote the sustainable development of the industrial system. In addition, this study focuses on the product life cycle rather than the production process and it is more concerned with the impacts of resource consumption and greenhouse gas emissions resulted from recycling of waste products.

本研究基于产品生命周期视角，以镁质耐火材料为例，从产品的生产-使用-处置（包括回收利用）过程系统研究耐火材料产业资源利用效率提升与碳减排的机制。主要研究内容包括：基于生命周期框架的产品资源消耗与碳排放评价模型的建立；产品生产工艺以及使用寿命对资源消耗与碳排放的影响机制；产品处置（包括回收利用）方式对资源消耗与碳排放的影响机制。从研究对象上，本研究着眼于我国的优势资源和特色产业，契合国家发展低碳经济的战略。从研究视角上，本研究采用 “自下而上”的方式，可以从根本上推动工业体系的可持续发展。从研究方法上，本研究不局限于产品生产过程的节能减排，而是基于产品生命周期框架，尤其从用后产品资源化角度系统研究产品各生命周期环节与资源消耗以及碳排放的响应关系，从而可以为产业提高资源利用效率以及低碳发展提供理论依据。

我国耐火原料资源丰富，是世界上最大的耐火材料生产国、消费国和出口国，但耐火材料的生产属于高能耗高碳排放的生产过程。本研究以镁质耐火材料为例，基于生命周期评价框架，采用GaBi软件建立了产品资源消耗与碳排放评价模型；核算产品生产阶段的资源消耗与碳排放量，分析产品生产工艺以及使用寿命对资源消耗与碳排放的响应关系；在充分分析用后耐火产品处置方式的前提下，建立再生耐火产品碳排放核算模型，比较分析典型再生产品的资源消耗与碳排放量，探讨用后耐火材料的资源化利用与行业资源消耗以及碳排放的响应关系。产品生产工艺与碳排放的响应关系研究表明：耐火产品中65%-91%的总碳排放来源于原料（镁砂）生产过程，因此，镁质耐火材料生产企业应该把节能减排的重点放在镁砂的生产过程。情境分析表明，与提高产品能耗限额相比，二氧化碳捕集是降低碳排放的有效措施。可以发挥产业集中的优势，增加碳捕集的规模效应，降低成本。从长期来看，可以结合地区碳捕集与封存发展进程，倡导区域碳捕集的研究与实施；典型产品的使用寿命与碳排放的响应关系研究表明:原料的品质越好，耐火产品的性能越好，其使用寿命越长，虽然其能耗也较大，但其在服务周期内的碳排放率较低，具有更好的碳排放性能。但耐火制品在下游行业（如钢铁和水泥等）的使用系统往往很复杂，必须合理运用修复耐火材料以适当延长工业炉窑的使用寿命；用后耐火材料回收利用与碳排放的响应关系研究表明：典型产品再生料添加量为20%-40%的情况下，总碳排放可以降低约13-34%。用后耐火材料拆除后的运输过程对再生制品的碳排放贡献非常小，不是主要碳排放源。因此，提高用后耐火材料的资源化利用率是提高行业资源利用效率、实行节能减排的重要途径；本研究成果为镁质耐火材料产业提高资源利用效率以及低碳发展提供了理论依据，同时也为相关耐火材料产业的发展提供了参考依据。