北京石油化工学院：中国塑料的环境足迹评估.pdf

2020.12 执行报告 EXECUTIVE REPORT 中国塑料的环境足迹评估 PLASTICS ENVIRONMENTAL FOOTPRINT IN CHINA 北京石油化工学院 Beijing Institute of Petrochemical Technology中国石油消费总量控制和政策研究项目 ( 油控研究项目 ) 中国是世界第二大石油消费国和第一大石油进口国 。石油是 中国社会经济发展的重要动力 ，但石油的生产和消费对生态 环境造成了严重破坏 ；同时 ，石油对外依存度上升也威胁着 中国的能源供应安全 。为应对气候变化和减少环境污染 ，自 然资源保护协会 （NRDC）和能源基金会中国 （EF China）作为 协调单位 ，与国内外政府研究智库 、科研院所和行业协会等 二十余家有影响力的单位合作， 于 2018 年 1 月共同启动了 “中 国石油消费总量控制和政策研究” 项目 （简称油控研究项目） ， 促进石油资源安全、 高效、 绿色、 低碳的可持续开发和利用， 助力中国跨越 “石油时代 ” ，早日进入新能源时代 ，为保障 能源安全 、节约资源 、保护环境和公众健康以及应对气候变 化等多重目标做出贡献。 自然资源保护协会 （NRDC）是一家国际公益环保组织 ，拥有 约 300 万会员及支持者 。NRDC 致力于保护地球环境 ，即保护 人类 、动植物以及所有生灵所倚赖的生态系统 。自 1970 年成 立以来 ，我们的环境律师 、科学家和专家一直在为公众享有 清洁的水和空气以及健康的社区而努力 。通过在科学 、经济 和政策方面的专业知识 ，我们在亚洲 、欧洲 、拉美和北美等 地区与当地合作伙伴一起共同推进环境的综合治理与改善 。 请登录网站了解更多详情 www.nrdc.cn 本报告是油控研究项目的子课题之一 ，由北京石油化工学院 统筹撰写。 北京石油化工学院创建于 1978 年， 是一所以工为主， 工、 理、 管 、经 、文多学科相互渗透 ，具有鲜明工程实践特色的普通 高等学校 。目前 ，学校设有 14 个教学院 （系 、部） ，拥有材 料科学与工程 、控制科学与工程 、机械工程 、工商管理等 4 个硕士学位授权一级学科 。现有全教职工 800 余人 ，其中专 任教师 530 人， 博士教师占 60% ， 双师型教师占 32% 。 此外， 聘请企业和科研院所工程技术人员 72 名。 2020 年 ，学校提出全力打造新时代 “首善之区工程师摇篮 ” 的发展目标 ，面向未来 ，着力打造一流的应用型本科与研究 生教育体系 ，培养应用型人才 、建设应用型学科 、开展应用 型创新、推广应用型成果。 系列报告 《“十四五”公路交通领域石油消费达峰研究》 《“十四五”城市公共领域电动汽车运营评价与经验分享》 《“十四五”石化行业高质量发展研究》 《“十四五”财税手段支持油控路径的规划研究》 《“十四五”绿色金融支持油控路径的政策研究》 《中国石油消费总量控制对经济的影响分析》 《中国塑料的环境足迹评估》 《中国农村地区电动汽车出行研究（2.0 版）》 《中国汽车全面电动化时间表的综合评估及推进建议 （2.0版 ）》 《中国传统燃油汽车退出进度研究与环境效益评估》 《中国城市公共领域燃油汽车退出时间表与路径研究》 《中国重型货运部门减油路径评估》 《中国石油消费总量达峰与控制方案研究》 《中国石油消费情景研究（2015-2050 ）》 《国际石油消费趋势与政策回顾》 《中国石油消费总量控制的财税政策研究》 《中国石油消费总量控制体制机制改革研究》 《油控情景下杭州市碳减排路径研究》 《中国石油真实成本研究》 《石油开采利用的水资源外部成本研究》 《中国石油消费总量控制的健康效应分析》 《中国传统燃油汽车退出时间表研究》 下载以上报告请登录 NRDC 官方网站 www.nrdc.cn 或扫描右方二维码i 中国塑料的环境足迹评估 油控研究项目系列报告 中国塑料的环境足迹评估 PLASTICS ENVIRONMENTAL FOOTPRINT IN CHINA 执行报告 EXECUTIVE REPORT 曹淑艳 陈宝生 郭 红 孙佳龙 北京石油化工学院 Beijing Institute of Petrochemical Technology 2020 年 12 月油控研究项目系列报告 ii 目录 摘要 iv Abstract vi 1. 塑料消费透视 1 1.1全球塑料污染问题 1.2中国紧迫的“塑控”需求 2. 中国“塑料包袱”流评估 5 2.1全国塑料物质流分析 2.2家庭塑料物质流分析 3. 关键塑料制品（大类）的环境足迹评价 12 3.1评价方法与准则 3.2原油生产与运输的环境影响系数 3.3三烯三苯的原油系数与完全环境影响系数 3.4五大树脂的完全影响系数iii 中国塑料的环境足迹评估 4. 关键塑料制品（子类）的环境足迹评价 22 4.1主要塑料包装品的环境足迹评价 4.2主要建筑材料的环境足迹评价 4.3 可降解塑料的环境足迹评价 5. 塑料制品用后处理的资源环境影响 37 5.1塑料废弃的社会成本 5.2从产品到坟墓的环境影响分析 6. 中国“塑控”政策评价与建设方向 40 6.1政策成就 6.2政策困境 6.3建设方向 7. “塑控”目标、行动策略与预期效益 47 7.1重分类管理：基于消费者视角 7.2减量发展：“塑控”目标与预期效益 7.3热点行动：行动策略与热点领域 7.4政策建议 7.5“十四五”减量路线图 参考文献 58油控研究项目系列报告 iv 摘要 中国是全球最大的塑料生产与消费国家 ，且塑料生产与消费总体处于增长的通道 。 截至 2 0 1 9 年底 ，全国初级形态塑料累积产量达到 1 0 亿吨 ，塑料已经成为国家的 “超级 垃圾 ” 。中国在 “塑控”— —调控塑料生产 、消费与后端处置问题所处的情形较全球大 多数国家更紧迫。 作为 “石油消费总量控制和政策研究 ”之子课题 ，本研究主要内容包括 ： （ 1 ）家庭 “塑料包袱”流分析 ； （ 2 ）采用生命周期技术 ，基于中国技术效率 ，从大类与细分产品 两个尺度 ，评估关键塑料制品的环境足迹评价 ，包括能源足迹 、碳足迹和水足迹 ； （ 3 ） 建立 “塑控 ”目标和时间表 ； （ 4 ）评估 “塑控 ”的 “油控 ”效果 ，减少石油消耗与塑料 环境影响，实现“净塑”目标。 研究报告共七章 。第一章简要评述了全球塑料污染挑战及中国 “塑控 ”的紧迫性 。 第二章运用物质流技术 ，分析了中国国家与家庭两个尺度的塑料流 ，着重以管理需求为 导向 ，解析家庭这一终端消费部门的塑料流来源 。第三章与第四章分别从大类与子类评 估了传统塑料 （即化石基塑料）从源泉到厂门口这一部分生命周期阶段的环境影响 ，分 析边界从原材料 （原油 ）获取开始 ，到在工厂制成塑料制品为止 。第四章还专节分析了 可降解塑料从源泉到厂门口的环境影响 。第五章评估了用后塑料的环境影响 ，即塑料制 品从家庭门口到坟墓这一部分生命周期阶段的环境影响 ，分析边界从塑料制品离开家庭 开始， 到其在填埋场、 焚烧场等场所被处理、 处置为止。 本着 “零塑垃圾” 的管理理念， 以及考虑到塑料用后处理的环境影响的显著差异 ，课题组没有汇总塑料这两部分生命周 期阶段的环境影响 。第六章与第七章是政策建议 ，结合前述研究 ，第六章着重分析了中 国以 “塑控 ”促进塑料经济发展的政策成就 、困境与未来建设 ，第七章分析了中国未来 15 年塑料经济发展、“塑控”的总思路、行动策略、行动目标与预期效果。 课题组发现 ，在 “一级回溯”机制下 ， 2 0 1 7 年 ，平均每个家庭以主动或被动的方 式消费塑料 8 6 公斤 ，其中 ，来自大宗消费的数量为 8 2 公斤 ，来自微消费的数量为 4 公 斤 。另有 1 4 公斤塑料消费发生在建筑建设装修 、服装消费和 “一级回溯”以下的产品消 费中。v 中国塑料的环境足迹评估 基于 “零塑垃圾 ”的理念 ，本报告对塑料制品的环境影响分两段评估 ：从原油到塑 料制品 ；从塑料制品离开家庭到用后处理处置 。塑料后端处理为材料化利用模式时 ，每 1 吨废塑料保守估计可替代 0 . 6 7 吨洁净的树脂原料 ，由此避免 1 吨石油资源消耗和 1 吨垃 圾焚烧 ，综合碳减排效果为 5 吨二氧化碳 。在塑料领域 ， “可降解”并不等同于低环境 影响 。塑料的本质碳龄 、在产品链中的位置 ，加上后端处理处置方式 ，共同决定着其全 生命周期的综合环境绩效 。当可降解塑料的命运被制度设定为焚烧时 ，化石基的可降解 塑料更不环保 ；当用后被抛弃于干旱自然环境中时 ，聚乳酸 ( P L A ) 产品与化石能源中的 碳本质相同，皆为沉睡的历史黑碳。 课题组认为 ，未来 1 5 年 ，中国塑料经济发展 、 “塑控”的核心应是由 “应对产业链 末端的塑料垃圾污染” 向 “应对线性塑料经济” 转变， 改革机制体制， 加速发展可循环、 易回收、 可降解的塑料经济模式， 为人民的美好生活， 为国家的石油减量发展、 “零废” 发展与“碳中和”发展作出积极贡献与可靠保障。 课题组预计 ，通过 “塑控 ”措施 ，到 “十四五 ”期末的 2 0 2 5 年 ，中国家庭塑料消 费可在 2 0 1 7 年的基础上减少 1 0 % 。 “十四五”期间 ，全国通过消费 、生产环节的 “禁 限塑 ” ，累计减少传统化石基塑料消费 1 1 8 0 万吨 。到 2 0 3 5 年 ，在 2 0 1 7 年的基础上可 减少 2 5 % ，节油 1 8 0 0 万吨 。 “十四五”期间消费 、生产环节的 “禁限塑”重点是减少 “快消 ”型塑料特别是一次性不可降解塑料的使用与消费 ，在相关机制体制建设上取得 突破。 在 2026 至 2035 年的十年里， “减塑” 较 “十四五” 时期放缓， 然而， “塑控” 的情形更为复杂， 既要继续减少 “快消” 型塑料使用与消费， 还要积极应对新型 “快消” 型塑料与美好生活需求下的存量型塑料消费增长。 课题组建议 ，中国 “塑控 ”的总策略为 ：分类管理 ，减量发展 ，抓准热点 ，以政策 优化与创新发展推动与保障 。塑料管理要抓住热点场所 、热点产品 、热点行为 ，以及产 业链服务保障创新 ，包括 ： 1 ）生产者包装设计创新 ； 2 ）外卖餐具利用模式创新 ； 3 ）物 流包装利用模式创新 ； 4 ）塑料回收分类创新 。政策建设主要包括 ：建立清晰的生命周期 评价 ( L C A ) 视角下的塑料管理机制 ，夯实生产者责任延伸制 ，完善塑料包装标志制度 ， 鼓励各类生产者改革产品及包装设计及服务模式 ，加强公众宣传与引导 ，充分调动非政 府组织的力量 ，引导生产者 、销售者 、进口者 、消费者的塑料消费态度 、意识与行为转 型，以及创建塑料信用机制，创新塑料回收再利用机制。 创建塑料减量焚烧配额 （相对配额 ）制度和塑料回收利用环节 “禁限燃 ”机制 ，焚 烧减量配额共 6 2 0 万吨 。通过对塑料全产业链管理 ， “十四五 ”中国可减少传统塑料消 费 1 1 8 0 万吨 ，避免塑料焚烧 6 2 0 万吨 ，原料节油 2 5 0 0 万吨 ，比 2 0 1 8 年长庆油田全年 的原油产量还多 5 % 左右 ，减排二氧化碳 1 . 1 亿吨 ，相当于 3 5 个 5 0 0 M W （兆瓦 ）煤 电厂的全年碳排放量 。 “十四五”中国 “减塑”的总社会效益为 5 0 7 亿元 ，这部分收益 可以满足减量焚烧的 620 万吨塑料的化学回收工艺的建设与运行。油控研究项目系列报告 vi Abstract China is the largest plastic producer and consumer in the world, and the national plastic production and consumption is still growing. By the end of 2019, the accumulative production of primary plastics reached 1 billion tons. Plastics has become the “super waste”. The situation in China concerning “plastic control”-regulating the production, consumption, and back-end disposal of plastics-is more pressing than in most countries around the world. The research of Plastics Environmental Footprint in China is a sub-project of China Oil Consumption Cap and Policy Research Project. The main contents include: (1) analysis of household plastic material flow, (2) life-cycle assessment of environmental footprint of key plastic products, including energy footprint, carbon footprint and water footprint, (3) establishment of the target and schedule of plastic control, and (4) evaluation of oil- saving effect of plastic control. The research report has seven chapters. The first chapter briefly reviews the global plastic pollution challenge and the urgency of China’s “plastic control”. The second chapter analyzes the flow of China’s national and household plastic consumption by material flow technology. Chapters 3 and 4 assess the environmental impacts of traditional plastics (ie fossil-based plastics) from cradle to factory gate. The analysis boundary starts from acquisition of raw materials (crude oil) to end products made by factory. Chapter 4 also analyzes the environmental impacts of degradable plastics from cradle to factory gate. Chapter 5 assesses the after-use environmental impacts of plastic, which are the environmental impacts of plastic products from door of home to grave in the life cycle stage. The analysis boundary starts from plastic products leaving household to processing and disposal facilities, including landfills and incinerators. In line with the management concept of “zero plastic waste” and considering the significant differences in the environmental impacts of plastic processing and disposal, the research team did not summarize the environmental impacts of the two stages of the assessment. Chapters 6 and 7 are policy recommendations. Chapter 6 focuses on the analysis of China’s policy achievements, difficulties and future construction in promoting the development of plastics economy with “plastic control”. Chapter 7 analyzes China’s plastics economy in the next 15 years, the general concept of “plastic control”, action vii 中国塑料的环境足迹评估 strategies, action goals and expected results. The rule of tracking the first level of embodied plastics is applied during accounting household plastics consumption, meaning that plastics is measured in the place of consumption, inclusive of direct purchase of plastics and those indirect “purchase” such as carrier bag or package when buying fruits and yogurt. Under the one-step backtracking accounting rule, the average consumption of plastics per household amounted to approximately 86 kilograms (kg) in active or passive manner in 2017. The mass consumption contributed to 82 kg and the micro consumption to 4 kg. Another 14 kg of plastics occurred in construction, decoration, clothing and those products consumption with deeper-level embodied plastics. The environmental impacts of the key plastic products, including energy footprint, carbon footprint and water footprint, was evaluated using life cycle analysis from main category and subcategory scales. Based on the concept of zero plastic waste development, the plastics environmental footprint was assessed by two stages of the life cycle: Cradle-to-factory gate (C2G f ) and Household gate-to-Grave (G h 2G). C2G f describes a partial product life cycle from oil extraction (cradle) to the factory gate before it is transported to the consumer, while G h 2G describes the partial product life cycle from household gate to the grave where the disposal and treatment of the disposed product takes place. When the plastics is rematerialized after use, it is estimated that 0.67 tons of clean resin can be replaced by recycling 1-ton waste plastics, thus avoiding 1 ton of oil consumption and 1 ton of waste incineration. The emission reduction can total to 5 tons of carbon dioxide. For plastics product, “degradable” is not equivalent to lower environmental impact. Their overall environmental performance throughout the life cycle are determined by the intrinsic carbon age of plastics, their location in the product chain, and the mode of treatment and disposal after use, excluding process efficiency. When the degradable plastics is incinerated, fossil-derived degradable plastics are less environmentally friendly. When abandoned in arid natural environments after use, PLA products has essentially the same carbon embedded as oil-based plastics and those carbon are all sleeping “historical black” carbon. The research team believes that in the next 15 years, the plastic economy development in China and the core of “plastic control” could transfer from dealing with plastic waste pollution at the end of the industrial chain to dealing with linear plastic economy, and accelerate the development of recyclable, collectable and degradable plastic economy by reforming the current management mechanism and system. The new plastic economy would guarantee a better life for the public, less oil consumption development for the whole nation，and a zero plastic waste and carbon neutral future. The household plastic consumption is anticipated to be reduced by 25% by 2035 from 2017 level. Under this “plastic control” target, 18 million tons of oil could be saved in 2035. The research team suggests that the general strategy of “plastic control” in China should include: classification management, reduction development, key hot area/theme management and policy optimization/innovation. Plastic management should grasp hot 油控研究项目系列报告 viii place, hot products, hot behaviors, and the innovation of hot industry chain service. The innovation covers: 1) producer packaging design innovation, 2) take-out tableware utilization model innovation, 3) logistics packaging model innovation, and 4) plastic recycle classification innovation. The following mechanisms should be improved or established: · a clearer plastic management mechanism from an LCA perspective, · effective implementation of the extended producer responsibility system, · enhanced labelling system for plastic packaging, · motivation of innovation from product and packaging design to service model, · public publicity and guidance, · more responsibility taken by non-governmental organizations, especially collaborating producers, sellers, importers and consumers to less plastic mode, · a plastic credit mechanism, and · a new plastic recycling and reuse systems. The research team estimates that by 2025 at the end of China 14th Five-Year Plan, household plastic consumption could fall by 10% compared with 2017. During the 14th Five-Year Plan period (2021-2025), the consumption of traditional fossil-derived plastics is expected to be reduced by 11.8 million tons under the management mechanism of Ban and Restriction on plastics in product chain. Under the new system of plastic incineration reduction quota (relative quota) and the mechanism of “Ban and Restriction on incineration of plastics after use”, the incineration reduction quota is set to 6.2 million tons during 2021-2025.Through the whole industrial chain management of plastics, China would reduce traditional plastics consumption by 11.8 million tons and avoid burning of 6.2 million tons of plastics, leading to save 25 million tons of crude oil as raw material (about 5% more than the annual crude oil production of Changqing oilfield in 2018) and reduce carbon dioxide emission by 110 million tons(Equivalent to the annual carbon emissions of 35 coal power plants with 500MW installed capacity) of during the 14th Five-Year Plan period. The total benefits of “plastic reduction” strategy are estimated to be 50.7 billion yuan, which can used to reduce 6.2 million tons of plastics incineration by the construction and operation of chemical recycling facilities.1 塑料消费透视油控研究项目系列报告 2 1.1 全球塑料污染问题 从 1 9 5 0 年到 2 0 1 5 年 ，人类累积制造了 8 3 亿吨的广义塑料 ，其中 ，纤维塑料 1 0 亿吨 ，日常所说的塑料 7 3 亿吨 [1，2 ] 。加上 2 0 1 6 ～ 2 0 1 9 年的全球塑料产量 ，估计到 2 0 1 9 年底全球塑料累积消费量已超过 1 0 0 亿吨 、日常所说的塑料约 8 8 亿吨 。塑料在全 球范围内以惊人的速度积累 ，即使在偏远的地方 ，如南太平洋无人居住的亨德森岛也是 如此 [3] 。截至到 2 0 1 5 年 ，人类累计排放了约 6 3 亿吨塑料垃圾 ，其中只有 9 % 被回收 ， 1 2 % 被焚烧 ， 7 9 % 的塑料垃圾被填埋或遗弃在自然环境之中 [1] 。被填埋或遗弃的塑料总 量高达 49 亿吨 [1] ，占全球塑料累积总产量的 59%。 海洋的塑料污染问题已非常严峻 。在全球尺度上 ，每年约 3 % 的塑料垃圾进入海洋 [4] ，例如 ， 2 0 1 0 年约 4 8 0 ~ 1 2 7 0 万吨垃圾从陆地输入到海洋 [5] 。塑料在海洋中主要有两 种出路 ：漂浮回岸边或漂移到深海 。进入海洋的塑料中有 9 4 % 最终落到了海底 [6] ，科 学家在海洋的最深处马里亚纳海沟也检测到大量微塑料 [7] 。 《 2 0 1 1 年联合国环境规划署 年鉴》将海洋废弃物作为三大主题之一 ，并特别强调 ：微塑料是新兴的环境问题 。已有 6 9 0 种多海洋物种被证明摄入了微塑料 [8，9] 。在人类食用的蛤蜊 [10] 、鱼 [11] 以及食盐 [12 ,13] 中也证实有微塑料。 河流是海洋中塑料的最主要输入通道 [14] 。然而 ，目前公众对河流的塑料污染关注 远低于海洋 。对陆地塑料污染关注也不足 [15] 。陆地的微塑料污染规模可能较海洋污染高 4~23 倍 [16] ，农业土壤可能较海洋“储存”了更多的微塑料 [15] 。 塑料工业消耗了全球 8 % 的石油 [17] ，仅塑料制造阶段 （将树脂制成塑料产品 ）就产 生了全球 1 % 的碳排放 [18,19] 。若从全生命周期考虑 ，塑料生产和使用的碳排放占全球碳 排 放 的 3.8% [2 0] 。照常发展模式下 ，到 2 0 5 0 年 ，全球塑料生产将消耗全球 2 0 % 的石油 供应总量 ，其中 ， 1 / 4 多产品是一次性的 [2 1] ；塑料生产和使用的碳排放可能占全球碳预 算总额（2° C 情景）的 15%，这尚未考虑塑料在开放环境中降解产生的碳足迹 [1,22 ] 。 塑料的环境影响的代价是触目惊心的 。据 T r u e c o s t 的调查 ，消费品行业每年使用 塑料的自然资本总费用超过 7 5 0 亿美元 [16] ，食品行业责任最大 ，占塑料的自然资本总费 用的 2 3 % 。超过 3 0 % 的自然资本费用来自上游原材料开采和塑料原料制造产生的温室 气体排放 ，下游最大的影响是海洋污染 ，每年的自然资本费用至少 1 3 0 亿美元 。塑料消 费引发了资源环境 、生态 、美学和人类健康等诸多问题 ，大多数问题都可以归结为线性 的全球塑料利用模式。3 中国塑料的环境足迹评估 1.2 中国紧迫的“塑控”需求 中国是全球最大的塑料生产国 ，也是全球最大的塑料消费国 。年塑料 （初级形态塑 料 ） 产 量 在 新 中 国 成 立 之 初 只 有 400 多 吨，1995 年 约 为 1100 万 吨，2000 年 为 2590 万 吨，2010 年 为 5830 万 吨， 自 2015 年 突 破 7500 万 吨。 中 国 人 均 塑 料 消 费 量 在 2010 年超过全球平均水平 （ 4 0 公斤 ） ，目前约是全球平均水平的 2 倍 。然而 ，与发达国家的 人均塑料消费水平、塑钢比相比，中国的塑料消费尚属相对低水平。 中国的塑料生产与消费总体处于增长的通道 （图 1 - 1 、图 1 - 2 ） 。 1 9 4 9 ～ 1 9 9 0 年 ，中国初级形态塑料生产累计产量为 2 0 0 0 万吨 ； 1 9 9 1 年以来 ，初级形态塑料生 产加速 。全国初级形态塑料累计产量在 1 9 9 1 ～ 2 0 1 3 年的 1 3 年里突破 1 亿吨 ，在 2004 ～ 2017 年 的 14 年 里 突 破 7 亿 吨， 在 2018 与 2019 的 两 年 里 再 增 加 1.8 亿 吨。 截 止到 2019 年底，中国的初级形态塑料产量已累计到 10 亿吨。 塑料在自然环境中降解一般需要数百甚至