產品綠色設計─產品碳足跡計算自動化軟體 開發經驗

    

郭有福 (群創光電)

陳家豪、陳旺志 (國立成功大學機械工程學系)

許宸維 (捷達世)

劉奇達、謝炅宏、陳永豐、郭李哲 (群創光電)

黃一元、曾士庭 (中崗)

摘要

本文介紹產學合作進行產品綠色設計中客製化產品碳足跡計算自動化軟體的開發經驗。首先訂定二氧化碳(CO2)排放係數資料庫項目分類方式選取配合群創光電的需求訂定與該公司相關的CO2排放係數資料庫,從名稱、地區與CAS no.等基本條件下著手挑選適當使用的係數資料外,也根據此公司曾經或當前正在使用的物料作一統一的名稱,以供未來所有供應商在選定基本物料名稱上較不易混淆,等該選定名稱之後所對應到的一筆(大多數)CO2係數資料庫,即使是對應到多筆CO2係數資料庫在選取上也比較容易判定(可根據材料特性或地區等特色)。接著建立可用於自動化計算之盤查表單,將複雜、隱藏且不同的LCA軟體內之資料庫選單,以清晰且容易的方式顯示出來,使供應商可準確完成盤查工作。亦將建立製程類別之分配原則,以統一盤查內容。最後由捷達世公司完成一碳足跡計算自動化軟體系統平台。

一、前言

近來全球各國對於產品延長生產者責任(extended producer’s responsibility)越來越重視,除了歐盟實施了電子電器回收指令(WEEE指令)及危害物質禁止指令(RoHS指令)已造成相當大的衝擊,其他各國也將相繼對電子電器的綠色設計展開更嚴格的要求。而新的歐盟指令 ErP (Energy related Product)更是大家關注的焦點。雖然ErP實施細節尚繼續在制定中,許多國際大廠已積極籌劃因應對策,灣廠商也應提早積極準備因應對策。因此群創光電公司對於所生產的LCD相關產品因應ErP 指令的相關綠色設計技術採取進一步的研究,作為LCD相關產品之未來綠色設計相關研發技術參考之用。隨著近幾年全球各地極端型氣候越來越嚴重,溫室氣體議題加溫,降低各種產品的溫室氣體排放量成為綠色設計的重要目標。20103月台灣成為全球第十一個推出碳標籤國家,綠色製造生產設備溫室氣體排放量的計算,將是未來綠色產品設計極重要的工作。台灣產業界也應積極建立相關生命週期評估與碳足跡計算的技術,以增強台灣產業面對國際環保議題趨勢的競爭力。

在台灣使用現有LCA軟體的問題除了缺乏熟悉LCA軟體之專業人才,尚有許多問題,例如: (1)缺乏台灣區域性資料,是否有台灣區域性替代資料? (2)各LCA軟體資料不一致。而電子IC零件的CO2排放量差異更大。(3) 缺乏適合研發設計工程師進行溫室氣體計算的工具。(4)產品的BOM表資料與各LCA軟體資料名稱與格式不同,造成執行LCA軟體的困擾。(5)複雜的 LCA軟體介面,增加使用LCA軟體的困難度。(6)缺乏適合供應商進行溫室氣體資料盤查的工具[1]。因此,如何克服上述困難,發展適宜台灣廠商的簡易生命週期評估技術,以建立台灣廠商執行與掌握生命週期評估之能力,是現階段台灣廠商因應ErP 指令的對策之一。

目前碳足跡盤查計算模式,需由人工進行盤查表單確認、資料庫挑選、計算與彙整,費時費工需大量人力資源進行產品碳足跡計算,無法全面提供群創光電產品之碳足跡資訊。現有碳足跡計算軟體無法自動化,亦無材料碳排放係數資料庫以及適用於自動化之盤查表單。使用國內碳足跡軟體進行計算,則無自動化計算平台。針對產品碳足跡盤查及計算作業流程進行自動化開發,以期降低公司需投入之人力資源成本並迅速回應客戶之需求。本文即針對此一需求,運用長期以來在電子電器產品綠色設計與LCA議題的研究經驗,擬對產品碳足跡計算自動化進行研究。

期望這次研究從資料庫下手,製作出一款專屬於台灣電子產業(尤指與群創光電相關企業)可以使用的CO2係數排放資料庫,此選定的係數資料庫來源即是Ecoinvent[2]。由於Ecoinvent資料庫定期更新,有機會於未來會新增新的係數資料,這是很大的優勢。加上Ecoinvent的係數來源會很詳盡的紀錄說明此筆資料的分類類型、來源與邊界條件,更增加了可信度。故從群創光電曾經盤查過的相關MSDS資料,選取共約2,000筆相關資料,其中除有基本元素的CO2排放係數,相關的能源使用以及產品後續的廢棄處理也包含在內。更值得一提的是,能源的部分並非單純沿用Ecoinvent的係數排放資料,更經過單位轉換以及加入特定燃燒值與搜尋其他更具公信力單位的CO2排放資料列於此資料庫中,使本資料庫更完善。

為建立產品碳足跡計算自動化功能,將以Ecoinvent LCA資料庫的碳排放係數資料為建立碳排放係數資料庫基礎。首先建立資料庫比對及建立資料分類原則,再完成材料及排放係數資料庫建置。缺乏之資料,將研究三個LCA軟體: (1)歐洲的Gabi軟體[3](2)荷蘭SimaPro LCA[4](3)日本JEMAI-LCA PRO軟體[5]。首先將整理萃取各個LCA軟體內各種材料與製程之溫室氣體排放量指標數據,進行差異性比較。以截長補短的構想,將三個LCA軟體各有所長的數據,挑選最適合者補成較完整之溫室氣體資料庫。針對缺乏台灣區域性資料之情況,選出或填入台灣區域性替代資料。接著建立可用於自動化計算之盤查表單,將複雜、隱藏且不同的LCA軟體內之資料庫選單,以清晰且容易的方式顯示出來,使供應商可準確完成盤查工作。亦將建立製程類別之分配原則,以統一盤查內容。

二、二氧化碳(CO2)排放係數資料庫建置

2-1 簡介

根據Ecoinvent提供Carbon emission list of Electronic industry V1.3 (modify)版本,內含各類別的CO2排放係數之詳細數據,如ElectronicChemicalMetalGlassPaper+BoardMineralsFuelsWoodPlasticsWaterUseInput OutputEnergyTransportationProcessingWaste Treatment Ceramics17項目。但是對於電子產業而言,並非所有資料均有相關,同時資料庫內的某些數值仍需要經過判別才知道是不是符合真實狀況,若是符合者可直接選取,差異性不大者也是直接選取使用;但若數值經過判別發現與實際情形不合或者與大多數參考資料相差甚遠時,即可能利用其他資料來源(由成功大學或者群創光電提供相關資料)或者相互討論以得到接近真實的數據。

透過討論的方式,首先提出不同於Carbon emission list of Electronic industry V1.3 (modify)版本中的分類項目,經由與群創光電討論的結果,將二氧化碳(CO2)排放係數資料庫的項目做更動,使使用者(群創光電與其相關供應商)在使用係數資料庫時更容易上手。

2-2 二氧化碳(CO2)排放係數資料庫項目類別介紹

根據群創光電實務上的經驗,將從基本材質清單方面來分類。所謂基本材質清單,即盡量將任何材質拆解至基本元素,或者拆到原Carbon emission list of Electronic industry V1.3 (modify)版本中有的相關項目,如此一來該相關項目才能夠擁有CO2的排放係數以利後續計算排放量。同時透過適當的項目歸類,可以讓所有單位在使用或選取係數時更得心應手。

從基本材質清單來分類的好處是可以讓供應商從最基本的物料著手,將製成的零件提供給下游廠商(如群創光電)時,可以清楚地計算出此零件的CO2排放量,此舉有利於後端的廠商在計算產品的總CO2排放量會最精準。

基本上本係數資料庫由大到小共分為4個分類,含大分類、中分類、小分類與細分類,以樹枝狀往下展開,但並非所有品項都會含有小分類與細分類。其中大分類含Metal(金屬)、 Plastic(塑膠)、Chemical(複合材料;化學品)、Paper(紙張)、Wood(木頭)、Glass(玻璃)、Ceramic(陶瓷)、 Grease(潤滑油)、Electronic(電子零件)、Energy(能源)、Transportation(運輸)與Waste(廢棄物)等12 項目,中分類為根據大分類的品項再細分,小分類為根據中分類的品項再細分,細分類為根據小分類的品項再細分,參考表2-1。

本係數資料庫(表2-1)盡量利用中文的方式或中英並存的方式列出,可方便所有使用者在選取資料庫的名稱時不易錯判。在細分類的部分,僅在電子零件的分類中才會有,如電子零件中有出現幾項特別之處:

(1) 於Metal、Plastic與Chemical項中有添加”*”,表示以下的細分類項目為根據檔案(MSDS供應商調查表)所歸納出精簡的項目。使用者在使用時較容易直接選取到常用的品項係數,若是未來有新增或者尋找不到相關係數(Other)時,可於係數資料庫後繼續新增加係數或直接到最原始的 Metal、Plastic與Chemical基礎係數資料庫去尋找相關數值。由於係數資料庫Metal(金屬)、Plastic(塑膠)與 Chemical(複合材料;化學品)為最主要基本元素,若仍無符合相對應基礎元素之碳排放係數時,可選擇”相近的項目係數”或暫時選擇”Other(Other(Metal)、Other(Plastic)或Other(Chemical))”,但需要儘快尋找/新增適合之項目係數。

(2) 4個階層的分類(大中小細)中,細分類僅使用於電子零件的大分類下,因其為檔案(MSDS供應商調查表)統計過後常見之項目(參考表2-1)。而讀取方式為:於Electronic(電子零件)下之Chip Resistor(貼片電阻),若供應商無法提供詳盡的原始材質清單,則直接使用Resistor的係數資料,若無此元件的係數資料,則可使用統計過後*Metal*Plastic*Chemical去尋找基本的材質清單,大部分基元素均可以找到,若仍有找不到者則直接往最原始的係數資料庫Metal(金屬)Plastic(塑膠)Chemical(複合材料;化學品)去尋找。

2-1 細分類僅存在電子零件中

2-3 二氧化碳(CO2)排放係數詳細資料庫

2-2節中知道當決定好4階層之後,接下來就是對應的係數資料。參考表2-2,欄位有:

(1) Data ID:此為Ecoinvent中某些係數會有一個固定的ID (Code),不論Ecoinvent版本為何此ID不會變更。但若某些係數是此Ecoinvent版本才增加,若無一個ID給定,則會以灰色色塊代替。而在係數資料庫中,Ecoinvent有缺乏者或者有部分經本研究判定與增加部分,則是維持無ID也不上色。

(2) Ecoinvent V2.2名稱:此部分即對應Ecoinvent中之資料名稱。

(3) 單位:為產生CO2的單位。如以公斤為單位,以面積m2或體積m3為單位等。

(4) 係數:為一個數值(Kg - CO2 eq),通常是搭配單位,如每公斤”名稱”排放”係數值””單位”的CO2。

(5) Ecoinvent主分類與Ecoinvent次分類:為Carbon emission list of Electronic industry V1.3 (modify)此版本原係數資料歸類的類型。

(6) Project、Tool與Remarks:Project為Carbon emission list of Electronic industry V1.3 (modify)此版本原係數資料來源(如Ecoinvent、LCA FOOD DK、USLCIIndustry data 2.0ELCD),在Energy內的Electricity(電力)(無傳送損失)項中,此部分是填入資料來源的網址連結,因這部分的資料由本研究提供更精準的資料參考。工具大多是以SimaPro7.3為主。若是係數為學界方面由其他LCA軟體提供修正或補充者,則會填入如SimaPro7.1JAMEI等其他資料來源之工具。Remarks則為原Ecoinvent係數資料的相關邊界條件。

(7) 備註欄

若係數為有修正過的或補上Ecoinvent所缺的,則Ecoinvent主分類與Ecoinvent次分類欄、Project與Remarks會沒有資料。若係數資料庫來源非Ecoinvent則會於此欄填入”非Ecoinvent”的註記。

表2-2為整體標籤與詳盡資料之相對應排列(在此舉冷軋鋼板(Cold-rolled steel plate)為例)。Cold-rolled steel plate在此版本的Ecoinvent中沒有相關資料,故學界方面從JEMAI中的此項資料並置入,同時在Tool項與備註項填入相關資訊。

2-2 排放係數資料表之完整標籤(Cold-rolled steel plate為例)

 

三、二氧化碳(CO2)排放係數資料庫項目之相對應Ecoinvent係數選取標準

整體而言,於各階層下(大、中、小與細分類),若是為此四類最低階階層者,即是常用的品項名稱,此常用名稱可讓使用者在選取資料庫時較容易找到相對應的品項。

當使用者選用四階層中最低階的名稱,其後的資料就是填入2-3節中所列出詳細資料庫,在此僅敘述分類之最低階層(使用者易懂)與Ecoinvent V2.2名稱(原始Ecoinvent資料庫內之名稱)之選取關係。

本研究之選取標準方式如下,不論是哪種選取標準,盡量期望是一個名稱對應一個係數,這樣可以讓使用者在選取時較不容易混淆,但仍有許多項目會對應多個係數,只好全部列出讓使用者自行選取。以下僅列出最低階的名稱與相對應之係數標準,同時會舉例子來說明(僅列出到排放數值之欄位)

3-1 Galvanized steel plate (鍍鋅鋼板)Hot-rolled steel plate之對應CO2排放係數

(1) 名稱:若最低階名稱與係數資料庫某項目可以完全相同者或相近者,即直接列出,大部分均以這種方式將係數填入。如表3-1。若相近的名稱太多者,只好全部列出。

(2) 地區:一個最低階名稱雖對應一個Ecoinvent內的名稱,但根據不同地區會有不同的係數,此處也是把所有可能地區的係數均列出,如表3-2(Platinum(,白金, Pt)為例),表中V2.2名稱內的RER URU U ZA U及代表不同地點同一品項的CO2排放值。

3-2 Platinum (,, Pt)之對應CO2排放係數

(3) CAS no.:於檔案(MSDS應商調查表)中,部分化學物質名稱對應於Ecoinvent名稱上有困難,會透過CAS no.的對應來尋找其他的名稱,相同的CAS no.會對應相同物質,再從此去尋找係數相關資料。

(4) 電力方面:此方面資訊並未直接引用Ecoinvent係數資料庫的數值,因本研究判斷Ecoinvent係數資料庫的數值並不符合現在大部分地區的使用狀況,故另外列出台電所公佈的電力CO2排放係數以及群創光電先前所探查的中國地區CO2排放係數(中國2008年容量邊際排放因子),與世界各國CO2排放係數檔案(CO2 Emissions from Fuel Combustion Highlights (2010 Edition))的資料。

四、碳足跡(PCF)自動化計算系統

本節簡單介紹由達世公司所配合發展的碳足跡計算自動化軟體系統平台。首先進入碳足跡計算自動化軟體系統平台啟動新產品盤查畫面,如圖4-1所示。接著選擇盤查產品畫面,輸入產品基本資訊與匯入產品BOM Excel檔,可對產品BOM表零件進行高階分析。

4-1 啟動新產品盤查畫面

下一步驟為邀請供應商參與盤查,供應商可先下載Excel範本,然後再依零件項目一一上傳完成盤查Excel 檔到對應項目。當選擇完產品零件碳排放係數後,就可據以計算產品碳足跡,如圖4-2所示。

4-2 選擇產品零件碳排放係數以計算碳足跡

最後完成產品盤查查證與品碳足跡計算,產出產品碳足跡宣告資訊。設計工程師可用「圖表分析」功能,來了解產品碳足跡分佈情形,進行減少產品碳足跡的設計改良,如圖4-3所示。

4-3  以「圖表分析」功能來了解產品碳足跡分佈情形

五、結論與建議

本文主要是研究透過選定之Ecoinvent資料庫找出與群創光電相關的材質CO2排放係數,並搭配能源、運輸以及廢棄物的處理方式來為公司量身訂作完整的係數資料,並統合群創光電於中國地區所盤查出的能源資訊、台灣方面的能源資訊以及世界各國電力CO2排放係數(CO2 Emissions from Fuel Combustion Highlights (2010 Edition))使本資料庫更豐富完整。同時於文中也詳細列出評斷資料是否符合所用之標準(如名稱、地區或CAS no.)。將這一系列選定後之適合群創光電的係數紀錄於Excel中,利用分類清晰完整的類別引導相關供應商於選取CO2排放係數時更加容易,使得未來一項產品的CO2排放的盤查可更完整且更符合台灣廠商想打入國際市場前的前置作業。完成這項計畫還有另一項優勢,可以於產品設計初期時就利用這新資料庫來計算可能的CO2排放係數,取代產品完成之後才計算排放值所造成的可能損失。

同時建立可用於自動化計算之盤查表單,將複雜、隱藏且不同的LCA軟體內之資料庫選單,以清晰且容易的方式顯示出來,使供應商可準確完成盤查工作。亦將建立製程類別之分配原則,以統一盤查內容。最後由捷達世公司完成一碳足跡計算自動化軟體系統平台。

未來除繼續更新資料庫使更豐富,在部分材質的訊息仍處於未知狀態,當未來不論是Ecoinvent資料庫有更動或者相關材質有單位針對其作盤查出排放值時,產品的CO2排放數值可更精確,期望台灣相關的產業也能提供可公開的材質CO2相關排放值清單,使本資料庫可以更多元。供應商在使用本資料庫時也可更得心應手。本研究目前以溫室氣體(碳足跡)Ecoinvent LCA資料庫為主,未來可擴展至其他LCA資料庫與其他環境衝擊指標。

致謝

本研究計畫由財團法人群創教育基金會資助,特予感謝。

 文獻

1.溫奕興家豪,“產品生命週期之簡化評估流程與資料庫研究,” 2011永續性產品與產業管理研討會, 2011年 3月18-19日, 台北, 國立台北科技大學.

2.Ecoinvent 資料庫 http://www.ecoinvent.org/

3.GaBi生命週期評估軟體。

4. Simapro荷蘭生命週期評估軟體。

5.JEMAI-LCA Pro日本生命週期評估軟體。

 

原始文章出處:『環保資訊』月刊第184期(2013年8月號)

連結:

http://www.fengtay.org.tw/paper.asp?page=2013&num=1336&num2=218 (上)

http://www.fengtay.org.tw/paper.asp?page=2013&num=1341&num2=218 (下)