关于不同制粉工艺面粉生产碳排放的探讨
时间：2023-02-19 15:15:07 来源：千叶帆 本文已影响人
陈 璐 张麦琪 李生龙 朱晓月
（布勒（无锡）商业有限公司，江苏无锡 214142）
1750年以来，即工业革命以来，由于排放二氧化碳等温室气体造成温室效应而导致了以全球变暖为主要特征的变化。初步估计，大约有2 万亿吨的碳被排放到大气中[1]。研究表明人类活动排放的大量温室气体是导致气候变化的关键原因。气候变化专门委员会（IPCC）的第六次评估报告再次展示了大气中日益增加的二氧化碳对全球变暖的影响[2]。
我国小麦资源丰富，是仅次于稻谷的第二大粮食品种。2021年，我国小麦产量达136 95 万t，比2020年增长2.0%[3]，约占粮食总产量的20%。据IPCC 统计，由农业产生的温室气体排放量约占全球温室气体排放量24%[4]。在小麦制粉整个价值链中（原料、原料运输、制粉及分销），巨大的小麦处理量一方面会消耗能源，另一方面又会产生大量温室气体。因此，在小麦制粉过程中，选择合理工艺、提高出粉率、节粮减损是减少面粉生产碳排放的主要措施，也是面粉加工行业需研究的重要课题。
目前，一些小麦制粉企业对碳排放给予了高度关注，也已开始采取行动来减少碳足迹。2021年美国农业综合企业阿彻丹尼尔斯米德兰（ADM）公司宣布，该公司通过提高能源效率、购买可再生能源证书以及碳捕获和碳封存等项目技术，以使其在美国的22 家面粉厂达到碳中和状态。ADM 是面粉加工行业中第一个使用碳捕获和储存技术的企业，其碳中和项目也是行业中规模最大的。布勒公司作为全球领先的面粉加工设备制造企业，对控制减少制粉环节碳排放提出了建议，并在小麦制粉工艺技术上不断创新，以实现面粉生产低碳运行。
1.1 传统小麦制粉工艺
原料→预清理→清理→研磨制粉→混粉→包装→分销。
1.2 布勒小麦制粉工艺
原料→预清理→清理→研磨制粉（智能+E3 技术）→混粉→包装→分销。
布勒在制粉工段采用智能制粉技术和E3 制粉技术相结合的方法。
（1）智能制粉技术
布勒智能制粉技术采用瑞士进口的磨粉机（MDDR/MDDT），能保障制粉效果和研磨工作的稳定性，此外还具备轧距自动调整功能。结合本土化先进的工程设计理念和工艺标准，通过稳定运行的硬件设备、智能化的控制系统和解决方案，可实时分析在线设备收集来的信息，实现“Machine to Machine（机器对机器）”的交流，既可自动调整流程参数，如轧距、灰分、粉色等，也可实现来料处理、蛋白质含量检测等复杂操作，最终实现可控、定制化、高品质生产。
布勒智能制粉技术的显著特点有：①基于物联网的数字服务，提高了生产效率；
②同等面粉质量下，能提高面粉出率3%以上。
2021年10月21日，因在技术先进性、本土化创新、产学研合作和未来可持续等方面的突出成果，布勒智能制粉技术获得了中瑞商业大奖的“可持续高科技和金融解决方案奖”[5]。
（2）E3 制粉技术
布勒E3 制粉技术专注于高性能、最小的空间需求、快速地安装和最低的运营成本。其显著特点包括：①将面粉生产车间由传统的7～8 层降低到3层；
②使建筑投资减少30%；
③采用一体化研磨系统和推式输送机，可节约能耗10%。
1.3 小麦制粉厂碳排放计算主要技术参数
以某小麦制粉厂为例，碳排放计算的主要技术参数如下：
（1）年产面粉13.5 万t，以传统制粉工艺面粉出率75%计算，则年需小麦18 万t，即生产1 t 面粉需消耗小麦1.33 t；
而以布勒制粉工艺面粉出率78%计算，则年需小麦17.31 万t，即生产1 t 面粉需消耗小麦1.28 t。
（2）小麦碳排放系数（采用全球排放系数）为0.685 kg/kg（小麦）[6]。
（3）小麦和面粉、麸皮均采用卡车运输，卡车运输碳排放系数为0.134 kg/（t·km）[6]。设定原料运输距离均为100 km。
（4）电碳排放系数为0.562 kg/（kW·h），水碳排放系数为0.627 kg/t，包装材料碳排放系数为2578.06 kg/t[6]。
1.4 碳排放计算量化方法
碳排放计算采用ISO 14067（产品碳足迹）量化方法[6]执行。
在小麦制粉的整个价值生产链中，碳排放主要包括：原材料（小麦、运输、水）部分碳排放，面粉生产（预清理、清理、研磨、混合到包装）部分碳排放和分销部分碳排放。
2.1 原材料部分的碳排放
原材料部分主要由原料小麦、原料小麦运输（由田间运输至面粉厂）、小麦加工调质用水及面粉包装材料4 部分组成，各部分产生的碳排放计算结果见表1。
表1 每生产1t 面粉的原材料部分碳排放计算情况
从表1 中可见，每生产1 t 面粉，布勒制粉工艺和传统制粉工艺碳排放分别为909.444 kg、944.365 kg。其中：运输方面，布勒制粉工艺和传统制粉工艺碳排放分别为17.152 kg、17.822 kg；
润麦用水方面，因两种工艺的小麦消耗量不同，则小麦调质耗水量也稍有差异，分别为0.038 t 和0.040 t，因此在润麦用水方面的碳排放分别为0.024 kg 和0.025 kg；
面粉包装材料方面，因生产1 t 面粉所用的包装材料数量相同，所以两种工艺的碳排放没有差异，均为15.468 kg。
在原材料部分，生产1 t 面粉布勒制粉工艺比传统制粉工艺碳减少了34.921 kg 的碳排放。这是由于布勒制粉工艺采用了智能制粉技术，提高了面粉出率，同样生产1t 面粉，布勒制粉工艺需要1.28 t小麦，而传统制粉工艺则需要1.33 t 小麦。所以采用布勒制粉工艺生产面粉不仅减少了原材料的使用，也减少了运输等相关材料的耗用。
2.2 面粉生产过程碳排放
面粉生产过程的碳排放主要包括小麦储藏和制粉2 个方面。
小麦储藏方面的碳排主要是小麦在输送时的耗电，布勒制粉工艺和传统制粉工艺生产1 t 面粉的耗电量分别为1.883 kW·h 和1.982 kW·h，电碳排放系数为0.562 kg/（kW·h），则此工段生产1 t 面粉此工段布勒制粉工艺和传统制粉工艺的碳排放量分别为1.058 kg 和1.114 kg。
制粉方面主要是耗电产生的碳排放，生产1 t面粉时，布勒制粉工艺耗电量为83 kW·h，传统制粉工艺耗电量为87 kW·h，电碳排放系数为0.562 kg/（kW·h），则布勒制粉工艺和传统制粉工艺的碳排放分别为46.646 kg 和48.984 kg。
综上所述，面粉生产工段生产1 t 面粉布勒制粉工艺和传统制粉工艺的碳排放分别为47.704 kg和50.098 kg，布勒制粉工艺减少了2.394 kg 碳排放。这是因为布勒制粉工艺使用智能制粉技术提高效率的同时，采用E3 技术减少了电耗，从而减少了生产加工部分的碳排放。
2.3 分销部分碳排放分析
分销部分碳排放主要是指将面粉通过运输（从储藏至用户）分销给下游的过程中产生的碳排放，以运输距离100 km 计，运输方式为货车，运输碳排放系数为0.134 kg/（t·km）。由于面粉数量相同，所以在分销部分2 种工艺产生的碳排放相同，均为13.400 kg。
2.4 小麦制粉价值链中的碳排放
小麦制粉价值链中采用不同制粉工艺的碳排放比较见图1。
从图1 可以看出，生产1 t 面粉布勒工艺制粉在整个生产价值链中共产生970.548 kg 的碳排放，而传统制粉共产生1 007.863 kg 的碳排放。相比而言，布勒制粉工艺产生的碳排放低，共减少37.315 kg 的碳排放，也就是3.702%的碳排放。所以合理工艺、提高出粉率，减少小麦消耗是减少碳排放的重要途径。
2.5 年产面粉13.5 万t 的面粉厂碳排放量测算
如按布勒制粉工艺生产1 t 面粉在整个生产价值链中可减少37.315 kg 的碳排放计算，则年产面粉13.5 万t 的企业一年可减少碳排放5 037.525 t。如按每棵树的碳吸收量为20 kg 计算，则采用布勒制粉工艺一年减少的碳排放相当于251 876 棵树的碳吸收量，这说明合理的制粉技术对减少碳排放具有重要意义。
布勒公司作为国际面粉设备的龙头制造企业，开发的智能制粉技术和E3 制粉技术，在保证面粉品质的同时，使整个生产价值链中碳排放量有所减少，给小麦制粉企业在如何减少制粉过程中的碳排放提供了一定的指导。布勒制粉工艺生产1 t 面粉碳排放量是970.548 kg，传统制粉工艺生产1 t 面粉碳排放量是1 007.863 kg，采用布勒制粉工艺碳排放量可减少37.315 kg，即比传统制粉工艺减少3.702%的碳排放。如按年产13.5 万t 面粉计算，采用布勒制粉工艺可减少碳排放5 037.525 t，相当于251 876棵树的碳吸收量。因此，合适的制粉技术是减少面粉生产碳排放的有效途径。
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