序言
20世纪以来，随着经济和生活水平的快速提高，制造业作为国民经济的物质基础和产业主体，规模不断扩大。一方面创造了前所未有的巨大财富，推进了人类文明的进步与发展，另一方面也带来了资源耗竭、环境污染及温室效应等一系列问题，限制了人类生活质量的进一步提高。据估计，全球每年向大气中排放约510亿t温室气体，其中制造业占比超过50%，并且呈现逐年增长的趋势。若不及时采取措施，21世纪末全球气温将上升5℃以上，粮食将减产50%，多达75%的物种将面临灭绝。二氧化碳作为温室气体最主要的组成部分，减少其排放量被视为解决气候问题最主要的途径。
为承担解决气候变化问题中的大国责任、推动我国生态文明建设与高质量发展，我国提出了“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”为了进一步落实碳达峰、碳中和的相关举措，中央财经委员会第九次会议指出：“要实施重点行业领域减污降碳行动，工业领域要推进绿色制造”。绿色制造已经成为制造业实现可持续、高质量发展的重要目标和发展范式。
绿色制造是在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑制造系统的环境影响和资源效率，最终使产品从设计、制造、使用到报废的整个生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，对生态环境无害或危害极小，资源利用率最高，能源消耗、排放最低。绿色制造的目标是充分利用各种新材料、新技术和新方法，实现制造业的节材、节能并减少各类不利于生态环境的排放，可从资源和能源消耗的源头解决生命周期二氧化碳排放高的问题。
为此，本文将从碳排放的产生及降低途径、绿色制造的理论基础和技术体系角度，说明绿色制造是碳达峰、碳中和目标下制造业的必然选择。并在分析国内外绿色制造技术及产业发展的基础上，提出绿色制造的发展趋势，以期加快制造业节能减排的进程，助力“双碳”目标的实现。
“双碳”目标与绿色制造的关系2.1 碳排放产生及降低途径
从制造业的角度看，碳排放的产生来源于产品生命周期的各个阶段，如原材料的获取、生产过程、运输过程、使用过程及回收处理过程等，而每个阶段的碳排放主要是由于能源消耗和材料消耗带来的，如图1所示。对能源和材料的产生过程进行溯源，碳排放的产生大部分来源于电力生产和原材料的获取，如通过煤、石油等发电、冶金及石化等。
图1 产品生命周期碳排放的产生
要想降低碳排放，需要分别从供给侧和需求侧两方面进行考虑。从供给侧看，发展非化石能源和减少化石能源的使用是降低碳排放的必要手段。因此，应该大力发展风能、太阳能、潮汐能、生物能、地热能及核能等新能源技术，着力突破新能发展的术瓶颈，增强绿色可再生能源的市场竞争力，促进绿色可再生能源供给机制创新，为新能源的广泛应用创造条件。从需求侧来看，碳排放的降低应贯穿于产品生命周期全过程，涉及到设计、制造、包装、运输、使用和回收处理多个阶段。同时也应加强对碳汇的投入，通过植树造林、植被恢复等措施，吸收大气中的二氧化碳，从而减少温室气体的排放，如图2所示。
图2 实现碳减排的主要措施
2.2 绿色制造的理论基础与技术体系
绿色制造以工业生态学、可持续制造、循环经济和清洁生产等为理论基础，利用产品全生命周期中各阶段的绿色技术实现资源利用率最高、能源消耗与排放最低。从绿色制造的技术体系来看，可以将绿色制造分为绿色设计、绿色生产、绿色物流、绿色运行和回收处理五大部分。其中，绿色设计包含了高能效设计、轻量化设计、可回收性设计等；绿色生产包含了绿色产品技术、绿色工艺技术、车间节能调度等；绿色运维包含了产品运行状态的在线检测、主动再制造服务等；再利用涉及到产品逆向物流、梯次利用及再资源化等，如图3所示。
图 3 绿色制造的体系架构
由此可知，绿色制造关键技术围绕供给侧和需求侧的减排，通过提高生产效率、最大限度地利用资源和减少废弃物，有效配置资源、合理利用资源，使经济发展、资源利用与环境保持相互协调，最终实现产品的低碳制造。可见，实现绿色制造与双碳目标的关键技术在目标上是一致的，可以为其提供关键的技术支持，是碳达峰、碳中和目标下制造业的必然选择。
国内外绿色制造技术的发展及应用3.1 国外绿色制造技术的进展
国外发达国家或地区的工业化进程相对较早，其资源、能源和环境问题也较早地凸显。为了解决这些问题，率先提出了绿色制造的理念，并从政策支持、技术规范及企业应用等方面不断推进和完善。
在国家层面，美国在20世纪80年代开始推进绿色制造，最早将推进绿色制造和低碳经济写入法律文本。并于2007年，《低碳经济法案》设计了减少温室气体排放的战略目标。2005年，欧洲EuP指令对耗能产品提出了能效标准框架性政策，通过强化生态设计改善产品的性能，提高能源利用效率，大幅度地减少对环境的负面影响。2007年，日本《绿色经济与社会变革》提出了构建低碳社会、实现与自然和谐共生的社会等中长期方针，强调了发展绿色社会资本、绿色消费、绿色投资及绿色技术创新等多方面的重要意义。
在企业层面，绿色制造理念进行了广泛普及和实施，绿色制造的生态环境已基本形成，通过系统化的绿色制造技术革新与升级，努力实现节能、减排的关键目标。如“欧洲绿色之都”拉赫蒂利用创新技术为整个垃圾处理价值链提供支持，实现50%的垃圾被循环利用，46%的垃圾则转化为能源。欧莱雅集团在亚太地区建成“零碳工厂”，以生物质气体为原料制备绿色蒸汽及生物电，促进厂内“多能互补”，满足每年约18000t的全部蒸汽用量。欧洲空中客车公司将激光焊接技术应用于飞机机身，机翼的内隔板与加强筋的连接取代了原有的铆接工艺，使得机身重量减轻18%，成本下降21.4%～24.3%。
不仅如此，企业通过技术进步和革新，形成了系列化标准与规范，如国际和区域性的环保公约、ISO14040环境管理体系和环境标志等自愿性措施，对我国的产品出口形成了严峻挑战。
3.2 我国绿色制造技术的进展
随着我国环境、资源、能源问题日益凸出，国际竞争环境的不断改变，为了改善环境质量，防止环境污染进一步加剧，我国从20世纪90年代初期开始关注绿色制造及其相关技术。通过加强规划引导、完善扶持政策，将绿色经济、低碳经济发展理念和相关发展目标纳入各个“五年”规划和相关产业发展规划中，制订了相关的法律法规、标准规范来约束产品的制造过程及其相关活动。同时，在企业层面，主要从企业发展规划、绿色管理和服务、落实清洁生产关键技术等方面不断实践与推广绿色制造技术。在国家政策引导下，国家相关部门对绿色制造的研究与应用也给予了大力支持。
经过近30余年的发展，我国突破了面向关键行业和领域的系列绿色制造关键技术，如面向全生命周期的家电产品绿色设计与制造关键技术、增材制造绿色工艺、高端装备再制造检测与修复关键技术以及复合材料的再资源化技术与装备等，使得我国绿色制造水平明显提升，绿色制造体系初步建立。与 2015年相比，政府、企业等的绿色发展理念显著增强，传统制造业物耗、能耗、水耗、污染物和碳排放强度显著下降，节能环保产业快速发展。绿色制造能力稳步提高，一大批绿色制造关键共性技术实现产业化应用，初步建成较为完善的绿色制造相关评价标准体系和认证机制，绿色制造市场化推进机制基本形成。
但是与国外相比，我国的工业绿色化和绿色制造依然存在不足之处，主要体现在以下几方面。
1）粗放生产方式依然存在，制造业及其产品能耗占全国能耗比重居高不下。
2）资源利用效率与国际先进水平尚存在差距，单位产品能耗高出国际先进水平20%以上。
3）重点工业产品绿色设计能力较弱，自主品牌占比明显偏低，部分关键技术和设备遭遇“卡脖子”问题严重。
4）制造工艺与装备水平不高，污染较严重，工业报废品再利用率低，资源化利用二次污染仍然较为严重。
5）法律法规和标准规范体系不完善。
绿色制造技术的发展趋势“双碳”目标的达成离不开绿色制造关键技术的支撑，而绿色制造技术的发展离不开自动化、检测与传感、大数据及物联网等众多领域的支持，特别是在制造业转型升级及智能制造快速发展的背景下，大数据、物联网/云制造技术、人工智能/机器人技术及3D打印技术等一大批新理论、新方法、新技术不断涌现，大大加速了与制造业的融合发展，为绿色制造技术的发展提供了许多新的契机。
在这样的背景下，我国制造业的绿色发展需进一步拓展与完善绿色制造技术体系，与多学科和多技术进行深度融合，其主要发展趋势包括以下几方面。
1）加强绿色设计理论与方法的研究。针对重点行业，开发绿色设计工具软件，从源头助力绿色制造的应用与发展。
2）突破绿色工艺与装备。开发推广具备能源高效利用、污染减量化、废弃物资源化利用和无害化处理等功能的绿色工艺技术和装备，突破清洁生产、再制造与再资源化的关键核心技术。
3）构建绿色制造服务平台。完善重点行业绿色制造与服务平台和标准体系，开发生产数据与数据库公共服务平台对接的软件系统，为绿色认证和评价提供数据支持。
4）探索智能绿色制造技术。推动互联网与绿色制造融合发展，提升能源、资源及环境智慧化管理水平，探索数据、知识及智能学习方法驱动下的绿色制造技术。
结束语绿色制造是一种理念，它要求我们在思考问题、策划方案、设计产品与工艺等活动中必须具有全生命周期思维；绿色制造更是一种实践，它要求我们要将绿色理念与具体应用场景相结合，进行绿色设计、开发绿色制造工艺与设备、高效环保回收利用废旧产品和养成绿色消费习惯。同时，绿色制造理论与实践相结合，能够不断把绿色制造的实施成效推向深入，既可为我国制造业高质量绿色发展贡献力量，也能为全球碳排放的减少提供支持。绿色制造任重道远，前途光明。
来源：金属加工 作者：刘志峰、黄海鸿、李磊、刘赟
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