目前，国际上对车辆全生命周期系统边界的研究主要分为燃料周期和车辆周期两部分。燃料周期研究包括对车辆所用燃料从开采到燃烧的过程；车辆周期研究包括车体生产所需原材料的开采、车辆生产、运送到最终报废的过程，且对车辆利用过程中必不可少的配套设施考虑较少。本研究将核算模型的系统边界范围确定为与车辆制造存在直接关联的环节，即燃料周期和车辆周期。与车辆制造产业没有直接联系的电网架设、厂房建设与产品设计环节、车辆维修和报废环节^[17]、对车辆利用过程中必不可少的配套设施，如加油设施和公路等^[18]在该核算模型中均不考虑。

核算模型的核算对象是矿用柴油重卡，即矿用柴油自卸车。使用条件为：1) 车辆使用的燃料为柴油；2) 清楚车辆全生命周期内的燃料消耗量；3) 清楚车辆报废年限与车辆操作人员数量；4) 车辆的结构要与重卡自卸车的结构相同。将与矿用柴油重卡全生命周期排放有直接关系的温室气体如氮氧化物(NO_x)、氧化亚氮(N₂O)、甲烷(CH₄)、一氧化碳(CO)、和二氧化碳(CO₂)作为本模型中的核算气体。为统一度量温室气体整体温室效应，引入全球增温潜势因子( Global Warming Potential，GWP) (表1) ^[19]，将几种温室气体排放量折算成二氧化碳当量 (CO_2-eq) 形式。

车辆的燃料周期碳排放是指柴油从原油开采、炼油、运输到车辆行驶消耗过程中的碳排放，以全生命周期法对车辆的燃料周期进行碳核算时，常用WTW( Well to Wheels，WTW)法。该方法是由美国阿贡国家实验室首次提出^[20]，即定义车辆的燃料周期为从“油井”到“车轮”的整个周期，将其整个周期又分为从“油井”到“油箱”的过程( Well to Pump，WTP)，即燃料开采、炼化、运输、储存和配送的过程；从“油箱”到“车轮”的过程( Pump to Wheels，PTW)，即燃料在车辆运行中使用的过程。本研究也将采用该方法，对矿用柴油重卡的燃料周期进行核算模型构建。

在WTP阶段，柴油生产过程要涉及原油开采、运输、柴油炼制和运输到加油站等过程，其中消耗的能源有电力和燃料等^[21]。在其生产过程中，柴油不是单一产物，故要得到柴油生产过程中的碳排放量就必须对总排放量进行分配，分配依据为产品能源的热值^[22] (表2) ^[23-24]。柴油生产中的温室气体排放因子见表3^[25]。

计算方法^{[18-19,24,26]}见式 (1) 。

式中：E_{燃料周期，WTP}为燃料周期WTP阶段碳放量，t (以CO_2-eq计) ；I_GWPi为核算中涉及的各温室气体的全球增温潜势因子；COEF_{柴油生产i}为柴油生产过程中的各温室气体排放因子，kg·t⁻¹；H为柴油每年消耗量，t；T为车辆使用周期，年。

在PTW阶段，核算模型核算的是车辆所使用的燃料从“油箱”到“车轮”过程中的碳排放量，即燃料燃烧过程的碳排放量，柴油燃料燃烧过程的排放因子见表4^[18,26-27]，计算方法见式 (2) 。

式中：E_{燃料周期,PTW}为燃料周期PTW阶段碳排放量，t (以CO_2-eq计) ；COEF_燃料i为柴油燃烧过程中各温室气体排放因子。

燃料周期的总碳排放量的计算见式 (3) 。

将车辆周期细分成3个阶段，即车辆原材料生产阶段、车辆主体制造阶段和车辆使用阶段。分别对各个阶段进行核算模型的构建。车辆主体制造所用的原材料均通过市场直接购得，其环境性能由社会生产的总体水平确定，这些原材料数据获取困难，故车辆原材料生产阶段碳排放只能采用估算和社会生产的平均水平作为数据来源^[28]。由于矿用柴油重卡和普通燃油车辆的系统构成与材料构成相差不大，本研究将参考文献[24]中的矿用柴油重卡的各子系统构成所占比例 (表5)。

车辆原材料生产的温室气体排放包括其使用能源及其生产工艺过程中的温室气体排放，涉及氧化亚氮(N₂O)、甲烷(CH₄)、一氧化碳 (CO) 、和二氧化碳(CO₂)等。本研究参考文献^[25]中各原材料生产过程中的温室气体排放因子，计算式为式 (4)~(5) ，结果详见表6。

式中：G_i为车辆各原材料质量，kg；W_i为各原材料实际消耗量，kg；β_i为各原材料物料利用率；E_{LCA,车辆周期，原材料}为车辆周期原材料生产阶段的碳排放量，t (以CO_2-eq计) ；COEF_原材料i为车辆各原材料生产过程温室气体排放因子。

车辆主体制造阶段所涉及的能源、资源和环境排放数据几乎都是产品制造厂家所特有的，无法获取。但王寿兵等^[19]研究我国车辆全生命周期内能耗和环境排放特性时发现，车辆原材料制造阶段的碳排放量是车辆主体制造阶段碳排放量的15倍。本研究核算模型以此为参考，估算该阶段碳排放量。车辆使用阶段碳排放是指驾驶员的碳排放量，全球大气研究排放数据库 (EDGAR) 给出的数据显示2018年中国的人均年碳排放量为8 t，换算 (按每天8个小时计算，以CO₂₋eq计) 后约为每人每工作日7.3 kg ^[29]，计算式为式 (6) ，车辆周期内的碳排放量的计算见式 (7) ，进一步对车辆各个阶段核算模型进行整合，基于全生命周期法的矿用柴油重卡碳核算模型为式 (8) 。

选用内蒙古自治区通辽市某煤矿的4类不同重量和不同价格的柴油重卡进行实例分析（基础数据见表7）。同一类车辆的型号相同、车辆的工作环境相同、承担的工作任务量相同 (一般都是在最大满载的情况下进行工作) ，其年油耗量通过统计该类车辆全年的年油耗总量，然后除以该类车辆数量所得。考虑到不同年度车辆的油耗存在些许差异，进一步将该类车辆使用年限内的年油耗量进行加权平均，得到各类车辆的年油耗量，并以此来估算各类车辆全生命周期内的油耗情况。车体重量和载重量均由车辆厂家提供；车辆价格即车辆购买合同标注的价格。报废年限以煤矿实际数据为准，为12年。使用研究所建立的核算模型核算4类车辆全生命周期碳排放排放量，并对其进行分析比较。

将4类车辆的数据代入式 (1) 和 (2) 计算得出4类车辆在WTP阶段碳排放排放量、PTW阶段碳排放量和燃料周期内的碳排放总量，结果见表8。

4类车辆的PTW阶段在燃料周期的占比最大，这一阶段是WTP阶段的12倍。这部分的碳排放量与燃料的消耗量有关，也与燃料的种类有关，因此，针对这部分碳排放量的控制，可采取以下3个方面措施。1) 提高发动机效率以使车辆在相同工作量的情况下，减少燃料的消耗量；2) 开发温室气体吸附装置以期对燃烧后排放的温室气体进行吸附；3) 改用更清洁的燃料，比如生物质柴油燃烧后所产生的温室气体远少于传统柴油^[9]。

按照表5所示比例计算出4类车辆各子系统质量，结果详见表9。再将各子系统视为一个单元，将同一子系统中采用相似原材料、相似加工方法制造的零件视为同一“材料”，并将这一类零件的质量作为该系统中这种“材料”的质量。据此方法，将车辆主体部分的原材料简化为钢、铸铁、铸铝、锻铝、铜、镁、玻璃、塑料、橡胶、铂等“材料”^[24]。考虑到数据的可获得性和各种材料的质量比例，选取钢材、铸铁、铝材、铜材、橡胶、塑料、玻璃和油漆8种质量较大的材料质量数据应用于模型计算；且车辆的原材料使用量应该采用实际的物料消耗量，并考虑物料利用率，而不能简单采用车辆构成材料的质量，计算结果详见表10^[26]。将表10数据带入式 (4) ，计算车辆实际主体部分的原材料物料消耗量，后将该结果代入式 (5) ，计算4类车辆原材料生产阶段的碳排放量和车辆主体制造阶段碳排放量，结果见表11。

4类车辆的报废年限为12年，全年除去维修保养的时间大概一年工作11个月，每天工作24 h，一辆车有4位驾驶员，一天有12位工作人员，将数据代入式 (6) ，计算得4类车辆的使用阶段碳排放量均为346.896 t，结果详见表11。

4类车辆的车辆周期的碳排放量随车身的重量增加而增加；原材料生产阶段的碳排放量最多，车辆主体制造阶段的碳排放量最少；由于4类车辆工作时所需的工作人员、车辆工作的时间和报废周期都相同，因此，这4类车辆在使用阶段碳排放量也相同。另外，车辆使用阶段的碳排放量是由车辆操作人员数量决定，从数值上看这一阶段碳排放量是相同的，由于4类车辆全生命周期排放量不同，这一阶段占比各不相同。针对这部分的减排，可从减少车辆操作人员入手。如国内许多煤矿已经将无人驾驶技术应用于重卡，这样既能减少这一阶段的碳排放量，又能避免工作过程中出现安全事故，保证工作持续稳定开展。

图1 表明，4类车辆的车辆周期中车辆使用阶段碳排放量占全生命周期排放量的比重最小，分别为0.412%、0.434%、0.480%和0.611%；燃料周期碳排放量最多，分别为95.772%、96.004%、97.097%和97.029%。此结果比冯超^[18]、王寿兵^[19]和罗晓梅^[24]等的研究结果中比重要高。其可能原因有：本模型中的车辆被使用于矿场道路，而其他研究中的车辆多使用于城市道路，使用环境相对恶劣导致要消耗更多的燃料；同时，研究中的核算车辆使用的燃料为柴油，而其他报道中的车辆使用燃料为汽油，有研究表明汽油的碳排放量低于柴油的碳排放量^[16]。A类车辆的全生命周期排放量最多，为84 244.794 t；D类最少，为56 752.637 t，是A类的67.366%。D类车辆重量是A类车辆的41.667%，消耗燃料是A类的66.748%。这说明车辆全生命周期排放量虽然是由车辆自身重量和所消耗燃料量共同作用的结果，但是燃料消耗量所起作用更大。

由于4类车辆的重量各不相同，直接进行碳排放量比较的说服力不强。本研究定义车辆全生命周期碳排放量与车辆重量的比值为单位重量排放量，将4类车辆基于同一基准，进行碳排放量比较，结果见图2。D类车辆的重量最轻，全生命周期内排放量最少，但其单位重量排放量最大，为873.117 t·t⁻¹；A类车辆的重量最重，全生命周期内排放量最多，但其单位重量排放量最小，为540.031 t·t⁻¹。4类车辆的载重分别为220 t、172 t、108 t和90.4 t，车辆的载重可以反映出车辆在全生命周期内承担的工作量，其在煤矿承担的工作任务越多，车辆全生命周期内碳排放量越多。从经济性角度考虑，车辆全生命周期内碳排放量与车辆购买价格的比值越大，越符合煤矿的要求。本研究将车辆全生命周期碳排放量与车辆购买价格的比值定义为车辆的单位价格排放量，结果见图2。A类和B类车辆的单位价格排放量分别为64.007 t·万元⁻¹和51.613 t·万元⁻¹，C类和D类车辆的单位价格排放量是129.253 t·万元⁻¹和126.117 t·万元⁻¹。综合节能减排性和经济性考虑，煤矿可适当增加A类和C类车辆的比重。在保证工作量的情况下，假设用A类和C类车辆代替B类和D类车辆，经计算全生命周期内可减少1.275×10⁵ t 的碳排放量，节省9 936.704万元的花费，可使煤矿企业节约一大笔成本。

4类车辆全生命周期碳排放由车辆重量和燃料消耗量共同作用，分别为84 244.794 t、79 839.707 t、72 292.878 t和56 752.637 t，其中燃料消耗量占绝大比重。以车辆单位重量为基准，A类车辆单位重量排放量最小，为540.031 t·t⁻¹；D类车辆单位重量排放量最大，为873.117 t·t⁻¹。以车辆购买价格为基准，C类车辆单位价格排放量最大，为129.253 t·万元⁻¹；B类车辆单位价格排放量最小，为51.613 tCO₂eq·万元⁻¹。综合节能减排性和经济性考虑，A类和C类车辆是最佳选择。在保证工作任务量的情况下，假设将A类和C类车辆代替B类和D类车辆，预计全生命周期内可减少127 452.377 t的碳排放量，节省9 936.704 万元的花费。