1 、方案背景与目标

1.1 背景

1.1.1 碳中和、碳达峰已被写入国家可持续发展战略

       在当前全球碳中和渐成共识的背景下，应对气候变化、推动绿色低碳发展是当前国际合作中各方较易达成共识的领域，也是我国开展国际合作的重要议题。碳达峰、碳中和已走到了舞台的中央，在我国的重大会议上多次被提出讨论，已经成为成为今年我国现代化建设的核心议题。

1.1.2 工业企业的低碳发展在国家实现碳中和、至碳达峰的目标下关重要

       各地方政府、行业、企业积极响应号召，纷纷设定各自碳达峰、碳中和的目标。我国工业规模巨大，虽然近年来工业增加值占比持续下降，但仍是最大的能源消费领域。从排放量上看，工业直接排放占全国30%，加上工业使用的电和热，占比达60%-70%。因此，工业企业在积极推动工业绿色低碳发展在实现碳达峰碳中和目标中承担着重要使命。各工业企业纷纷积极响应国家对碳中和、碳达峰的号召，降低碳排放，早日达到碳中和、碳达峰写入企业自身的发展蓝图中。

       评估碳足迹是工业企业实现碳中和，减少二氧化碳排放的第一步。对于工业企业来说计算产品碳足迹有助于企业量化并深入了解生产、经营活动对气候变化的影响，同时采取有效措施以减少整个价值链中的碳排放。此外，工业产品碳足迹也可能成为我国工业产品进入国际贸易市场的获取绿色技术贸易竞争优势的重要手段。

1.1.3 区块链已提升至国家战略地位

       2016 年 12 月，国务院印发《 “十三五” 国家信息化规划》，其中《规划》首次将区块链技术列入国家级信息化规划内容。2020年4月，国家发改委首次将 “区块链” 列入新型基础设施的范围，明确其属于新基建的信息基础设施部分的新技术基础设施。同年的中央经济工作会议强调，当今世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革深入发展，同时国际环境日趋复杂，不稳定性不确定性明显增加。尤其是，新冠肺炎疫情大流行，强化了经济全球化的逆流，加剧了各国间的战略博弈，全球产业链供应链面临深度重构，科技竞争成为发展的关键变量。科技发展中的某些 “卡脖子” 问题，对我国发展、国家安全等造成重大影响。因此，中央经济工作会议在部署明年要抓好的重点任务时，首先部署的是 “强化国家战略科技力量” 和 “增强产业链供应链自主可控能力” 。

       工业互联网作为新一代信息技术与制造业融合发展的产物，为区块链应用提供了大量应用场景，加快区块链与工业互联网深度融合，有利于构建可信数据资源存储、管理和服务体系，推动工业互联网平台数据的归属确权、可靠交易和传输安全。当前，区块链技术蓬勃发展，已应用到金融科技、供应链管理、数字资产交易等多个领域，同时在工业互联网领域开始探索应用。　

1.2 挑战

       实现碳中和，已成为全球共识。履行碳中和承诺，是工业企业积极响应国家号召表现，同时也是企业向高质量发展转型的必然选择。但是当前工业企业在如何精确、便捷地计算其产品碳足迹上面临着困难和挑战：

（1）现有的业界方法可以根据产品全生命周期估算同类产品的碳足迹数据 （即为产品从原物料、制造、配送、消费者使用及废弃等阶段，各个生命周期阶段的生产活动中，所排放的温室气体，透过合理的分配及计算后，进而得出该产品的碳排放数据），属于静态的碳排放记录，但产品在产品生命周期上的碳排放量实际是动态变化的，即使是同一类产品，在不同的供应链中造成的碳足迹也会有所不同。

（2）对于生产制造企业来说，对于整个厂区/园区的二氧化碳的直接排放（范畴一）以及相关能源消耗（热力或者电力）对应在生产环节产生的间接排放（范畴二），已有一些相应的解决方案，但如何将范畴一和范畴二的碳排放数据自动化地、细粒度分解到工厂的单个产品上，是计算工业产品碳足迹上有待解决的问题。

（3）对于工业产品而言，其碳足迹的数据来源除了厂区内的直接排放的间接排放，还有很大一部分来自于范畴二以外的产业链所有上下游间接排放（范畴三），目前该部分的数据的准确性难以有效保障。供应商可以针对产品生命周期的温室气体排放评估规范，估算产品供应链上的相关碳足迹信息，但如何推动供应商提供相应的碳足迹数据，尽可能保障多级供应商提供的碳排放相关数据是合理准确的，没有被篡改的。目前，如何建立上下游企业的信任机制，是工业企业计算产品碳足迹亟待解决的问题。

       就我们目前的调研来看，国内暂时还未有企业从事相关基于基于区块链的工业产品碳足迹安全可信追溯的开发。而西门子利用区块链技术和自身先进的工业边缘计算能力及数字化能力，打造可以细化到工厂产线级和工业产品级的碳足迹追踪。帮助智能制造企业制定更准确地碳中和、碳达峰的战略目标，促进可持续发展。

1.3 目标

       西门子旨在通过基于区块链的产品碳足迹可信精算与追溯，依托工控系统行业知识，采集并分析产线上的生产制造数据及能管数据，数字化建模不同类别的工业产品的碳足迹计算模型，精准计算厂区内、产品级的碳排放数据，同时，构建开放的、安全的、跨组织的合作区块链网络去可信交换工业产品供应链上的产品碳足迹数据，通过将工业产品赋予经过行业认可的、可追溯的、不可否认的碳足迹标签，有效监督并降低工业产品供应链上的二氧化碳排放量，提高工业产品的绿色制造竞争优势。

       此次交付物为基于区块链的产品碳足迹可信精算与追溯，会预先导入一些模拟的产线生产制造数据、能源管理数据以及上下游供应链的碳排放数据以进行系统的展示。未来在与上海的工业企业进行合作试点中，与真实的产线进行连接，支持使用西门子分布式数据探针采集产线上的IT/OT数据，通过加密VPN通道将采集的数据传送到产品碳足迹追溯系统后台，为工业产品碳足迹数字化建模与计算，提供必要的数据基础。

2、 方案详细介绍

       西门子基于区块链的工业产品碳足迹安全可信追溯演示系统，基于产线生产制造数据、产线的能源管理数据以及上下游供应链的碳排放数据等，在全面获取了IT/OT相关数据的基础上，西门子产品碳足迹追溯系统可以处理、分析、统计并以可视化方式从多个维度展现工业产品的碳足迹追溯信息。

2.1 工厂级二氧化碳排放整体态势展现

       在基于区块链的工业产品碳足迹安全可信追溯演示系统的前台，对整个工厂内生产的产品系列数量、产品数量、产品包含的组件数量，以及提供相关组件的供应商数量，都作为产品碳足迹追踪的基础数据予以呈现。

       从厂区级别呈现了当前厂区内年度的二氧化碳的直接排放以及相关能源消耗（热力或者电力）对应在生产环节产生的间接排放的整体数据统计，以及厂区内所追溯所有产品的上下游供应链上的间接排放数据统计。同时，能够基于历史数据，形成各季度/月度的各范畴的二氧化碳排放量多维度统计对比（排放增加/排放减低）。方便工厂可持续性管理人员能够有效掌握厂区内二氧化碳排放整体的状态。

2.2 产品级碳足迹信息展现

       基于厂内生产制造数据及能源消耗数据，统计某产品其产品级的碳足迹相关信息，包括其厂内生产制造环节的产品级碳排放信息，其包含的各个组件信息以及各个组件的供应商提供的其各组件的碳足迹信息，从而综合统计出其该产品的二氧化碳排放总量，其来自于工厂实时生产数据及能耗数据的分解到该产品的精准度量，以及该产品上下游供应链排放的二氧化碳当量。此外，还可以根据历史数据，统计生产该产品的季度/月度碳足迹信息统计，可以有效看出其碳足迹数据的升降与自身企业排放以及供应链排放的关系。

2.3 产品级碳中和信息展现

       基于单个产品可以根据其碳排放信息，动态制定其碳中和计划，如藻类碳汇计划，具体地点，碳补偿状态等等，以实现产品级的碳中和。

2.4 基于区块链网络的供应链相关方碳足迹信息安全共享

       针对产品各组件的供应链相关方，可以基于区块链的工业产品碳足迹安全可信追溯演示系统的区块链底层网络，请求共享相关的零部件的产品碳足迹信息。供应商提供的碳足迹信息，一旦上链存储后，不可篡改，不可否认，且能够存证追溯，依托系统，也可以为产品的上下游供应商提供相应的产品碳足迹追溯支持。

3、 代表性及推广价值

       西门子利用其工业边缘计算能力及数字化能力，采集产线的生产制造数据以及能源管理数据，基于数字化碳足迹建模，实时地将动态的碳排放数据自动便捷地精确分解到单个工业产品上,同时为产线提供必要的资产可视化及态势监控。

       进入“十四五”时期，生态文明建设承载着新使命，实现经济社会发展全面绿色转型，需要汇聚生态文明制度合力，完善生态文明领域统筹协调机制。既需要有国家顶层策略和战略引领，又需要上下联动，为长期绿色低碳转型营造良好的制度环境、政策环境和市场环境。李克强总理在政府工作报告中提出，扎实做好碳达峰碳中和各项工作，要加快建设全国用能权、碳排放权交易市场，完善能源消费双控制度。实施金融支持绿色低碳发展专项政策，设立碳减排支持工具。碳定价政策成为越来越多国家激励减排的有效工具。通过总量控制和碳价格机制，形成对碳减排的约束和激励机制，有利于引导各类市场主体主动减排。中国采取基于总量控制与配额交易的碳市场作为减排手段，并于2011年开始陆续在北京、天津、上海、重庆、湖北、广东及深圳7个省市启动了碳排放权交易试点。2020年11月，中国生态环境部发布《全国碳排放权交易管理办法（试行）》（征求意见稿），全球最大的碳市场启动在即，计划在今年6月底前启动上线交易。

       实现碳达峰碳中和目标愿景，呼唤着技术的快速突破和市场的有效激励，需要有突破性技术支撑。有了碳市场的价格机制，企业通过碳交易市场补偿减排成本甚至获取收益，从而促进其参与技术研发的积极性。

       对于企业而言，确定碳足迹是减少碳排放、制定碳中和、碳达峰计划的第一步，它能帮助企业辨识自己在产品生命周期中主要的温室气体排放过程，制定有效的碳减排方案。而在基于区块链的产品碳足迹可信精算与追溯方案制定过程中，根据碳足迹的分析结果，还可以预测未来的温室气体排放情况以及参与不同的活动对碳中和的影响，从而实现对不同拟减排措施和参与的碳中和活动的择优与改进。企业还可以通过碳足迹的计算宣传自己的碳减排行动，积极响应国家可持续发展的号召。基于区块链的产品碳足迹可信精算与追溯利用其工业边缘计算能力及数字化能力，采集产线的生产制造数据以及能源管理数据，基于数字化碳足迹建模，实时地将动态的碳排放数据自动便捷地精确分解到单个工业产品上。

       基于区块链的产品碳足迹可信精算与追溯可以帮助工业企业准确估算碳足迹，科学的制定其碳中和、碳达峰的演进路线；有效的进入碳市场交易，满足国家各级的监管要求；成为国家节能减排的标杆企业，履行其社会责任，早日实现碳中和。