8.生命周期评价

黄美娜第三章生命周期评价理论（本课核心）重庆工商大学机械工程学院QQ：470011302Email：[e-mail]周次：4-6/9[教学目的]了解生命周期评价理论（LCA）；掌握生命周期理论（LCA），并能够利用该理论对包装进行绿色评价。[教学重点（核心知识点）]生命周期评价理论框架内容[教学难点]清单分析数据确认、影响评价、生命周期评价在包装中的应用[教学时数]10学时（讨论1.5学时）目录1LCA产生的背景及意义2LCA的原则及框架/过程(重点)3什么是LCALCA的实例分析(重点)4案例引入01思考1:如何判断下列四种包装更环保、更绿色1.生物质包装材料：以植物纤维(稻草纤维、亚麻纤维、剑麻纤维等)和淀粉(玉米淀粉、马铃薯淀粉等)为主要原料，添加一定的辅助材料经发泡成型制备而成。2.淀粉基可降解塑料：以60%含量以上的淀粉为主要材料与其他聚乙烯醇等可降解材料进行共混进行挤塑和注塑制得的塑料。3.瓦楞纸板：瓦楞纸板是一个多层的黏合体，它最少由一层波浪形芯纸夹层及一层纸板构成。4.牛皮纸：用针叶树的木材纤维，经过化学方法制浆，再放入打浆机中进行打浆，再加入胶料、染料等，最后在造纸机中抄成纸张生物质包装材料生命周期评价模型生物质包装材料生命周期系统模型思考2:该过程需要收集哪些数据呢？生命周期评价过程生物质包装材料生命周期评价结果典型生物材料环境负荷比较参考文献:郭安福.基于全生命周期理论的生物质包装材料环境友好性模型与评价.化工新型材料，2017,45（7）:138-140什么是LCA（熟悉）01什么是生命周期？（课本p55-56）原材料开采、原料加工、产品制造、运输销售、使用维修、废弃物循环、处置、回收的整个过程。生命周期评价理论(LCA)（课本p55-56）产品/服务的生命周期中资源消耗/环境破坏的分析与评价1313一般产品的生命周期自然资源原料开采设计与生产包装与运输使用与维护废物处理焚烧与填埋回收利用重新使用材料或零部件的再循环1515LCA的特点1针对产品的全过程评价2系统性的定量化评价方法3对象是产品系统充分重视环境影响的评价方法4是一种开放式的评价体系5具有局限性？（后续专门讲）6LCA的主要特点（课本p55-56）原材料开采、原料加工、产品制造、运输销售、使用维修、废弃物循环、处置的整个过程。LCA产生的背景及意义（了解）02LCA的背景及意义1LCA的起步阶段3LCA的成熟阶段5LCA在中国2LCA的探索阶段4LCA的推广阶段6LCA的意义为什么实行产品的生命周期管理？不顾环境的传统工业生产末端治理简单的生产过程控制生命周期管理21生命周期管理生命周期评价22人口膨胀资源短缺环境恶化人类社会面临的三大问题人类文明物质基础物耗高、能耗高废弃物排放量大包装所带来的污染仅次于水质污染、海洋湖泊和空气污染，已处于第四位。面对这种情况，包装产业如何发展？在全球范围内引起关注和思考!原材料补充：LCA在包装方面的应用背景（熟悉）绿色包装ABDC功能性经济性环境协调性包装材料的三角形性能框架如何评价？生命周期评价理论LCA的起步阶段2727被动反应式的管理方式积极的预防污染方式生命周期实际上单纯的末端控制和生产过程控制，往往是解决了局部的环境问题，而给其它地方带来更大的环境问题。举例：英国Drax发电厂是一个煤炭为燃料的功率为4000MW的发电厂，每秒燃烧大约430kg的碳，产生17kg的SO2(2%)含量。为了治理大气污染，采用了湿石灰/石膏工艺出去SO2，但是采用生命周期评估后发现，如果考虑原材料提取、生产和运输过程的环境负载和生产过程中的能耗，则在整个生命周期将反而生产900t的SO2，此外，每年多排放8200t的碳酸钙29起步阶段020406080100120一月二月三月四月亚洲区欧洲区北美区29（1969年可口可乐公司）1000个1L运输能5.5/4.5230公斤石油运输能9.3/0.7100公斤石油资源消耗环境损害环境负荷人体健康人体健康产品的量塑料瓶VS玻璃瓶惠普公司德国奔驰意大利菲亚特瑞典爱立信LCA的探索阶段3435研究对象婴儿尿布－7%包装－45%化工产品－9%建筑材料－8%餐具－3%35LCA的成熟阶段37371990年首次提出LCA38381993年39LCA发展39LCA的推广阶段ISO1997ISO140401999ISO140412000ISO140422000ISO140432006ISO14040+ISO14044LCA在中国ISO1999GB/T24040-19992000GB/T24041-200020022002GB/T24042-2002GB/T24043-2002LCA的意义比较分析不同产品的综合环境影响A为“绿色”产品认证提供量化依据B评估政策（行业、产品）变动所带来的环境影响C工业效率，工业活动的环境效益评价DLCA的框架(重点掌握)03目标与范围的确定目标框架清单分析确定目标确定范围系统边界功能单位LCA的利用计划影响评价输入输出数据的描述输入输出量化量化数据引起的环境影响及程度定量/定性评价结果解释环境问题的辨识结果检验LCA体系框架与阶段LCA体系框架与阶段生命周期评价框架目标与范围确定清单分析影响评价结果解释直接应用：产品开发与改进战略规划公共策略制定营销其他2中的量化分析是各阶段数据的分析；3中的量化是将数据的环境影响归一化目标和范围确定清单分析影响评价解释确定范围（系统建立）系统边界功能单位功能单位：一定数量的产品或某种服务（p60）确定目标一、目标和范围确定1.对特定产品或过程的环境因素进行评价，以获得如何改进其环境表现的信息。2.如果在设计阶段，目的可能是比较不同方案；3.如果已经投产，可能是评价产品或者流程的系统，以确定最低干扰和最低成本。1.确定系统边界；2.整个过程中所有过程都需要作为产品生命周期来描述；3.系统的所有过程都落入系统的边界内；4.确定边界后，考虑输入和输出。1.产品系统和单元过程1.为什么要开展这项研究；2.研究结果将如何运用；3.谁将使用这些研究结果；4.是否需要研究具体环境问题；5.环境问题需要研究到什么程度1.生命周期范围；2.细节标准范围：5%原则；3.环境影响范围；4.时空边界：地域范围和时间跨度注意：1.边界确定具有主观性；2.描述输入和输出数据准则3.5%原则需要说明举例：比较纸-塑复合与塑-塑复合包装的环境影响思考：单独通过使用阶段/废弃阶段能进行合理比较吗？分析过程：两类包装的生命周期；生命周期各阶段的输入及输出深入思考：哪类包装能够通过阶段性比较来判断其环境影响呢？分析过程：其他阶段具有类似性b.细节标准范围：对生命周期评价的详细程度5%原则：舍弃质量低于产品总质量5%的原材料或零部件，但产生严重环境影响的除外。举例：复合软包装用PET印刷薄膜分析该薄膜的生命周期评价过程中符合5%原则的原料及特殊情况分析过程：该薄膜的制备过程（树脂、添加剂？）、该薄膜的印刷过程、该薄膜的使用过程、废弃过程分析结果：制备过程：树脂、塑化剂、抗氧化剂、稳定剂、油墨、黏合剂等主要组成，其中除树脂外含量均低于5%的量，但是其中塑化剂及油墨中的重金属成分、黏合剂中的VOC成分对环境及人体的危害极大。因此结合该原则，可以扣除其中部分添加剂，而不能扣除塑化剂、油墨、黏合剂PET污染物多色印刷重金属微量元素/有机溶剂/塑化剂多层不透明包装袋印刷层/阻隔层/热封层铝箔++PE白色污染塑化剂污染物抗氧化剂重金属微量元素/有机溶剂/塑化剂饮料瓶聚对苯二甲酸乙二醇脂PET+其它添加剂+紫外吸收剂着色剂+c.环境影响范围：资源、生态、健康基础分析：仅限于产品生产阶段能源边界：包括能量生产的外部流扩展边界：与工业系统直接相关的所有生命周期综合边界：包括生物形成的自然过程和材料分解过程举例：复合软包装用PET印刷薄膜PET污染物多色印刷重金属微量元素/有机溶剂/塑化剂多层不透明包装袋印刷层/阻隔层/热封层铝箔++PE白色污染d.时空边界：地域范围和时间跨度大颗粒粉尘的排放只对当地环境产生影响，氮氧化物排放导致数百平方公里区域内出现酸雨，二氧化碳排放影响整个地球的能量平衡；时间跨度上，化学烟雾的污染只在1-2天内对环境产生影响，而对生态系统的破坏会持续几十年。通过a-d四个方面的综合考虑确定了LCA分析对象的研究范围，即确定了该对象的研究系统，范围（系统)确定后，可以来确定单元过程和系统边界。原料获取制造、加工、方案制定分配和运输利用、再利用、维护再循环废弃物管理单元过程1单元过程2单元过程3基本流基本流基本流基本流基本流基本流物质中间产品流中间产品流产品环境环境产品系统产品流其他系统产品流其他系统63单元过程：研究对象的生命周期可以明确划分的各阶段。由此可以决定研究中对哪些单元过程建立模型及研究程度内部产品流:各单元过程之间的基本材料、装配组件等（待处理的可用废弃物可以在单元过程中流动）基本流:系统由外向内提供的资源能源和由内向外（向空气水体及土壤排放的三废）其他系统产品流:研究对象的生命周期从外界获取或向外界提供的产品（半成品或者成品）其他系统产品流:研究对象的生命周期从外界获取或向外界提供的产品（半成品或者成品）64系统边界：用来区分系统内部（包括单元过程、（中间）内部产品流）与外部环境（包括输入输出基本流和其他系统产品流）的界限2.系统边界和功能单位举例1：包装纸生命周期系统边界图（取对环境影响的关键单元过程）思考：该系统的单元过程、内部产品流、输入输出基本流、与其他系统相关的输入输出物质流树木的生长于砍伐化石燃料的开采运输包装纸的生产包装纸的加工包装纸的运输包装纸的使用包装纸的废气再利用包装纸需要研究的系统边界原纸加工纸基本流基本流四个过程、原纸/加工纸、煤/油/天然气/林木/水（输入）/三废（输出）等、原木（输入）/用于回收利用的废纸（输出）举例2：牛奶生产的生命周期系统边界思考：该系统的单元过程、内部产品流、输入输出基本流、输入输出物质流三个过程、灭菌牛奶/盒装牛奶/牛奶盒、煤/油/天然气/林木/水等/三废、牧场的牛及牛奶（输入）/回收利用的处理物（如利乐包废弃后用于制备垃圾桶或者板凳/灯罩）举例3：说明复印纸的范围辅助原料的生产原料的生产制浆抄纸包装一级经销商回收次级经销商/用户复印纸系统流程图产品系统及从产品边界木材原料的获取、加工燃料开采化学品生产纸浆生产自制浆生产复印纸系统边界图交通工具生产能源生产复印纸生产复印纸运输废水处理一级经销系统边界功能单位：1000Kg复印纸制浆过程抄纸过程化学品生产能源生产复印纸运输废水处理练习：功能单位确定采用LCA评价塑料瓶与玻璃瓶的环境影响，其功能单位是什么？1L或者nL的体积单位采用LCA评价不同榨菜软包装的环境影响，其功能单位是什么？nKg榨菜采用LCA评价公路运输的环境影响，其功能单位是什么？机动车每载重1t且行驶里程为1000km讨论实例1VS从生命周期理论来讲玻璃瓶与易拉罐哪种更具有环保特性？请确定其目标与范围讨论提示：1.产品系统的确定：玻璃瓶/易拉罐生命周期过程确定；2.系统边界：通过评价的范围来确定使用哪类系统边界；3.功能单位：通过瓶子的功能来确定功能单位。环保特性的分析：谁更环保如果人们只看到玻璃瓶可以回收二易拉罐被抛弃了，容易得出玻璃瓶比易拉罐有利于环保的结论。无论正确与否，这一分析只看了饮料包装容器整个生命周期中的一个环节。事实上，其它环节也会对环境造成影响。从各自的原料被采掘、加工成容器，到用来包装食品，再将包装好的食品运输分销到消费者，乃至在消费者家中如何贮藏等所有环节，都对环境造成影响。石英与铝矾土开采对环境的影响玻璃熔炼和铝矾土电解耗能及影响玻璃与易拉罐运输耗能及影响玻璃瓶与易拉罐冷藏耗能及影响制冷排放氟利昂对臭氧影响玻璃与易拉罐最终处置影响各个环节的比较如何列系统图框玻璃瓶及易拉罐系统图及边界石英/铝矾土的获取、加工纸浆生产瓶子报废产品包装复印纸运输废水处理系统边界制浆过程瓶子运输废弃物处理产品运输