清洁生产06第六讲生命周期评价

生命周期评价LifeCycleAssessment一、概念1.生命周期产品生命周期不仅是经济学术语，而且涉及环境、技术、经济、社会等多个领域的概念，指产品从自然中来到自然中去的全部过程，也有的称“生命循环”或“寿命周期”，均是指产品从“摇篮到坟墓”的整个生命周期各阶段的总和，包括了产品的从自然中获取最初资源，经过原料采集和处理、加工制作、运销、使用复用、再循环，直至产品最终处置和废弃等环节组成的生命链。产品的加工制作能源商品产品原材料废品自然资源取自自然使用/复用运输销售原料采集和处理废弃/再循环排向自然产品生命周期示意图产品生命周期分为5个阶段:原材料加工;产品生产制作;包装运销;产品使用;再生处置。相关环境问题归成5类:原材料选择;能源消耗;固体废料;废液排放;废气排放。2.生命周期评估（LCA）国际标准化组织对LCA的定义是：汇总和评估一个产品（或服务）体系在其整个生命周期间的所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法。国际环境毒物学和化学学会对LCA的定义是：通过对能源、原材料消耗及废物排放的鉴定及量化来评估一个产品、过程或活动对环境带来的负担的客观方法。（ISO14040，1997）：对产品或服务系统整个生命周期中，与产品或服务系统功能直接相关的环境影响、物质和能源的投入产出进行汇集和测定的一套系统方法。举例说明：饮料瓶选择复用式玻璃瓶还是一次性金属易拉罐？由于人们往往只看到它们被消费后被抛弃的一瞬间,于是很容易产生玻璃瓶一定比易拉罐有利于环境的判断.但其实消费和抛弃仅仅是这些包装容器整个生命周期中一个环节，从它们各自的原料被采掘、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储藏等所有环节，都对环境造成影响。二、LCA的基本框架ISO14040对LCA的基本框架作出了规范。LCA包括4个阶段，即目标和范围的确定;清单分析;影响评估和结果讨论。目标和范围的确定清单分析影响评估结果讨论LCA的四个阶段目标和范围的确定：◆明确LCA的应用目标，确定研究深度，界定研究范围，选择研究方向，使对所考察的产品有一个全面的认识。◆明确对数据的需求，对原始数据的质量要求以及数据分摊方法。◆确定最终研究报告的类型和格式。清单分析：收集数据，并通过处理得到该产品系统各种输人和输出。输入的资源包括物料和能源，输出的除了产品外，还有向大气、水体和土壤的排放。影响评估影响评估是运用清单分析的结果对产品生命周期各个阶段所涉及的所有潜在的重大的环境影响进行评估。结果讨论这一阶段是将清单分析和影响评估的发现与研究的目的、范围进行综合分析得出结论与建议的过程。结果讨论这一阶段是和另外三个阶段关联在一起的，另外三个阶段中任一个完成后即应进行结果讨论，考察原先确定的研究范围是否合适，是否需要作必要的调整，所收集的数据是否符合研究的目的，哪些数据对结果的影响最灵敏等。三、生命周期评价的应用生命周期评价作为一种评价产品、工艺或活动的整个生命周期环境后果的分析工具，迄今为止在私人企业和公共领域都有不少应用。在私人企业，生命周期评价主要用于产品的比较和改进，典型的案例有布质和易处理婴儿尿布的比较，塑料杯和纸杯的比较。在政府方面，生命周期评价主要用于公共政策的制定，其中最为普遍的适用于环境标志或生态标准的确定，许多国家和国际组织都要求将生命周期评价作为制定标志标准的方法。生命周期评价还用来制订政策、法规和刺激市场等，如美国环保局在“空气清洁法修正案”中使用生命周期理论来评价不同能源方案的环境影响，还将生命周期评价用于制定污染防治政策。在欧洲，生命周期评价已用于欧盟制定“包装和包装法”，比利时政府1993年作出决定，根据环境负荷大小对包装和产品征税，其中确定环境负荷大小采用的就是生命周期评价方法。丹麦政府和企业间的一个约定中也特别包含了生命周期评价，并用3年时间对10种产品类型进行生命周期评价。四、生命周期评价的应用实例建筑瓷砖我国是世界上最大的建材生产国。从资源的消耗到环境的损害，建材行业一直是污染较严重的产业。为考察建材生产过程对环境的影响，用LCA方法评价了某建筑瓷砖生产过程对环境的影响。该瓷砖生产线的年产量为30万m2，采用连续性流水线生产。所需原料有钢渣、黏土、硅藻土、石英粉、釉料以及其他添加剂等，消耗一定的燃料、电力和水，排放出一定的废气、废水、废渣，其生产工艺示意图。在LCA实施过程中，首先是目标定义。对该瓷砖生产过程的环境影响评价的目标定义为只考察其生产过程对环境的影响；范围界定在直接原料消耗和直接废物排放，不考虑原料的生产加工过程以及废水、废渣的再处理过程。对该瓷砖生产过程的环境影响LCA评价的编目分析，主要按资源和能源消耗、各种废弃物排放及其引起的直接环境影响进行数据分类、编目。如能耗可分为加热、照明、取暖等过程进行编目；资源消耗则按原料配比进行数据分类；污染物排放按废气、废水、废渣等进行编目分析。由于该生产过程排放的有害废气量很小，主要是二氧化碳，故废气排放量可以忽略，而以温室效应指标进行数据编目。另外，在该瓷砖生产过程中其他环境影响指标如人体健康、区域毒性、噪声等也很小，因此在编目分析中也忽略不计。在环境影响评价过程中采用了输入输出法模型，其输入和输出参数见图所示。其中输入参数有能源和原料，输出参数包括产品、废水、废渣，以及由二氧化碳排放引起的全球温室效应。某瓷砖生产线的输入输出法评价模型通过输入输出法计算，得到该瓷砖生产过程对环境的影响结果见图，其中图6(a)为能源和资源的消耗情况，图(b)为对环境的影响。由图可见，该瓷砖生产过程的能耗和水的消耗较大。由于采用钢渣为主要原料，这是炼钢过程排放的固态废弃物，因此在资源消耗方面属于再循环利用，这对保护环境是有利的生产工艺。某瓷砖生产过程的环境影响LCA评价结果另外，该工艺过程的废渣排放量较小，仅为0.5kg/m2。废水的排放量为30kg/m2，且可以循环再利用。相对而言，该工艺过程的温室气体效应较大，生产lm2瓷砖要向大气层排放19.8kg二氧化碳，因此，年产量为30万m2的瓷砖向空中排放的二氧化碳总量是相当可观的。对LCA评价结果的解释，除上述的环境影响数据外，通过对该瓷砖生产过程的LCA评价，提出的改进工艺主要有降低能耗、降低废水排放量、减少温室气体效应影响等。五、生命周期评价方法（1）贝尔实验室的定性法该法将产品生命周期分为5个阶段:原材料加工、产品生产制作、包装运销、产品使用以及再生处置.相关环境问题归成5类:原材料选择、能源消耗、固体废料、废液排放和废气排放,由此构成一个5×5的矩阵。其中的元素评分为0～4,0表示影响极为严重,4表示影响微弱,全部元素之和在0～100之间。评分由专家进行,最终指标称为产品的环境责任率R,则有：式中,mi,j为矩阵元素值,其中i为产品的生命周期阶段数;j为产品的环境问题数.R以百分数表示,其值越大表明产品的环境性能越好.（2）柏林工业大学的半定量法柏林工业大学的Fleisher教授等在2000年研究的LCIA方法,通过综合污染物对环境的影响程度和污染物的排放量,对产品的生命周期进行半定量的评价方法.该方法首先要确定排放特性的ABC评价等级和排放量的XYZ评价等级,其影响程度中,A为严重,如致畸、致癌、致突的“三致”物质及毒性强的各类物质;B为中等,如碳氧化物、硫氧化物等污染物;C为影响较小,可忽略的污染物.排放量的XYZ分级根据是排放量低于总排放量的25%,定义为Z;位于25%～75%之间,定义为Y;大于75%,则定义为X.每种排放物质都赋予其对大气、水体及土壤三种环境介质的ABC/XYZ值.如果无法获得某种环境介质的排放数据,则其ABC/XYZ值由专家确定.对每种环境介质分别确定最严重的ABC/XYZ值(潜在环境影响最大的排放物质),其程度呈递减:AXAY=BXAZ=BYBZCX=CY=CZ.根据生命周期的每个过程排放到大气、水体及土壤中ABC/XYZ值最高的物质进行分类,所有类别的值都通过表1的加权矩阵集中,得到最后的结论—名为AXair当量的单值指标.在此矩阵中,大气污染物的权重值较高,由于污染物经常沉积到水体和土壤中,可能对其产生影响.例如,我国早点市场使用的餐具通常有四种:Ⅰ聚苯乙烯发泡餐具、Ⅱ高密度聚乙烯塑料餐具、Ⅲ纸餐具及Ⅳ集中式热力消毒餐具.这四种餐具全生命周期过程中排放到大气中的污染物质有:碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物及碳氢化合物等;水污染物有生化需氧量、化学耗氧量、悬浮物及磷酸盐类等;土壤污染物有:淤渣及灰等.根据前述分类及加权方法,这四种餐具的ABC/XYZ赋值及最终当量指标如表2.表2四种餐具FleisherLCIA评价明细表（3）荷兰的“环境效应”法该法认为评价产品的环境问题应从考虑消耗和排放对环境产生的具体效果入手,将其与伴随人类活动的各种“环境干预”关联,根据两者的关系来客观地判断产品的环境性能,这是在影响分析的定量方法中迄今为止最完整的一种方法.这种方法将影响分析分为“分类”和“评价”两步,分类指归纳出产品生命周期涉及的所有环境问题,已确认了3类18种环境问题明细表.这三类环境问题是:消耗型,包括从环境中摄取某种物质资源的所有问题;污染型,包括向环境排放污染物的所有问题;破坏型,包括所有引起环境结构变化的问题.在定量评价3类18种环境效应时,引用了分类系数的概念,分类系数是指假设环境效应与环境干预之间存在线性关系的系数.目前,对这18种环境效应大部分都有了计算分类系数的方法.通过分类,产品的生命周期对环境的影响可用10～20个效应评分来表示,并进一步进行综合性的评价.目前有两类评价方法:定性多准则评价和定量多准则评价.定性评价通常由专家进行,并对产品进行排序,确定对环境的相对影响.定量评价通过专家评分对各项效应加权,得到环境评价指数M,即式中,ui为各效应评分;ri为相应的加权系数.由于至今尚无公认的加权系数值,致使定量评价达不到彻底定量化的要求.