环境材料

第5章环境材料评价方法的研究北京大学环境科学与工程学院5.1环境材料的评价体系5.1.1环境材料评价标准的制订评价一种材料是否为环境材料，首先必须确定评价标准。从环境材料的定义看，制订评价标准实际上是对材料的先进性（功能性），舒适性（经济性）和环境协调性三个方面进行标准指标定量。北京大学环境科学与工程学院环境材料评价标准的制订由于不同种类的材料使用功能和环境影响的大小不同，因此不可能对所有的材料制订统一的评价标准。对同类材料而言，尽管其在使用中表现出各种功能，但是往往其中一种或几种是主要的和共有的功能，即基本功能。将材料按基本功能分类，分别制定相应的环境材料评价标准。北京大学环境科学与工程学院5.1.2环境材料评价指标定量方法根据环境材料的概念，环境材料的评价必须以材料的完整寿命周期为研究范围。能源生产↓↓———————↓———————↓———————↓———————↓原料开采→原料加工→材料制造→材料使用→回收利用→废弃↑———————↑———————↑———————↓在材料评价和比较中，需确定其比较基准，可规定其基本功能相同的一定重量或体积的材料为基准。北京大学环境科学与工程学院(1)环境协调性指标化环境协调性指材料在整个寿命周期内对环境的综合影响，可以用LCA（lifecircleassessment）方法定量其指标。LCA基本框架由研究目标及范围、编目分析、环境影响评估、环境改善评估四部分组成。研究目标及范围确定LCA的目的及边界条件；编目分析确定寿命周期内各阶段资源、能源消耗数据及污染物排放数量；环境影响评估根据编目分析得到的数据，对寿命周期的环境综合影响作出评估；环境改善评估则根据寿命期各阶段环境负担，确定可能的改善途径。北京大学环境学院将环境影响划分以下几个指标：ADP不可再生之原料消耗EDP不可再生之能源消耗GWP温室效应ODP臭氧层的破坏AP环境酸化POCP光化学氧化物生成NP氮化作用ECA生物体之损害HT人类健康损害北京大学环境科学与工程学院指标当量化采用相对定量的方法，对每种指标选定一种参照物；将编目分析得到的污染物的环境影响作用以参照物的当量表示。北京大学环境科学与工程学院5.2生命周期评价（LCA）5.2.1生命周期评价的发展生命周期评价是70年代初至90年代发展起来的理论，即对产品从最初的原材料采掘到原材料生产、产品制造、产品使用以及产品用后处理的全过程进行跟踪和定量分析与定性评价。当前生命周期评价已形成了基本的概念框架和技术框架，成为产业生态学的主要理论与方法。国际标准化组织（ISO）制定的ISO14000环境管理体系亦将生命周期评价作为该体系的一个重要步骤。目前ISO正在积极促进生命周期评价理论的完善和方法的国际标准化工作。北京大学环境学院5.2.1.1方法的起源生命周期评价最初始于70年代初美国开展的一系列针对包装品的分析、评价，当时称为资源与环境状况分析（REPA）。1969年由美国中西部资源研究所(MidWestResearchInstitute)所开展的针对可口可乐公司的饮料包装瓶进行的研究。该研究试图从最初的原材料采掘到最终的废弃物处理，进行全过程的跟踪与定量分析，为了知道使用不同的包装材料到底意味着什么样的总体影响。在此基础上，又对使用塑料饮料容器的可行性进行考虑，并比较了复用式容器与一次性容器的整体环境影响。这种正式的分析方案便是LCA方法的起源和基础。随后美国ILLINOIS大学富兰克林研究会以及斯坦福大学也相继开展了一系列针对其它包装品的类似研究。北京大学环境学院特征：(1)主要由工业企业发起，秘密进行，研究结果作为企业内部产品开发与管理的决策支持工具。如：可口可乐包装的研究结果，使得公司抛弃了过去长期使用的玻璃瓶，转而采用至今仍然使用的塑料瓶。而这项研究直到1976年4月才在《科学》（SCIENCE）杂志上发表了一篇文章。(2)大多数研究的对象是产品包装品。(3)采用能源分析方法。由于能源分析方法在当时已比较成熟，而且很多与产品有关的污染物排放显然与能源利用有关，因而能源分析方法被广泛地应用于(REPA)环境状况分析。北京大学环境科学与工程学院5.2.1.2学术探讨阶段在70年代，环境问题的核心是能源问题。然而从生产系统的角度看，如果在一个系统内不进行物流的测算，就不可能进行能源分析。同时随着70年代末到80年代中期出现的全球性的固体废弃物的问题，这种研究方法又逐渐成为一种资源分析工具。因而这一时期的REPA均着重于计算固体废弃物产生量和原材料消耗量。北京大学环境学院特征：(1)政府积极支持与参与。从1975年开始，美国国家环保局开始放弃对单个产品的分析评价，继而转向于如何制订能源保护和固体废弃物减量目标。同时欧洲经济合作委员会也开始关注生命周期评价的应用，要求工业企业对其产品生产过程中的能源、资源以及固体废弃物排放进行全面的监测与分析。(2)案例发展缓慢，方法论研究兴起。由于一系列REPA工作未能取得很好的研究结果，对此感兴趣的研究人员和研究项目逐渐减少，公众的兴趣也逐渐淡漠。尤其是企业界几乎放弃了这方面的研究。(3)该研究方法缺乏统一的研究方法论，分析所需的数据常常无法得到；而且对不同的产品采取不同的分析步骤，同类产品的评价程序和数据也不统一。北京大学环境学院特征：(4)学术界关于REPA的方法论研究仍在缓慢进行。欧洲和美国的一些研究和咨询机构依据REPA的思想相应发展了有关废弃物管理的一系列方法论，更深入地研究环境排放和资源消耗的潜在影响。如英国的Boustead咨询公司针对清查分析方法作了大量研究，逐步形成了一套较为规范化的分析方法，为后来著名的Boustead模型打下了坚实的理论基础。(5)1984年，受REPA方法的启发，瑞士联邦“材料测试与研究实验室”为瑞士研究部开展了一项有关包装材料的研究，该研究首次采用了健康标准评估体系，既后来所发展的临界体积方法。北京大学环境学院5.2.1.3方法日益成熟80年代末期以后，随着区域性与全球性环境问题的日益严重，以及全球环境保护意识的加强，可持续发展思想的普及以及可持续行动计划的兴起，大量的REPA研究重新开始。REPA研究涉及到研究机构、管理部门、工业企业、产品消费者，但是其使用REPA的目的和侧重点各不相同，而且所分析的产品和系统也变得越来越复杂，急需对REPA的方法进行研究和统一。北京大学环境学院方法日益成熟1989年荷兰国家居住、规划与环境部（VROM）针对传统的“末端控制”的环境政策，首次提出了制订面向产品的环境政策。这种面向产品的环境政策涉及到产品的生产、消费到最终废弃物处理的所有环节，既所谓的产品生命周期。这种管理模式逐渐发展成今天所称的“链管理”。该研究提出了要对产品整个生命周期内的所有环境影响进行评价；同时也提出了要对生命周期评价的基本方法和数据进行标准化。1990年由“国际环境管理学与化学学会(SETAC)”首次主持召开了有关生命周期评价的国际研讨会，在该会议上首次提出了“生命周期评价”的概念。在以后的几年里，SETAC又主持和召开了多次学术研讨会，对生命周期评价从理论与方法上进行了广泛的研究。1993年SETAC根据在葡萄牙的一次学术会议的主要结论，出版了一本纲领性报告：“生命周期评价纲要：实用指南”。该报告为生命周期评价方法提供了一个基本技术框架，成为生命周期评价方法论研究起步的一个里程碑。北京大学环境科学与工程学院方法日益成熟目前生命周期评价在方法论上还不十分成熟。SETAC和ISO已经在积极促进生命周期评价方法论的国际标准化研究。ISO14040标准《生命周期评价——原则与框架》已于1997年颁布，相应的标准ISO14041《生命周期评价——目的与范围的确定和清单分析》，ISO14042《生命周期评价——生命周期影响评价》，ISO14043《生命周期评价——生命周期解释》也已正式公布。该标准体系拟对生命周期评价的概念和技术框架及实施步骤进行标准化。欧洲、美国、日本等国家和地区还制定了一些促进LCA的政策和法规，如“生态标志计划”、“生态管理与审计法规”、“包装及包装废物管理准则”等。这一阶段出现了大量LCA案例，如日本已完成数十种产品的LCA，丹麦用3年时间对10种产品类型进行了LCA等。1996年，国际上正式出版了有关LCA评价的专业刊物《国际生命周期评价学报》（Internationaljournaloflifecycleassessment），表明生命周期评价研究在国际上已占有很重要的位置。北京大学环境科学与工程学院5.2.1.4LCA在中国的发展在中国，LCA研究起步较早，发展也非常迅速，已成为学术界关注的焦点和研究热点。在政府的引导和支持下，国内大量研究人员围绕LCA方法开展了卓有成效的研究工作，包括生命周期清单分析中的分配方法、环境影响类型分配体系、中国环境影响特征因子和权重因子的确定等等。1999年，国家质量技术监督局发布等同于ISO14040的《生命周期评价——原则与框架》国家标准（GB／T24040），2000年发布等同于IS314041的《生命周期评价——目的与范围的确定和清单分析》国家标准（GB／T24041）。2002年，又发布了分别等同于ISO14042和ISO14043的《生命周期评价——生命周期影响评价》国家标准（GB／T24042）与《生命周期评价——生命周期解释》国家标准（GB／T24043）。北京大学环境学院LCA在中国的发展在国内的LCA研究方面，材料生命周期评价（MLCA）的研究及应用是目前最主要的研究方向之一，也一直是环境材料研究中的重要组成部分。1998年起，国家“九五”高新技术研究计划（863计划）支持了首项“材料的环境协调性评价研究”课题，由北京工业大学牵头主持，重庆大学、北京航空航天大学、清华大学、西安交通大学和四川大学等联合承担，与国内一些主要材料企业合作，对国内几大类主要基础材料进行了全面的MLCA评估。该项目对我国钢铁、水泥、铝、工程塑料、建筑涂料、陶瓷等7类典型的量大面广的代表性材料进行了生命周期评价研究，初步获得了以上代表性材料的环境负荷基础数据。在大量系统工作的基础上，总结了材料环境负荷分析的方法，创新地提出了上述典型材料生命周期评价的新方案和定量方法，构建和设计了材料的环境负荷基础数据库框架，并自主开发了数据库管理软件和材料的生命周期评价软件。北京大学环境学院5.2.2生命周期评价的概念框架生命周期评价又称为环境协调性评价、生命周期评估、寿命周期评价等，已经成为对材料和产品进行环境表现分析的一种重要方法。由于LCA方法本身的复杂性和历史承袭的原因以及实施LCA的目的不同，对LCA的概念和方法历来有着不同的理解，甚至在SETAC和ISO的文件中，LCA的定义也在不断的修改和变化。北京大学环境学院5.2.2.1LCA的定义在1993年，由SETAC对LCA定义为：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。具体来说是通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃物排放，来评估某一产品、过程或事件的环境负荷；定量评价由于这些能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响；辨别和评估改善环境（表现）的机会。评价过程应包括该产品、过程或事件的寿命全过程，包括原材料的提取与加工、制造、运输和销售、使用、再使用、维持、循环回收，直到最终的废弃。该方法通过识别和量化所用的能量、原材料以及废弃物排放来评价与产品及其行动有关的环境责任，从而得到这些能量和材料应用以及排放物对环境的影响大小，并对改善环境的各种方案做出评估。北京大学环境学院LCA的定义在1997年ISO修订的LCA标准（ISO14040）中给出的LCA的定义为：汇总和评估一个产品（或服务）体系在其整个寿命周期间的所有投入及产出对环境所造成的和潜在的影响的方法。这里的产品系统是通过物质和能量联系起来的，