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1、清洁生产课程,第5章 生命周期评价,主讲人：肖作义 教授,一、生命周期评价的定义,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。 （SETAC，1993）：生命周期评价是一个客观过程，它通过识别和量化能源和资源消耗以及
2、环境中的废物排放来评估与某产品、工艺或活动相关的环境负荷。其目的在于评估能量和物质利用以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。该评价包括产品、工艺或活动的整个生命周期，即包括材料的开采和加工、生产、运输、使用、维护、再循环及最终处置等。,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
3、，都对环境造影响。,二、生命周期的主要阶段,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。,三、生命周期评价的技术框架,生命周期评价的基本结构（SETAC 1993),LCA实施步骤（ISO14040，1997）,ISO14040标准将生命周期评价的实施步骤分为目标和范围定义、清单分析、影响评价和结果解释四个部分，如图所示。,1、目标和范围的确定 目标定义是要清楚地说明开展此项生命周期评价的目的和意图，以及研究结果的可能应用领域。研究范围的确定要足以保证研究的
4、广度、深度与要求的目标一致，涉及的项目有：系统的功能、功能单位、系统边界、数据分配程序、环境影响类型、数据要求、假定的条件、限制条件、原始数据质量要求、对结果的评议类型、研究所需的报告类型和形式等。生命周期评价是一个反复的过程，在数据和信息的收集过程中，可能修正预先确定的范围来满足研究的目标，在某些情况下，也可能修正研究目标本身。,2、清单分析 清单分析是量化和评价所研究的产品、工艺或活动整个生命周期阶段资源和能量使用以及环境释放的过程。一种产品的生命周期评价将涉及到其每个部件的所有生命阶段，这包括从地球采集原材料和能源、把原材料加工成可使用的部件、中间产品的制造，将材料运输到每一个加工工序、
5、所研究产品的制造、销售、使用、和最终废弃物的处置（包括循环、回用、焚烧或填埋等）等过程。,3、生命周期影响评价 国际标准化组织、美国“环境毒理学和化学学会”以及美国环保局都倾向于将影响评价定为一个“三步走”的模型，即分类、特征化和量化。 分类：分类是将清单中的输入和输出数据组合成相对一致的环境影响类型。影响类型通常包括资源耗竭、生态影响和人类健康三大类，在每一大类下又有许多亚类。生命周期各阶段所使用的物质和能量以及所排放的污染物经分类整理后，可作为胁迫因子，在定义具体的影响类型时，应该关注相关的环境过程，这样有利于尽可能的根据这些过程的科学知识来进行影响评价。, 特征化：特征化主要是开发一种模
6、型，这种模型能将清单提供的数据和其他辅助数据转译成描述影响的叙词。目前国际上使用的特征化模型主要有：负荷模型；当量模型；固有的化学特性模型；总体暴露效应模型；点源暴露效应模型。 量化：量化是确定不同环境影响类型的相对贡献大小或权重，以期得到总的环境影响水平。,4、改进评价 改进评价是识别、评价并选择能减少研究系统整个生命周期内能源和物质消耗以及环境释放机会的过程。这些机会包括改变产品涉及、原材料的使用、工艺流程、消费者使用方式及废物管理等。美国环境毒理学和化学学会建议将改进评价分成三个步骤来完成，即识别改进的可能性、方案选择和可行性评价。在进行分析时，还必须包括敏感性分析和不确定性分析的内容。
7、目前，改进评价的理论和方法研究较少。,四、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，汉堡包聚苯乙烯和纸质包装盒的比较等。 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
8、案的环境影响，还将生命周期评价用于制定污染防治政策；能源部用生命周期评价来检查托管电车使用效应和评价不同。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。,清洁生产、绿色产品、生态标志的提出和发展将会进一步推动生命周期评价的发展。目前，各国政策重点从末端治理转向控制污染源、进行总量控制，这在一定程度上反映了现有法规制度无法单独承担对环境和公共卫生造成的危机，从另一侧面也反映了生命周
9、期评价将成为未来制定环境问题长期政策的基础。从某一角度看，生命周期评价反映了现有环境管理已转向向各类污染源最小化排放最小化负面影响最小化的管理模式，这对实现可持续发展战略具有深远的意义。,五、生命周期评价的应用实例,建筑瓷砖的环境影响评价 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，其生产工艺示意图见
10、图6-1。,环境协调性标准,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
11、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6-2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。,图6-2 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6-3，其中图6-3(a)为能源和资源的消耗情况，图6-3(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
12、。,图6-3 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0.5 kg/m2。废水的排放量为30 kg/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l m2瓷砖要向大气层排放19.8 kg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。,六、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
13、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04 ,0表示影响极为严重,4 表示影响微弱,全部元素之和在0100 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, m i , 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
14、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
15、的排放物质) ,其程度呈递减: AX AY = BX AZ = BY B Z CX = 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:聚苯乙烯发泡餐具、高密度聚乙烯塑料餐具、纸餐具及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
16、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Fleisher LCIA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1020 个效应评分来表示,并进一步进行综
