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1、,第六章 材料的环境影响评价,Life Cycle Assessment of Material,第一节 常见的环境指数及其表达方式 第二节 材料的环境影响评价方法与标准 第三节 LCA的技术框架及评价过程 第四节 常用的LCA评价模型 第五节 LCA应用举例 第六节 LCA的局限性 第七节 材料环境性能数据库,第一节 常见的环境指数及其表达方式,在进行材料的环境影响评价过程之前，首先要确定用何种指标来衡量材料的环境负担性。关于衡量材料环境影响的定量指标，已提出的表达方法有能耗、环境影响因子、环境负荷单位、单位服务的材料消耗、生态指数、生态因子等。,1能耗,20世纪90年代初 欧洲一些旅行社
2、用能耗来表达旅游过程的环境 在材料的生产和使用过程中用能耗来表达其对环境的影响（现已基本淘汰能耗表示法）。 表6-1 一些典型材料生产过程的能耗比较,2环境影响因子,某些学者曾用环境影响因子（environmental affect factor，EAF）来表达材料对环境的影响： EAF=资源，能源，污染物，生物影响， 区域性 （6l） 相对于能耗表示法，环境影响因子考虑了资源、能源、污染物排放、生物影响和区域性的环境影响等因素，把材料的生产和使用过程中原料和能源的投入及废物的产出都考虑进去了，比能耗指标要全面综合一些。,3环境负荷单位,环境负荷单位（environmental load un
3、it，ELU）是用一个综合的指标，包括能源、资源、环境污染等因素来评价某一产品、过程或事件对环境的影响。这一工作主要是由瑞典环境研究所完成的，现在在欧美较流行。 表7-2是一些材料及元素的环境负荷单位比较，可见，贵金属元素的环境负荷单位特别大，这与实际情况基本一致。 由于单位材料的质量环境负荷单位是一种无量纲单位，在实际应用中如何换算某种材料的环境负荷单位并与其他材料的环境影响进行比较，目前还没有完全为公众了解和接受。,表7-2 一些材料及元素的环境负荷单位比较,4. 单位服务的材料消耗,德国渥泊塔研究所的斯密特教授（Schmidt）于1994年提出了一种表达材料环境影响的指标方法单位服务的材
4、料消耗量（Materials intensity per unit of service，MIPS），MIPS指在某一单位过程中的材料消耗量，这一单位过程可以是生产过程也可以是消费过程。详细介绍可参见斯密特教授的专著人类需要多大的世界一书。,5生态指数,除上述表示材料的环境影响指标外，国外还有一种生态指数表示法(ecoPoint)，即对某一过程或产品，根据其污染物的产生量及其他环境作用大小，综合计算出该产品或过程的生态指数，判断其环境影响程度。例如，根据计算，玻璃的生态指数为148，而在同样条件下，聚乙烯的生态指数为220，由此即认为玻璃的环境影响比聚乙烯要小。由于同环境负荷单位、环境影响因子
5、相同，指数表示法也是无量纲单位表示法。计算新产品或新工艺的环境影响的生态指数是一个很复杂的过程，故目前这些表达法都还不是很通用。,6生态因子,综合考虑材料的使用性能和环境性能的生态因子表示法（ecoindicator，ECOI）的主要思路是考虑两部分内容：一是材料的环境影响 （environmental impact，EI），包括资源、能源的消耗，以及排放的废水、废气、废渣等污染物，加上其他环境影响，如温室效应、区域毒性水平，甚至噪声等因素；另一部分是考虑材料的使用或服务性能（service performance，SP），如强度、韧性、热膨胀系数、电导率、电极电位等力学、物理和化学性能： E
6、COI=EISP （72） 此式基本上扣除了其使用性能的影响，在较客观的基础上进行材料的环境性能比较。,7. 碳排放,由于全球变暖的现状，和京都议定书的约束，有很多国家意识到了二氧化碳的危害，碳排放量逐渐也形成了一种评价环境影响的指标。 bp公司推出了一款碳排放计算器，计算出行方式、城市能源结构来计算个人和家庭的碳排放量，生活方式的碳排放量，私家车是公交的10倍。 应该和美国目前在开发一种低碳排放的水泥。,第二节 材料的环境影响评价方法与标准,早期曾采用单因子方法来评价材料的环境影响，如测其废渣的排放量，评价其对固体废弃物污染的影响等。采用单因子评价不能反映其对环境的综合影响，如全球温室效应、
7、能耗、资源效率等。而且，用如此多的单项指标，比较起来也太麻烦，甚至有些指标还无法进行平行比较。 到20世纪90年代初，专家提出了一个综合的评价方法生命周期评价方法（life cycle assessment，LCA）。LCA方法现已，成为全世界通行的材料环境影响评价方法，并已在 ISO 14000国际环境认证标准中规范化，是 ISO 14000的标准系列之一。,1. LCA的起源,20世纪60年代 化学工程 物质一能量流平衡方法,20世纪80年代 欧美 “从摇篮到坟墓”（from cradle to grave）的生命周期评价技术,初始生命周期名称 ：design for the enviro
8、nment、environmentally conscious design and manufacturing、green design、life cycle design、product responsibility、environmental quality、product integrity等,1990年由国际环境毒理和化学学会（SETAC ） 统一为LCA（life cycle assessment ）.,1993年国际标准化组织制订国际环境管理系列标准，即ISO 14000国际环境管理系列标准 ，ISO 14000主要分为6个系列，即环境管理系统、环境审计、环境标志、环境行为评价、
9、环境影响评价、术语和定义等。,表6-3 ISO 14000国际环境管理系列标准的框架,2LCA的定义,所谓生命周期评价技术（LCA）是一种评价某一过程、产品或事件从原料投入、加工制备、使用到废弃的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。具体地说，LCA是指用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资源、能源消耗，废物排放。环境吸收和消化能力等环境负担性进行评价，定量确定该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。 从定义来看LCA不是针对材料的，更多的是产品和服务，目前也有人提出了MLCA，Material LCA。,所谓生命周期评价技术（LCA）是一种评价某一过程、产品或事件从原
10、料投入、加工制备、使用到废弃的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。具体地说，LCA是指用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资源、能源消耗，废物排放。环境吸收和消化能力等环境负担性进行评价，定量确定该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。 从定义来看LCA不是针对材料的，更多的是产品和服务，目前也有人提出了MLCA，Material LCA。,第三节 LCA的技术框架及评价过程,LCA评价方法技术框架包括4部分：目标和范围定义、编目分析、环境影响评价及评价结果解释(见图6-1).,Life Cycle Assessment Phases- based on ISO 14
11、040,Conceptual Framework forLCA Impact Analysis,1目标和范围定义,LCA应用起点 ：确定其评价目标和评价的定义（goal and scope definition），以界定该过程、产品或事件对环境影响的大小 。 LCA评价目标：主要包括界定评价对象、实施LCA评价的原因，以及评价结果的输出方式。 LCA评价范围：一般包括评价功能单元定义、评价边界定义、系统输入输出分配方法、环境影响评价的数学物理模型及其解释方法、数据要求、审核方法及评价报告的类型与格式等。,功能单元是评价环境影响大小的区量单位，由于关系到环境影响具体数值，一般其应该是可数的。 系
12、统边界确定了哪些过程应该被包括到LCA评价范围中。其不仅取决于LCA实施的评价目标，还受到所使用的假设、数据来源、评价成本等因素的影响和限制。 数据是指在LCA评价过程中用到的所有定性和定量的数值或信息。数据要求是LCA评价结果可靠性的保障。 审核是为保证LCA评价方法符合国际标准，评价结果客观和可靠。,2编目分析,根据评价的目标和范围定义，针对评价对象收集定量或定性的输入输出数据，并对这些数据进行分类整理和计算的过程称为编目分析，即对产品整个寿命周期中消耗的原材料、能源以及团体废弃物、大气污染物、水体污染物等，根据物质平衡和能量平衡进行正确的调查并获取数据的过程。编目分析在LCA评价中占有重
13、要的地位，后面的环境影响评价过程就是建立在编目分析的数据基础上的。另外，LCA用户也可以直接从编目分析中得到评价结论，并做出解释。,如图6-2所示，需要收集的输入数据包括资源和能源消耗状况，输出数据则主要考虑具体的系统或过程对环境造成的各种影响。,图6-2 LCA编目分析示意图,在编目分析中通常包含以下几个过程或步骤：,（1）系统和系统边界定义 系统是指为实现特定功能而执行的、与物质和能量相关的操作过程的集合。这是LCA的评价对象。编目分析正是对所有穿过系统边界的物质、能量流进行量化的过程。系统的定义包括对其功能、输入源、内部过程等方面的描述，以及地域和时间尺度上的考虑。这些因素都会影响到评价
14、的结果。尤其在对多个产品或服务系统进行对比评价时，定义的各个系统应该具有可比性。,（2）系统内部流程,Air Water,Air Water,* Matthews et al. (2000),Imports,Exports,ENVIRONMENT,Environmentalburdens,Domestic extraction,Domestic output,Foreign hidden flows,Domestic hidden flows,（3）编目数据的收集与处理,编目数据包括流入每个过程的物质和能量，以及从这个过程流出的、排放到空气、水体和土壤中的物质。 编目数据的来源应该尽可能从实际
15、生产过程中获得，另外，也可以从技术设计者，或者通过工程计算、对类似系统的估计、公共或商业的数据库中得到相关信息。,在编目分析中还应注意以下两类问题的处理方式：,分配问题 当从产品系统中得到多个产品，或者一个回收过程中同时处理来自多个系统的废弃物时，就产生了输入输出数据如何在多个产品或多个系统这间分配的问题。 能源问题 在能源数据中应考虑能源的类型、转化效率、能源生产中的编目数据及能源的消耗量。不同类型的化石能源和电能应该分别列出，能源的消耗量应以相应的热值如焦耳或兆焦单位计算，对于燃料的消耗也可使用质量和体积。,3环境影响评价,环境影响评价建立在编目分析的基础上，其目的是为了更好地理解编目分析
16、数据与环境的相关性，评价各种环境损害造成的总的环境影响的严重程度，即采用定量调查所得的环境负荷数据定量分析对人体健康、生态环境、自然环境的影响及其相互关系，并根据这种分析结果再借助于其他评价方法对环境进行综合的评价。,（1）分类,分类是将编目条目与环境损害种类相联系并分组排列的过程，它是一个定性的、基于自然科学知识的过程。在LCA中将环境损害分为3类，即资源消耗、人体健康和生态环境影响。然后，又细分为许多具体的环境损害种类，如全球变暖、酸雨、臭氧层减少、沙漠化、富营养化，等等。一种编目条目可能与一种或多种具体的环境损害有关。,（2）表征,不同编自种类造成同一种环境损害的程度不同，例如二氧化硫和氧化氮都可能引起酸雨，但同样的量引起的酸雨的浓度并不相同。表征就是对比分析和量化这种程度的过程。它是一个定量的、基本上基于自然科学的过程。 通常在表征中都采用了计算“当量”的方法，用以比较和量化这种程度上的差别。将当量值与实际编目数据的量相乘，可以比较相关编目条目对环境影响的严重程度
