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1、竹篾积成胶合板的生命周期评价生产过程前言在中国的森林蓄积量中，竹材约占 1%。竹材可用于建筑、家具等行业。随着人们物质生活水平的提高，传统竹产品已不能满足人们的需要，某些竹产品在竞争中遭到淘汰。新型竹产品的开发利用已引起人们的重视。目前，竹材人造板是竹材加工利用的主要方向之一。随着对竹材利用的逐步认识和对竹材特性的深入研究，已开发出了一系列竹材人造板。竹篾积成胶合板是这一家族中的成员，它是一种单向强度大、刚性好的结构材料，其结构组成近似于重组木。其产品具有显著的定向性，在建筑、车辆制造等行业，是替代木材的良好材料。然而，在竹篾积成胶合板的生产制造过程中会消耗一定量的能源，并且会向空气、水体和土
2、地排放污染物，因此就对环境产生潜在的影响。故对竹篾积成胶合板的生产过程做出生命周期环境影响评价是非常有必要的。 生命周期评价评价是对一个产品系统的生命周期输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价。其总体框架包括四大有机部分：目的与范围的确定、清单分析、影响评价、结果解释，如图所示。 生命周期评价技术框架1 目的和范围的确定（1）目的 研究目的包括两方面的内容。通过对竹篾积成胶合板的生产制造过程进行评价，评价考虑与资源消耗、能源消耗、空气资源、水资源、固体废物、人类毒性和生态毒性有关的环境影响。这可使关注污染、节能等环境问题，在生产过程中考虑技术特性和费用的同时也考虑环境影响。竹篾积成胶合板生产制
3、造过程的评价信息，可为企业提供进行环境决策而需要的有价值的信息资料，帮助企业有步骤、有计划的清洁生产，有助于企业实施生态效益计划，促进企业的可持续增长。（2）产品系统和功能单元本项目研究的产品系统是标准规格的竹篾积成胶合板。在 LCA 中，产品系统往往作为评价的功能单元。表 1.1 对研究的功能单元进行详细的说明表 1.1 功能单元详细规格竹篾积成胶合板幅面 2240mm*1220mm竹篾积成胶合板厚度 12mm密度 0.951.05g/cm3弹性强度（MPa） 水平 91.2； 垂直 81.6弹性模量（MPa） 水平 11612.7； 垂直 7939.3（3） 系统边界 全面的“从摇篮到坟墓
4、”的生命周期评价中，竹篾积成胶合板系统包括五个生命阶段：产品制造的原材料获取；产品的生产制造；产品的包装；产品的使用或消耗；产品的回收处理。其中本项目主要对产品的原材料获取、生产制造过程进行评价。研究的范围包括：毛竹砍伐、输送、制成竹、胶合板制造过程、产品输送过程到仓库整个过程的能源消耗和二氧化碳排放量、硫化物排放量、氮氧化物排放量和固体废气物产生量。研究的地理边界取决于生命周期阶段，但是传统的 LCA 事实上并不考虑环境影响的空间关系，也就是说，某一具体的影响没有与特殊的地理位置相关联。故本项目中产品生产制造的地理边界不受局限。研究中采用的时间边界为采用最当前竹篾积成胶合板生产企业所采用的生
5、产制造过程。研究不考虑支持加工制造设备所需要的基础构件的环境影响，如制造厂的维护。2、清单分析（LCI ）LCI 是一种定性描述系统内外物质流和能量流的方法。通过对产品生命周期每一过程负荷的种类和大小进行登记列表，从而对产品或服务的整个周期系统内资源能源的投入和废物的排放进行以数据为基础的客观量化过程。通过量化待定分析产品系统的能源、原材料以及向空气、水体和土地的排放，建立改进系统环境表现的基础限线，并且可识别产品系统中哪些原材料、产品消耗最多，以及排放量最突出的单元体，以进行有目标的改进。（1） 数据来源本项目中 LCI 输入包括竹篾积成胶合板产品自身需要的材料，制造竹篾积成胶合板过程中需要
6、的辅助材料，生产制造过程中需要的能源和其他资源。输出包括产品、各种空气和水体污染物、固体废气物。其中竹篾积成胶合板生产工艺过程为：毛竹 截断 剖开 去内节 剖篾 干燥 浸胶 干燥 组坯 热压 锯边 压刨 成品。图 2.1 表示竹篾积成胶合板生产的物质流。生命周期阶段中产品制造阶段涉及的数据比较重要，因此收集时一般采用原始数据。收集过程中数据的取舍由数据的质量、环境、能源和功能重要性作为标准来决定。竹篾积成胶合板 LCI 计算的前提条件如下：胶合板规格 中型胶合板生产工厂，胶合板规格2440mm*1220mm*12mm废材生产率 制成竹过程 28.5%，胶合板制造过程 16.5%，合计 45%；
7、废材处理方法 全部焚烧，回收热能全部在胶合板生产内部利用；粘合剂 目前，生产中竹篾浸胶普遍采用的是水溶性酚醛树脂胶，其固体含量为 28+2%，粘度为 0.3p.s，其中粘合剂产生的甲醛污染物没列入计算。平光处理 产品胶合板表面做平光处理。排气 排气 排气毛竹砍伐 制成竹 人工干燥 胶合板制造毛竹砍伐能 制成竹能耗 太阳能 加工能耗毛竹输送能 胶粘剂制造废气物 毛竹加工能废材 28.5%排气废气物 废热利用 62.6% 焚烧处理 废材 16.5%焚烧灰图 2.1 胶合板制造的物质流（2） 清单分析制成竹的制造能源和二氧化碳排放量如表 2.1 所示。企业内使用的能源结构和能源来源是计算的基础，除直
8、接反映能源消耗，也反映了能源生产排放的污染物。表 2.2 为制成竹篾的制造阶段直接使用的能源。一般 LCI 计算中，对使用的各种材料的单位消耗和环境负载的单位等最好取自公开的数据库，使数据具有透明性、可靠性、可比性。为使企业间和不同国家间能予以比较，基本材料的单位消耗应当达到相互理解。胶合板 LCI 计算单耗如表 2.3 所示。表 2.1 制成竹的制造能源和二氧化碳排放量加工过程 能耗/（kcal/kg） CO2 排放量/（g 碳/kg）砍伐、运输 163.340 6.0制成竹 187.674 6.6人工干燥 305.792 84.5总计 656.806 97.1产品输送能产品 产品输送注：1
9、kcal=4.1868*10 3J，毛竹密度 0.81t/m3。表 2.2 制成竹的制造阶段直接使用的能源动力、燃料 使用能源 使用能源/（kcal/t） 电力/kW .h 39.0 87750.0汽油/L 3.2 26880.0轻柴油/L 5.5 50986.0动力、燃料 使用能源 使用能源/（kcal/t） 重柴油/L 0.4 4312.0其他油类/L 0.4 4212.0总计 174152.0注：1kcal=4.1868*10 3J，毛竹密度 0.81t/m3。表 2.3 胶合板单耗表 单位消耗 制造能源/kcal运输能耗/kcalCO2/g 碳 Sox/g NOx/g 固体废弃物/g重
10、柴油/(每 kcal) 0.064 0.03 0.0862 0.00101 0.00027 0.0064汽油/(每 kcal) 0.064 0.031 0.07605 0.00325 0.00025 0.00608轻柴油/(每 kcal) 0.052 0.025 0.07839 0.00069 0.00025 0.00608液化汽/(每 kcal) 0.027 0.171 0.06833 0.00001 0 0.00608电力/(每 kcal) 0.046 0.0001 0.00012 0.00155酚醛树脂制造能耗（每g）7.424 0.0409 0.44869 0.00182 0.0026
11、1 0.25096冷却润滑油（每 g） 0.891 0.359 0.07174 0.00022 0.0029 0.13929焚烧时产生的环境污染物木材（含水分 80%）（g/g）0.399086 0.000515 0.002574 0.017162木材（含水分 80%）（g/g）0.097338 0.000126 0.000628 0.004186注：1kcal=4.1868*10 3J，毛竹密度 0.81t/m3。根据设定的前提条件，进行胶合板 LCI 计算，胶合板生产过程的环境负载如表 2.4 所示。根据胶合板 LCI 进行胶合板 LCA 的环境影响分析，胶合板制造和毛竹砍伐是生产过程中主
12、要消耗能源部分，占 86.35%，其中制造阶段就占65.75%，因此可以说制造阶段决定了能源的输入总量。输出中主要包括空气污染物（CO 2、SO 2、 NO2 等） 、固体废弃物。空气污染物中 CO2 的排放量最大；而在所有输出的污染物中由废材焚烧处理排放的污染物占很大比重。胶合板产品其游离甲醛含量应是重要的评估指标，本计算没有包括在内。表 2.4 胶合板生产过程的环境负载胶合板制 毛竹 毛竹 制成材 胶合板 产品 废材焚 制造过 运输 胶合板造过程 砍伐 输送 制造 输送 烧处理 程总计 总计 总计能耗（kcal/m 3） 316596 87602 100819 1010494 21363
13、0.00 1427909 108964 1536873能耗比例% 20.6 5.7 6.56 65.75 1.39 0.00 92.91 7.09 100.00CO2 排放量（g/cm 3） 13967 5773.40 8683 306912 1612.45 176395 505958 7385.85 513344CO2 排放比例% 2.72 1.12 1.68 58.79 0.31 34.38 98.56 1.44 100.00SO2 排放量（g/cm 3） 63.45 48.88 73.56 2848.73 20.05 227.57 3213.33 68.93 3282SO2 排放比例%
14、1.93 1.49 2.24 86.79 0.61 6.93 97.80 2.10 100.00NO2 排放量（g/cm 3） 39.46 18.29 25.64 1077.25 5.20 1137.84 2280.19 23.49 2303.68NO2 排放比例% 1.71 0.79 1.11 46.76 0.23 49.39 98.88 1.02 100.00固体废弃物排放量（g/cm 3） 890.20 433.97 572.97 55308 125.41 7579.60 64157 559.38 2304固体废弃物排放比例% 1.07 0.0.6767 0.89 85.46 0.18
15、11.72 99.14 0.86 100.00注：包括胶合板输送；废弃物生产率 28.0%，废热利用率 62.6%；1kcal=4.1868*10 3J3. 生命周期影响评价（LCIA）（1） 命周期影响评价方法学 LCIA 是根据清单分析（LCI）过程中列出的要素对环境影响进行的定量和定性的分析。LCIA 分析的目的是根据清单分析的结果对潜在环境影响的程度进行评价。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。本研究采用的也是此种方法。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。本研究中考虑的影响类
16、型包括资源耗竭、生态影响和人类健康三大类，在每一大类下又有许多亚类，如生态影响包括全球变暖、平流层臭氧损耗、光化学烟雾、酸雨等。 特征化主要是开发一种模型，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。根据不同类型的环境影响采用不同的特征化模型，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。本研究中采用负载的特征化模型。（2） 生命周期影响评价结果负载模型是根据清单结果的数值大小进行评分。由表 2.4 中胶合板生产过程的环境负载可知，制造过程是对环境影响最大的，不管是从资源耗竭、生态影响还是人类健康方面都是如此。其次是毛竹的砍伐过程。从表 2.4 中可以看出，在生态影响全球变暖（
