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1、第二章 材料的生命周期评价深圳大学材料学院 2本章内容主要包括生命周期的概念LCA方法的起源LCA技术框架LCA方法应用深圳大学材料学院 3RawMaterialFabricationStepsUseEndofLifeEmissionstoair,waterandlandRawmaterialandenergyconsumption生命周期思想 1.材料的生命周期深圳大学材料学院 深圳大学材料学院 5生命周期： 产品从自然中来再回到自然中去的全部过程，即从摇篮到坟墓（from cradle to grave）的整个生命周期各阶段的总和，具体包括从自然中获取最初的资源、能源，经过开采、原材料加工
2、、产品生产、包装运输、产品销售、产品使用、再使用以及产品废弃处置等过程，从而构成了一个完整的物质转化的生命周期。 深圳大学材料学院 6生命周期5个阶段：a. 生产前阶段, b.产品生产c. 产品运输, d. 产品使用e. 翻新、再循环或最终处置深圳大学材料学院 7材料生产使用过程的排放物及环境影响:材料生产使用过程排放物环境影响金属材料无机非金属材料高分子材料复合材料CO2SO2NOx重金属离子CH4NH3NO3-HCl粉尘固体废弃物全球变暖臭氧层破坏光化学烟雾酸化富营养化人体毒性水生生态毒性大气污染物水体污染物固体污染物其他污染2.材料生命周期评价（LCA）的起源深圳大学材料学院 8冶炼1
3、吨 钢材的输入和输出参数n 材料的生产过程是一个消耗大量资源、能源、 产生大量环境污染的过程。深圳大学材料学院 9n材料的生产过程是一个消耗大量资源、能源，产生大量环境污染的过程，研究如何减少与材料相关的环境污染是一个十分重要的课题。n将来的环境材料能否深入人心，能否将环境意识真正地引入材料科学与工程，其关键在于环境负荷的具体化、指标化、定量化，这就涉及材料的环境协调性评价。深圳大学材料学院 10n生命周期评价法（Life cycle assessment, LCA）LCA是一种用于评价与产品或服务相关的环境因素及其整个生命周期环境影响的工具，是目前通常采用的环境协调性评价方法。 LCA概念最
4、早于20世纪60年代末70年代初在美国出现.1969年每中西部研究所对可口可乐饮料包装瓶进行评价。对产品从最初的原材料采掘到废弃物处理的全过程进行跟踪和定量分析与定性评价。 深圳大学材料学院 11n两个组织在 LCA 的研究和推广应用中起到了重要的作用：LCA 作为正式的环境评价术语是由国际环境毒理和化学学会（SETAC）在1990 年提出的，并给出了 LCA 的定义和规范（1993年LCA指南：操作规则）。 其后，国际标准化组织（ISO）将LCA方法在全世界范围内进行了标准化的推广，1997年纳入为ISO 14000 国际环境管理系列标准之一。深圳大学材料学院 12nISO14000国际环境
5、管理系列标准：nISO14000中6大系列标准之一，14040-14049深圳大学材料学院 13在1993 年，SETAC 对 LCA 定义：nLifeCycleAssessmentisaprocesstoevaluatetheenvironmentalburdensassociatedwithaproduct，process，oractivitybyidentifyingandquantifyingenergyandmaterialsusedandwastesreleasedtotheenvironment；toassesstheimpactofthoseenergyandmaterialu
6、sesandreleasestotheenvironment；andtoidentifyandevaluateopportunitiestoaffectenvironmentalimprovements.nTheassessmentincludestheentirelifecycleoftheproduct，process，oractivity，encompassingextractingandprocessingrawmaterials；manufacturing，transportationanddistribution；use，re-use，maintenance；recycling，a
7、ndfinaldisposal.3 生命周期评价(LCA)的定义深圳大学材料学院 14译文：n通过确定和量化相关的能源、 物质消耗、废弃物排放，来评价某一产品、过程或事件的环境负荷，并定量给出由于使用这些能源和材料对环境造成的影响； 通过分析这些影响，寻找改善环境的机会；评价过程应包括该产品、过程或事件的寿命全程分析，包括从原材料的提取与加工、制造、运输和分发、使用、再使用、维持、循环回收，直至最终废弃在内的整个寿命循环过程。深圳大学材料学院 15在1997 年 ISO 制订的 LCA 标准（ISO 14040 系列） 中也给出了 LCA 和一些相关概念的定义：n Lifecycleasses
8、sment：Compilationandevaluationoftheinputs，outputsandthepotentialenvironmentalimpactsofaproductsystemthroughoutitslifecycle.nProductsystem：Collectionofmateriallyandenergeticallyconnectedunit-processeswhichperformsoneormoredefinedfunctions.（NOTE：InthisInternationalStandard，theterm“product”usedalonenot
9、onlyincludesproductsystemsbutcanalsoincludeservicesystems.）nLifecycle：Consecutiveandinter-linkedstagesofaproductsystem，fromrawmaterialacquisitionorgenerationofnaturalresourcestothefinaldisposal.深圳大学材料学院 16译文：“LCA”：是对一个产品系统的生命周期中(能量和物质的)输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价。 “产品系统”：是通过物质和能量联系起来的，具有一种或多种特定功能的操作过程单元的集合。
10、 “产品”：既可以是一般制造业的产品系统，也可以是服务业提供的服务系统。 “生命周期”：是指产品系统中前后衔接的一系列阶段，从原料的获取或自然资源的生成，直到最终处置。深圳大学材料学院 17目标与范围的确定生命周期评价技术框架清单分析影响评价解释直接应用： 产品开发与改进 战略规划 公共政策制定 营销 其他LCA技术框架（四阶段）4. LCA的技术框架与评价过程应用于材料的生命周期评价通常称为MLCA（Materials LCA）。深圳大学材料学院 184.1 目的与范围的定义步骤：n在开始进行 LCA评估之前,必须明确其评价目标和评价的范围,以此界定该过程、产品或事件对环境影响的大小，这是其
11、后的评估过程所依赖的出发点和立足点。nLCA 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。深圳大学材料学院 19n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。n范围定义必须保证足够的评价广度和深度，以符合对评价目标的定义。n评价过程中，范围的定义是一个反复的过程， 必要时可以进行修改。深圳大学材料学院 20n功能单元是评价环境影响大小的度量单位， 由于关系到环境影响的具体数值，一般情况下功能单元应该是可数的。n例如， 在计算一个火电厂因发电而产生的
12、二氧化碳排放量时， 需要事先明确这种排放量是针对多少发电量而言的。深圳大学材料学院 21requires.ca 130PETbottles (17 use cycles)1000litersofbeerdeliveredca 70glassbottles(28 use cycles)ca 2000aluminiumcans (1 cycle)功能单位深圳大学材料学院 22n系统边界确定了哪些过程应该被包括到 LCA 评价范围中。 系统边界不仅取决于 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。n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
13、息， 这些数据可能来自测量到的环境数据， 也可以是中间的处理结果。数据要求包括说明数据的来源、精度、完整性、代表性和不确定性等因素， 以及数据在时间上、地域上和适用技术方面的有效性等。数据要求是 LCA 评价结果可靠性的保障。n为保证 LCA 评价方法符合国际标准， 评价结果客观和可靠， 在 LCA 评价过程结束后可以邀请第三方对结果进行审核。深圳大学材料学院 234.2 清单分析(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。 目的是将环境负荷定量化, 是对输入和输出进行以数据为基础的客观量化过程。 编目分
14、析在 LCA 评价中占有重要的地位， 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。 深圳大学材料学院 24 水木材煤石油及天然气矿物资源金属矿产其他能源生态系统产品系统温室效应酸雨臭氧层破坏有机挥发物大气污染物水污染物废渣排放固体有害污染物光、声、电磁波污染系统输入数据及信息输出数据及信息n一个系统通过其系统边界与外部环境分隔开，系统的所有输入都来自于外部环境， 系统所有的输出都输出到外部环境。nLCA 用户也可以直接从编目分析中得到评价结论， 并做出解释。深圳大学材料学院 25深圳大学材料学院 26在编目分析中通常包含以下几个过程或步骤： 系统和系统边界定义、系统内部流程、编目数
15、据的收集与处理（1）系统和系统边界定义n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。n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的结果。深圳大学材料学院 27（2）系统内部流程n为更清晰地显示系统内部联系， 以及寻找环境改善的时机和途径， 通常需要将产品系统分解为一系列相互关联的过程或子系统， 分解的程度取决于前面的目标和范围定义， 以及数据的可获得性。深圳大学材料学院 28例如:一个聚乙烯塑料饮料瓶的主要流程图，n系统内部的这些过程从“上游”过程中得到输入， 并向“下游”过程产生输出。n这个流程图中没有包括辅助性
16、产品如标签、纸箱、粘胶等， 但在完整的编目分析中应该包括它们。深圳大学材料学院 29n在绝大多数的产品系统中都要涉及到能源和运输， 所以能源生产和不同运输方式的环境编目数据是一种基础数据， 一次收集和分析之后会多次被用到。n与此类似，一种材料也会在多种产品中被用到， 所以对常用材料的基础评价也是非常重要并需要首先解决的问题。深圳大学材料学院 30（3）编目数据的收集与整理 编目数据的来源应该尽可能从实际生产过程中获得， 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。 要注意的3个问题：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之间分配的问题。 深圳大学材料学院 31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。n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或兆焦单位计算， 对于燃料的消耗也可使用质量和体积。n标准煤 又称标准燃料，是计算能源总量和折合各种能源的综合指标，我国规定
