生命周期评价(00001)

生命周期评价
第二章产品清洁生产
第一节生命生命周期评价的理念
生命周期评价的理念
生命周期评价
Life Cycle Assessment
Life Cycle Analysis
（一）定义
国际环境毒理学与化学学会（SETAC）：通过识别和量化能源和材料的消耗和废物的排放，评价产品(和服务)在其生命周期中的环境负荷，并提出预防和改进措施。

评价面向产品整个生命周期，包括原材料的获取和加工、生产、运输分配、使用、维护和再使用、循环再生、以及处理处置。

国际标准化组织(ISO)：生命周期评价是对一个产品系统的生命周期中的输入、输出及潜在环境影响进行的综合评价。

美国环保局(EPA)：通过对特定产品、过程或服务的整个生命周期的分析，对产品或活动进行整体评价的概念或方法。

生命周期评价包括三个组成部分－清单、影响和改进，是一个交互式发展的程序。

Procter & Gamble公司：显示产品制造商对其产品从设计到处置全过程中造成的环境负荷承担责任的态度，是保证环境确实而不是虚假地得到改善的定量方法。

美国3M公司：在从制造到加工、处理乃至最终作为残留有害废物处置的全过程中，检查如何减少或消除废物的方法。

（二）特点
全过程化
定量化
体现环境保护手段由简单、局部、粗放向复杂、全面、精细方向发展的趋势。

（三）分类
概念型LCA：定性的清单分析评估环境影响，不宜作为公众传播和市场促销的依据，但可以帮助决策人员认识哪些产品在环境影响方面具有竞争和优势。

简化型或速成型LCA：涉及全部生命周期，但仅限于简化的评价，着重主要的环境因素、潜在环境影响等，多用于内部评估和不要求提供正式报告的场合。

详细型LCA：包括目的和范围确定、清单分析、影响评价、结果解释4个阶段。

（四）生命周期评价的发展
生命周期评价是20世纪70年代初至90年代发展起来的理论。

当前生命周期评价已形成了基本的概念框架和技术框架。

国际标准化组织（ISO）-负责生命周期评价理论的完善和方法的国际标准化工作。

1、起源
生命周期评价起源于20世纪60年代末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）。

标志：1969年美国中西部资源研究所(MRI)开展的可口可乐饮料包装瓶评价。

起源阶段的特征：
(1)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。

--可口可乐玻璃瓶转向塑料瓶。

《SCIENCE》发表文章（1976年4月）。

(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。

2、发展
随着20世纪70年代末到80年代中期出现的全球性固体废弃物问题，资源与环境状况分析法(REPA)逐渐成为一种资源分析工具。

这时期的REPA着重于计算固体废弃物产生量和原材料消耗量。

发展阶段的特征：
(1)政府积极支持和参与。

欧洲经济合作委员会开始关注生命周期评价，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。

REPA缺乏统一的研究方法论，分析所需的数据常常无法得到，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。

这些都促进对评价方法的研究。

3、趋于成熟
80年代末以后，区域性与全球性环境问题日益严重，可持续发展思想的普及以及可持续行动计划的兴起，促使大量的REPA研究重新开始。

REPA涉及研究机构、管理部门、工业企业、产品消费者，但是使用REPA的目的和侧重点各不相同，所分析的产品和系统也变得越来越复杂，急需对REPA的方法进一步研究和统一。

1989年荷兰“国家居住、规划与环境部（VROM）”针对传统的“末端控制”环境政策，首次提出了制订面向产品的环境政策。

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“国际环境毒理学与化学学会(SETAC)”首次主持召开有关生命周期评价的国际研讨会，首次提出了“生命周期评价”的概念。

在以后的几年里，SETAC主持和召开了多次学术研讨会，对生命周期评价理论与方法进行了广泛研究。

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：“LCA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，成为生命周期评价研究出现飞跃的一个里程碑。

目前生命周期评价在方法论上还不十分成熟。

SETAC和ISO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，该标准体系目的是对生命周期评价的概念、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。

因此，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，第一份专门关注生命周期评价的学术期刊《International Journal of Life Cycle Assessment》
除以上产品组成分析外，还有产品使用分析，即对产品的使用功能、使用领域、使用寿命及使用过程中可能存在的问题进行分析的过程。

3、数据核算
简单的数据核算方法就是对每个工艺过程做物料和能量的衡算，即过程的总输入与总输出应基本一致(比如差值在2%以内)：
∑输入=∑输出(产出+废弃物+损耗)
4、进一步完善系统边界
修改最初定义的系统边界，如可能排除一些不重要的生命周期阶段，可能排除一些对研究结果不重要的物质流或能量流，也可能包含进一些新的有重要意义的单元过程。

5、数据处理与汇总
按照预先定义的功能单位对各单元过程的数据进行换算，得到该功能单位下的数据，按照数据类型将单元过程的数据相加，便得到每一功能单位生命周期总的资源、能源和环境排放数据清单。

（三）影响评价
环境影响评价(Environmental Impact Assessment，EIA)：建设项目/规划
生命周期影响评价(Life Cycle Impact Assessment, LCIA)：产品/服务/过程
ISO、SETAC、美国EPA都倾向于把影响评价定为一个“三步走”的模型：分类、特征化和评价。

1、分类（classification）
分类是将LCI中的输入和输出数据归到不同的环境影响类型。

首先是确定个案研究中关心的是哪些类别的环境影响，其次将清单分析中的环境负荷或污染排放因子分别归类到相应的环境影响类别之下。

一个因子可能引发数类环境影响，不同因子可能引发相同的环境影响。

产品生命周期环境影响分类：
SETAC(1993)：资源耗竭、环境污染、生态系统退化。

丹麦技术大学：根据环境影响的空间尺度，分为全球性影响、区域性影响和局地性影响，又根据影响对象和途径分为环境污染、资源耗竭和职业健康。

2、特征化(characterization)
目的：每种影响类型，对其中不同物质的环境影响用统一的单元表示，便于比较。

常用的特征化方法(生命周期影响评价模型)：临界体积模型、效应导向模型和生态评点模型。

例如，可以将各种温室气体的全球变暖影响潜能(Global warming potential, GWP)以二氧化碳当量表示。

特征化因子(characterization factor)：如全球变暖潜值、酸雨潜值等。

3、评价(valuation)
目的：得到一个总指标，用于对产品的环境性能进行比较。

经过特征化之后，得到的是单项环境问题类别的影响总值，评价则是将这些不同类别环境影响问题赋予相对的权重，以得到整合性的影响指标。

赋权方法：目标距离法、专家法、层次分析法(AHP) （四）结果解释
结果解释(Interpretation of results)就是根据LCA 前几个阶段的研究，系统地分析结果、解释局限性、形成结论、提出建议并报告生命周期解释的结果，应提供对LCA研究结果的易于理解的、完整的和一致的说明。

根据GB/T24043-2002/ISO14043-2000的要求，LCA 或LCI研究中生命周期解释阶段包括3个要素，即识别、评估和报告。

识别：重大环境问题；
评估：对整个生命周期评价过程中的完整性、敏感性和一致性进行检查；
报告：形成结论，提出建议。

三、LCA的局限性
1、LCA在范围上的局限性（1）LCA应用范围上的局限性（2）LCA评价范围的局限性
2、LCA分析方法上的局限性（1）量化模型（2）权重因子（3）检测精度
3、LCA分析数据的局限性
第三章第二节生态设计
生态设计(Ecological design, Eco-design)
一、产品生态设计概念及准则
（一）产品(传统)设计：将人的某种目的或者需要转化为一种具体的物理形式或者工具的过程。

--产品设计、建筑设计、园林设计、项目设计（公路、码头建设）、活动设计（奥运会）等。

（二）产品生态设计：利用生态学的思想，在产品开发和设计阶段综合考虑与该产品相关的生态环境问题和预防污染的措施，设计出既能满足人们需求又对环境友好的产品。

--考虑了环境问题的上述设计。

生态设计(eco-design)的其它名称：
生命周期设计(life cycle design)
绿色设计(green design)
环境化设计(design for environment)
环境意识设计(environmental conscious design)
环境友善设计(environmentally friendly design)
生态设计的指导思想
从产品生命周期的角度，在产品的设计阶段就考虑产品可能会对资源与环境造成的影响，并把采取的预防措施在产品设计中予以体现，以减少该产品对资源与环境的不利影响。

生态设计的基本准则
功能准则：满足使用功能，达到质量要求
环境准则：降低物耗和能耗，减少废物产生和安全风险
经济准则：成本最低，利润最大
技术准则：技术可行
美学准则：符合消费者的审美情趣
二、产品生态设计的意义
问题：为什么要进行产品生态设计？
生态设计的意义
1. 减少原材料和能源的使用—节约，降低成本
2. 减少企业的责任风险—生产出清洁的、对人体和环境无害的产品
3. 提高产品质量—实用、耐用、易维修和易处理处置等。

4. 引导和促进清洁产品消费—提高消费者资源意识和环境意识。

三、生态设计与传统设计的比较
比较内容：设计依据设计人员设计思想设计工艺设计目的所得产品
四、产品生态设计流程
(一) 产品生态辨识(识别)
(二) 产品生态诊断
(三) 生态产品定义
(四) 生态产品评价
（一）产品生态辨识(识别)
产品生态辨识(识别)是指根据产品的用途、功能、性质、成本及原材料等建立一个参照产品模型，并对该参照产品进行生命周期评价，即对产品整个生命周期内的相关环境问题进行定量化识别，对各种环境因子的影响进行分析，对产品的总体潜在环境影响进行综合与评估。

（二）产品生态诊断
确定与所设计产品有关的重要的潜在环境影响
分析这些潜在环境影响的主要来源，识别各影响因子的贡献大小
分析产品生命周期各阶段(或产品各部件)的环境影响大小
数据模拟，比较替代方案与原方案环境影响的差别，为进一步进行生态产品定义提供科学依据。

（三）生态产品定义(确定)
生态产品定义是依据生态系统安全与人类健康标准，选择产品的生态环境特性指标。

其目的在于确定产品的生态环境属性，使整个产品的商业价值中包含生态环境价值。

生态产品定义必须根据生态辨识和生态诊断的结果进行。

包括两个步骤：一是确定影响产品竞争能力的生态环境参数，二是制定产品具体的生态规范。

（四）生态产品评价
根据生态诊断的结果，参考产品生态指标体系，提出改善现有产品环境特征的具体技术方案，设计出对环境友好的新产品，并对该生态产品设计方案重新进行生命周期评价，把评价结果与参照产品的生命周期评价结果进行对比分析，提出进一步改进的途径与方案。

五、产品生态设计策略
（一）产品概念开发
（二）产品结构优化
（三）原材料利用优化
（四）生产过程优化
（五）销售网络优化
（六）减少产品使用阶段的影响
（七）产品生命周期末端优化
（一）产品概念开发
1.非(减)物质化—提供系统功能但使用更少的材料或者不需要材料(电子邮件替代纸信)
2.产品共享—多人共同使用一件产品但实际上并不拥有这种产品(汽车租赁)
3.以服务替代产品¡ª为用户提供服务，而非产品(运输代替汽车)
（二）产品结构优化
1.功能组合
2.功能优化
3.可靠性和耐用性
4.易于维护和修理
5.产品结构模块化
（三）原材料利用优化
应考虑的因素：是否具有所希望的物理和化学特性？在成本上是否合理？是否对环境有害？是否对人体安全？供应是否存在局限？是否有回收途径？是否容易被替代？
材料选择原则：
1不使用因其毒性而被禁止的材料或添加剂，如染料和电池中的镉；温度计、开关、荧光管中的汞等。

2避免使用破坏臭氧层的材料添加剂，如氯、氟、溴、溴化甲烷、哈龙等。

3避免使用难以分离的物质，如合成材料、薄膜覆盖物、填充料、灭火剂、纤维玻璃增强剂等。

4.减少稀缺原材料的用量
5.用新材料替代原有材料
6.尽可能使用回收来的材料
（四）生产过程优化
1.选择环境影响小的生产技术
2.尽可能减少生产环节
3.减少能耗或采用清洁能源
1.选择环境影响小的生产技术
技术调整－改变制造技术，采用新的、环境友好的技术；尽可能采用加成反应，避免取代反应或分解反应，因为后者常会产生副产品；等
2. 尽可能减少生产环节
工艺调整－改变工艺，消除多余的工艺过程，减少生产环节；
辅助物质的使用应该取消，如果使用也应该是无害的；
减少表面喷涂等二次过程；
使用最少的清洗工艺，等。

减少原材料、水和能源使用；
优先使用来自可再生资源的原料；
原材料替代－改变使用的原材料；
计划并定期开展设备维护，等。

4.减少和利用生产残余物
固体残余物－金属、塑料残余物、纸残余物、生物残余物、混合残余物；
液体残余物－营养盐、溶剂和石油、有机物、酸、悬浮固体；
气体残余物－CFC和HCFC、哈龙类、CO2、CH4、VOC(挥发性有机碳)、NOx、SO2等。

4.减少和利用生产残余物
（五）产品销售网络优化
优先采用火车或轮船运输，之后是卡车，尽可能避免空运；鼓励销售部门与当地供应商一起工作，避免长距离运输；鼓励销售部引入高效的销售形式，如批量销售；
使用标准化的运输包装和仓储包装。

（六）减少产品使用阶段的影响
1.更低的使用能耗
2.使用清洁的能源
3.使用更少的辅助品和消耗品
4.减少消费过程中的废物产生
5.降低产品维护过程的环境影响
（七）产品生命周期末端的优化
1.产品的再用
2.为可拆卸而设计
3.再制造/翻新
4.物质的循环利用
5.安全处置(焚烧、填埋)
第三节环境标志
一、环境标志的概念
环境标志：一种产品的证明性标签，它表示该产品不仅质量合格，而且在生产、使用和处置过程中符合环保要求，与同类产品相比，具有低毒少害、节约资源等优势。

中国环境标志：图形的中心表示人类赖以生存的环境，外围十个环紧密结合，表示公众参与共同保护环境；十个环的“环”字与环境的“环”同字，其寓意为“全民联合起来，共同保护人类赖以生存的环境”。

ISO14020系列标准规定的环境标志类型
I型环境标志：自愿、基于多准则、经独立第三方认证的环境标志计划，对在某类产品中具有整体环境优越性的产品颁发专用的标志。

II型环境标志：自我环境声明，未经第三方认证，由制造商、进口商、分销商、零售商或任何能获益的一方做出的环境声明。

III型环境标志：一个量化的产品生命周期信息简介，经过第三方的严格确认，提供给消费者定量化信息。

二、环境标志的意义
1.推动企业生产模式的转变，鼓励生产绿色产品
2.引导可持续消费，增强公众环境意识。

为消费者建立和提供可靠的尺度来选择有利于环境的产品
3.消除贸易壁垒，促进国际贸易发展
三、环境标志制度的发展
始于德国的“蓝色天使”计划(1978年)。

日本、加拿大、美国等国家相继建立并实施了环境标志制度
ISO于1993年成立了ISO/TC 207 环境管理技术委员会，开展环境标志标准化工作
环境标志制度与生命周期评价以及“扩展的生产者责任制度”(又称“生产者责任延伸制”，extended producer responsibility)紧密相连。

环境标志制度主要参与者：
环境标志管理部门工业协会和企业消费团体学术机构媒体国际团体
四中国的环境标志制度
1994年，中国环境标志产品认证委员会成立。

2002年撤销，其职能划归国家认证认可监督管理委员会(认监委)。

现在已颁布50多类、1000多种产品的环境标志技术要求。

四、中国环境标志认证实施程序
符合认证条件的中外企业向国家指定的认证机构提交书面申请；
认证机构对企业的生产管理体系和环境管理体系进行审查，并对企业申请的标志产品现场抽样；
样品由国家确认的检验机构进行检验，检验结果报认证机构；
认证机构根据审查和检验结果，颁发(或者不颁发)环境标志证书；
认证机构根据产品特点，定期对持有环境标志证书的企业进行监督和检查。

中国环境标志策略
有步骤、分阶段逐步扩大环境标志产品实施范围
企业自愿申请环境标志产品认证
环境标志产品应体现出导向作用
在出口产品中开展环境标志工作
环境标志产品的种类尽可能与国外产品一致
与人们切身利益相关的产品，是我国环境标志工作开展的一个重点
绿色化学(Green Chemistry)
传统化学的贡献举例：
1928年：青霉素，人类抗疾病能力增强
1913年合成氨，1941年DDT：化肥、农药业迅猛发展，减轻了人口增长对粮食需求的压力
1930年聚乙烯：石油化学工业，新型材料应用
1939年顺丁橡胶：新型材料，用于计算机等
问题：化学工业造成了严重的环境污染！
环境保护运动呼唤绿色化学
1962年，美国科学家Rachel Carson所著《寂静的春天》出版，书中详细地叙述了DDT等杀虫剂对各种鸟蛋的影响，使鸟类数量急剧减少，使原来花红叶绿、百鸟歌唱的春天变得“一片寂静”。

1939年发明，1941年上市，灭虫效果非常好。

千万吨DDT 在全世界使用，消灭了虫害，增加了农民收成，使许多人免于饥荒。

但不久人们发现，有些昆虫对DDT产生了抗药性，而且DDT能在生物体内积累并通过食物链传递和富集。

Carson 发现DDT使鸟类产下的蛋壳变薄，容易破碎，致使幼鸟死去。

《寂静的春天》指出：化学杀虫剂的生产和应用，会殃及很多有益生物，连人类自己也不能幸免。

越来越多的证据使科学家和生态学家得出结论，使用DDT弊多利少。

1971年，美国环保局成立，1972年正式立法宣布禁止生产和使用DDT。

Carson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯”。

一、绿色化学的概念和内涵
绿色化学的名称：
绿色化学：Green Chemistry
环境友好化学: Environmentally Friendly Chemistry 清洁化学: Clean Chemistry
绿色化学是指，在制造和应用化学产品时有效利用原料，消除废物，避免使用有毒和危险的试剂和溶剂。

事实上，没有一种化学物质是完全良性的，化学品及其生产过程或多或少会对人类产生负面影响。

绿色化学的目的是使化学产品的危害尽可能地小。

绿色化学有三层含义：
清洁致力于从源头防止污染，而不是污染后再治理，绿色化学技术应不产生或基本不产生有害废弃物。

经济绿色化学技术应是低能耗和低原材料消耗的技术。

安全在绿色化学过程中尽可能不使用有毒或危险的化学品，其反应条件应是温和的或安全的，发生事故的可能性极低。

绿色化学的特点：
1. 采用无毒、无害的原料；
2. 在无毒无害的反应条件下进行；
3. 具有“原子经济性”，即反应具有高选择性，极少副产品，甚至实现零排放；
4. 产品环境友好；
5. 满足“物美价廉”的传统标准。

二、绿色化学的主要研究内容
原子经济性(Atom Economy)
“原子经济性”是指原料中的每一个原子都进入所期望的产品中，原子利用率为100%。

原子经济性的概念是1991年美国著名有机化学家B. M. Trost 提出的，以原子利用率衡量反应的原子性。

美国总统绿色化学挑战奖
设立于1996年，旨在奖励在研究、开发和应用绿色化学技术方面获得杰出成就的个人、集体或组织。

共有5个奖项：学术奖、小企业奖、变更合成路线奖、改进溶剂和反应条件奖和设计更安全化学品奖，由来自美国政府、环保局、美国科学院、美国化学会、美国国家基金委员会的专家从候选提名中评选产生。

绿色化学案例—产品
（1）杀虫剂：美国有近一百五十万住户为白蚁所困扰，每年需一千五百万美元的开支用于对付白蚁，造成的环境污染问题也相当严重。

Dow Argo Science LLC 公司由于发展了高效低毒的杀虫剂而获得1999年美国总统绿色化学挑战奖的设计安全化学品奖。

1996年Rohm & Haas公司开发的CONFIRM杀虫剂在农业上能有选择地、有效地杀死毛虫而对其它生物无害，而且不发生生物积累、不在环境中长久残留，不危及整个生态系统，
（2）防垢剂：以往为了防止许多海洋植物与小动物在船体表面生长，常使用三丁基氧化锡 (TBTO)作防垢剂。

但TBTO不仅有毒，而且会在生物体内积累并使贝壳类动物的贝壳增厚。

Rohm＆Haas(罗门哈斯公司)因为1996年研制成功并生产了对环境安全的船舶防垢剂—Sea – Nine (“海洋9”)无毒，且生物积累几乎为零。

为此获设计更安全化学品奖。

（4）除草剂
2000年南开大学元素有机研究所在李正名教授领导下研制成功的新型除草剂—“单嘧璜隆”，不仅对危害作物的主要杂草如马齿苋、荠菜、茅草和马唐等具有很好的预防和消除功能，而且对温血动物几乎无毒。

利用生物质(生物原料) (Biomass) 代替当前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远的发展方向。

Taxas A&M大学的Holzapple 教授开发了一套用石灰处理和细菌发酵等简单技术，把废生物质转化成动物饲料、工业化学品和燃料，是人类在这个重大问题上一个初步尝试，为此获1996年美国总统绿色化学挑战奖中的学术奖。

用生物质制造汽车燃料—乙醇
据美国能源部预测，世界石油资源将在50年内面临枯竭的危险。

以谷物淀粉为原料的发酵法制造酒精，是一门具有4000-5000年的古老工艺，而酒精作为机动车燃料的潜力多年来已为人所知。

目前酒精作为机动车燃料主要是掺入汽油中，与汽油混合使用。

传统的发酵工艺，以谷物为原料，原料成本高，且利用率低，能耗很大，因此酒精成本高。

要想将其大规模用于机动车燃料必须降低成本。

降低成本的办法有二，其一是利用基因工程改进酵母的性能以提高过程效率，其二是采用更为廉价的纤维素原料。

三、绿色化学的主要原则
1. 原子经济性
2. 防止污染，而不是污染后再治理
3. 低毒化学合成
4. 安全化学品
5. 安全的溶剂或助剂
6. 使用可再生原料
绿色化学
从科学观点看—化学科学的创新
从环境观点看—从源头上消除污染
从经济观点看—有效利用资源和能源，降低生产成本
符合经济和社会可持续发展的要求
20世纪化学工业为衣、食、住、行、保健和娱乐以及国防安全提供了丰富的化学物质，也造成了不同程度的环境污染。

21世纪绿色化学的进展将推动经济和社会的可持续发展，帮助人们实现健康幸福的生活。