钢铁产品生命周期影响评价方法

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安徽工业大学学报
２００７ 年
负荷因子对同一种影响类型的贡献潜力不一样（如等量的 ＣＯ２ 和 ＣＨ４ 对全球变暖的贡献潜力不同）， 因此必 须找到一种共同的度量单位， 将各负荷因子的贡献潜力转化为这种度量单位后， 才能进行汇总。分类评价结 果采用当量物质表示， 如气候变化采用 ＣＯ２ 当量、酸化采用 ＳＯ２ 当量表示。其中转化为统一度量需要借助于 特征化模型， 影响类型的特征化模型来源及其它要素信息见表 １。
资源消耗和能源消耗指标具有钢铁行业特点， 分别采用铁当量和标准煤当量进行特征化。
如对于资源消耗， 其特征化模型为：
ＡＤＰｉ＝
ＤＲｉ
２
（Ｒｉ ）
２
×（ＲＦｅ） ＤＲＦｅ
（ １）
式中： ＡＤＰｉ — 资源 ｉ 的特征化系数， ｋｇ（ Ｆｅ） ｅｑ．／ｋｇ（ｉ）； ＤＲｉ，ＤＲＦｅ— 资源 ｉ 和铁的年产量，ｋｇ／ａ； Ｒｉ，ＲＦｅ —资源 ｉ 和 铁的可开采储存量， ｋｇ；
收稿日期： ２００６－ ０５－ １０ 基金项目： 安徽省教育厅自然科学基金资助（ ２００４ｋｊ０７４） 作者简介： 张培（ １９８１－ ） ， 男， 重庆人， 硕士研究生， 研究方向： 环境系统分析。
第１期
张 培等：钢铁产品生命周期影响评价方法
８５
１ ＬＣＩＡ 方法
ＩＳＯ１４０４２ 把 ＬＣＩＡ 定义为［“１］： 运用清单分析结果来评价其潜在的环境影响。它包括：（ １） 归类： 将清单中 的环境负荷因子归类到不同的影响类型；（ ２） 分类评价： 使用相应的特征化模型定量描述归入相应影响类型 的环境负荷因子， 所累加结果为相应影响类型的结果 ；（ ３） 综合评价： 对各项分类评价结果进行正规化处理 后， 其结果乘以相应影响类型权重， 加权综合”。其中前两部分是 ＩＳＯ１４０４２ 框架的强制执行步骤。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｉｍｐａｃｔ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ａ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｉｍｐａｃｔ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ ｃａｔｅｇｏｒｙ， ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｇａｌｖａｎｉｚｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｂａｏｓｔｅｅｌ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ， ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ， ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ， ａｎｄ ａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｒｅ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｉｍｐａｃｔ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ， ａｎｄ ｐｏｗｅｒ， ｓｉｎｔｅｒ ｍａｋｉｎｇ， ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ａｒｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｃｏ－ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ； ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｉｍｐａｃｔ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ； ｉｍｐａｃｔ ｃａｔｅｇｏｒｙ； ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
摘要： 在综合分析国际上生命周期影响评价方法的基础上， 结合钢铁产品生命周期过程的环境特点， 建立了钢铁产品生命周期
影响评价方法， 包括影响类型选取、特征化模型选取、及其特征化结果说明。该方法应用于宝钢电镀锌产品的评价 ， 得出资源消
耗、气候变化、能源消耗、酸化是最主要的 ４ 种影响类型， 动力、烧结、和炼铁工序是环境影响最为 重要的工序。本研究为钢铁产
表 １ 影响类型及其要素
影响类型
特征化模型
特征化结果
单位
资源消耗
静 态 稀 缺 模 型 ［６］
资源消耗潜值（ ＡＤＰ）
铁当量
气候变化 能源消耗
ＩＰＣＣ 模型［７］ －
全球变暖潜值（ ＧＷＰ） 能源消耗潜值（ ＥＤＰ）
二 氧 化 碳 （ＣＯ２）当 量 标煤当量
酸化 富营养化 光氧化剂形成 人体毒性
ＲＡＩＮＳ 模型［８］ 化 学 计 量 学 模 型 ［９］ 轨 迹 模 型［１０］ ＵＳＥＳ ２．０ 模型［８］
２ 钢铁产品生命周期影响评价方法
２．１ 生命周期影响评价框架 根据 ＩＳＯ１４０４２ 的建议， 确立的钢铁产品生命周期影响框架如图 １。
负荷因子归类
资源消耗
清
选取影响类型 （ 铁矿石， 水等）
综合评价
单
资源消耗
气候变化
分类评价
正规划
结
气候变化
（ ＣＨ２， ＣＨ４ 等）
特征化模型
定权重
酸化
酸化
果
…
（ ＳＯ２， ＮＯ２ 等）
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ ２００７
安徽工业大学学报 Ｊ．ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
文章编号： １６７１－ ７８７２（ ２００７） ０１－ ００８４－ ０５
第 ２４ 卷 第 １ 期 ２００７ 年 １ 月
钢铁产品生命周期影响评价方法

张 培 １， 田长生 ２， 黄志甲 １ （ １．安徽工业大学 建筑工程学院， 安徽 马鞍山 ２４３００２；２．中国第 十七冶金建 设第二工 程公司， 安徽 马鞍山 ２４３０００）
从评价对象看， 各种 ＬＣＩＡ 方法是基于产品的环境设计而建立的， 服务于各种产品的评价 ， 如 Ｅｃｏ－ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ９９ 方法应用于电子行业、建筑材料行业产品等的评价。但是各行业产品的生命周期所涉及的环境负 荷不同， 侧重的环境问题也就不同。如现行的 ＬＣＩＡ 方法都包括了同温层臭氧损耗影响类型， 氯氟烃（ＣＦＣ）是 对这一影响类型的主要贡献者， 但在钢铁行业中 ＣＦＣ 排放可以忽略， 因此钢铁产品的 ＬＣＩＡ 方法可不包括同 温层臭氧损耗影响类型。可见， 建立相应行业产品的 ＬＣＩＡ 方法， 用于指导本行业产品的环境设计是非常必 要的。
引言
生命周期清单提供了产品生命周期过程的环境负荷因子输入输出信息， 如单位产品的资源消耗量， 大气 及水体的污染 物排放量 等， 但生命周 期清单不能 反映对环境 的潜在危害 。生命周期 影响评价 （ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ｉｍｐａｃｔ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ， ＬＣＩＡ） 是生命周期评价（ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ， ＬＣＡ） 的核心内容， 目的是考察清单结果的环 境负荷因子的环境影响特点， 通过定性或定量的方法评价其潜在的环境影响， 以便更好地认识清单结果所涉 及的环境问题。如二氧化碳、甲烷等环境负荷因子的排放会导致全球变暖， 产生温室效应， 这类环境负荷因子 的潜在危害可以通过一种定量方法， 采用二氧化碳当量表示。由于 ＬＣＩＡ 涉及环境科学、生态科学、毒理学等 多门学科， 而且人们开展 ＬＣＩＡ 研究的历史不长， 到目前为止， ＬＣＩＡ 方法还不完善， 各国分歧颇多。
对于能源消耗， 清单结果以能源的总热值形式表示， 除以标煤的热值将直接转化为以 ｋｇ 标煤表示。
（ ４） 综合评价
综合评价包括 ２ 个步骤： 正规化和权重。
正规化的主要目的就是消除各单项结果在量纲和级数上的差异， 其次是便于理解环境影响类型的相对
大 小 。 正 规 化 方 法 一 般 是 用 分 类 评 价 去 除 基 准 量 的 结 果 。 基 准 量 选 取 世 界 总 量［３］。
在 ＩＳＯ１４０４２ 指导下， 涌现出许多 ＬＣＩＡ 方法， 这些方法从评价模式上可分为两大类［２］： ｍｉｄ－ ｐｏｉｎｔ 和 ｅｎｄ－ ｐｏｉｎｔ 方法。前者代表如荷兰 ＣＭＬ、丹麦 ＥＤＩＰ 等， 后者如荷兰 Ｅｃｏ－ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ９９、瑞典 ＥＰＳ 等。纵观各种评价方 法， 在影响类型选取上， 各种方法都涉及到与资源、人体健康、生态质量相关的环境问题， 如资源消耗、能源消 耗、气候变化、光氧化剂形成、酸化、富营养化、人体毒性、生态毒性、噪音等影响类型； 在特征化模型选取上， 各种方法可以使用不同的特征化模型， 不同的特征化模型导出的特征化结果不同， 如 ＣＭＬ 以锑当量表示资 源消耗［３］， Ｅｃｏ－ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ９９ 则以剩余能量（ ＭＪ ｓｕｒｐｌｕｓ） 的形式表示［４］。但对于气候变化这一全球问题， 一致采用 ＩＰＣＣ 模型（ Ｉｎｔｅｒｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌ Ｐａｎｅｌ ｏｎ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｈａｎｇｅ，政府间气候变化专门委员会）。
品的生态设计和开发提供了方法。
关键词： 生命周期评价； 生命周期影响评价； 影响类型； 特征化模型
中图分类号： Ｚ３２１．０２
文献标识码： Ｂ
Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ｉｍｐａｃｔ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ＺＨＡＮＧ Ｐｅｉ１， ＴＩＡＮ Ｃｈａｎｇ－ ｓｈｅｎｇ２， ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉ－ ｊｉａ１ （ １．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍａ＇ａｎｓｈａｎ ２４３００２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｈｅ １７ｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｎｏ．２ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍａ＇ａｎｓｈａｎ ２４３０００，Ｃｈｉｎａ）
根据上述 ８ 种影响类型的性质， 结合我国环境、生态和发展的现状， 在专家问卷调查的基础上， 利用层次
分析法进行分析， 得出“ 资源消耗、能源消耗、气候变化、酸化、富营养化、光氧化剂形成、人体毒性、生态毒性”
８ 种影响类型的权重， 最后将各个专家的权重取算术平均值作为最终确定的权重值。
３ 应用实例
以宝钢电镀锌产品为例， 说明钢铁产品生命周期影响评价方法的应用。 宝钢电镀锌产品生命周期清单负荷的数据由宝钢内部和宝钢外部两部分构成。宝钢内部负荷由直接负 荷、自产能源负荷、中间产品负荷和宝钢回用负荷 ４ 个部分构成， 宝钢外部负荷由上游阶段负荷、运输阶段负 荷、外部回用 ３ 个部分构成。基于生命周期清单结果， 进行影响评价计算。 （ １） 分类评价 根据宝钢电镀锌产品生命周期清单结果， 将所识别出来的环境负荷因子归类到相应的影响类型中去， 利 用特征化模型导出的特征化系数进行分类计算， 计算公式如下：
综合
…
图 １ 钢铁产品生命周期影响评价流程
（１）选取影响类型 国际上的 ＬＣＩＡ 方法大多采用 ８ 种影响类型： 资源（包括矿石资源和化石能源）消耗、气候变化、酸化、富 营养化、同温层臭氧损耗、光氧化剂形成、人体毒性、生态毒性。 我国钢铁行业能耗较大， 约占工业总能耗的 １１％； 污染物排放量也较大， 固体废物产生量约占工业废物 总量的 １６％， 废气排放量占工业总排放量的 １４％， 耗水占工业用水的 １０％， 粉尘占工业总排放量的 ２０％［５］。因 此， 结合钢铁行业的环境特点， 将资源消耗（矿石和水资源）和能源消耗（主要是煤）分别作为两种影响类型考 虑。其次， 钢铁产品生命周期清单中的环境负荷因子没有涉及到氯氟烃（ＣＦＣ）环境负荷因子， 因此不考虑同温 层臭氧损耗这一影响类型。文中选取 ８ 种影响类型： 资源消耗、气候变化、能源消耗、酸化、富营养化、光氧化 剂形成、人体毒性、生态毒性。 （２）环境负荷因子归类 基于钢铁产品生命周期清单结果， 对所识别出来的环境负荷因子进行归类， 分别归到各项影响类型中 去， 如 ＣＯ２， ＣＨ４ 对全球变暖有贡献， 就将其归到气候变化影响类型中去。 （３）分类评价 分类评价是定量描述归类于某一影响类型的负荷因子对这一影响类型贡献的大小。由于同质量的不同
酸化潜值（ ＡＰ） 富营养化潜值（ ＥＰ） 光化学氧化物产生潜值（ ＰＯＣＰ） 人体毒性潜值（ ＨＴＰ）
二 氧 化 硫 （ＳＯ２）当 量 磷酸根（ＰＯ－４３ ）当量 乙 烯 （Ｃ２Ｈ４）当 量 对二氯苯（１，４－ ＤＣＢ）当量
生态毒性
ＵＳＥＳ ２．０ 模型［８］
生态毒性潜值（ ＥＴＰ）
对二氯苯（１，４－ ＤＣＢ）当量