生命周期评价

•▪ 案例
能量 3×109
1600
水 600
1000
500
能量 2×109
1067
水 400
1000
能量 1×109
533
水 200
500
30 100 10
总过程
20 67 7
10 33 3
甲产品排放物
乙产
功能单元
• 对于看似不同的单元进行比较时，要以完成 同样功能为比较的基线——统一可比性
• 一次性尿布与多次性尿布，评价节水。前者 38片/周，后者68片/周。功能单元：每周 消耗量
• 目的和范围设定要适当
设定过小，缺乏系统性和完整性，导致得出 结论不可靠；
设定过大，增加很多工作量，延长时间。
• 实际工作中往往需要几次反复调整修改，才 能最终确定目标和范围
关于目的
• LCA目的是对一明确的产品或流程对环境的 影响实施评价。在不同的条件下 的目的不同
• 在设计阶段，评价目的是对几种可选择的设 计方案进行比较
• 优先化图是一种把建议分类分级的办法，纳 入不同的优先范围域，然后直观判断优先权 重程度
生命阶段优化图
• 把各个建议归纳到生命周期的五个不同阶段： 预生产、生产、产品运输、产品使用、生命 终止。有些跨多个阶段
• 不同阶段的建议考虑角度不同，价值不同 • 影响阶段长短不同，价值不同
LCA报告的编制
⑶ 自然生态系统范围
• 产品与生产系统与自然环境广泛存在交互影 响。物资生产与环境生产衔接。
• 木材作燃料的系统，木材砍伐、运输和燃烧 属于工业部分；木材的生长和剩余物的微生 物分解属于自然部分。有些评价范围仅划定 前者，有些扩大到后者。后者范围完整，但 获取全面量化资料困难
• 生物降解是LCA范围中的一个生态问题：垃 圾、废物、金属废弃，边缘到哪里？
• 理想化生命周期解释在前三个阶段完成之后 进行。展望前景，提出建议。表现为两种方 式：事先性的环境设计和事后性的污染控制
• 通过提出定性和定量的改进措施的实施：改 变产品结构，更换材料和工艺，加强废弃物 管理，高边消费方式等。再次进行清单分析 和评价——优化措施，持续改进
优先化表
• 面对大量机会和建议，不可能一次解决 • 列表对提出的改进建议措施进行优化比较 • 比较原则 • 基本方法：专家评分 +3~–3
• 根据过程框图、平衡关系、转化速率等可以 计算出物质流、资金流、能量流，流失量、、 残留量排放量等直接指标
• 也可以计算出转化率、排放率、流失率等相 对指标
• 直接和间接指标都是与资源利用和环境影响 有关的影响量
核算中的基本计算
• 转化率 转化率 = 参加反应的原料量/投入 反应设备的原料量 x 100%
⑶通过量化分析系统的能流、原材料和向气、 水体和土地的排放 (环境输入、输出数据) ， 建立该系统环境表现 (行为) 的基础线
清单分析概说⑵
• 清单分析的用途还有
⑷识别产品系统中输入、消耗、排放最多的 单元过程，以进行有目标的改进
⑸提供用来帮助确定生态标志准则的数据
⑹帮助制定备选政策方案（政府采购政策）
生命周期评价
清洁生产的主要分析工具
1 LCA的基本原则和总体框架
1.1 生命周期评价的基本原则 1 系统、充分地考虑产品系统从原材料获取 直 至最终处置全部过程中的环境因素 2 研究的时间跨度和深度主要取决于所确定 的目的和范围 3 研究的范围、假定、数据质量描述、方法、 结果应具有透明性 4 LCA研究应讨论并记在数据来源，并予以 明确、适当的交流
• 确定评价范围，可以设问：为什么实施这项 研究？结果有何用途？谁用？谁做？可获得 的资料有哪些？需要怎样的细节水平？
• 确定范围应考虑可用于分析的信息资源，已 有大量重要数据可能造成资源事实过剩。如 对于随身听的塑料选择就不必复杂分析。
生命周期范围
• LCA评价范围按不同特性可分为五种类型 ⑴ 生命周期范围 产品生命周期包括五个阶段 生命阶段Ⅰ 原材料获取。处于制造商直接 控制范围之外 生命阶段Ⅱ 产品生产阶段，又称“门对门 的分析”，从原材料入厂门到产品出厂门， 是早期工业环境影响评价重点，注重内控
• 一次性纸杯热饮杯与陶瓷杯，评价材料消耗。 前者一次用2个，后者反复使用。功能单元： 一次使用个数
• 厚保温层冰箱与较薄保温层冰箱，评价节能。 相同空间的使用效率。功能单元：标准体积 冷藏容量
生命周期影响评价
• 生命周期影响评价是对LCI得到的各种排放 物对现实环境影响进行定性定量的评价,是 LCA最重要的阶段。任务是确定产品系统的 物质]能量交换对其外部环境的影响，包括 对生态系统、人体健康和其他方面的影响
• 在制造阶段，目的几位在此操作条件下对环 境的最小破坏和最小影响
• 对于系统存在多个执行者，还要有合作目的
• 目的最好能够量化，如“使污染物排放总量 减少20%”，这样评价的结果会更有用，更 容易操作
关于范围
• 在LCA中，确定范围十分重要。往往局限于 某个生命阶段和局部的影响，实现LCA目的 更容易实现。但如果忽略一些重要因素，结 果报告将是片面的
LCA的基本原则
5 LCA的研究意图规定了保密和保护产权的 要求
6 方法学上要保证其开放性，以便能兼容新 的科学发现和最新技术发展
7 对于向外公布比对论断的LCA研究要考虑 一些具体要求
8 由于被分析系统生命周期各个阶段存在着 折中的因素和具体处理的复杂性，尚无法将 LCA的结果转化成单一的综合得分或数字
• LCI的基本内容
• 产品系统 由提供一种或多种确定功能的中间 产品联系起来的单元过程的集合
技术可行性 是否存在技术上的困难 环境改善 从科学和社会两方面评估 经济利益 事实的净成本，要力争有正效益 消费者的影响 正面影响，吸引力与宣传 生产管理 对现有生产的影响
优化化图
• 当优化表建议措施条目多时，平列出来，难 于比较和获得最重要的信息
• 优化范围图可以迅速分辨出优先权高低的建 议。生产领域判断优先权高的准则：使用可 循环利用的技术材料；运用可重复使用的包 装材料；使用高效率加工转化技术与工艺等
• 准确性和综合性产生矛盾
⑷ 空间和时间范围
• 环境影响特征之一是效应可在时间和空间 上产生极大延伸。 LCA的时空范围如何与 之匹配？粉尘排放影响几km，酸雨影响数 百km，臭氧层破坏达到50 km高空；导致 光化学烟雾的排放仅有一两天影响，生态 破坏需要几十年，全球气候变化需要几个 世纪，造成LCA的计算时间划分难于统一
• 特性化：定量工作。环境影响的非线性和复 合性带来许多困难
• 评价：将分类并定量化的各种影响因子归结 为一个综合指标
• 潜在趋势法——负荷估计 • 剂量-效应法——统计学方法
生命周期解释
• 生命周期解释是LCA的最终目的，是重要的 成果阶段、应用阶段。通过对前三个阶段的 一个或多个做出结论，并提出改进建议，从 而改善产品过程的环境影响
• 一个困惑：LCA应该包括多少细节？有多少 必要去描述痕量组分对环境的影响?现代科 技产品中包含数百种材料、数千种组分，应 评价多少材料和组分，对实际工作关系很大
• 5%规则。实际工作中提出，对于对环境影响 较轻，且在产品中所占比重少于5%的材料或 组分，在评价中可以忽略。超过5%的输入材 料或组分以及有重要影响的，即使低于5%也 应全部计入。典型如机动车铅酸电池、汞、 放射性材料等均不到5%，但必须计入
• 评价环境影响是复杂的过程，理论上可以通 过评价外因作用进行。
• 外因是清单分析中被确认有环境影响潜在趋 势的因素，环境科学已经建立了环境与外因 的作用与变化关系，如汽油发动机排放的铅
影响评价的阶段和方法
• 影响评价可以分为三个阶段：分类、特性化 和评价。
• 分类：定性工作。分影响对象：人体健康、 生态环境、资源、社会福利等四类，结合不 同影响因子分类。
• 报告的主要内容 • 基本情况 • 所确定的目的和范围 • 清单分析 • 生命周期解释 • LCA的局限性 • 参加人员和单位，鉴定性评审报告，对建议
的答复
2 生命周期清单分析
• 生命周期清单分析(Life Cycle Inventory LCI )是LCA中环境影响评价的基础，也可 直接指导实际应用
• 悖论1:造林固定CO2 木浆造纸 纸张焚烧 或填埋产生CO2 ，贡献大还是损害大?
• 悖论2:消费品使用中消耗能源，因此越耐用 越会对环境不利。
⑸ 范围的选择
• 界限的选择对LCA的时间规模、费用和可控 制性有巨大影响。基本的原则是界限应当与 行动目的一致
• 经验判断往往可作参考：
对便携式收音机的LCA不必考虑对能源影响； 评价手机则要考虑辐射影响。原因是既有科 学依据，又有改进的机会。
• 清单分析是一种定性描述系统内外物质流和 能量流的方法。所有投入的原材料和能源作 为输入，所有释放到环境中的物质作为输出， 即可列出系统内外物质流和能量流的输入/ 输出清单
输入
能源 水
清单分析的单元
原料获取 制造、加工、方案制定
分配和运输 利用、再利用、维护
输出
污水 烟尘、烟气
固体废物
再循环
其他废弃物
• LCI是对产品、工艺或活动等被研究系统在 整个生命周期阶段资源、能源的使用与向环 境排放废物的定量技术过程
• 清单分析包括数据的收集和计算程序，目的 是对产品系统的有关输入和输出进行量化
• LCI需要收集系统边界内每一单元过程中需 要纳入清单的数据。数据分定性和定量两类
2.1清单分析的内容和目的
⑴ 生命周期范围
生命阶段Ⅲ 产品的包装运输阶段。把产品 的包装纳入LCA
生命阶段Ⅳ 产品的使用或消耗阶段。关注 产品在使用中的环境行为
生命阶段Ⅴ 产品的回收处理阶段。促进改 进设计和原材料的选取，使之对环境和回收 的产品价值最优
后三个阶段发展了制造业环境保护，从产品 到服务，从摇篮到坟墓
⑵ 细节标准范围
9 LCA不存在统一的模式，应保持灵活性
2 ຫໍສະໝຸດ Baidu命周期评价的总体框架
LCA的总体框架由4个互相关联的部分组 成。其中双箭头表示基础信息流，单箭头 表示每阶段的结果解释
确定目标与范围
清单分析 影响分析
成果 解释
1.2.1 确定研究目的与范围
• 确定研究目的与范围是LCA的第一步
• 定义目的必须说明开展此项LCA的目的、原 因和结果的可能应用领域，需要尽可能精确 地确定目的和范围。
废弃物管理
可用产品
清单分析的步骤
• 数据收集的准备 • 数据收集通常从建模开始，形成流程图解，
描述每一个单元过程，列出与之相关的数据 类型，编制计算单位数据。都是为建立分析 清单作准备
• 清单分析所需的一些数据是直接的、定量的 数量型如原材料投入、水的消耗等
• 清单中还需要质量型信息，无论产品质量、 设备质量还是相关的环境要素质量，都与最 终总的环境影响直接有关。经济质量
常规污染物和持久性污染物有区别；局地性 污染和跨国界转移性污染有区别
1.2.2 清单分析
• LCA清单分析包括为实现特定的研究目的对所 需要数据的收集。基本上是关于所研究系统的 输入和输出数据清单
• 清单分析的主要用途是
⑴有助于综合地认识相互关联的产品系统
⑵确定研究目的与范围，界定待分析的系统 并建立系统模型，收集数据并就清单分析结果 编制报告
案例 干洗店的LCA，主要考虑干洗流程中氯代 烯烃的排放问题，目的是减少其环境影响
狭义范围 终端控制、流程变化、溶剂替代
广义范围 可替换的服务选项：存在大量只烫 不干洗客户，提供单独熨烫，可减少排放； 系统考虑则还有纺织品的性质与品种等问题
确定研究目的与范围 ⑵
• 目标和范围的确定还应保证能够满足研究目 的，包括定义所研究的系统、确定系统边界、 说明数据要求、提出假设和限制等。
过程和产品预算
• 材料预算的目的之一是为了加工过程 • 案例 化学清洗过程
新溶剂
溶剂槽
溶剂清洗
滞留在 产品上
保留在 产品上
废物 处理
溶剂池
蒸发
• 系统的任何一个边界都存在物质平衡:进-出 平衡、浸润-蒸发平衡、溶解-分离平衡
过程和产品预算 Ⅱ
• 根据平衡方程可以计算每一个界面上的物质、 能量通量和转化率
• 产 率 产率=生成目的产物消耗原料量/参加 反应的原料量 x 100%
• 收 率 收率=转化率 x 产率=生成目的产物消 耗原料量/投入反应设备的原料量 x 100%
分配
•▪ 问题的提出：同一生产系统可以生产多种产 品，所产生的总的环境影响如何科学合理地 分配到不同产品上，以进行各自相对独立的 影响评价