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2、清单分析
清单分析是量化和评价所研究的产品、工 艺或活动整个生命周期阶段资源和能量使用 以及环境释放的过程。一种产品的生命周期 评价将涉及到其每个部件的所有生命阶段, 这包括从地球采集原材料和能源、把原材料 加工成可使用的部件、中间产品的制造,将 材料运输到每一个加工工序、所研究产品的 制造、销售、使用、和最终废弃物的处置 (包括循环、回用、焚烧或填埋等)等过程。
排放量的XYZ 分级根据是排放量低于总排放量 的25 % ,定义为Z ;位于25 %~75 %之间,定义为Y ; 大于75 % ,则定义为X.每种排放物质都赋予其对大 气、水体及土壤三种环境介质的ABC/ XYZ 值. 如 果无法获得某种环境介质的排放数据,则其ABC/ XYZ 值由专家确定. 对每种环境介质分别确定最严 重的ABC/XYZ 值(潜在环境影响最大的排放物质) , 其程度呈递减: AX > AY = BX > AZ = BY > B Z > CX = CY= CZ. 根据生命周期的每个过程排放到大 气、水体及土壤中ABC/ XYZ 值最高的物质进行分 类,所有类别的值都通过表1 的加权矩阵集中,得到最 后的结论—名为AXair当量的单值指标. 在此矩阵中, 大气污染物的权重值较高,由于污染物经常沉积到水 体和土壤中,可能对其产生影响.
3、生命周期影响评价
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。
① 分类: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。影响类型通常包括资 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。生命周期各阶段所使用的物质和 能量以及所排放的污染物经分类整理后,可作为胁 迫因子,在定义具体的影响类型时,应该关注相关 的环境过程,这样有利于尽可能的根据这些过程的 科学知识来进行影响评价。
对LCA评价结果的解释,除上述的环境影 响数据外,通过对该瓷砖生产过程的LCA评 价,提出的改进工艺主要有降低能耗、降低 废水排放量、减少温室气体效应影响等。
六、生命周期评价方法
(1)贝尔实验室的定性法 该法将产品生命周期分为5 个阶段:原材料加工、
产品生产制作、包装运销、产品使用以及再生处置. 相关环境问题归成5 类:原材料选择、能源消耗、固 体废料、废液排放和废气排放,由此构成一个5 ×5 的矩阵。 其中的元素评分为0~4 ,0表示影响极为 严重,4 表示影响微弱,全部元素之和在0~100 之间。 评分由专家进行,最终指标称为产品的环境责任率R , 则有:
4、改进评价
改进评价是识别、评价并选择能减少研究
系统整个生命周期内能源和物质消耗以及环 境释放机会的过程。这些机会包括改变产品 涉及、原材料的使用、工艺流程、消费者使 用方式及废物管理等。美国环境毒理学和化 学学会建议将改进评价分成三个步骤来完成, 即识别改进的可能性、方案选择和可行性评 价。在进行分析时,还必须包括敏感性分析 和不确定性分析的内容。目前,改进评价的 理论和方法研究较少。
五、生命周期评价的应用实例
建筑瓷砖的环境影响评价
我国是世界上最大的建材生产国。从资源 的消耗到环境的损害,建材行业一直是污染 较严重的产业。为考察建材生产过程对环境 的影响,用LCA方法评价了某建筑瓷砖生产 过程对环境的影响。该瓷砖生产线的年产量 为30万m2,采用连续性流水线生产。所需原 料有钢渣、黏土、硅藻土、石英粉、釉料以 及其他添加剂等,消耗一定的燃料、电力和 水,排放出一定的废气、废水、废渣,其生 产工艺示意图见图6-1。
在环境影响评价过程中采用了输入输出法 模型,其输入和输出参数见图6-2所示。其中 输入参数有能源和原料,输出参数包括产品、 废水、废渣,以及由二氧化碳排放引起的全 球温室效应。
图6-2 某瓷砖生产线的输入输出法评价模型
通过输入输出法计算,得到该瓷砖生产过 程对环境的影响结果见图6-3,其中图6-3(a) 为能源和资源的消耗情况,图6-3(b)为对环 境的影响。由图可见,该瓷砖生产过程的能 耗和水的消耗较大。由于采用钢渣为主要原 料,这是炼钢过程排放的固态废弃物,因此 在资源消耗方面属于再循环利用,这对保护 环境是有利的生产工艺。
▪ (ISO14040,1997):对产品或服务系统整个 生命周期中,与产品或服务系统功能直接相关的 环境影响、物质和能源的投入产出进行汇集和测 定的一套系统方法。
▪ (SETAC,1993):生命周期评价是一个客观 过程,它通过识别和量化能源和资源消耗以及环 境中的废物排放来评估与某产品、工艺或活动相 关的环境负荷。其目的在于评估能量和物质利用 以及废物排放对环境的影响,寻求改善环境影响 的机会以及如何利用这种机会。该评价包括产品、 工艺或活动的整个生命周期,即包括材料的开采 和加工、生产、运输、使用、维护、再循环及最 终处置等。
例如,我国早点市场使用的餐具通常有四 种:Ⅰ聚苯乙烯发泡餐具、Ⅱ高密度聚乙烯塑 料餐具、Ⅲ纸餐具及Ⅳ集中式热力消毒餐具. 这四种餐具全生命周期过程中排放到大气中 的污染物质有:碳氧化物、硫氧化物、氮氧化 物及碳氢化合物等;水污染物有生化需氧量、 化学耗氧量、悬浮物及磷酸盐类等;土壤污染 物有:淤渣及灰等. 根据前述分类及加权方法, 这四种餐具的ABC/ XYZ 赋值及最终当量指 标如表2.
目标定义是要清楚地说明开展此项生命周
期评价的目的和意图,以及研究结果的可能 应用领域。研究范围的确定要足以保证研究 的广度、深度与要求的目标一致,涉及的项 目有:系统的功能、功能单位、系统边界、 数据分配程序、环境影响类型、数据要求、 假定的条件、限制条件、原始数据质量要求、 对结果的评议类型、研究所需的报告类型和 形式等。生命周期评价是一个反复的过程, 在数据和信息的收集过程中,可能修正预先 确定的范围来满足研究的目标,在某些情况 下,也可能修正研究目标本身。
▪ 举例说明:
饮料瓶选择复用式玻璃瓶还是一次性金属易 拉罐?
由于人们往往只看到它们被消费后被抛弃 的一瞬间,于是很容易产生玻璃瓶一定比易拉 罐有利于环境的判断 但其实消费和抛弃仅仅 是这些包装容器整个生命周期中一个环节, 从它们各自的原料被采掘、加工成容器,到 用来包装食品,再将包装好的食品运输分销 到消费者,乃至在消费者家中如何储藏等所 有环节,都对环境造影响。
清单分析
LCA实施步骤(ISO14040,1997)
ISO14040标准将生命周期评价的实施步骤 分为目标和范围定义、清单分析、影响评价和
结果解释四个部分,如图所示。
Fra Baidu bibliotek
目标、范围确 定
数
清单分析
据
解
释
影响评价
指导运用: 指
导产品开发 和优化、战 略规划、制 定公共政策、 开拓市场、
其他
1、目标和范围的确定
第四章 生命周期评价
一、生命周期评价的定义
▪ 国际标准化组织对LCA的定义是:汇总和 评估一个产品(或服务)体系在其整个生 命周期间的所有投入及产出对环境造成的 和潜在的影响的方法。
▪ 国际环境毒物学和化学学会对LCA的定义 是:通过对能源、原材料消耗及废物排放 的鉴定及量化来评估一个产品、过程或活 动对环境带来的负担的客观方法。
二、生命周期的主要阶段
产品生命周期分为5 个阶段: 原材料加工; 产品生产制作; 包装运销; 产品使用; 再生处置。
相关环境问题归成5 类: 原材料选择; 能源消耗; 固体废料; 废液排放; 废气排放。
三、生命周期评价的技术框架
生命周期评价的基本结构(SETAC 1993)
影响评价
改善评价
定义目标 确定范围
表2 四种餐具Fleisher LCIA评价明细表
(3)荷兰的“环境效应”法
该法认为评价产品的环境问题应从考虑消耗和
排放对环境产生的具体效果入手,将其与伴随人类活 动的各种“环境干预”关联,根据两者的关系来客观 地判断产品的环境性能,这是在影响分析的定量方法 中迄今为止最完整的一种方法.这种方法将影响分析 分为“分类”和“评价”两步,分类指归纳出产品生 命周期涉及的所有环境问题,已确认了3 类18 种环 境问题明细表. 这三类环境问题是:消耗型,包括从环 境中摄取某种物质资源的所有问题;污染型,包括向 环境排放污染物的所有问题;破坏型,包括所有引起 环境结构变化的问题. 在定量评价3 类18 种环境效 应时,引用了分类系数的概念,分类系数是指假设环 境效应与环境干预之间存在线性关系的系数. 目前, 对这18 种环境效应大部分都有了计算分类系数的 方法.
图6-3 某瓷砖生产过程的环境影响LCA评价结果
另外,该工艺过程的废渣排放量较小,仅 为0.5 kg/m2。废水的排放量为30 kg/m2,且 可以循环再利用。相对而言,该工艺过程的 温室气体效应较大,生产l m2瓷砖要向大气 层排放19.8 kg二氧化碳,因此,年产量为30 万m2的瓷砖向空中排放的二氧化碳总量是相 当可观的。
在LCA实施过程中,首先是目标定义。 对该瓷砖生产过程的环境影响评价的目标定 义为只考察其生产过程对环境的影响;范围 界定在直接原料消耗和直接废物排放,不考 虑原料的生产加工过程以及废水、废渣的再 处理过程。
对该瓷砖生产过程的环境影响LCA评价的 编目分析,主要按资源和能源消耗、各种废弃 物排放及其引起的直接环境影响进行数据分类、 编目。如能耗可分为加热、照明、取暖等过程 进行编目;资源消耗则按原料配比进行数据分 类;污染物排放按废气、废水、废渣等进行编 目分析。由于该生产过程排放的有害废气量很 小,主要是二氧化碳,故废气排放量可以忽略, 而以温室效应指标进行数据编目。另外,在该 瓷砖生产过程中其他环境影响指标如人体健康、 区域毒性、噪声等也很小,因此在编目分析中 也忽略不计。
生命周期评价还用来制订政策、法规和
刺激市场等,如美国环保局在“空气清洁法 修正案”中使用生命周期理论来评价不同能 源方案的环境影响,还将生命周期评价用于 制定污染防治政策;能源部用生命周期评价 来检查托管电车使用效应和评价不同。在欧 洲,生命周期评价已用于欧盟制定“包装和 包装法”,比利时政府1993年作出决定,根 据环境负荷大小对包装和产品征税,其中确 定环境负荷大小采用的就是生命周期评价方 法。丹麦政府和企业间的一个约定中也特别 包含了生命周期评价,并用3年时间对10种 产品类型进行生命周期评价。
清洁生产、绿色产品、生态标志的提出
和发展将会进一步推动生命周期评价的发展。 目前,各国政策重点从末端治理转向控制污 染源、进行总量控制,这在一定程度上反映 了现有法规制度无法单独承担对环境和公共 卫生造成的危机,从另一侧面也反映了生命 周期评价将成为未来制定环境问题长期政策 的基础。从某一角度看,生命周期评价反映 了现有环境管理已转向向各类污染源最小 化—排放最小化—负面影响最小化的管理模 式,这对实现可持续发展战略具有深远的意 义。
② 特征化: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。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。
③ 量化:量化是确定不同环境影响类型的相 对贡献大小或权重,以期得到总的环境影响 水平。
四、生命周期评价的应用
生命周期评价作为一种评价产品、工艺或活动的 整个生命周期环境后果的分析工具,迄今为止在私 人企业和公共领域都有不少应用。
在私人企业,生命周期评价主要用于产品的比较 和改进,典型的案例有布质和易处理婴儿尿布的比 较,塑料杯和纸杯的比较,汉堡包聚苯乙烯和纸质 包装盒的比较等。
在政府方面,生命周期评价主要用于公共政策的 制定,其中最为普遍的适用于环境标志或生态标准 的确定,许多国家和国际组织都要求将生命周期评 价作为制定标志标准的方法。
▪
式中, m 阶段数;
i
j
,为j为产矩品阵的元环素境值问,其题中数i.为R产以品百的分生数命表周示期,其
值越大表明产品的环境性能越好.
(2)柏林工业大学的半定量法
柏林工业大学的Fleisher 教授等在2000 年研究的LCIA 方法,通过综合污染物对环境 的影响程度和污染物的排放量,对产品的生命 周期进行半定量的评价方法. 该方法首先要确 定排放特性的ABC 评价等级和排放量的XYZ 评价等级,其影响程度中,A 为严重,如致畸、 致癌、致突的“三致”物质及毒性强的各类 物质; B 为中等,如碳氧化物、硫氧化物等污 染物; C 为影响较小,可忽略的污染物.