第5章-生命周期評(píng)價(jià)--選學(xué).ppt

清潔生產(chǎn)課程,第5章生命周期評(píng)價(jià),一、生命周期評(píng)價(jià)的定義,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)LCA的定義是：匯總和評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品（或服務(wù)）體系在其整個(gè)生命周期間的所有投入及產(chǎn)出對(duì)環(huán)境造成的和潛在的影響的方法。國(guó)際環(huán)境毒物學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)對(duì)LCA的定義是：通過對(duì)能源、原材料消耗及廢物排放的鑒定及量化來評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品、過程或活動(dòng)對(duì)環(huán)境帶來的負(fù)擔(dān)的客觀方法。,（ISO14040，1997）：對(duì)產(chǎn)品或服務(wù)系統(tǒng)整個(gè)生命周期中，與產(chǎn)品或服務(wù)系統(tǒng)功能直接相關(guān)的環(huán)境影響、物質(zhì)和能源的投入產(chǎn)出進(jìn)行匯集和測(cè)定的一套系統(tǒng)方法。（SETAC，1993）：生命周期評(píng)價(jià)是一個(gè)客觀過程，它通過識(shí)別和量化能源和資源消耗以及環(huán)境中的廢物排放來評(píng)估與某產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)相關(guān)的環(huán)境負(fù)荷。其目的在于評(píng)估能量和物質(zhì)利用以及廢物排放對(duì)環(huán)境的影響，尋求改善環(huán)境影響的機(jī)會(huì)以及如何利用這種機(jī)會(huì)。該評(píng)價(jià)包括產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)的整個(gè)生命周期，即包括材料的開采和加工、生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用、維護(hù)、再循環(huán)及最終處置等。,舉例說明：飲料瓶選擇復(fù)用式玻璃瓶還是一次性金屬易拉罐？由于人們往往只看到它們被消費(fèi)后被拋棄的一瞬間,于是很容易產(chǎn)生玻璃瓶一定比易拉罐有利于環(huán)境的判斷但其實(shí)消費(fèi)和拋棄僅僅是這些包裝容器整個(gè)生命周期中一個(gè)環(huán)節(jié)，從它們各自的原料被采掘、加工成容器，到用來包裝食品，再將包裝好的食品運(yùn)輸分銷到消費(fèi)者，乃至在消費(fèi)者家中如何儲(chǔ)藏等所有環(huán)節(jié)，都對(duì)環(huán)境造影響。,二、生命周期的主要階段,產(chǎn)品生命周期分為5個(gè)階段:原材料加工;產(chǎn)品生產(chǎn)制作;包裝運(yùn)銷;產(chǎn)品使用;再生處置。相關(guān)環(huán)境問題歸成5類:原材料選擇;能源消耗;固體廢料;廢液排放;廢氣排放。,三、生命周期評(píng)價(jià)的技術(shù)框架,生命周期評(píng)價(jià)的基本結(jié)構(gòu)（SETAC1993),LCA實(shí)施步驟（ISO14040，1997）,ISO14040標(biāo)準(zhǔn)將生命周期評(píng)價(jià)的實(shí)施步驟分為目標(biāo)和范圍定義、清單分析、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋四個(gè)部分，如圖所示。,1、目標(biāo)和范圍的確定目標(biāo)定義是要清楚地說明開展此項(xiàng)生命周期評(píng)價(jià)的目的和意圖，以及研究結(jié)果的可能應(yīng)用領(lǐng)域。研究范圍的確定要足以保證研究的廣度、深度與要求的目標(biāo)一致，涉及的項(xiàng)目有：系統(tǒng)的功能、功能單位、系統(tǒng)邊界、數(shù)據(jù)分配程序、環(huán)境影響類型、數(shù)據(jù)要求、假定的條件、限制條件、原始數(shù)據(jù)質(zhì)量要求、對(duì)結(jié)果的評(píng)議類型、研究所需的報(bào)告類型和形式等。生命周期評(píng)價(jià)是一個(gè)反復(fù)的過程，在數(shù)據(jù)和信息的收集過程中，可能修正預(yù)先確定的范圍來滿足研究的目標(biāo)，在某些情況下，也可能修正研究目標(biāo)本身。,2、清單分析清單分析是量化和評(píng)價(jià)所研究的產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)整個(gè)生命周期階段資源和能量使用以及環(huán)境釋放的過程。一種產(chǎn)品的生命周期評(píng)價(jià)將涉及到其每個(gè)部件的所有生命階段，這包括從地球采集原材料和能源、把原材料加工成可使用的部件、中間產(chǎn)品的制造，將材料運(yùn)輸?shù)矫恳粋€(gè)加工工序、所研究產(chǎn)品的制造、銷售、使用、和最終廢棄物的處置（包括循環(huán)、回用、焚燒或填埋等）等過程。,3、生命周期影響評(píng)價(jià)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、美國(guó)“環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)”以及美國(guó)環(huán)保局都傾向于將影響評(píng)價(jià)定為一個(gè)“三步走”的模型，即分類、特征化和量化。分類：分類是將清單中的輸入和輸出數(shù)據(jù)組合成相對(duì)一致的環(huán)境影響類型。影響類型通常包括資源耗竭、生態(tài)影響和人類健康三大類，在每一大類下又有許多亞類。生命周期各階段所使用的物質(zhì)和能量以及所排放的污染物經(jīng)分類整理后，可作為脅迫因子，在定義具體的影響類型時(shí)，應(yīng)該關(guān)注相關(guān)的環(huán)境過程，這樣有利于盡可能的根據(jù)這些過程的科學(xué)知識(shí)來進(jìn)行影響評(píng)價(jià)。,特征化：特征化主要是開發(fā)一種模型，這種模型能將清單提供的數(shù)據(jù)和其他輔助數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯成描述影響的敘詞。目前國(guó)際上使用的特征化模型主要有：負(fù)荷模型；當(dāng)量模型；固有的化學(xué)特性模型；總體暴露效應(yīng)模型；點(diǎn)源暴露效應(yīng)模型。量化：量化是確定不同環(huán)境影響類型的相對(duì)貢獻(xiàn)大小或權(quán)重，以期得到總的環(huán)境影響水平。,4、改進(jìn)評(píng)價(jià)改進(jìn)評(píng)價(jià)是識(shí)別、評(píng)價(jià)并選擇能減少研究系統(tǒng)整個(gè)生命周期內(nèi)能源和物質(zhì)消耗以及環(huán)境釋放機(jī)會(huì)的過程。這些機(jī)會(huì)包括改變產(chǎn)品涉及、原材料的使用、工藝流程、消費(fèi)者使用方式及廢物管理等。美國(guó)環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)建議將改進(jìn)評(píng)價(jià)分成三個(gè)步驟來完成，即識(shí)別改進(jìn)的可能性、方案選擇和可行性評(píng)價(jià)。在進(jìn)行分析時(shí)，還必須包括敏感性分析和不確定性分析的內(nèi)容。目前，改進(jìn)評(píng)價(jià)的理論和方法研究較少。,四、生命周期評(píng)價(jià)的應(yīng)用,生命周期評(píng)價(jià)作為一種評(píng)價(jià)產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)的整個(gè)生命周期環(huán)境后果的分析工具，迄今為止在私人企業(yè)和公共領(lǐng)域都有不少應(yīng)用。在私人企業(yè)，生命周期評(píng)價(jià)主要用于產(chǎn)品的比較和改進(jìn)，典型的案例有布質(zhì)和易處理嬰兒尿布的比較，塑料杯和紙杯的比較，漢堡包聚苯乙烯和紙質(zhì)包裝盒的比較等。在政府方面，生命周期評(píng)價(jià)主要用于公共政策的制定，其中最為普遍的適用于環(huán)境標(biāo)志或生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的確定，許多國(guó)家和國(guó)際組織都要求將生命周期評(píng)價(jià)作為制定標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)的方法。,生命周期評(píng)價(jià)還用來制訂政策、法規(guī)和刺激市場(chǎng)等，如美國(guó)環(huán)保局在“空氣清潔法修正案”中使用生命周期理論來評(píng)價(jià)不同能源方案的環(huán)境影響，還將生命周期評(píng)價(jià)用于制定污染防治政策；能源部用生命周期評(píng)價(jià)來檢查托管電車使用效應(yīng)和評(píng)價(jià)不同。在歐洲，生命周期評(píng)價(jià)已用于歐盟制定“包裝和包裝法”，比利時(shí)政府1993年作出決定，根據(jù)環(huán)境負(fù)荷大小對(duì)包裝和產(chǎn)品征稅，其中確定環(huán)境負(fù)荷大小采用的就是生命周期評(píng)價(jià)方法。丹麥政府和企業(yè)間的一個(gè)約定中也特別包含了生命周期評(píng)價(jià)，并用3年時(shí)間對(duì)10種產(chǎn)品類型進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)。,清潔生產(chǎn)、綠色產(chǎn)品、生態(tài)標(biāo)志的提出和發(fā)展將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)生命周期評(píng)價(jià)的發(fā)展。目前，各國(guó)政策重點(diǎn)從末端治理轉(zhuǎn)向控制污染源、進(jìn)行總量控制，這在一定程度上反映了現(xiàn)有法規(guī)制度無法單獨(dú)承擔(dān)對(duì)環(huán)境和公共衛(wèi)生造成的危機(jī)，從另一側(cè)面也反映了生命周期評(píng)價(jià)將成為未來制定環(huán)境問題長(zhǎng)期政策的基礎(chǔ)。從某一角度看，生命周期評(píng)價(jià)反映了現(xiàn)有環(huán)境管理已轉(zhuǎn)向向各類污染源最小化排放最小化負(fù)面影響最小化的管理模式，這對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有深遠(yuǎn)的意義。,五、生命周期評(píng)價(jià)的應(yīng)用實(shí)例,建筑瓷磚的環(huán)境影響評(píng)價(jià)我國(guó)是世界上最大的建材生產(chǎn)國(guó)。從資源的消耗到環(huán)境的損害，建材行業(yè)一直是污染較嚴(yán)重的產(chǎn)業(yè)。為考察建材生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響，用LCA方法評(píng)價(jià)了某建筑瓷磚生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響。該瓷磚生產(chǎn)線的年產(chǎn)量為30萬m2，采用連續(xù)性流水線生產(chǎn)。所需原料有鋼渣、黏土、硅藻土、石英粉、釉料以及其他添加劑等，消耗一定的燃料、電力和水，排放出一定的廢氣、廢水、廢渣，其生產(chǎn)工藝示意圖見圖6-1。,環(huán)境協(xié)調(diào)性標(biāo)準(zhǔn),在LCA實(shí)施過程中，首先是目標(biāo)定義。對(duì)該瓷磚生產(chǎn)過程的環(huán)境影響評(píng)價(jià)的目標(biāo)定義為只考察其生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響；范圍界定在直接原料消耗和直接廢物排放，不考慮原料的生產(chǎn)加工過程以及廢水、廢渣的再處理過程。,對(duì)該瓷磚生產(chǎn)過程的環(huán)境影響LCA評(píng)價(jià)的編目分析，主要按資源和能源消耗、各種廢棄物排放及其引起的直接環(huán)境影響進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、編目。如能耗可分為加熱、照明、取暖等過程進(jìn)行編目；資源消耗則按原料配比進(jìn)行數(shù)據(jù)分類；污染物排放按廢氣、廢水、廢渣等進(jìn)行編目分析。由于該生產(chǎn)過程排放的有害廢氣量很小，主要是二氧化碳，故廢氣排放量可以忽略，而以溫室效應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)編目。另外，在該瓷磚生產(chǎn)過程中其他環(huán)境影響指標(biāo)如人體健康、區(qū)域毒性、噪聲等也很小，因此在編目分析中也忽略不計(jì)。,在環(huán)境影響評(píng)價(jià)過程中采用了輸入輸出法模型，其輸入和輸出參數(shù)見圖6-2所示。其中輸入?yún)?shù)有能源和原料，輸出參數(shù)包括產(chǎn)品、廢水、廢渣，以及由二氧化碳排放引起的全球溫室效應(yīng)。,圖6-2某瓷磚生產(chǎn)線的輸入輸出法評(píng)價(jià)模型,通過輸入輸出法計(jì)算，得到該瓷磚生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響結(jié)果見圖6-3，其中圖6-3(a)為能源和資源的消耗情況，圖6-3(b)為對(duì)環(huán)境的影響。由圖可見，該瓷磚生產(chǎn)過程的能耗和水的消耗較大。由于采用鋼渣為主要原料，這是煉鋼過程排放的固態(tài)廢棄物，因此在資源消耗方面屬于再循環(huán)利用，這對(duì)保護(hù)環(huán)境是有利的生產(chǎn)工藝。,圖6-3某瓷磚生產(chǎn)過程的環(huán)境影響LCA評(píng)價(jià)結(jié)果,另外，該工藝過程的廢渣排放量較小，僅為0.5kg/m2。廢水的排放量為30kg/m2，且可以循環(huán)再利用。相對(duì)而言，該工藝過程的溫室氣體效應(yīng)較大，生產(chǎn)lm2瓷磚要向大氣層排放19.8kg二氧化碳，因此，年產(chǎn)量為30萬m2的瓷磚向空中排放的二氧化碳總量是相當(dāng)可觀的。對(duì)LCA評(píng)價(jià)結(jié)果的解釋，除上述的環(huán)境影響數(shù)據(jù)外，通過對(duì)該瓷磚生產(chǎn)過程的LCA評(píng)價(jià)，提出的改進(jìn)工藝主要有降低能耗、降低廢水排放量、減少溫室氣體效應(yīng)影響等。,六、生命周期評(píng)價(jià)方法,（1）貝爾實(shí)驗(yàn)室的定性法該法將產(chǎn)品生命周期分為5個(gè)階段:原材料加工、產(chǎn)品生產(chǎn)制作、包裝運(yùn)銷、產(chǎn)品使用以及再生處置.相關(guān)環(huán)境問題歸成5類:原材料選擇、能源消耗、固體廢料、廢液排放和廢氣排放,由此構(gòu)成一個(gè)55的矩陣。其中的元素評(píng)分為04,0表示影響極為嚴(yán)重,4表示影響微弱,全部元素之和在0100之間。評(píng)分由專家進(jìn)行,最終指標(biāo)稱為產(chǎn)品的環(huán)境責(zé)任率R,則有：式中,mi,j為矩陣元素值,其中i為產(chǎn)品的生命周期階段數(shù);j為產(chǎn)品的環(huán)境問題數(shù).R以百分?jǐn)?shù)表示,其值越大表明產(chǎn)品的環(huán)境性能越好.,（2）柏林工業(yè)大學(xué)的半定量法柏林工業(yè)大學(xué)的Fleisher教授等在2000年研究的LCIA方法,通過綜合污染物對(duì)環(huán)境的影響程度和污染物的排放量,對(duì)產(chǎn)品的生命周期進(jìn)行半定量的評(píng)價(jià)方法.該方法首先要確定排放特性的ABC評(píng)價(jià)等級(jí)和排放量的XYZ評(píng)價(jià)等級(jí),其影響程度中,A為嚴(yán)重,如致畸、致癌、致突的“三致”物質(zhì)及毒性強(qiáng)的各類物質(zhì);B為中等,如碳氧化物、硫氧化物等污染物;C為影響較小,可忽略的污染物.,排放量的XYZ分級(jí)根據(jù)是排放量低于總排放量的25%,定義為Z;位于25%75%之間,定義為Y;大于75%,則定義為X.每種排放物質(zhì)都賦予其對(duì)大氣、水體及土壤三種環(huán)境介質(zhì)的ABC/XYZ值.如果無法獲得某種環(huán)境介質(zhì)的排放數(shù)據(jù),則其ABC/XYZ值由專家確定.對(duì)每種環(huán)境介質(zhì)分別確定最嚴(yán)重的ABC/XYZ值(潛在環(huán)境影響最大的排放物質(zhì)),其程度呈遞減:AXAY=BXAZ=BYBZCX=CY=CZ.根據(jù)生命周期的每個(gè)過程排放到大氣、水體及土壤中ABC/XYZ值最高的物質(zhì)進(jìn)行分類,所有類別的值都通過表1的加權(quán)矩陣集中,得到最后的結(jié)論名為AXair當(dāng)量的單值指標(biāo).在此矩陣中,大氣污染物的權(quán)重值較高,由于污染物經(jīng)常沉積到水體和土壤中,可能對(duì)其產(chǎn)生影響.,例如,我國(guó)早點(diǎn)市場(chǎng)使用的餐具通常有四種:聚苯乙烯發(fā)泡餐具、高密度聚乙烯塑料餐具、紙餐具及集中式熱力消毒餐具.這四種餐具全生命周期過程中排放到大氣中的污染物質(zhì)有:碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物及碳?xì)浠衔锏?水污染物有生化需氧量、化學(xué)耗氧量、懸浮物及磷酸鹽類等;土壤污染物有:淤渣及灰等.根據(jù)前述分類及加權(quán)方法,這四種餐具的ABC/XYZ賦值及最終當(dāng)量指標(biāo)如表2.,表2四種餐具FleisherLCIA評(píng)價(jià)明細(xì)表,（3）荷蘭的“環(huán)境效應(yīng)”法該法認(rèn)為評(píng)價(jià)產(chǎn)品的環(huán)境問題應(yīng)從考慮消耗和排放對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的具體效果入手,將其與伴隨人類活動(dòng)的各種“環(huán)境干預(yù)”關(guān)聯(lián),根據(jù)兩者的關(guān)系來客觀地判斷產(chǎn)品的環(huán)境性能,這是在影響分析的定量方法中迄今為止最完整的一種方法.這種方法將影響分析分為“分類”和“評(píng)價(jià)”兩步,分類指歸納出產(chǎn)品生命周期涉及的所有環(huán)境問題,已確認(rèn)了3類18種環(huán)境問題明細(xì)表.這三類環(huán)境問題是:消耗型,包括從環(huán)境中攝取某種物質(zhì)資源的所有問題;污染型,包括向環(huán)境排放污染物的所有問題;破壞型,包括所有引起環(huán)境結(jié)構(gòu)變化的問題.在定量評(píng)價(jià)3類18種環(huán)境效應(yīng)時(shí),引用了分類系數(shù)的概念,分類系數(shù)是指假設(shè)環(huán)境效應(yīng)與環(huán)境干預(yù)之間存在線性關(guān)系的系數(shù).目前,對(duì)這18種環(huán)境效應(yīng)大部分都有了計(jì)算分類系數(shù)的方法.,通過分類,產(chǎn)品的生命周期對(duì)環(huán)境的影響可用1020個(gè)效應(yīng)評(píng)分來表示,并進(jìn)一步進(jìn)行綜合性的評(píng)價(jià).目前有兩類評(píng)價(jià)方法:定性多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)和定量多準(zhǔn)則評(píng)價(jià).定性評(píng)價(jià)通常由專家進(jìn)行,并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行排序,確定對(duì)環(huán)境的相對(duì)影響.定量評(píng)價(jià)通過專家評(píng)分對(duì)各項(xiàng)效應(yīng)加權(quán),得到環(huán)境評(píng)價(jià)指數(shù)M,即式中,ui為各效應(yīng)評(píng)分;ri為相應(yīng)的加權(quán)系數(shù).由于至今尚無公認(rèn)的加權(quán)系數(shù)值,致使定量評(píng)價(jià)達(dá)不到徹底定量化的要求.,（4）日本的生態(tài)管理NETS法瑞典環(huán)境研究所于1992年在環(huán)境優(yōu)先戰(zhàn)略EPS法(EnvironmentPrioritytrategy)中提出了環(huán)境負(fù)荷值(ELV,EnvironmentLoadValue)的概念.根據(jù)為保持當(dāng)前生活水平而必須征收的稅率,EPS規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值為100(ELV/人),此值可用于計(jì)算化石燃料消耗引起的環(huán)境負(fù)荷.日本的SeizoKato等人在瑞典EPS法的基礎(chǔ)上發(fā)展了NETS法,主要用于自然資源消耗和全球變暖的影響評(píng)價(jià),可給出環(huán)境負(fù)荷的精確數(shù)值公式為,式中,EcL為環(huán)境負(fù)荷值,或任意工業(yè)過程的全生命周期造成的環(huán)境總負(fù)荷值;Lfi為基本的環(huán)境負(fù)荷因子;Xi為整個(gè)過程的第i個(gè)子過程中輸入原料或輸出污染物的數(shù)量;Pi為考慮了地球承載力的與輸入、輸出有關(guān)的測(cè)定量,如化石燃料儲(chǔ)備及CO2排放等.Ali為地球可承受的絕對(duì)負(fù)荷值;i為第i種過程的權(quán)重因子.,EcL用量化的環(huán)境負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)NETS表示,其值規(guī)定為一個(gè)人生存時(shí)所能承受的最大負(fù)荷,即為100NETS.根據(jù)這些NETS值,就可從全球角度來量化評(píng)估任何工業(yè)活動(dòng)造成的負(fù)荷,