環(huán)境材料學(xué)-第4章__二次電池的綠色度評(píng)價(jià)方法

1、第四章二次電池的LCA評(píng)價(jià)二次電池體系目標(biāo)和范圍定義二次電池體系生命周期中清單分析二次電池體系的影響評(píng)價(jià)模型改善評(píng)價(jià)小結(jié)4.1 二次電池體系生命周期評(píng)價(jià)分析基于生命周期的評(píng)價(jià)的理論方法，從環(huán)境健基于生命周期的評(píng)價(jià)的理論方法，從環(huán)境健康入手，對(duì)二次電池在評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的物質(zhì)和康入手，對(duì)二次電池在評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的物質(zhì)和能量的輸入輸出進(jìn)行調(diào)查和分析，希望能夠能量的輸入輸出進(jìn)行調(diào)查和分析，希望能夠解釋二次電池行業(yè)的環(huán)境脅迫情況，并給予解釋二次電池行業(yè)的環(huán)境脅迫情況，并給予可供選擇的生產(chǎn)方案?？晒┻x擇的生產(chǎn)方案。在設(shè)定的邊界范圍，研究電池生產(chǎn)與運(yùn)用的環(huán)境在設(shè)定的邊界范圍，研究電池生產(chǎn)與運(yùn)用的環(huán)境負(fù)荷、能源消耗及

2、成本，確定主要影響因子給出負(fù)荷、能源消耗及成本，確定主要影響因子給出可選擇的生產(chǎn)方案，為二次電池生產(chǎn)系統(tǒng)的建設(shè)可選擇的生產(chǎn)方案，為二次電池生產(chǎn)系統(tǒng)的建設(shè)、改造和管理等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)也可以為其、改造和管理等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)也可以為其他產(chǎn)品生產(chǎn)的生命周期評(píng)價(jià)提供參考他產(chǎn)品生產(chǎn)的生命周期評(píng)價(jià)提供參考電池企業(yè)、環(huán)境管理和能源管理電池企業(yè)、環(huán)境管理和能源管理 目標(biāo) 定義 研究原因 研究結(jié)果的預(yù)期應(yīng)用領(lǐng)域 服務(wù)對(duì)象14.1.1 二次電池體系目標(biāo)和范圍定義 由研究目的、未來應(yīng)用及研究的深度和廣度等因素來確定。 重點(diǎn)考察：整個(gè)生產(chǎn)過程不同階段的環(huán)境影響、能源消耗和資源消耗。原料獲原料獲取階段取階段生生產(chǎn)

3、產(chǎn)階階段段回收利回收利用階段用階段礦石開采礦石開采煤炭開采煤炭開采石油開采石油開采初級(jí)材料生產(chǎn)初級(jí)材料生產(chǎn)電池材料生產(chǎn)電池材料生產(chǎn)電池生產(chǎn)電池生產(chǎn)電池回收電池回收利用與處理利用與處理能源生產(chǎn)能源生產(chǎn)圖4.1 二次電池體系的系統(tǒng)邊界圖2、范圍的界定 是度量系統(tǒng)功能時(shí)所采用的特定的計(jì)量單位。 主要作用：為系統(tǒng)的輸入與（或）輸出提供一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)量基準(zhǔn)，換言之如果缺失這種功能單位，就會(huì)使系統(tǒng)的評(píng)價(jià)陷入紊亂狀態(tài)。3、功能單位（functional unit, FU）數(shù)據(jù)清單數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)計(jì)算清單分析中的一項(xiàng)重要內(nèi)容清單分析中的基礎(chǔ)工作清單分析中的重點(diǎn)數(shù)據(jù)清單數(shù)據(jù)清單數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)的收集數(shù)據(jù)的收集4.

4、1.2 二次電池體系生命周期中的清單分析1、清單的數(shù)據(jù)格式 數(shù)據(jù)清單主要有單元過程數(shù)據(jù)清單和產(chǎn)品匯總數(shù)據(jù)清單兩種。 單元過程數(shù)據(jù)清單以研究的單位過程為依據(jù)建立起來的，主要內(nèi)容應(yīng)包括單元過程的環(huán)境輸入和輸出、環(huán)境參數(shù)的單位、數(shù)據(jù)來源、建立的時(shí)間等。原材料生產(chǎn)電極材料生產(chǎn)電池生產(chǎn)產(chǎn)品使用電池廢棄物最終處理回收處理輸出其他廢渣廢水廢氣產(chǎn)品輸入原材料能源圖4.2 清單輸入輸出圖 就是對(duì)系統(tǒng)邊界內(nèi)所有過程對(duì)資源和能源的消耗及對(duì)環(huán)境的排放物進(jìn)行量化和合理性分析，并以輸入輸出清單表的形式表達(dá)。數(shù)據(jù)類型輔助材料的消耗量最終產(chǎn)物中間產(chǎn)物的產(chǎn)量原材料能源廢棄物的排放量對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求：應(yīng)考慮數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度（最好近

5、5年數(shù)據(jù)）、地理覆蓋范圍、技術(shù)覆蓋面。另外還要考慮數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性、完整性、代表性、一致性、重復(fù)性等指標(biāo)。2、數(shù)據(jù)的收集1）資源的消耗 自然資源：在自然界中得到的非人造的原材料，分為再生和不可再生資源兩種。 再生資源：可再次生長的資源，最典型的是生物資源如木材、動(dòng)植物資源與水。 不可再生資源：非生命的，如礦石和化石燃料等。 可再生資源的消耗 （IRrr）i =AMTrri（1-RCi） （4.2） （IRrr)i 是單位功能單位的小號(hào)的可再生資源的影響 AMTrri是清單分析中每功能單位的可再生資源的輸入量； RCi是資源回收或重復(fù)利用率3、數(shù)據(jù)計(jì)算 不可再生資源的消耗 （IRrr）i =AMTr

6、riRCi （4.3） 式中，（IRrr）i為單位功能單位的消耗的可再生資源的影響; AMTrri為清單分析中每功能單位的可再生資源的輸入量；RCi為資源回收或重復(fù)使用率。 資源稀缺系數(shù) 資源稀缺系數(shù)的確定，采用EDIP的目標(biāo)距離距離法，即使資源的豐富程度的當(dāng)前水平與目標(biāo)水平之間的距離來表征。設(shè)目標(biāo)距離10年，假定選取1997年和1987年水平進(jìn)行計(jì)算。則 i =ERi1997/ ERi1987 （4.4） 式中，Wi為資源稀缺系數(shù)； ERi1987為1987年基準(zhǔn)水平，等于1987年儲(chǔ)量減當(dāng)年產(chǎn)量； ERi1997為1997年基準(zhǔn)水平，等于1997年儲(chǔ)量減當(dāng)年產(chǎn)量。2）能量的使用 計(jì)算能量的

7、使用影響類目是基于燃料能量的輸入、電力輸入的總和。3）填埋空間的消耗 填埋空間影響是計(jì)算固體、有害的或者放射性廢棄物進(jìn)入土地或垃圾填埋場所占用的空間消耗。其影響特征化是基于固體廢棄物的體積指標(biāo)，可以從清單分析的廢棄物及其平均密度來計(jì)算： （IRSWI）i =AMTSW / Di （4.5） 式中，（IRSWI）i為每功能單位的固體廢棄物的填埋影響指標(biāo); AMTSW為清單分析中每功能單位的排放固體廢棄物數(shù)量；Di為廢棄物的密度。4）全球變暖的影響 全球變暖是由人為活動(dòng)產(chǎn)生的散熱向大氣層強(qiáng)迫輻射所產(chǎn)生的影響。大多數(shù)散熱加重了強(qiáng)迫性輻射，導(dǎo)致地球表面溫度上升，大氣中的二氧化碳和其它溫室氣體的增加，一

8、般會(huì)產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”，從而提高全球平均氣溫和引起氣候變化。 全球變暖影響潛能（GWP）是指這種變暖物質(zhì)（與CO2相關(guān)）對(duì)圈住地球的熱量的貢獻(xiàn)值。影響評(píng)價(jià)采用相關(guān)性因子方法來計(jì)算，排放的相關(guān)氣體與相關(guān)性因子相乘得到。GWP相關(guān)性因子是評(píng)估某種物質(zhì)在大氣的生存時(shí)間、可能對(duì)全球氣候變化影響的輻射強(qiáng)度與CO2的相關(guān)物質(zhì)的GWP結(jié)果是可以相加匯總的： （ISGW）i =EFGWP AMTGG (4.6) 式中，（ISGW）i為每功能單位溫室氣體的全球變暖影響指標(biāo); EFGWP為i物質(zhì)的GWP相關(guān)性系數(shù)；AMTGG為每功能單位排放i物質(zhì)的清單分析量。5）同溫層臭氧破壞影響 目前，對(duì)臭氧破壞的影響因子OPS

9、（以CFC-11為參照物，CFC-11的系數(shù)是1.0），通過測算各種物質(zhì)與CFC臭氧破壞的相關(guān)性得到： （ISOD）i =(ISODP AmtODC)i (4.7) 式中，（ISOD）i為每功能單位與與CFC相關(guān)的物質(zhì)i的臭氧破壞影響; ISODP為ODP相關(guān)性系數(shù)；AmtODC為每功能單位i物質(zhì)排放到大氣中的量。6）光化學(xué)煙霧影響 光化學(xué)煙霧是大氣中自由基、碳?xì)浠衔锱c氮氧化物通過光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，其產(chǎn)物如果高度集中，可能引發(fā)健康問題以及植物毒性和原有物質(zhì)的退化。 光化學(xué)氧化反應(yīng)潛能因子（POCP）是以化合物乙烯（系數(shù)為1.0）為參照物對(duì)這種效應(yīng)的貢獻(xiàn)相關(guān)度。影響評(píng)價(jià)是基于識(shí)別POCP相關(guān)性

10、系數(shù)和相關(guān)化合物數(shù)量的乘積： （ISPOCP）i =(EFPOCP AmtPOC)i （4.8） 式中，（ISPOCP）i為每功能單位的光化學(xué)影響; EFPOCP為物質(zhì)i的相關(guān)性系數(shù)；AmtPOC為每功能單位產(chǎn)生光化學(xué)煙霧的物質(zhì)i向大氣的排放量。7）酸化影響 酸化影響是指污染物的釋放可能對(duì)酸性降雨的產(chǎn)生發(fā)揮一定的作用和貢獻(xiàn)。酸化污染對(duì)土壤、地下水、地表水、生物機(jī)理、生態(tài)系統(tǒng)和材料等都有不同程度的影響。最主要的酸性污染物是二氧化硫、氮氧化物和氮?dú)浠衔?。影響特征化是以SO2（系數(shù)為1.0）作為參照物，按其相關(guān)性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算：（ISAP）i =(EFAP AmtAC)i （4.9） 式中，（ISA

11、P）i為每功能單位物質(zhì)i的酸化影響指標(biāo); EFAP為物質(zhì)i的AP影響相關(guān)性系數(shù)；AmtAC為每功能單位物質(zhì)i的排放量。8）水體富營養(yǎng)化影響 富營養(yǎng)化涵蓋所有額外高環(huán)境水平的大量營養(yǎng)物質(zhì)潛在的影響，其中最重要的是氮和磷。水體氮磷含量國道造成水體營養(yǎng)化是水污染的一種常見形式，水體營養(yǎng)化影響特征化是基于經(jīng)處理后污水的集中排放。富營養(yǎng)化的相關(guān)性系數(shù)是假定氮和磷是其主要的影響因素。 （ISEUTR）i =(EFEP AmtEC)I (4.10) 式中，（ISEUTR）i為每功能單位水質(zhì)富營養(yǎng)化影響指標(biāo); EFEP為物質(zhì)i的EP影響相關(guān)性系數(shù)；AmtEC為每功能單位物質(zhì)i的排放量。能源資能源資源消耗源消耗

12、資源稀資源稀缺性缺性人均資源人均資源擁有量擁有量不可再不可再生資源生資源層次分析層次分析權(quán)重系數(shù)權(quán)重系數(shù)人均環(huán)境人均環(huán)境影響貢獻(xiàn)影響貢獻(xiàn)資源消資源消耗系數(shù)耗系數(shù)環(huán)境影環(huán)境影響負(fù)荷響負(fù)荷CONH3CO2SO3NO3CH4富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化全球變暖全球變暖酸化酸化固體廢棄物固體廢棄物粉塵與煙塵粉塵與煙塵清單結(jié)果清單結(jié)果分類與特征化分類與特征化標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化加權(quán)加權(quán)影響指數(shù)影響指數(shù)圖4.3 二次電池體系的影響評(píng)價(jià)模型4.1.3 二次電池的影響評(píng)價(jià)模型1.研究評(píng)價(jià)方法 采用模糊理論運(yùn)用層次分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，建立一種半定量化產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)方法，用于產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)。對(duì)產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段及相關(guān)的主要因素

13、進(jìn)對(duì)產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段及相關(guān)的主要因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，因而可得到較準(zhǔn)確滿意的結(jié)果行綜合評(píng)價(jià)，因而可得到較準(zhǔn)確滿意的結(jié)果. .對(duì)相似的產(chǎn)品可直接進(jìn)行比較和判斷。對(duì)相似的產(chǎn)品可直接進(jìn)行比較和判斷。此法簡單，不同評(píng)價(jià)人員均可較好的運(yùn)用，而此法簡單，不同評(píng)價(jià)人員均可較好的運(yùn)用，而且可快速的得出評(píng)價(jià)結(jié)果且可快速的得出評(píng)價(jià)結(jié)果特點(diǎn)1232.影響評(píng)價(jià)模型 根據(jù)SETAC和ISO關(guān)于LAC的影響評(píng)價(jià)階段的概念框架，建立了LCIA (life cycle impact assessment )模型框架。該框架的基本思路是，通過評(píng)估每一具體環(huán)境交換對(duì)已確定的環(huán)境影響類型的貢獻(xiàn)強(qiáng)度來解釋清單數(shù)據(jù)。模型包括相互聯(lián)系的

14、四個(gè)技術(shù)步驟： （1 1）計(jì)算環(huán)境交換計(jì)算環(huán)境交換的潛在影響值的潛在影響值（2 2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化（3 3）環(huán)境加權(quán)環(huán)境加權(quán)（4 4）計(jì)算環(huán)境影響計(jì)算環(huán)境影響負(fù)荷和資源耗負(fù)荷和資源耗竭系數(shù)。竭系數(shù)。四個(gè)技術(shù)步驟：3、計(jì)算環(huán)境影響潛值 產(chǎn)品環(huán)境影響潛值指整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)中所有環(huán)境排放影響的總和。 用公式表示為：EP(j)=EP(j)i Q(j) EF(j) (4.11) 式中，EP(j)為產(chǎn)品系統(tǒng)對(duì)第j中潛在的環(huán)境影響的貢獻(xiàn)；EP(j)i為第i中排放物質(zhì)對(duì)第j中潛在環(huán)境影響的貢獻(xiàn)；Q（j）為第i中物質(zhì)的排放量；EF（j）i為第i中排放物質(zhì)對(duì)第j中潛在環(huán)境影響的當(dāng)量因子。 量化評(píng)價(jià)包括標(biāo)準(zhǔn)化和加

15、權(quán)兩個(gè)步驟：1）標(biāo)準(zhǔn)化 目的：一是對(duì)各種影響類型的相對(duì)大小提供一個(gè)可比較的標(biāo)準(zhǔn)，從而比較對(duì)各種影響類型的貢獻(xiàn)大?。欢菫檫M(jìn)一步評(píng)估提供依據(jù)。 標(biāo)準(zhǔn)化后的潛在影響和資源消耗可表示為：NP(j)=P(j) / T R(j) (4.12) 式中，T為產(chǎn)品服務(wù)期；R（j）為第j年的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)；P(j)為各種環(huán)境影響潛值或資源消耗。 建立標(biāo)準(zhǔn)人當(dāng)量的概念，即每年人均造成的環(huán)境影響潛值。環(huán)境影響潛基準(zhǔn)的計(jì)算公式為： NR(j)90=EP(j)90 / POP90 (4.13) 式中，NR(j)90為1990年全球人均環(huán)境影響潛值；EP(j)90為1990全球總的環(huán)境影響潛值；POP90為1990年全球人口。

16、 根據(jù)該基準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境影響潛值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化后的潛在環(huán)境影響表述為 NEP(j) =EP(j) / T ER(j)90 (4.14) 標(biāo)準(zhǔn)化后的環(huán)境影響潛值的單位為標(biāo)準(zhǔn)人當(dāng)量，即NEP(j);90代表1990年為基準(zhǔn)；EP（j）為評(píng)價(jià)體系中環(huán)境的總排放量。1990年中國各環(huán)境要素基準(zhǔn)值影響類型資源消耗全球變暖酸化富營養(yǎng)化光化學(xué)煙霧固體廢棄物粉塵與煙塵單位kg煤/人年kgCO2/人年 kgSO2/人年kgNO3-/人年kgC2H4/人年Kg固廢/人年Kg粉塵與煙塵/人年基準(zhǔn)值574870036620.65251182）加權(quán) 加權(quán)是對(duì)影響類型的嚴(yán)重性進(jìn)行排序。加權(quán)后的影響潛值為 WP (j)=W

17、F(j) NP(j)=WF(j)/T R(j) P(j) (4.15) 式中，WF(j)為j種環(huán)境影響的權(quán)重因子；NP(j)為標(biāo)準(zhǔn)化后的影響值。 本節(jié)采用層次分析法來計(jì)算權(quán)重。層次分析法又稱AHP (analytic hierarchy process)法,是美國運(yùn)籌學(xué)家薩蒂（T.Saaty）提出的解決決策問題的方法，是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。它將決策者對(duì)負(fù)責(zé)對(duì)象的決策思維過程系統(tǒng)化、模型化、數(shù)學(xué)化，可用于求解多目標(biāo)、多準(zhǔn)則問題，近年來在生命周期評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用。層次分析法層次分析法 具體過程是根據(jù)問題的性質(zhì)以及要達(dá)到的目標(biāo)，把復(fù)雜的環(huán)境問題分解為不同的組合因素，并按各

18、因素的隸屬關(guān)系和相互關(guān)系程度分組，形成一個(gè)不相交的層次，上一層次對(duì)相鄰的下一層次的全部或者部分元素起著支配作用，從而形成一個(gè)自上而下的逐步支配的關(guān)系。按重要性標(biāo)度的方法，將不同的環(huán)境因子的生態(tài)重要性進(jìn)行標(biāo)度，如下表標(biāo)度aij定義135792、4、6、8倒數(shù)i因素與j因素相同重要i因素與j因素略重要i因素與j因素較重要i因素與j因素非常重要i因素與j因素絕對(duì)重要兩標(biāo)度之間的中間值若比較i因素與j因素，得到值為Aij的倒數(shù)相對(duì)重要性指標(biāo)及其描述表4.6 二次電池環(huán)境影響類型相對(duì)重要性標(biāo)度生態(tài)重要性RUGWPENACPOSWSARU資源消耗GWP全球變暖潛值EN富營養(yǎng)化AC酸化潛力PO光化學(xué)臭氧合成

19、SW固體廢棄物SA煙塵灰塵11/31/41/51/71/81/8311/31/51/64211/51/253211/31/5754311/28654211/38425331層次分析法： 優(yōu)點(diǎn)將決策者的定性思維過程定量化 缺點(diǎn)存在不可避免的多樣性和片面性 因此必須通過一致性檢驗(yàn)來檢查各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重之間是否存在矛盾之處。一致性檢驗(yàn)依據(jù)的是矩陣?yán)碚?，步驟如下：（1）計(jì)算判斷矩陣的最大特征根max 各影響類型相對(duì)重要性標(biāo)度組成的判斷矩陣A=1 3 4 5 7 8 8 1/3 1 2 3 5 6 4 1/4 1/2 1 2 4 5 2 1/5 1/3 1/2 1 3 4 5 1/7 1/5 1/4 1/

20、3 1 2 2 1/8 1/6 1/5 1/4 1/2 1 3 1/8 1/4 1/2 1/5 1/2 1/3 1 求得該矩陣的最大特征值 max =7.485 特征向量為:W=(0.944,0.831,0.730,0.731,0.53,0.611,0,620)T（2）對(duì)得出的最大特征根 max 進(jìn)行一致性檢驗(yàn) CI=( max -n)/(n-1)=(7.485-7)/(7-1)=0.088 （4.16） 表4.7 平均一致性指標(biāo) n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 RI 0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.52 1.

21、54 計(jì)算隨機(jī)一致性比率CR： CR=CI/RI=0.088/1.32 (4.17) 其中RI為平均一致性指標(biāo)，根據(jù)表4.7取RI值。 當(dāng)CR=0.10時(shí)，判斷矩陣具有滿意的一致性；否則應(yīng)予調(diào)整。 式（4.17）的結(jié)果說明矩陣具有滿意的一致性，符合AHP要求。 由特征向量得出環(huán)境影響類型的相對(duì)權(quán)重： W (j)=W (i)/W (j) （4.18） 得到WRU=0.189 、WGWP=0.166、WEN =0.146 、WAC=0.146、WPO=0.106 、WSW=0.122 、WSA=0.125 改善評(píng)價(jià)主要是識(shí)別、評(píng)價(jià)并選擇減少建筑環(huán)境影響或負(fù)荷的方案 目的：在于通過建筑物生命周期過程

22、的資源和廢物的輸入、輸出的考察和分析，提出一些資源消耗和污染排放的改善措施，以利于減少環(huán)境污染負(fù)荷和資源消耗。4.1.4 改善評(píng)價(jià)改善評(píng)價(jià) 本章根據(jù)生命周期評(píng)價(jià)框架，提出了關(guān)于二次電池生產(chǎn)不同階段的生命周期評(píng)價(jià)模式，確定了評(píng)價(jià)的目標(biāo)和范圍、項(xiàng)目清單及過程中涉及的環(huán)境影響因素、影響物質(zhì)，對(duì)各環(huán)境影響進(jìn)行分類，確定影響評(píng)價(jià)方法和影響因子，并即使歸納出各項(xiàng)環(huán)境要素的基準(zhǔn)值，為案例分析提供了理論支持。小 結(jié)4.2 鋰離子電池LCA案例研究4.2.1 公共數(shù)據(jù)體系 工業(yè)生產(chǎn)既消耗一次能源，又消耗二次能源，為了進(jìn)行綜合能耗的計(jì)算，把一、二次能源消耗換算成一次能標(biāo)準(zhǔn)煤的能量，進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)能耗分析。能量折算辦

23、法及計(jì)算率如下： 1kg 標(biāo)準(zhǔn)煤=29.31106J “等價(jià)能量”，是指由二次能換算成一次能的換算能量。它等于二次能本身所具能量除以轉(zhuǎn)化效率，即由一次能轉(zhuǎn)化為二次能的效率。以電計(jì)算為例，電的熱功當(dāng)量為3.6106JkWh。目前國內(nèi)火力發(fā)電廠發(fā)電熱損失為69.6%，則 1kWh電的等價(jià)熱量=3.6106/(1-0.69)=11.84106J; 1kWh電的等價(jià)標(biāo)煤量=11.8106/29.31106=0.404kg； 煤炭的熱值Q=21.2106J=0.733kg標(biāo)準(zhǔn)煤 。燃燒一公斤煤所排放的污染物清單污染物CO2SO2NO2煙塵廢渣排放量（g/kg)200023.805.58136.3730煤

24、所發(fā)電的污染物排放率污染物SO2NOxCO2CO灰渣TSP總懸浮顆粒物 排放率（kg/t)18817310.260.411030各種能源的發(fā)熱量及標(biāo)準(zhǔn)煤折算率各種能源的發(fā)熱量及標(biāo)準(zhǔn)煤折算率原料及原材料原料及原材料發(fā)熱量發(fā)熱量 kcal/kg發(fā)熱量發(fā)熱量 kj/kg折合標(biāo)準(zhǔn)煤折合標(biāo)準(zhǔn)煤/ kg冶金焦冶金焦無煙煤無煙煤煙煤煙煤延遲石油焦延遲石油焦半焦半焦中溫煤瀝青中溫煤瀝青煤焦油煤焦油蒽油蒽油木屑木屑(塊）塊）干基量木炭干基量木炭干基量蒸汽干基量蒸汽1L循環(huán)水循環(huán)水1立方標(biāo)準(zhǔn)煤氣立方標(biāo)準(zhǔn)煤氣1kWh電電1kg標(biāo)煤標(biāo)煤68006300630085006800993087001040044008000

25、9009001200282070002844026350263503559038440415903638043540184003346037603760502511084292700.9710.920.91.2140.9711.4191.2431.4860.631.1430.1290.10.1710.4041.00污染物污染物SO2NOxCO2CO灰灰渣渣SP廢水廢水環(huán)境價(jià)環(huán)境價(jià)值值6.008.001.000.0232.200.1200.100.0008污染物污染物SO2CO2NOxCH4CO煙塵煙塵排放量排放量0.0221.60.288.91*10-40.060.02污染物環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)值（元

26、/kg)2004年中國采煤工業(yè)污染物排放量（kg/t)1t.km公共運(yùn)輸污染物排放量（kg)污染物SO2CO2NOxCH4CO煙塵排放量1.1210-40.1351.7210-35.5910-63.7410-49.4610-54.2.2 研究對(duì)象和功能單位 綜合考慮二次電池世界市場需求變化和國內(nèi)及地區(qū)生產(chǎn)、消費(fèi)及出口的特點(diǎn)，兼顧數(shù)據(jù)的直接性和可獲性，選定青島一手機(jī)鋰離子電池生產(chǎn)為研究對(duì)象，確定功能單位為10萬只鋰離子手機(jī)電池，時(shí)間主要設(shè)定在2006年。4.2.3 目標(biāo)和范圍確定 確定研究目的分為分析中國典型企業(yè)鋰離子電池生命周期及其單元過程的環(huán)境影響。 鋰離子電池生命周期范圍也即產(chǎn)品系統(tǒng)邊界，

27、普遍采用的工藝流程劃分單元過程如下圖：運(yùn)輸能源資源輸入輸出固廢廢氣副產(chǎn)品產(chǎn)品碳酸鋰氧化鈷生產(chǎn)煤炭開采石油開采能源生產(chǎn)鋰鈷氧生產(chǎn)碳負(fù)極材料生產(chǎn)鋰離子電池生產(chǎn)電池回收利用與處理系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)邊界圖4.6 鋰離子電池體系的系統(tǒng)邊界圖4.4.4 生命周期清單分析 根據(jù)研究的目的和范圍，匯總計(jì)算建立鋰離子電池不同生命周期階段的能源消耗、資源消耗和環(huán)境排放清單。1.氧化鈷生產(chǎn)階段1）原材料消耗：粗氫氧化鈷、硫酸鈉、氫氧化鈉表4.14 1t氧化鈷生產(chǎn)原料清單物料消耗 單位 數(shù)量氫氧化鈷處理量 t 5.818 單位氧化鈷 t 1消耗材料硫酸 t 2.76亞硫酸鈉 t 1.84次氯酸鈉 t 1.15碳酸鈉 t 0

28、.38氫氧化鈉 t 1.30P204 Kg 13.79P507 Kg 13.79離子膜鹽酸 t 4.60煤油 t 0.23乙二酸 t 2.15液氨 t 0.54純水 t 40自來水 t 80 2）能源消耗：氫氧化鈷熱攪拌、原料及成品輸運(yùn)、設(shè)備運(yùn)行、煅燒 表4.15 1t氧化鈷生產(chǎn)能源消耗能源 消耗量 相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤（t）煤 3.83 t 2.81電 8066kWh 3.26焦炭 1.92t 1.863）環(huán)境排放：CO2、SO2、NOx、CO、氨、煙塵、固體廢棄物、噪音 表4.16 1t氧化鈷生產(chǎn)環(huán)境排放清單大氣排放 廢水排放 固體廢棄物排放物 排放量 排放物 排放量 排放物 排放量SO2 171

29、 kg NH3 0.54t 爐渣 603.78 kgNOx 5.6 kgCO2 14.45 tCO 1.15 kgCH4 5.6 kg煙塵粉塵 67 kg2.碳酸鋰生產(chǎn)階段 能源消耗清單、環(huán)境排放清單等見表4.17、4.183.鋰鈷氧電池材料生產(chǎn)階段 固相反應(yīng)法、溶膠凝膠法、水熱、沉淀、噴霧干燥、微波等；能源消耗主要為電；環(huán)境排放清單見4.194.碳負(fù)極生產(chǎn)階段 鋰-過渡金屬-氮三元化合物、氧化錫、鋰合金等，真正得到應(yīng)用的為碳材料：石墨類。表4.20為生產(chǎn)1t碳負(fù)極產(chǎn)生的環(huán)境排放清單；表4.21為相應(yīng)的能源消耗清單。2.碳酸鋰生產(chǎn)階段 能源消耗清單、環(huán)境排放清單等見表4.17、4.18能源排放

30、量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤/t煤電水5.3t2200 kWh51t3.90.90.05表4.17 1t碳酸鋰生產(chǎn)能源消耗大氣排放廢水排放固體廢棄物排放物排放量,kg排放物排放量排放物排放量SO2 NOx CO2COCH4煙塵粉塵168 49146001.30.895CODCr懸浮物BOD5揮發(fā)酚氨氮Cl-SO42-F-724g969g117g102L14g602g2285g16g爐渣390kg表4.18 1t碳酸鋰生產(chǎn)環(huán)境排放清單3.鋰鈷氧電池材料生產(chǎn)階段 固相反應(yīng)法、溶膠凝膠法、水熱、沉淀、噴霧干燥、微波等；能源消耗主要為電；環(huán)境排放清單見4.19物質(zhì)SO2NOxCO2COTSP廢渣電耗排放或消耗量21

31、kg10kg5300kg0.5kg34kg115kg4200kWh表4.18 生產(chǎn)1t鋰鈷氧生產(chǎn)環(huán)境排放與能源消耗4.碳負(fù)極生產(chǎn)階段 鋰-過渡金屬-氮三元化合物、氧化錫、鋰合金等，真正得到應(yīng)用的為碳材料：石墨類。表4.20為生產(chǎn)1t碳負(fù)極產(chǎn)生的環(huán)境排放清單；表4.21為相應(yīng)的能源消耗清單。物質(zhì)SO2NOxCO2COTSP廢渣CH4排放或消耗量150kg60kg24500kg0.35kg180kg215kg0.5 kg表4.20 生產(chǎn)1t碳負(fù)極環(huán)境排放清單原料及材料能耗量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤/t電水熱煤煤氣合計(jì)1500 kWh60t175200kcal1250 m3(標(biāo)準(zhǔn)）0.60.060.0250.2

32、140.845表4.21 生產(chǎn)1t碳負(fù)極能源消耗5.電池生產(chǎn)階段 組裝、涂敷、化成等，表4.20為單位功能電池生產(chǎn)的環(huán)境排放清單。6.電池回收利用階段 金屬鈷的回收； 金屬鋰、鎳、錳、鐵等的回收。 堿浸-酸溶-凈化-沉鈷 表4.23、4.24為處理1t鋁鈷膜廢料的原材料消耗清單以及環(huán)境排放清單。7.環(huán)境排放清單結(jié)果分析 表4.25 鋰離子電池生命周期環(huán)境排放清單（kg）排放方式 污染物 碳酸鋰 氧化鈷 鋰鈷氧 碳負(fù)極 電池生產(chǎn) 回收利用 總量 SO2 36 85 10 30 20 20 231 NOx 10 28 5 12 68 10 133 CO2 2900 7200 2600 4900 2

33、800 1900 22300 CO 0.3 0.6 0.3 0.07 0.4 0.3 1.97 CH4 0.2 2.8 0.5 3.5 CODcr 724 g 懸浮物 969 g BOD5 117g 揮發(fā)酚 102 L Cl- 602 g SO42- 2285 g F- 16 g NH3 270 固廢 80 180 115 43 160 180 758 大氣大氣水體水體 廢氣中最大污染物為CO2，其他為SO2、NOX、TSP、CO、CH4。廢氣主要來自初級(jí)原材料生產(chǎn)和負(fù)極材料生產(chǎn)。要消減廢氣排放量，首要消減初級(jí)原料生產(chǎn)過程的排放。水體污染以氨為主。從排放源看，絕大部分污染物來自初級(jí)原料生產(chǎn)以及

34、電池回收階段。固體廢氣物已混合固廢、礦渣為主，來源于各階段煤的燃燒及發(fā)電廢物。結(jié)論：1）三廢主要來自初級(jí)原料生長、負(fù)極材料生產(chǎn)。 2）產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的環(huán)境排放在整個(gè)過程中并不大，因此不能僅僅依據(jù)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)等工作，從產(chǎn)品生產(chǎn)和耗能數(shù)據(jù)的角度，來認(rèn)定鋰電池行業(yè)污染小能耗低，造成決策管理上的誤差。應(yīng)通過產(chǎn)品生命周期分析，全面分析和認(rèn)識(shí)鋰電池產(chǎn)品系統(tǒng)污染的全貌。4.4.5 生命周期影響分析 (1）生命周期影響模型建立 根據(jù)清單分析結(jié)果，確定鋰離子電池生命活動(dòng)可能造成的資源耗竭和潛在的環(huán)境影響類型。具體模型如圖4.13所示。能源資源消耗能源資源消耗不可再生資源不可再生資源資源稀缺性資源稀缺性人

35、均資源擁有率人均資源擁有率層次分析層次分析權(quán)重系數(shù)權(quán)重系數(shù)環(huán)境影響負(fù)荷環(huán)境影響負(fù)荷固體廢棄物固體廢棄物酸化酸化全球變暖全球變暖富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化粉塵與煙塵粉塵與煙塵人均環(huán)境人均環(huán)境影響貢獻(xiàn)影響貢獻(xiàn)資源消耗系數(shù)資源消耗系數(shù)COCONHNH3 3COCO2 2SOSO2 2NONOX XCHCH4 4圖 4.13 鋰離子電池體系的影響評(píng)價(jià)模型(2）環(huán)境影響負(fù)荷 綜合一次電池生命周期內(nèi)的各類潛在環(huán)境影響來表征其對(duì)環(huán)境造成的壓力，稱為環(huán)境影響負(fù)荷。 4.4.4節(jié)中的清單分析結(jié)果反映了鋰離子電池生命周期內(nèi)環(huán)境污染物的絕對(duì)排放量。利用環(huán)境效應(yīng)當(dāng)量因子對(duì)污染物排放進(jìn)行特征化描述，得到全球變暖、酸化、富營養(yǎng)化和

36、光化學(xué)臭氧合成潛值結(jié)果。以適當(dāng)?shù)膰鴥?nèi)地區(qū)人均環(huán)境影響水平為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，得到各類環(huán)境影響的標(biāo)準(zhǔn)化潛值，單位為人當(dāng)量。環(huán)境影響類型影響潛值標(biāo)EP準(zhǔn)化基準(zhǔn)ERp標(biāo)準(zhǔn)化值PEc90權(quán)重WF加權(quán)值PE90資源消耗(RU)全球變暖(GWP)酸化(AC)富營養(yǎng)化(NP)光化學(xué)煙霧(PO)粉塵與煙塵(SA)固體廢棄物(SW)1051022386.4904.91428.21.811667585748700kgCO2 eq/人年36 kg SO2eq/人年62kg NO3- eq/人年0.65kg C2H4eq/人年18kg /人年251 kg /人年18.312.5725.1423.612.789.22

37、3.020.9440.8310.7300.7310.530.6110.62017.282.1418.3517.241.475.621.87表4.31 鋰離子電池生命周期的環(huán)境影響潛值及其標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)分析 根據(jù)表4.31的分析，單位鋰離子電池生產(chǎn)全生命周期過程中產(chǎn)生全球變暖、酸化、富營養(yǎng)化、光化學(xué)煙霧、煙塵與粉塵及固體廢棄物的環(huán)境負(fù)荷系數(shù)分別為2.14、18.35、17.24、1.47、5.62及1.87，資源耗竭系數(shù)為17.28。4.4.6 鋰離子綠色度模糊評(píng)價(jià)鋰離子綠色度模糊評(píng)價(jià) （1）鋰離子電池綠色度評(píng)價(jià)的遞階層次結(jié)構(gòu)）鋰離子電池綠色度評(píng)價(jià)的遞階層次結(jié)構(gòu)鋰離子綠色度鋰離子綠色度全球變暖全球

38、變暖富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧酸化酸化電電消消耗耗煤煤消消耗耗焦焦炭炭消消耗耗水水消消耗耗NONO2 2排排放放NHNH3 3排排放放SOSO4 4排排放放COCO排排放放COCO2 2排排放放CHCH4 4排排放放NONOx x排排放放NHNH3 3排排放放CODCOD排排放放COCO排排放放CHCH4 4排排放放固固體體廢廢棄棄物物粉粉塵塵與與煙煙塵塵資資源源消消耗耗圖 4.17 鋰離子電池綠色度評(píng)價(jià)體系的結(jié)構(gòu)圖(2）鋰離子電池綠色度評(píng)價(jià)各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定 根據(jù)模糊層次分析法計(jì)算權(quán)重，其中各指標(biāo)的 重要性標(biāo)度采用兩兩比較法，經(jīng)反復(fù)推敲后得出重要度差異及假設(shè)，再經(jīng)專家意見修正確定，具體數(shù)據(jù)如4.32所示。一級(jí)指標(biāo)一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)一級(jí)權(quán)重一級(jí)權(quán)重二級(jí)權(quán)重二級(jí)權(quán)重綠色綠色較綠色較綠色一般一般不綠色不綠色能能源源消消耗耗電消耗電消耗0.190.200.400.430.170煤消耗煤消耗0.350.380.440.180焦炭消耗焦炭消耗0.350.450