LCA產(chǎn)品生命周期分析

LCA產(chǎn)品生命周期分析LCA產(chǎn)品生命周期背景隨著雙碳目標(biāo)的不斷推進(jìn)，產(chǎn)品碳足跡與生命周期評價方法越來越受到人們的重視。生命周期評價（LifeCycleAssessment，LCA）是一種評價產(chǎn)品、工藝或服務(wù)從原材料采集，到產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用及最終處置整個生命周期階段（從搖籃到墳?zāi)梗┑哪茉聪募碍h(huán)境影響的工具。生命周期評價思想萌芽于20世紀(jì)60年代末70年代初，80年代晚期LCA得到廣泛應(yīng)用。隨著科技發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)一種新的產(chǎn)品或技術(shù)出現(xiàn)，都可能出現(xiàn)資源環(huán)境問題在不同階段、不同類型之間轉(zhuǎn)移，比如晶硅太陽能電池、電動汽車、煙氣脫硫。為全面衡量新舊產(chǎn)品或技術(shù)在資源環(huán)境角度方面的優(yōu)劣，出現(xiàn)了LCA評價方法。1990年國際環(huán)境毒理與化學(xué)學(xué)會（SETAC）首次主持召開了有關(guān)生命周期評價的國際研討會，1993年SETAC正式發(fā)布第一個LCA方法指南。隨后ISO采納了LCA評價方法，并發(fā)布了2項(xiàng)生命周期評價標(biāo)準(zhǔn)，即ISO14040（Environmentalmanagement—Lifecycleassessment—Principlesandframework）和ISO14044（Environmentalmanagement—Lifecycleassessment—Requirementsandguidelines）。這兩項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)是目前LCA領(lǐng)域最核心和影響范圍最廣的標(biāo)準(zhǔn)，為全球LCA評價提供了指導(dǎo)。2008年，我國等同轉(zhuǎn)化了ISO14040和ISO14044國際標(biāo)準(zhǔn)，分別為國家標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境管理生命周期評價原則與框架》（GB/T24040-2008）和《環(huán)境管理生命周期評價要求與指南》（GB/T24044-2008）。LCA國際標(biāo)準(zhǔn)介紹ISO14040系列標(biāo)準(zhǔn)中，共有2項(xiàng)生命周期評價標(biāo)準(zhǔn)ISO14040和ISO14044，這2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了LCA環(huán)境影響的基本框架。ISO14040《環(huán)境管理生命周期評價原則與框架》是原則性與指導(dǎo)性的標(biāo)準(zhǔn)，對生命周期評價的原則、階段、主要特征、總體概念、方法學(xué)框架、生命周期清單分析、生命周期影響評價、報告、鑒定性評審做出了規(guī)定；ISO14044《環(huán)境管理生命周期評價要求與指南》是ISO14040的有效補(bǔ)充，對前者提出的目標(biāo)定義和范圍的界定、清單分析、影響評價和結(jié)果解釋等步驟給出了相對更加細(xì)節(jié)的要求與指南。12（一）LCA評價方法的原則1、需考慮產(chǎn)品全生命周期。LCA評價方法需關(guān)注產(chǎn)品從原材料的獲取、能源和材料的生產(chǎn)、產(chǎn)品制造和使用，到產(chǎn)品生命末期的處理以及最終處置的全流程。在此原則的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了取舍規(guī)則（cut-offcriteria），根據(jù)取舍規(guī)則，一般有2類數(shù)據(jù)無需在進(jìn)行LCA評價時進(jìn)行采集，一類是機(jī)器、廠房等非原料、非易耗品類，這類排放分?jǐn)偟骄唧w某個產(chǎn)品時影響很小，可以不做數(shù)據(jù)收集；另一類是用料較少的原材料排放數(shù)據(jù)，如＜1%過程產(chǎn)出重量的原材料可忽略其上游生產(chǎn)過程。2、以環(huán)境為焦點(diǎn)。LCA評價方法關(guān)注資源環(huán)境因素及其影響，不考慮經(jīng)濟(jì)和社會因素。因此在進(jìn)行環(huán)境管理時，可將LCA評價方法與其他環(huán)境管理技術(shù)（例如環(huán)境風(fēng)險評價、環(huán)境績效評價、環(huán)境審核、環(huán)境影響評價）結(jié)合使用。3、相對的方法與功能單位。LCA是圍繞功能單位構(gòu)建的一個相對方法，功能單位定義了研究對象，所有后續(xù)分析都與功能單位相對應(yīng)。4、反復(fù)的方法。LCA的每個階段都使用其他階段的結(jié)果，這種反復(fù)性有利于研究工作及報告結(jié)果的全面性和一致性。5、透明性。由于LCA固有的復(fù)雜性，LCA評價需要對信息進(jìn)行公開、全面和明確表述。科學(xué)方法的優(yōu)先性。LCA的決策更適宜以自然科學(xué)為基礎(chǔ)，如果沒有，可應(yīng)用其他科學(xué)方法如社會和經(jīng)濟(jì)科學(xué)，或者參考國際慣例。（一）LCA評價方法框架根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，LCA評價共包括目標(biāo)與范圍定義、生命周期清單分析、生命周期影響評價、生命周期解釋這4個階段。1、目標(biāo)與范圍定義，GoalandScopeDefinition該階段主要是明確LCA的研究目的與研究對象，即為什么提出做LCA，要回答什么問題，LCA結(jié)果給誰用，用于何處，要支持哪個決策者及其決策問題。LCA目標(biāo)與范圍的確定需要從2個維度進(jìn)行考慮，即全生命周期的過程（系統(tǒng)邊界的選擇）+自然資源的影響類型（LCIA指標(biāo)的選擇）。LCA系統(tǒng)邊界的選擇一般為“搖籃到墳?zāi)埂保╟radletograve）或者“搖籃到大門”（cradletogate），前者適用于研究對象為終端產(chǎn)品的情形，如汽車、手機(jī)、桌子等，后者適用于研究對象為中間產(chǎn)品的情形，如電解鋁、塑料等。LCA的自然資源影響類型包括資源類（如礦物、能源）、氣候變化類（如碳足跡）、大氣環(huán)境類（如酸化、臭氧層消耗）、水體及土壤毒性類（如淡水、人體健康）等指標(biāo)，目前常見的主要是產(chǎn)品碳足跡的LCA研究。2、生命周期清單分析，LifeCycleInventoryAnalysis，即LCI在確定LCA的研究目的與研究對象后，該階段主要建模并進(jìn)行單元過程的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)審定、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到單元過程等。單元過程是進(jìn)行生命周期清單分析時為量化輸入和輸出數(shù)據(jù)而確定的最基本部分，在確定單元過程時，原則上應(yīng)該包括“產(chǎn)品名稱+生產(chǎn)技術(shù)名稱+原料名稱”。單元過程不等同于生產(chǎn)過程或生產(chǎn)工序，單元過程就是數(shù)據(jù)統(tǒng)計口徑，與數(shù)據(jù)集是相對應(yīng)的。LCI分析階段的數(shù)據(jù)來源主要有2種，通過實(shí)景過程Foregroundprocess得到的數(shù)據(jù)稱為primarydata，即從實(shí)際生產(chǎn)過程或技術(shù)資料中收集LCA需要的數(shù)據(jù)，并整理為單元過程數(shù)據(jù)集；通過背景過程Backgroundprocess得到的數(shù)據(jù)稱為secondarydata，即從數(shù)據(jù)庫中選擇一個已有數(shù)據(jù)集。目前較有影響力的LCA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要有ecoinvent和GaBi數(shù)據(jù)庫，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包含了幾百種大宗能源、原材料的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)庫，大宗原材料在生產(chǎn)過程中，其生產(chǎn)鏈不再是線性的，而是交織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，比如發(fā)電和煤炭開采互為上下游關(guān)系，也因此LCA的建模并不是無限追溯的，而是可以形成完整模型的。單元過程數(shù)據(jù)集采集一般包括六種數(shù)據(jù)類型：（1）單元過程的產(chǎn)品和副產(chǎn)品（有價值的產(chǎn)出包括非實(shí)物產(chǎn)出，即服務(wù)）。（2）單元過程的自然資源消耗（煤炭、石油、天然氣、森林、地下水等，無需追溯）。（3）原輔料等物料消耗數(shù)據(jù)（自來水、中水等經(jīng)過人工處理的，不僅要知道其消耗量，原則上還需繼續(xù)向前追溯到自然資源）。（4）能源消耗數(shù)據(jù)（二次能源）。（5）環(huán)境排放（包括溫室氣體排放，直接排放到自然環(huán)境，只需要知道數(shù)量，無需追溯）。（6）待處置廢棄物（廢水、廢棄物、危廢等，原則上要向后追溯處置過程）。需要注意的是，在進(jìn)行LCI分析時常常會涉及多功能系統(tǒng)（multiplefunctionsystem）的分配（allocation）問題。常見的分配方法主要有以下幾種：（1）單元過程細(xì)分法：根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，看有無可能細(xì)分成獨(dú)立的單元過程。例如冰箱裝配共線生產(chǎn)，不同規(guī)格型號冰箱共享的是生產(chǎn)線的電耗、水耗等，每款冰箱的使用材料是不同的（BOM表），可根據(jù)BOM分別進(jìn)行LCA的建模與計算。（2）閉路循環(huán)拆分法：如浮法玻璃的生產(chǎn)，其邊角余料重新當(dāng)做原料進(jìn)行浮法玻璃的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。（3）分段法：若副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價值極低，可忽略。如粉煤灰/冶金渣用于水泥混合材。（4）物理化學(xué)性質(zhì)分配法：比如石油煉制生產(chǎn)汽油柴油等，一般可按照熱值進(jìn)行分配。（5）經(jīng)濟(jì)價值分配：按照資源環(huán)境影響與其價值匹配的原則，這一分配方法的缺陷在于價值波動，分配有人為選擇的因素。3、生命周期影響評價，LifeCycleImpactAssessment，即LCIA經(jīng)過LCI階段建立完整LCA模型后，LCA軟件會把所有過程的數(shù)據(jù)集累加在一起，得到生命周期清單結(jié)果（LCI結(jié)果），該結(jié)果包含上千種清單物質(zhì)。生命周期影響評價階段就是在LCI結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行合并，使其成為常見的資源環(huán)境影響類型指標(biāo)。如前所述，LCA的自然資源影響類型包括資源類（如礦物、能源）、氣候變化類（如碳足跡）、大氣環(huán)境類（如酸化、臭氧層消耗）、水體及土壤毒性類（如淡水、人體健康）等指標(biāo)。4、生命周期解釋，LifeCycleInterpretation在經(jīng)過前面三個步驟后，生命周期解釋主要是對方案重點(diǎn)、數(shù)據(jù)收集、工作流程等提出改進(jìn)建議。這個過程包括完整性檢查、敏感性分析、一致性檢查等。LCA評價的應(yīng)用及其局限性LCA作為一種基于自然科學(xué)的環(huán)境管理方法，可用于識別改進(jìn)產(chǎn)品生命周期各個階段中環(huán)境績效的機(jī)會；為產(chǎn)業(yè)、政府或非政府組織中的決策者提供信息（例如戰(zhàn)略規(guī)劃、確定優(yōu)先項(xiàng)對產(chǎn)品或過程的涉及或再設(shè)計的目的）；選擇有關(guān)的環(huán)境績效參數(shù)，包括測量技術(shù)；營銷（如實(shí)施生態(tài)標(biāo)志制度、發(fā)表環(huán)境聲明或發(fā)布產(chǎn)品聲明）。與此同時，LCA評價的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)與困難