生命周期评价 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 (IS014040,1997):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 ( SETAO,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 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。 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。 三、生命周期评价的技术框架 生命周期评价的基本结构( SETAC1993)
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。 （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。 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。 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。 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)
改善评 影响评价 定义目标 确定范围 清单分析 LCA实施步骤(IS014040,1997) IS014040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。 目标、范围确定 指导运用:指 数据解释 导产品开发 和优化、战 清单分析 略规划、制 定公共政 影响评价 策、开拓市 场、其他 1、目标和范围的确定 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,以及硏究结 果的可能应用领域。研究范围的确定要足以保证硏究的广度、深度与要求的目标 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 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
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。 1、目标和范围的确定 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。 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 定义目标 确定范围 影响评价 改善评 价 清单分析 目标、范围确定 清单分析 影响评价 数 据 解 释 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
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。 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 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;总体暴露一效应模型;点源暴露一效应模 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。 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 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。 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査托管电车使用效 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
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。 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。 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。 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。 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。 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
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 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一排放 最小化一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 五、生命周期评价的应用实例 1、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 配料 成形)□废气 球磨 干燥 加水 加热 搅拌 烧成 废水」(包装)[废渣 图6-1某瓷砖生产工艺示意图 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 在环境影响评价过程中采用了输入输岀法模型,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
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。 五、生命周期评价的应用实例 1、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。 图 6-1 某瓷砖生产工艺示意图 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。 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
输入参数 输出参数 瓷砖 能源 由钢渣生产瓷砖 废渣 资源 的工艺过程 废水 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。 1825CJm2 kgm 105kgm21000gm2 好 能耗钢渣黏上其他水 瓷砖废渣废水温室效应 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0.5kg/m2。废水的排放量为30 kgm2,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 lm2瓷砖要向大气层排放198kg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。 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。 2、聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价 全世界约有4万家涂料生产厂。包括乡镇企业在内,中国目前约有上万家 有一定规模的涂料厂也有几百家。由于髙能耗、低质量、污染环境、损害人体健 康等原因,急需采用先进技术改进生产工艺和相应的施工技术。而且在近几十年 内,建筑涂料行业将是我国材料应用的主要行业。因此,发展高档的环境兼容性
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。 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。 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。 2、聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价 全世界约有 4 万家涂料生产厂。包括乡镇企业在内，中国目前约有上万家， 有一定规模的涂料厂也有几百家。由于高能耗、低质量、污染环境、损害人体健 康等原因，急需采用先进技术改进生产工艺和相应的施工技术。而且在近几十年 内，建筑涂料行业将是我国材料应用的主要行业。因此，发展高档的环境兼容性
建筑涂料是国际上的一个重要趋势。 为硏究有机涂料的生产和使用对环境的影响,这里选取一个防水涂料生产的 实例,用LCA方法进行环境影响评价。其目标定义为该防水涂料的生产过程对 环境的影响,不考虑涂料的施工及使用对环境及人体健康的影响;范围定义在直 接原料消耗和直接废物排放以及其他因素对环境的直接影响,不考虑原料的生产 加工过程及废水、废渣的再处理过程。 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;资源消耗按原 料配比进行数据分类;污染物排放按废气、废渣等进行编目分析。由于是生产涂 料的工艺过程,生产中排放大量的有机废气。除二氧化碳以温室效应指标进行数 据编目外,还用区域毒性和挥发性有机物来评价有害气体排放对环境和人体健康 的影响。相对而言,涂料生产过程中的废水排放量很小,可以忽略。另外,在该 生产过程中噪声等影响因素也很小,因此在编目分析中也可忽略不计。 配料)一(投拌)一(脱水)一(调配)(反应)“(包装 废气 废渣 图6-4某防水涂料的生产工艺示意图 用输入输出法评价该防水涂料对环境的影响,其输入和输出参数见图6-5所 示意。其中输入参数有能源和原料,输出参数包括涂料产品、废渣、有机挥发物、 区域毒性水平以及由二氧化碳排放引起的全球温室效应。 根据输入和输岀数据计算得到该防水涂料对环境和人体健康的影响结果见 图6-6。其中资源的消耗包括原料和燃煤获取能源的消耗,能源的需求相对较髙, 1kg产品需耗能88MJ。从环境的影响看,该工艺过程的固体废弃物排放量较小 仅为0054kgkg。由于能耗较高,相应的温室气体效应较明显,当量二氧化碳气 体排放达0.572kgkg。对人体健康有影响的有机挥发物排放较少,为0.15kg/kg 包括有机固体废弃物在内,该防水涂料生产过程排放的有害物的区域毒性影响为 25kg/kg,表明该工艺尚有改进的余地。 输入参数 输出参数 能源 涂料产品 聚氨酯 废渣 防水涂料 全球温室效应 资源 生产过程 有机挥发物 区域毒性水平 图6-5某防水涂料生产过程的输入输出法评价模型
建筑涂料是国际上的一个重要趋势。 为研究有机涂料的生产和使用对环境的影响，这里选取一个防水涂料生产的 实例，用 LCA 方法进行环境影响评价。其目标定义为该防水涂料的生产过程对 环境的影响，不考虑涂料的施工及使用对环境及人体健康的影响；范围定义在直 接原料消耗和直接废物排放以及其他因素对环境的直接影响，不考虑原料的生产 加工过程及废水、废渣的再处理过程。 根据图 6-4 的防水涂料生产工艺示意图，对该涂料的环境影响因素进行编目 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；资源消耗按原 料配比进行数据分类；污染物排放按废气、废渣等进行编目分析。由于是生产涂 料的工艺过程，生产中排放大量的有机废气。除二氧化碳以温室效应指标进行数 据编目外，还用区域毒性和挥发性有机物来评价有害气体排放对环境和人体健康 的影响。相对而言，涂料生产过程中的废水排放量很小，可以忽略。另外，在该 生产过程中噪声等影响因素也很小，因此在编目分析中也可忽略不计。 图 6-4 某防水涂料的生产工艺示意图 用输入输出法评价该防水涂料对环境的影响，其输入和输出参数见图 6-5 所 示意。其中输入参数有能源和原料，输出参数包括涂料产品、废渣、有机挥发物、 区域毒性水平以及由二氧化碳排放引起的全球温室效应。 根据输入和输出数据计算得到该防水涂料对环境和人体健康的影响结果见 图 6-6。其中资源的消耗包括原料和燃煤获取能源的消耗，能源的需求相对较高， 1 kg 产品需耗能 8.8 MJ。从环境的影响看，该工艺过程的固体废弃物排放量较小， 仅为 0.054 kg/kg。由于能耗较高，相应的温室气体效应较明显，当量二氧化碳气 体排放达 0.572 kg/kg。对人体健康有影响的有机挥发物排放较少，为 0.15 kg/kg。 包括有机固体废弃物在内，该防水涂料生产过程排放的有害物的区域毒性影响为 2.5 kg/kg，表明该工艺尚有改进的余地。 图 6-5 某防水涂料生产过程的输入输出法评价模型
1.27kg/k 0.572kg/kg 0.054kg/k 0. 15kg/kg 能源固态废弃物温室效应区域毒性有机拌发物 图6-6某防水涂料生产过程的环境影响LCA评价结果 对LCA评价结果的解释,除上述的环境影响数据外,通过对该涂料生产过 程的LCA评价,提出的改进工艺主要有提高资源效率、降低能耗、降低总有害 物的排放量及减少温室气体效应影响等。 3、再生纸是否与环境协调 (1)利用再生纸的背景 人类社会的发展是由很多因素决定的,其中信息情报交换功能的发达便 是一个很重要的因素。在这里纸的功绩是不可磨灭的。 纸可以说是文化的标志,1989年的统计表明,全世界的纸用量为23000 万吨,每人每年平均用纸45kg,而美国人均达300kg,西欧和日本人均约200kg 就是说发达国家消耗的纸占了一大部分。 在很久以前,人们就认识到了以旧纸作纸浆比木材作纸浆造纸更经济, 因再生纸的利用得到了长足的发展。随着环境问题意识的高涨,人们担心大 量用纸会加重环境负荷,因而对再生纸的使用更寄予厚望,希望能减轻环境 负荷。但是也有观点认为利用再生纸对环境保护并无贡献,究竟如何呢?下 面从环境负荷和能耗的大小,对再生纸和原浆纸进行一番比较。 纸有很多类,从用途上可分为纸(如:信息纸、包装纸、美术纸、报纸 卫生纸等)和纸板(如:包装用的纸板和包装箱的纸板等)两大类。最近随 着办公自动化的普及,信息纸、涂层纸及含有各种添加物的彩色纸迅速增加。 关于再生纸还没有一个明确的定义。利用旧纸浆造纸已经很普及,真正用100% 原降造的纸反倒不大常见。只有一些特定情况,如纸尿布、牛奶包装盒和髙 级点心盒等才用原浆纸。例如:漫画杂志基本上用的是100%的旧纸浆;卫生 纸也采用100%的旧纸浆来制作;而包装纸板是用约80%的旧纸浆,报纸和书 籍用纸则是用40%的旧纸浆造成的。 (2)造纸工艺及再生工艺 造纸是使木材中的植物纤维分散在水中(制浆),经过抄浆、干燥、使纤 维通过氢键结合起来的过程。这种氢键在常温的水中即可离解,因而可重新 抄纸。 为了将木屑的纤维细胞分散开,可采用机械方法(加剪力将其撕开)和 化学方法(用碱等化学试剂将粘接纤维细胞的木质素分解即蒸解)。用前一种 方法做的浆称为机械浆,用后一种方法做的浆称为化学浆。 另外,根据需要,还要漂白纸浆。氯气曾作为漂白剂使用,但由于生成
图 6-6 某防水涂料生产过程的环境影响 LCA 评价结果 对 LCA 评价结果的解释，除上述的环境影响数据外，通过对该涂料生产过 程的 LCA 评价，提出的改进工艺主要有提高资源效率、降低能耗、降低总有害 物的排放量及减少温室气体效应影响等。 3、再生纸是否与环境协调 （1）利用再生纸的背景 人类社会的发展是由很多因素决定的，其中信息情报交换功能的发达便 是一个很重要的因素。在这里纸的功绩是不可磨灭的。 纸可以说是文化的标志，1989 年的统计表明，全世界的纸用量为 23000 万吨，每人每年平均用纸 45kg,而美国人均达 300kg，西欧和日本人均约 200kg, 就是说发达国家消耗的纸占了一大部分。 在很久以前，人们就认识到了以旧纸作纸浆比木材作纸浆造纸更经济， 因再生纸的利用得到了长足的发展。随着环境问题意识的高涨，人们担心大 量用纸会加重环境负荷，因而对再生纸的使用更寄予厚望，希望能减轻环境 负荷。但是也有观点认为利用再生纸对环境保护并无贡献，究竟如何呢？下 面从环境负荷和能耗的大小，对再生纸和原浆纸进行一番比较。 纸有很多类，从用途上可分为纸（如：信息纸、包装纸、美术纸、报纸、 卫生纸等）和纸板（如：包装用的纸板和包装箱的纸板等）两大类。最近随 着办公自动化的普及，信息纸、涂层纸及含有各种添加物的彩色纸迅速增加。 关于再生纸还没有一个明确的定义。利用旧纸浆造纸已经很普及，真正用 100% 原降造的纸反倒不大常见。只有一些特定情况，如纸尿布、牛奶包装盒和高 级点心盒等才用原浆纸。例如：漫画杂志基本上用的是 100%的旧纸浆；卫生 纸也采用 100%的旧纸浆来制作；而包装纸板是用约 80%的旧纸浆，报纸和书 籍用纸则是用 40%的旧纸浆造成的。 （2） 造纸工艺及再生工艺 造纸是使木材中的植物纤维分散在水中（制浆），经过抄浆、干燥、使纤 维通过氢键结合起来的过程。这种氢键在常温的水中即可离解，因而可重新 抄纸。 为了将木屑的纤维细胞分散开，可采用机械方法（加剪力将其撕开）和 化学方法（用碱等化学试剂将粘接纤维细胞的木质素分解即蒸解）。用前一种 方法做的浆称为机械浆，用后一种方法做的浆称为化学浆。 另外，根据需要，还要漂白纸浆。氯气曾作为漂白剂使用，但由于生成
有害的 dioxime(TCDD;2,3,7,8-四氯(b,e)(1,4)二恶英,是一种剧毒性物 质,有很强的致癌作用和致畸形作用),以及氯气易溢出等原因,现在开始转 用高氯酸、双氧水、臭氧及氧气等作漂白剂。 在抄浆工艺中,为使纸张平滑,不透光,要添加一些氧化钛和碳酸钙等 填充剂,此外还要加入一些淀粉填料和染料等 若选用旧纸作原料,首先要将旧纸从家庭、工厂收集起来,去除杂物 然后在水中进行软化、分散处理,将胶片、别针、胶等异物通过过滤、离心 分离等方法除去。然后用表面活化剂将印刷油墨乳化分解,用水洗掉携带油 墨粒子的泡沫。最后,根据需要进行化学漂白。抄浆工艺和上述新浆的工艺 基本相同。 (3)原浆纸与再生纸的环境负荷比较 1)能耗 在利用旧纸浆的情况下,所需的动力主要用于旧纸在水中离解,去除杂 质与流送杂物,可以想象在浆化过程中能耗是非常少的。对浆化过程所消耗 的能量有各种各样的统计结果:化学浆化是10.47—16.75Mj/kg,机械浆化是 4.187—14.65Mj/kg。再生浆化是2.093-4.187Mj/kg。对于浆化来说,如何 评价能量的回收是有争议的。使用再生纸大体可以节省能量 8.374-10.47MJ/kg,即能节省约1/3。这里的问题是:扔掉的旧纸既使不化 浆也可以回收能量。纸的燃烧热是12.56MJ/kg,若能100%的回收的化,可以 比化浆获得更多的能量 对于旧纸,运输体积只有木屑的四分之一,从运输上来说可以节能。但 旧纸是从不同的地方收集来的,为了回收废纸的运输距离也不容忽视。总之 从总体上考虑,虽有异议,但在这里判定再生纸为赢家。 2)大气污染 S02在燃料的燃烧阶段产生,粗略地讲是和整个工程的能耗相关的。如此 看来,再生纸产生的SO数量是要少一点。另外树皮纸浆不可避免的要产生甲 硫醇等恶臭物质:而再生浆中就很少。还有,在纸浆输送过程中会有NO气体 放出,与能耗的情况相同,这里也判定再生纸为赢家。 3)水质污染 造纸工艺需要大量的水,大型造纸厂日需水量高达45万吨,这相当于百 万人口城市的用水量。即使说原生浆和再生浆分散时所用水量相同,但仅就 脱墨过程中水的消耗量而言,再生纸或许要多一些。 要制作白纸。必须将木质素溶解析出(洗提),由木质素生成的有机衍生 物除了随排水排出之外,洗提出的部分纤维素,半纤维素还会生成糖类和有 机酸,从而造成生化耗氧量(BOD)和化学耗氧量(COD)值的增大。各工艺 生成的微小纤维会形成固体悬浮物(SS),经过适当处理虽对水质污染影响不 大,但有处理淤泥的问题。 具有良好保存性的中性旧纸中,碳酸钙涂层及淀粉在浆化过程中会使排水 中的CωD等污染物质的浓度增高,并使成品质量下降。 另外,附在旧纸上的种种灰尘和脏物等也会污染水质。关于水质污染这 项我们先判为平局。 4)固体废弃物 固体废弃物主要指排水中的污泥渣及混在旧纸中的垃圾。对原生浆来 说,木屑在运输和堆放在室外时,常常有飞散到周围环境中去的问题。因此
有害的 dioxime(TCDD;2,3,7,8-四氯(b,e)（1，4）二恶英，是一种剧毒性物 质，有很强的致癌作用和致畸形作用），以及氯气易溢出等原因，现在开始转 用高氯酸、双氧水、臭氧及氧气等作漂白剂。 在抄浆工艺中，为使纸张平滑，不透光，要添加一些氧化钛和碳酸钙等 填充剂，此外还要加入一些淀粉填料和染料等。 若选用旧纸作原料，首先要将旧纸从家庭、工厂收集起来，去除杂物； 然后在水中进行软化、分散处理，将胶片、别针、胶等异物通过过滤、离心 分离等方法除去。然后用表面活化剂将印刷油墨乳化分解，用水洗掉携带油 墨粒子的泡沫。最后，根据需要进行化学漂白。抄浆工艺和上述新浆的工艺 基本相同。 （3）原浆纸与再生纸的环境负荷比较 1) 能耗 在利用旧纸浆的情况下，所需的动力主要用于旧纸在水中离解，去除杂 质与流送杂物，可以想象在浆化过程中能耗是非常少的。对浆化过程所消耗 的能量有各种各样的统计结果：化学浆化是 10.47—16.75Mj/kg，机械浆化是 4.187—14.65Mj/kg。再生浆化是 2.093—4.187Mj/kg。对于浆化来说，如何 评 价 能 量 的 回 收 是 有 争 议 的 。 使 用 再 生 纸 大 体 可 以 节 省 能 量 8.374—10.47MJ/kg，即能节省约 1/3。这里的问题是：扔掉的旧纸既使不化 浆也可以回收能量。纸的燃烧热是 12.56MJ/kg，若能 100%的回收的化，可以 比化浆获得更多的能量。 对于旧纸，运输体积只有木屑的四分之一，从运输上来说可以节能。但 旧纸是从不同的地方收集来的，为了回收废纸的运输距离也不容忽视。总之， 从总体上考虑，虽有异议，但在这里判定再生纸为赢家。 2） 大气污染 SO2 在燃料的燃烧阶段产生,粗略地讲是和整个工程的能耗相关的。如此 看来，再生纸产生的 SOx数量是要少一点。另外树皮纸浆不可避免的要产生甲 硫醇等恶臭物质；而再生浆中就很少。还有，在纸浆输送过程中会有 NOx气体 放出，与能耗的情况相同，这里也判定再生纸为赢家。 3） 水质污染 造纸工艺需要大量的水，大型造纸厂日需水量高达 45 万吨，这相当于百 万人口城市的用水量。即使说原生浆和再生浆分散时所用水量相同， 但仅就 脱墨过程中水的消耗量而言，再生纸或许要多一些。 要制作白纸。必须将木质素溶解析出（洗提），由木质素生成的有机衍生 物除了随排水排出之外，洗提出的部分纤维素，半纤维素还会生成糖类和有 机酸，从而造成生化耗氧量（BOD）和化学耗氧量（COD）值的增大。各工艺 生成的微小纤维会形成固体悬浮物（SS），经过适当处理虽对水质污染影响不 大，但有处理淤泥的问题。 具有良好保存性的中性旧纸中，碳酸钙涂层及淀粉在浆化过程中会使排水 中的 COD 等污染物质的浓度增高，并使成品质量下降。 另外，附在旧纸上的种种灰尘和脏物等也会污染水质。关于水质污染这一 项我们先判为平局。 4） 固体废弃物 固体废弃物主要指排水中的污泥渣及混在旧纸中的垃圾。对原生浆来 说，木屑在运输和堆放在室外时，常常有飞散到周围环境中去的问题。因此
这一项判再生纸为全赢。 5)关于保护绿色环境 要得到1t的机械浆就需要2.1-2.4m的木材,而1t的牛皮纸浆则需要 3.54.2m3的木材,当然再生浆不需要木材。通常不会为了获得制浆用的木 屑去砍伐树木,一般使用的是间伐树木、毁坏木材或木材的下脚料。然而制 浆却使用了木材生产量的12%。尤其考虑到今后用纸量增大的情况,再生纸的 意义就更大了。因此从保护绿色环境的角度看。再生纸是好的,是胜方。 当然进口废纸要特别当心,以防别人的垃圾输出。总之,从一般意义上讲, 使用再生纸会减轻环境污染。 塑料环境影响评价 80年代后期,消费者开始关心塑料包装材料对环境的影响。这个时期,从事 LCA研究的英国Open大学布斯捏提教授,在欧洲塑料工业协会的资助下,召集 英国、瑞士、德国、瑞典的学者组成专门学术小组,确定了方法论;同时对日常 生活中常用的通用树脂,高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚 丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、发泡聚苯乙烯(EPS)、聚氯乙烯树脂(PVC)和 聚酯树脂(PET)等进行了PLAC研究 下表列出了欧洲小组实施的将HDPE、PP、PⅤC及EPS换算成发泡体的数 据。这些数据是19个石油化学联合企业的平均值 表1kg塑料的定量调查数据 能耗、排放物等投入、单 产出量 位「高密度聚乙烯聚丙烯」氯乙烯树脂聚乙苯烯发泡体 MJ|16.94 184711.88 32.68 自然资源消耗 原油 g1.162 1.2690466 Kg9.50 1763 1043 其他 大气污染物质 煤尘 2.0 2.0 5.4 Kg0.94 1.10 1.2 6.0 11.0 6.6 148.9 10.0 1.0 碳氢化合物 g21.0 13.0 23.4 其他 2.5 水质污染物质 BOD Mg100 Mg200 400 2873 悬浮粒子等 2.1 19 4.1 固体废弃物 淤渣、灰、其他产物g50 5.0 废弃物 27.0 26.0 数据出处 PWMI PWMI塑料处理协|PWM、换算
这一项判再生纸为全赢。 5） 关于保护绿色环境 要得到 1t 的机械浆就需要 2.1—2.4m3的木材，而 1t 的牛皮纸浆则需要 3.5—4.2 m3的木材，当然再生浆不需要木材。通常不会为了获得制浆用的木 屑去砍伐树木，一般使用的是间伐树木、毁坏木材或木材的下脚料。然而制 浆却使用了木材生产量的 12%。尤其考虑到今后用纸量增大的情况，再生纸的 意义就更大了。因此从保护绿色环境的角度看。再生纸是好的，是胜方。 当然进口废纸要特别当心，以防别人的垃圾输出。总之，从一般意义上讲， 使用再生纸会减轻环境污染。 4、塑料环境影响评价 80 年代后期，消费者开始关心塑料包装材料对环境的影响。这个时期，从事 LCA 研究的英国 Open 大学布斯捏提教授，在欧洲塑料工业协会的资助下，召集 英国、瑞士、德国、瑞典的学者组成专门学术小组，确定了方法论；同时对日常 生活中常用的通用树脂，高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚 丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、发泡聚苯乙烯（EPS）、聚氯乙烯树脂（PVC）和 聚酯树脂（PET）等进行了 PLAC 研究。 下表列出了欧洲小组实施的将 HDPE、PP、PVC 及 EPS 换算成发泡体的数 据。这些数据是 19 个石油化学联合企业的平均值。 表 1kg 塑料的定量调查数据 能耗、排放物等投入、 产出量 单 位 塑 料 高密度聚乙烯 聚丙烯 氯乙烯树脂 聚乙苯烯发泡体 能耗 MJ 16．94 18.47 11.88 32.68 自然资源消耗 原油 水 盐 其他 Kg Kg Kg g 1.162 9.50 -- 4.7 1.269 3.10 -- 5.9 0.466 1.763 0.299 negl 1.265 10.43 -- 15.1 大气污染物质 煤尘 CO2 SOx NOx 碳氢化合物 g Kg g g g 2.0 0.94 6.0 10.0 21.0 2.0 1.10 11.0 10.0 13.0 1.2 6.6 1.0 5.4 1.91 148.9 45.7 23.4 其他 g 0.6 0.7 2.5 水质污染物质 BOD COD 悬浮粒子等 Mg Mg g 100 200 2.1 60 400 1.9 128 2873 4.1 固体废弃物 淤渣、灰、其他产物 废弃物 g g 5.0 27.0 5.0 26.0 4.3 21.9 数据出处 PWMI PWMI 塑料处理协 会 PWMI、换算
注:换算lkg发泡聚乙苯烯生成0.94发泡体 在今后的研究中,将进一步探讨对机械再生循环( Mechanical Recycle如树 脂的再生利用),原料再生循环( feed stock recycle即作为原料,再资源化)和热 再生循环( thermal recycle即作为焚烧回收能源的再资源化)哪种更适合于塑料 制品(例如EPS盒)的再生利用,也就是说那种再生循环方法与环境更为协调 的问题 例如:法国曾开展上述分析,认为对10g以下的塑料饮料瓶,热再生循环更 合适 随着科技的进步和社会形势的变化,必须随时掌握最新数据和更新数据。作 为制造工艺的当事者,原材料、包装容器制造等产业界要相互协作,广泛收集正 确数据,并必须建立相应的体制来进行指导和协调组织工作。 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: 55 式中,mi,为矩阵元素值,其中i为产品的生命周期阶段数,;j为产品的环 境问题数.R以百分数表示,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xZ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.排放量 的z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′Fz值.如果无法获得某种环境介质的排放数据,则其ABC′ z值由专家确定.对每种环境介质分别确定最严重的ABC丿z值(潜在环境影 响最大的排放物质),其程度呈递减:AF>AF=BX>AZ=BF>BZ>CH=CF =CZ.根据生命周期的每个过程排放到大气、水体及土壤中ABC/XZ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Air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
注：换算 1kg 发泡聚乙苯烯生成 0.94 发泡体 在今后的研究中，将进一步探讨对机械再生循环（Mechanical Recycle 如树 脂的再生利用），原料再生循环（feed stock recycle 即作为原料，再资源化）和热 再生循环（thermal recycle 即作为焚烧回收能源的再资源化）哪种更适合于塑料 制品（例如 EPS 盒）的再生利用，也就是说那种再生循环方法与环境更为协调 的问题。 例如：法国曾开展上述分析，认为对 10g 以下的塑料饮料瓶，热再生循环更 合适。 随着科技的进步和社会形势的变化，必须随时掌握最新数据和更新数据。作 为制造工艺的当事者，原材料、包装容器制造等产业界要相互协作，广泛收集正 确数据，并必须建立相应的体制来进行指导和协调组织工作。 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： 式中, mi , j为矩阵元素值,其中i 为产品的生命周期阶段数; j 为产品的环 境问题数. R 以百分数表示,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. 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