绿色制造课程结业论文_汽车产品生命周期评价(LCA)研究.docVIP

研究生课程考核试卷科 目：绿色制造现状及发展趋势 教 师： 曹华军 姓 名： 潘正兵 学 号： 20140713196 专 业： 机械工程领域 类 别： 专硕 上课时间： 2014年11月26日2013年12月 10日 考 生 成 绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语： 阅卷教师 (签名) 重庆大学研究生院I汽车产品生命周期评价(LCA)研究摘要：生命周期评价被认为是21 世纪最有潜力的可持续发展支持工具, 汽车LCA 可以从产品层次定量揭示汽车全生命周期对生态环境的影响。文中介绍了汽车产品生命周期评价的技术框架、研究现状、评价方法和存在的问题。并且指出汽车国际贸易的背景下, 我国汽车企业应该尽早开展汽车产品生命周期评价, 以应对未来的汽车生态标准竞争。关键词：汽车 生命周期评价 环境影响 0引言中国是世界上最具成长性和规模最大的汽车 消费市场之一。在我国，汽车工业又是能源和资源消耗较多，污染物排放较严重的部门之一。面 对汽车产量和保有量的高速增长，我们不得不关 注汽车产业持续发展所必须面临的生态环境问 题。在汽车产品层次，采用中国资源利用和环境 统计数据进行汽车产品生命周期评价分析 士匚八，可以定量地揭示汽车对生态环境的影响， 为制定汽车相关的环境政策和我国汽车产业的整 体可持续发展战略提供参考。1生命周期评价的定义和技术框架国际环境毒理学和化学学会(SETAC, l993)将LCA 定义为: “LCA 是对某种产品系统或行为相关的环境负荷进行量化评价的过程。它首先通过辨识和量化所使用的物质、能量和对环境的排放, 然后评价这些使用和排放的影响。评价包括产品或行为的整个生命周期, 即包括原材料的采集和加工、产品制造、产品营销、使用、维护、循环利用和最终处理, 以及涉及到的所有运输过程。它关注的环境影响包括生态系统健康、人类健康和能源消耗三个领域。不关注经济或社会效益。”在该定义的基础上, SETAC 最终确定了LCA 方法的技术框架, 如图1 所示。图1 LCA技术框架2汽车产品生命周期评价的特点和研究现状汽车产品的生命周期评价可以在多个层次上进行, 包括生产工艺LCA、零部件LCA 和整车的LCA 等。其中整车的LCA 最复杂, 也最具代表性。汽车作为一种复杂的工业产品, 在原材料加工阶段使用多种工业材料; 制造过程分布在多个厂家; 使用周期比较长。因此, 汽车的LCA具有过程复杂、数据收集难度大、生命周期阶段不完整等特点。另外在我国进行汽车产品生命周期评价, 还要考虑资源利用和环境状况, 开发适合中国国情的汽车LCA 方法。作为ISO14000 系列中的一个非常重要的环境管理工具, 汽车LCA 得到国际汽车产业界、学术界的极大关注和高度重视。1993 年以后,世界各国的许多研究机构(如SETAC、丹麦技术大学的生命周期研究中心LCC 等) 都建立了许多工作组从事有关LCA 的方法研究, 开发了近20种LCA 工具或者方法。一些跨国汽车公司也在积极开展汽车生命周期评价研究, 以应对未来针对汽车的生态标志标准、绿色采购政策, 以及进行原材料的选择和市场宣传。奔驰汽车公司针对本公司的汽车产品开发了Daimler- Benz 工具, 该工具全量化且完全具有环境影响评估功能, 并且进行了空气清洁器的生命周期评价示范研究; 菲亚特集团进行了汽车发动机生命周期评价示范研究; 沃尔沃汽车公司进行了生命周期评价方法论研究, 并与瑞典工业联盟和瑞典环境协会合作对沃尔沃汽车进行了生命周期评价。在欧盟国际合作项目的支持下, 中国科学院生态环境研究中心开展了LCA 理论与方法的研究, 用于国内轿车生命周期评价研究。3汽车生命周期评价的技术框架与应用研宄进行汽车LCA, 就是按照LCA 的技术框架,结合汽车的特点, 选择合适的评价工具来实施。3.1定义目的和确定范围从企业的角度讲, 汽车LCA 的目的是为了分析汽车产品生命周期中的资源、能源利用和环境排放状况, 并且提出改进措施, 也可以通过和其他品牌的汽车LCA 进行比较, 生产更加环境友好的汽车产品, 提高市场竞争力; 从政府的角度讲可以为授予汽车“绿色”环境标志提供理论依据, 并且制定汽车环境标准和政策。评价范围的确定应该包括:(1) 确定并且描述进行LCA 的汽车的参数特征, 确定评价的功能单位, 即1 辆该型号的汽车。(2) 确定汽车的生命周期阶段和各阶段的边界。由于我国目前汽车报废回收阶段的数据获取难度大, 数据质量难以保证, 可以将这个生命周期阶段省略。汽车的生命周期包括原材料生产(包含汽油生产)、汽车制造、汽车使用3 个阶段。原材料生产阶段的系统边界需要指出能源、原材料生产的工艺过程, 物耗、能耗、废弃物排放的评价指标; 汽车制造阶段的评价边界需要确定整车组装过程, 一级配套件的制造或组装过程, 二级配套件的类别; 汽车使用阶段的评价边界需要确定该类型汽车的用途、使用状况、养护状况、寿命等。(3) 数据获取方式、质量要求和分配原则。3.2 清单分析清单分析是LCA 技术中发展最成熟的一个部分, 理论性不强, 主要是数据收集工作。汽车的清单分析繁琐而耗时, 是生命周期评价的基础工作, 为汽车产品环境影响评价提供数据基础。清单分析用于汽车3 个生命周期阶段的能量、原料消耗量, 以及废弃的排放的量化分析, 即从汽车的3 个生命周期阶段, 按照系统边界确定的评价范围, 确定各项评价指标的数据。(1) 原材料生产阶段。能源包括电力、煤炭、和汽油; 原材料包括钢材、铸铁、铝合金、铜、塑料、橡胶、玻璃等; 废弃物的种类繁多, 分为废水、废气和固体废物三类, 每类包括一些统计项目, 比如废气包括烟尘、HCHO、CO、NOx、CO2、硫化氢等20 多个项目。由于原材料属于社会共用资源, 这些数据的获取需要查阅国家、行业、企业的各种年鉴、统计报表, 某些国内没有统计的项目可以采用国外公布的平均值。(2) 制造阶段。需要按照数据获取的方便和汽车的生产组织状态对汽车的结构进行划分, 然后设计数据调查表格并且由各分厂分车间进行统计, 最后按照一定的数据分配原则进行数据处理。进行制造阶段的清单分析, 必须采用生产厂家的实际生产数据。由于轿车制造阶段所涉及的能源、资源消耗和三废排放数据几乎全是汽车制造商所有, 而汽车属于技术含量高、结构复杂、数据保密性强的产品, 这就需要汽车制造商高层的支持和配合。(3) 使用阶段。汽车使用阶段的能源消耗是汽油。这就需要根据汽车的用途、使用状况、寿命, 结合生产厂家提供的油耗标准和使用实际,确定汽车从上路到报废阶段的耗油量。物料消耗是指零部件的保养和维修、润滑油消耗、轮胎消耗等。环境排放是指汽车尾气排放和燃油挥发带来的大气污染以及洗车和维修过程中的一些污染排放。(4) 数据的汇总分析。确定汽车3 个生命周期阶段的能量消耗总量及生命周期分布状况, 资源消耗总量及生命周期分布状况, 以及各污染排放物的总量及生命周期分布状况。3.3 环境影响评价从清单分析得到的资源消耗和环境排放数据由于数据量大, 信息分散, 很难据此判断汽车整体对环境的影响情况。因此, 必须按照环境影响评价方法进行数据处理, 得到汽车整体的生态形象。日前的评价方法众多, 理论性很强, 既有共性又有所不同。针对汽车而言, 环境影响评价方法采用下面的评价体系较为合适。3.3.1 定义环境影响类别可以采用SETAC 的环境影响类型划分方法,结合汽车产品的特点, 将汽车的环境影响类型从大的方面归纳为资源消耗和环境污染两类, 从危害对象上分为资源保护、人体健康和生态健康3个方面。3.3.2 分类评价针对所确定的生态影响类型对清单数据进行按类分析和量化。(1) 首先进行的是数据的特征化, 即将每种环境负荷项目的相对贡献大小分配给所选定的影响类型, 确定每一种环境负荷项目生态影响的潜在贡献量。针对汽车而言, 采用当量系数法。这种方法的原理是利用不同污染物(或资源) 在质量相同的情况下对同一种生态影响类型的贡献量差异, 以其中某一种污染物为基准, 把其影响看作1, 然后将等量的其他污染物与其比较, 这样就可以确定各类污染物相对的影响潜力大小了。例如, 全球变暖影响以CO2为基准, 2kg 的CO 对全球变暖的影响潜力相当于1kg CO2, 即CO 的全球变暖当量系数是2。目前学术界已计算出来了很多物质的当量系数, 可以查阅相关研究成果。(2) 特征化之后, 可以很容易完成汽车生态影响的分类评价, 得到汽车对各种生态影响类型的贡献潜力大小。可以得到汽车不同生命周期阶段或不同材料的有关生态影响信息, 用于初步的比较分析。3.3.3 综合评价分类评价得到了汽车对各类环境影响类别的影响潜力大小, 但是涉及的面多而且分散, 因此很难判断汽车整体对环境的影响, 在不同汽车产品进行比较时也很难判断哪一种产品更具有环境友好性。因此, 必须进行综合评价, 得到一个简单直观的数字化指标。(1) 首先要进行正规化。正规化的目的是为了消除各影响类别的单项结果在量纲和级数上的差异, 同时不影响原有结果的性质。对汽车产品而言, 就是使资源消耗、全球变暖、酸化等影响类别具有可比性, 正规化方法采用下面的公式:Ni=Ci/Si (1)式中: Ci 表示第i 种环境影响类型的分类评价的原始数据; Si 表示响应环境影响类别所对应的基准量的全球排放数据; Ni 表示第i 种环境影响类型的正规化结果。(2) 正规化之后进行定权综合。因为正规化之后的结果虽然具有了可比性, 但是各种环境影响类型对于一个国家或者地区可持续发展的重要性程度是不同的, 因此需要对不同的生态影响赋予一定的权重, 然后各项进行加和, 得到汽车总的环境影响, 也就是一个简单直观的数字化指标。比较常见的权重确定方法是德尔菲法。即设计专家咨询表格, 然后分发给各领域的专家评分, 之后用层次分析法对专家评分进行计算处理, 得到各环境影响类别的权重。汽车的综合环境影响评价公式为:S=NiWi (2)式中: S 为综合评价得分, 它就是要得到判断产品生态形象和可持续状况的单一的数字化指标; Ni 为第i 中环境影响的正规化结果; Wi 为第i 中环境影响的权重。在确定汽车综合环境影响评价结果的基础上,可以按照生命周期阶段生态影响构成等不同, 对汽车的综合影响进行多角度多方位的研究。表1 汽车影响环境类型3.4 改进评价针对汽车LCA 的目的, 在完成汽车的生命周期生态影响评价的基础上, 可以系统地评估在产品、工艺或活动的整个生命周期内削减能量消耗、原材料使用以及环境排放的机会。这种评价包括定量和定性的改进措施, 例如, 改变汽车产品结构、重新选择原材料、改变制造工艺、消费方式和制定废弃物管理方案等。4 存在问题及研究展望4.1 存在的问题在方法上, 汽车LCA 目前还存在以下不足:系统边界的设置、数据收集渠道和影响类型的选择存在主观性; 用于清单分析和评价环境影响的模型具有局限性; 数据完整性和精度有限, 一个完整的汽车LCA 方案研究需要10 万个数据, 这就不可避免的会产生数据资料的可得性问题; 在实际应用方面, 目前完成费用较高, 时间花费长, 完成汽车产品的LCA 一般需要数年时间。4.2 未来研究展望汽车产品的生命周期评价(LCA) 在中国的研究尚属于消化吸收阶段, 目前LCA 中比较成型的一些方法主要是依据发达国家的数据背景开发的, 我国很难完全照搬。因此需要针对中国资源与环境现状, 建立系统评价中国汽车产品生命周期环境影响的方法和模型。跨国汽车公司已经走在汽车LCA 的前沿, 在汽车国际贸易的背景下, 尽早在我国汽车产业界和学术界开展汽车LCA, 有助于我国汽车产业突破发达国家设置的绿色壁垒, 如绿色认证, 以及未来的汽车生态标志标准、绿色采购政策等, 提高产品的国际竞争力。因此, 笔者认为汽车产品LCA 研究不仅是一种汽车生态技术竞争, 更是一种面向未来国际市场份额的竞争。我国有实力的汽车企业应该尽早进行汽车产品的LCA。参考文献 1 王寿兵.中国复杂工业产品生命周期生态评价方法与实例研究D .上海: 复旦大学环境和资源生物系, 1999,11. 2 Habersatter K, Widmer F, Ecobanlance of PackagingMaterials State of 1990.Environmental Series, 1991, 132 ( 2) :2544. 3 郭培章, 等.中国可持续发展研究M .北京: 经济科学出版社, 2002, 165170. 4 杨建新, 徐成, 等. 产品生命周期评价方法及应用M .北京: 气象出版社, 2002. 5 Graedel T E.The use of life cycle assessment inenvironmental burden J . 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