产品的清洁生产.ppt

产品的清洁生产 一 产品及其环境影响二 产品生命周期评价三 产品生态设计 第一节产品及其环境影响 一 产品及产品系统1 产品有形产品Product 来自第一 二产业 无形产品 即服务Service 第三产业中 如通讯 旅游 教育 娱乐等行业 产品在经济活动中的作用是生产过程的结果决定着生产过程通过市场连接了生产过程和流通消费过程 2 产品系统 是指由提供一种或多种功能的中间产品联系起来的单元过程的集合例如原材料采掘 原材料生产 产品制造 产品使用 产品用后处理等过程的集合 图5 1 一个产品系统单元过程通过产品系统边界的基本流产品流以及系统内的中间产品流 产品系统本质上就是由物质和能量流联系起来的具有一种或多种特定功能的单元过程的集合 3 产品的生命周期人们常用生命周期或寿命周期表达事物的形成过程 对于产品 也有类似的概念 在环境保护或环境管理中 产品的生命周期是指 从其原料开采开始 经过原料加工 产品制造 运输和销售 然后是消费者使用 维修保养以及使用后废弃 直至最终处理 处置这样一个全过程 产品的生命周期形象地被称为 从摇篮到坟墓 的过程 二 产品的环境影响1 影响因素系统的输入 资源和能源 会带来资源能源的耗竭和生态环境的破坏系统输出的废物会造成环境污染 2 环境影响的特点产品系统不同环节阶段的环境作用影响并不相同 冰箱系统中 其制造过程对土壤 生物多样性的破坏影响大冰箱使用时 对大气环境和全球温度变化问题可能影响更为严重 结论一个产品系统的影响作用 不仅会产生于产品的制造加工生产环节 而且有时更会突出地体现在产品的消费使用阶段 或者使用后产品废弃的处理处置过程 三 清洁产品清洁产品 或称为绿色产品 greenproduct 环境友好产品 环境意识产品 environmentalconsciousproduct 等定义 指在保证产品的良好经济性能的前提下 通过合理地应用各项现有的技术 满足用户功能与使用性能 同时在其生命周期全程中 符合特定的环境保护要求 对生态环境无害或危害极少 资源利用率高 能源消耗低的产品 清洁产品应具有三个要点 良好的经济性能合理的技术性优良的环境协调友好性图5 4用一个三维坐标体系来表示清洁产品与其三要素之间的关系 2020 1 16 13 1 产品生命周期评价 LCA 定义 LifeCycleAssessment生命周期评价 也称生命周期分析lifecycleanalysis 简称LCA 是一种技术和方法 指对一个产品系统的生命周期中的输入 输出及潜在环境影响进行的综合评价 ISO给出的定义 LCA本质是检查 识别和评估一种材料 过程 产品或系统在其整个生命周期中的环境影响 第二节产品生命周期评价 LCA 企业 清洁生产审核 生态设计 工艺优化 判断产品和工艺是否属于清洁生产范畴 废物回收和再循环利用管理等方面政府 制定一般性政策 废物管理政策 绿色营销 生态工业园的分析 环境标志等NGOs 非政府组织 和国际环境管理机构 2 LCA的应用 2020 1 16 15 3 生命周期评价的基本框架 编制与研究系统相关的输入和输出清单量化评价那些输入和输出伴随的潜在环境影响联系研究的目标 解释清单分析和影响评价结果 目标和范围定义 清单分析 影响评价 解释 3 生命周期评价的基本框架 ISO14040的生命周期评价框架 定义目标与确定范围definitionofthegoalandscope 表明进行LCA的目的 原因 以及研究结果可能应用的领域 清单分析thelifecycleinventoryanalysis LCI phase 对一种产品 工艺和活动在其整个生命周期内的能源与原材料需要量 以及对环境的排放 三废等 进行以数据为基础的客观量化过程 c 影响评价thelifecycleimpactassessment LCIA phase 对清单分析阶段所识别的环境影响压力进行定量或定性的表征评价 d 解释阶段thelifecycleinterpretationphase 系统地评估整个生命周期内消减能源消耗 原材料使用以及环境排放的需求与机会 并提出定性或定量的改进措施 4 ISO的生命周期评价方法 a 定义目标与确定范围definitionofthegoalandscope首先要明确LCA的目的 生命周期评价的目的通常是多方面的 例如 确定单一产品的环境影响向消费者描述环境标志产品应有的性能用于产品的设计开发进行产品体系的全面评价和环境标志认证有关产品的法规制度的制定 其次 界定LCA的范围根据目的的不同 再进一步确定被评价产品系统的范围与评价程度以上LCA目的 从上到下 从范围来看是由小到大 程度由浅及深 另外 外在条件 比如时间 财力 人员等 对范围界定也有一定影响 产品系统 产品系统定义其功能定义其功能单元的定义产品系统的边界边界的定义 地理范围和时间尺度 系统输入输出的分配方法 生命周期阶段与系统边界 数据要求数据类型及收集方式环境性能评价方法及其相应的解释数据质量要求等假设及限制条件评价中使用的假设评价中存在的局限性另外 还要说明采用的审核方法 报告的类型与格式等 注意 范围界定是一个反复的过程 必要时可以进行修改 具体来说 范围界定要进行哪些工作 最后 确定LCA的功能单位在下一个阶段清单分析中收集的所有数据 都必须换算为一个统一的单位 对输入输出的数据进行标准化 这样数据具可比性 才可以比较 这个单位就是功能单位 必须在第一阶段就确定 功能单位的作用 产品体系输出性能的一个度量 它提供了一个将输入和输出联系起来的参考 决定了对产品进行比较的尺度 例 一个乙烯厂生产系统的功能单位 可以定义为1吨乙烯产品 一个饮料生产系统的功能单位 可以是一定量饮料所需的包装材料量 注意 系统间的比较必须基于相同的功能 基准流Referenceflow 在给定的产品系统中 为实现一个功能单位的功能所需的过程输出量 它主要用于表征系统的输入与输出 系统间的比较基于相同的功能 以相同的功能单位所对应的基准流的形式加以量化 B 清单分析thelifecycleinventoryanalysis LCI phase 清单分析 依照确定的研究目的 建立产品系统的输入输出清单的过程 任务 对整个生命周期中 原材料 能源的消耗量 三废 及其他环境释放物 噪音 辐射等 根据能量平衡和物质平衡进行调查 获取数据 然后对数据进行量化分析 这个过程完成后 我们应该能建立以产品功能单位表达的产品系统的输入和输出 生命周期阶段与系统边界 例子 生产1kgPVC塑料原料的输入和输出清单 目标和范围定义 数据收集准备 分配和循环 将数据与单位过程相连 数据的有效性 数据收集 将数据与功能单位相连 数据汇总 完善系统边界 修正后数据收集 需要另外的数据或单位过程 清单分析的主要程序 次级能源加工 乙烯生产过程 初级资源开采 输入 输出 数据收集的准备绘制生命周期过程流程图详细表述单元过程 乙烯生产LC主要过程实例 数据收集是清单分析工作量最大的环节 实际上 从评价工作一开始 确定目标和范围 就需要进行数据收集 直到评价结果被验证 LCA结束 包括三个方面 1 设计一套数据收集表格 包括信息有有一般性数据 产品名称 产品产值 年总产值 企业名称地址等系统输入数据 原材料的名称 质量 体积 能源名称 电 天然气 煤 汽油等 水的输入 质量体积 等系统输出数据 产品 副产品 名称 年产量 主要成分等 固体废弃物 名称 粉煤灰 污泥 边角料 生活垃圾 包装废弃物等 质量体积 废水废气 具体成分 运输数据 运输方式 汽油车 柴油车 船 管道等 运输距离等信息设计这个表格 是为了获取数据后 填入表格中 收集数据表格示例 数据的来源 标准的文献或研究论文 各类统计年鉴 报表环境数据手册 可能是管理部门编写的企业的各种统计资料 如年度统计 报表 环境监测数据 物流供货单等行业协会的统计资料已经有的LCA数据库对于某些原材料数据 是社会化的过程 个别企业无法提供 可以考虑社会生产的平均水平为数据来源 另外 对于某些产品的运销 社会化过程 也可采用此方法 现场测定 问卷调查 用户访问 数据的核算与处理数据收集后 要进行核算 处理 一个简单的方法就是对每一单元进行物料 能量平衡分析输入和输出差值在给定范围内 如2 就可以认为数据时准确的最后 进行处理汇总 Mi MoM 质量或能量 i input o output如果 Mi Mo Mi 2 则认为数据准确 C 影响评价thelifecycleimpactassessment LCIA phase 影响评价 对环境输入输出的潜在影响进行识别和评价 来说明系统的环境影响贡献大小及相对重要性 在ISO的标准里 影响评价包含 必选步骤和可选步骤 必选步骤MandatoryElements影响类别 类别指标和特征化模型选择清单分析结果分类 Classification 类别指标计算 特征化Characterization 类别指标结果 LCIA简述 可选步骤OptionalElements根据基准计算影响类别指标结果的相对值 正规化 Normalization 分组 Grouping 赋权 Weighting 数据质量评价 DataQualityAssessment 必选步骤MandatoryElements 1 影响类别 描述系统输出可能导致的环境影响的种类 我国采用相对简单的分类方案 2 类别指标和特征化模型臭氧层破坏 臭氧层破坏潜值酸雨 酸雨潜值全球变暖 温室气体的全球变暖潜值 Globalwarmingpotential GWP 目前常见的特征化模型有 临界体积模型Criticalvolumemodels效应导向模型Effect orientedmodels生态评点模型Eco pointmodels 2020 1 16 43 案例分析 建筑物生命周期评价 生命周期成本正如一般投资一样 在试图把建筑物发展对环境的影响减到最低时 必须考虑所涉及的费用 而生命周期成本分析能够计算和提供兴建建筑物 以及在其使用年限内的操作和维修这两方面的现时和日后所需开支的现值 计算生命周期成本 有助评价现时为了改善建筑物表现 例如能源效益或物料耐用程度 而作出的额外投资和和比较以后能够节省的款项 以方便有关人士作出投资决定和方针 2020 1 16 44 2020 1 16 45 总结 生命周期评价的出现是由于需要调查 生产与提供商品和服务的活动与过程中整个体系潜在的环境影响 它已演变成为一个完整的方法结构 能够评价一个产品整个生命周期的环境影响 例如 资源枯竭 毒理学对人体健康和生态系统的压力 臭氧层消耗 酸化 富营养化和气候变化 资源与排放的量化与分配和环境影响转化为清单数据的阶段 构成了最完整的方法 以评估基于整体问题的产品的总体影响 需要一个能够真正实现可持续发展的方向 生命周期评价在不同背景下 从产品开发到环境政策规划都是一个有效的支持 尤其是产品的开发 它可帮助审查确定环境影响的解决方案 确定最佳设计战略和标准 并选择最有效的方法 然而 ISO标准明确提出 生命周期评价研究的信息开发应该作为一部分被用于更加全面的综合决策过程中 或用于广泛的理解或一般的交易 第三节产品生态设计 ProductEcologicalDesign 2020 1 16 47 概念 利用生态学的思想 在产品开发阶段综合考虑与产品相关的生态环境问题 设计出对环境友好的 又能满足人的需求的一种新的产品设计方法 产品生态设计是产品设计的新理念 又称绿色设计 环境设计和生命周期设计 是指产品在原材料获取 生产 运销 使用和处置等整个生命周期中密切考虑到生态 人类健康和安全的产品设计原则和方法 最终目标是建立可持续产品的生产与消费 狭义 生态设计 是指 环境因素 决定设计决策的方向 即环境与产品开发中其它因素 如利润 功能 美观等 一样同等重要 甚至更重要 这个概念强调了产品的生态设计 广义 生态设计 指任何与生态过程相协调 尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式 这种协调意味着设计尊重生物多样性 减少对资源的剥夺 保持营养和水循环 维持植物生境和动物栖息地的质量 以有帮助改善人居环境及生态系统的健康 这种生态设计不仅涉及产品 还包括原材料 生产过程 产业系统 景观和建筑等 一 产品生态设计概念 2020 1 16 48 二 产品生态设计的产生及发展 生态设计将是21世纪非常热门的学科和技术 开发和设计对环境友好的产品已成为当前国际产业界可持续发展行动计划的热点 也是国际ISO14000环境管理标准体系制定的目标之一 产品生态设计已引起了国际产业界的广泛关注与参与 仅从飞速发展的互联网络上看 1997年初 有关生态设计的主页只有100多个 而到1997年末 就发展为将近1000个 在欧洲和美国 在很短的时间内 大量的生态设计公司纷纷成立 为了将产品开发与企业发展尽快纳入ISO14000及ISO14040体系 一些具有远见卓识的国际大企业集团 纷纷对其产品进行生命周期评价 并尝试进行生态产品的设计 生产与销售 2020 1 16 49 三 产品生态设计与传统产品设计的区别 传统的产品设计 产品生态设计 将人的某种目的或需要转换为一个具体的物理形式或工具的过程 以人为中心 仅考虑如何满足人的需求和解决问题 而忽视产品生产及使用过程中的资源和能量的消耗以及对环境的排放 从产品的孕育阶段开始即遵循污染预防的原则 把改善产品对环境影响的努力凝固在产品设计之中 是LCA思想原则的具体实践 2020 1 16 50 四 设计原则 零污染原则 资源最佳利用 技术先进性 闭环设计 设计过程应遵循的原则 能源消耗最小 2020 1 16 51 1 环境准则降低物料消耗降低能耗减少废物产出减少健康 安全风险生态可降解 2 性能准则满足多项使用功能易于加工制作保证产品质量 3 费用准则费用最低利润最大 4 美学准则符合当地的文化传统满足消费者的审美情趣 5 社会准则遵守当地法律法规及有关标准 应遵循的各项准则 2020 1 16 52 产品生态设计中应遵循的具体原则 2020 1 16 53 五 相关技术 采用新工艺 新技术 提高资源 能源效率提高产品寿命的相关技术生产过程尽可能使用循环再生产品技术生产过程的 三废 减排技术容易后处理的代用产品技术减少生命周期各阶段的废弃物减排技术产品生命周期各阶段的废弃物有效利用技术产品能够再利用技术 2020 1 16 54 六 设计步骤 选择设计对策 设计步骤 设计要求分析 设计方案评价 环境现状评价 产品系统边界 确定要求的优先次序 2020 1 16 55 1 印制电路板 PWB 环境设计DfE项目项目简介印制电路板PWB是许多高科技产业如电子 国防 通讯等不可缺少的部分 但PWB的加工制造会产生大量的有毒废物 耗用过多的水和其他能源 使用有毒的化合物 这些都对环境和人类产生潜在的破坏 项目目标找到一有效方法 将环境影响纳入商业决策中去 改善产品环境特性 研发一系列防止污染产生的方法 技术 方法 技术PWB环境设计项目通过减少化合物的释放 增加资源寿命 节水 回收废弃物 减少淤泥量来防止污染的产生 减少冲刷和洗浴过程中产生的淤泥量 减少化合物的使用 循环使用冲洗水 节约用水 降低电镀板铜的含量 减少蒸发引起的化合物的损失 七 产品生态设计的应用 2020 1 16 56 2 施乐公司的DfE项目项目简介1997年 施乐公司采用DfE原则开发了一种多功能的办公自动化机器 集传真 打印 复印 扫描于一体 而且可以与网络互连 具有较大的灵活性 具有完全开放的体系结构 便于升级 支持多种辅助设施以及技术革新 项目目标实现无废生产 提高未来市场的竞争力 减少产品在整个生命周期的环境影响 开发无害技术和产品 具体的环境设计方法 技术a 公司将能源协会和欧洲生态标志标准作为开发产品的指南 通过IS014000环境管理体系认证 建立公司的环境管理系统 在全球范围内开展环境影响评价项目 b 建立原材料的环境影响数据库 便于设计者选取毒性影响最小的原材料 c 用产品再循环标志或再利用标签 向用户说明产品各个部分再利用的方法 2020 1 16 57 d 产品的拆卸过程考虑环境设计 e 产品单元部件比同类产品少了80 90 因此机器的运行噪声比美国政府规定的最底噪声标准低30 60 部件的减少也降低了能源以及原材料的消耗 所消耗的能源少于US能源协会规定标准的50 f 用户使用产品的 第六感 诊断系统 减少了上门服务的