生命周期评价_樊庆锌.pdf

第 32卷第 6期 2007年 6月 环境科学与管理 ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT Vol 32 N o 6 June 2007 收稿日期 2007 01 12 作者简介 樊庆锌 1962 男 哈尔滨市人 硕士 副教授 主要研究 方向 生命周期评价 环境承载力 环境影响评价等 文章编号 1673 1212 2007 06 0177 04 生 命 周 期 评 价 樊庆锌 1 敖红光1 孟超2 1 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院 黑龙江 哈尔滨 150001 2 黑龙江省环境保护科学研究院 黑龙江 哈尔滨 150056 摘 要 生命周期评价是一种评价产品 工艺过程或活动从原材料的采集和加工到生产 运输 销售 使用 回 收 养护 循环利用和最终处理整个生命周期系统有关的环境负荷的过程 生命周期评价既可以作为评价产品 生产全过程的有效手段 又可以作为一种环境管理工具 现已在国际上广泛应用 文章从生命周期评价的概念 入手 介绍了生命周期评价产生背景 技术框架 评价方法 应用及其展望 关键词 生命周期评价 环境管理 全过程 中图分类号 X820 3文献标识码 A Life Cycle Assessment Fan Q ingxin 1 AoH ongguang1 Meng Chao2 1 The School ofMunicipal and Environm entalEngineering H arbin Institute ofTechnology H arbin 150001 China 2 H eilongjiang ScientificReasearch Institute ofEnvironmentalProtection H arbin 150056 China Abstract Life cycle assess m ent is a process of evaluating environm ental load which relates to the entire life periodic syste m of aproduc t the technological process or theactivity The entire lifeperiodic syste m m entioned abovemeans from the ra w materi al gathering andmanufacture to the production transportation sale use recycle maintains circulation use and finaldisposa l Life cycle assessment can be the validm eanswhich evaluates thewhole process of theproductproduction and also can be a kind of environmentmanage ment too l which now already extensively applied a mong nations Thepaper startsw ith concept of life cycle assessmen tintroducing the creation background technique frame evaluatingm ethod application and outlook of life cycle as sessmen t Key words life cycle assessmen t environm entalmanagemen t entire process 1 生命周期评价的概念 生命周期评价 Life Cycle Assessmen t LCA 是 一种评价产品 工艺过程或活动从原材料的采集和 加工到生产 运输 销售 使用 回收 养护 循环利用 和最终处理整个生命周期系统有关的环境负荷的过 程 1 ISO14040对 LCA的定义是 汇总和评价一个 产品 过程 或服务 体系在其整个生命周期的所有 及产出对环境造成的和潜在的影响方法 2 LCA 突出强调产品的 生命周期 有时也称为 生命周 期分析 生命周期方法 摇篮到坟墓 生态 衡算 等 产品的生命周期有 4个阶段 生产 包括 原料的利用 销售 运输 使用和后处理 在每个阶 段产品以不同的方式和程度影响着环境 生命周期评价又是产业生态学的主要理论基础 和分析方法 尽管生命周期评价主要应用于产品及 产品系统评价 但在工业代谢分析和生态工业园建 设等产业生态学领域也得到广泛应用 生命周期评 价已被认为是 21世纪最有潜力的可持续发展支持 工具 在此基础上发展起来的一系列新的理念和方 法 如生命周期设计 LCD 生命周期工程 LCE 生命周期核算 LCC 及为环境而设计 DfE 等正在 各个领域进行研究和应用 2 生命周期评价的产生背景 生命周期评价 LCA 的思想萌芽最早出现于 20世纪 60年代末到 70年代初 经过 30多年的发 展 目前已纳入 ISO14000环境管理系列标准而成为 国际上环境管理和产品设计的一个重要支持工具 从其发展的历程来看 大致可以分为三个阶段 即萌 芽阶段 探索阶段和迅速发展阶段 177 第 32卷第 6期 2007年 6月 樊庆锌等 生 命 周 期 评 价 Vol 32 N o 6 June 2007 2 1 萌芽阶段 20世纪 60年代末到 70年代初 生命周期评价最早出现在 60年代末 70年代初 的美国 生命周期评价研究开始的标志是 1969年 由美国中西部资源研究所 MRI 所展开的针对可口 可乐公司的饮料包装瓶进行评价的研究 该研究试 图从最初的原材料采掘到最终的废弃物处理 进行 全过程的跟踪与定量分析 从摇篮到坟墓 这项 研究使可口可乐公司抛弃了它过去长期使用的玻璃 瓶 转而采用塑料瓶包装 当时把这一分析方法称 为资源与环境状况分析 REPA 自此 欧美一些 国家的研究机构和私人咨询公司相继展开了类似的 研究 这一时期的生命周期评价研究工作主要由工 业企业发起 秘密进行 研究结果作为企业内部产品 开发与管理的决策支持工具 并且大多数研究的对 象是产品包装品 从 1970年到 1974年 整个 REPA 的研究焦点是包装品和废弃物问题 由于很多与产 品有关的污染物排放与能源利用有关 这些研究工 作普遍采用能源分析方法 2 2 探索阶段 20世纪 70年代中期到 80年代末 20世纪 70年代中期 政府开始积极支持并参 与生命周期评价的研究 由于全球能源危机的出 现 REPA有关能源分析的工作倍受关注 一方面 人们认识到化石燃料将会用尽 必须进行有效的资 源保护 另一方面认识到能源生产也是污染物的主 要排放源 因此很多研究工作又从污染物排放转向 于能源分析与规划 采用的方法更多为能源分析法 进入 20世纪 80年代 案例发展缓慢 方法论研究兴 起 后来一系列的 REPA工作未能取得很好的研究 结果 对此感兴趣的研究人员和研究项目逐渐减少 公众的兴趣也逐渐淡漠了 直到全球性的固体废弃 物问题又一次成为公众瞩目的焦点 REPA又重新 开始着重于计算固体废弃物产生量和原材料消耗量 的研究 2 3 迅速发展阶段 20世纪 80年代末以后 80年代末开始 是 LCA研究快速增长时期 随 着区域性与全球性环境问题的日益严重以及全球环 境保护意识的加强 可持续发展思想的普及以及可 持续行动计划的兴起 大量的 REPA研究重新开始 公众和社会也开始日益关注这种研究结果 REPA 研究涉及到研究机构 管理部门 工业企业 产品消 费者等 但其使用 REPA的目的和侧重点各不相同 而且所分析的产品和系统也变得越来越复杂 急需 对 REPA的方法进行研究和统一 1989年 荷 兰 国 家 居 住 规 划 与 环 境 部 VROM 针对传统的 末端控制 环境政策 首次 提出了制定面向产品的环境政策 即所谓的产品生 命周期 该研究还提出 要对产品整个生命周期内 的所有环境影响进行评价 同时也提出了要对生命 周期评价的基本方法和数据进行标准化 1990年 由 国际环境毒理学与化学学会 SETAC 首次主 持召开了有关生命周期评价的国际研讨会 在该会 议上首次提出了 生命周期评价 LCA 的概念 在以后的几年里 SETAC又主持和召开了多次学术 研讨会 对生命周期评价从理论与方法上进行了广 泛研究 1993年国际标准化组织 ISO 开始起草 ISO14000国际标准 正式将生命周期评价纳入该体 系 目前 已颁布了有关生命周期评价的多项标准 中国针对该标准采用等同转化的原则 现已颁布了 两项国家标准 GB T24040 环境管理 生命周期评 价的原则与框架 GB T24040 环境管理 目的与 范围的确定和清单分析 目前生命周期评价还不 十分成熟 仍然有很多问题值得研究 如还没有比 较完善的生命周期影响评价方法 3 生命周期评价方法 3 1 生命周期评价技术框架 SETAC提出的 LCA方法论框架 将生命周期评 价的基本结构归纳为四个有机联系部分 定义目标 与确定范围 清单分析 Inventory analysis 影响评 价 I mpact assessment 和改善评价 I mprove m ent as sessment 其相互关系如图 1所示 图 1 SETAC生命周期评价技术框架 ISO14040将生命周期评价分为互相联系的 不 断重复进行的四个步骤 目的与范围确定 清单分 析 影响评价和结果解释 ISO组织对 SETAC框架 的一个重要改进就是去掉了改善分析阶段 同时 增加了生命周期解释环节 对前三个互相联系的步 骤进行解释 而这种解释是双向的 需要不断调整 另外 ISO14040框架更加细化了 LCA 的步骤 更利 于开展生命周期评价的研究与应用 如图 2所示 3 2 目的与范围确定 生命周期评价的第一步是确定研究目的与界定 178 第 32卷第 6期 2007年 6月 樊庆锌等 生 命 周 期 评 价 Vol 32 N o 6 June 2007 图 2 ISO14040生命周期评价框架 研究范围 研究目的应包括一个明确的关于 LCA 的原因说明及未来后果的应用 目的应清楚表明 根据研究结果将做出什么决定 需要哪些信息 研究 的详细程度即动机 研究范围定义了所研究的产品 系统 边界 数据要求 假设及限制条件等 为了保 证研究的广度和深度满足预定目标 范围应该被详 细定义 由于 LCA是一个反复的过程 在数据和信 息的收集过程中 可能修正预先界定的范围来满足 研究的目标 在某些情况下 也可能修正研究目标 本身 目的和范围的确定具体说来应先确定产品系统 和系统边界 包括了解产品的生产工艺 确定所要研 究的系统边界 针对生产工艺各个部分收集所要研 究的数据 其中收集的数据要有代表性 准确性 完 整性 在确定研究范围时 要同时确定产品的功能 单位 在清单分析中将收集的所有数据都要换算成 功能单位 以便对产品系统的输入和输出进行标 准化 3 3 清单分析 清单分析是 LCA 基本数据的一种表达 是进 行生命周期影响评价的基础 清单分析是对产品 工艺或活动在其整个生命周期阶段的资源 能源消 耗和向环境的排放 包括废气 废水 固体废物及其 它环境释放物 进行数据量化分析 清单分析的核 心是建立以产品功能单位表达的产品系统的输入 和输出 即建立清单 通常系统输入的是原材料 和能源 输出的是产品和向空气 水体以及土壤等 排放的废弃物 如废气 废水 废渣 噪声等 清 单分析的步骤包括数据收集的准备 数据收集 计 算程序 清单分析中的分配方法以及清单分析结果 等 清单分析可以对所研究产品系统的每一过程单 元的输入和输出进行详细清查 为诊断工艺流程物 流 能流和废物流提供详细的数据支持 同时 清单 分析也是影响评价阶段的基础 在获得初始的数据 之后就需要进行敏感性分析 从而确定系统边界是 否合适 清单分析的方法论已在世界范围内进行了 大量的研究和讨论 美国 EPA制定了详细的有关 操作指南 因此相对于其他组成来说 清单分析是目 前 LCA组成部分中发展最完善的一部分 3 4 生命周期影响评价 影响评价阶段实质上是对清单分析阶段的数据 进行定性或定量排序的一个过程 影响评价目前还 处于概念化阶段 还没有一个达成共识的方法 ISO SETAC和英国 EPA Environmental ProtectionA gency 都倾向于把影响评价定为一个 三步走 的模 型 即影响分类 Classify 特征化 Characterization 和量化 Valuation 分类是将从清单分析中得来的 数据归到不同的环境影响类型 影响类型通常包括 资源耗竭 生态影响和人类健康三大类 特征化即 按照影响类型建立清单数据模型 特征化是分析与 定量中的一步 量化即加权 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 响水平的过程 根据 SETAC和 ISO关于 LCA的影响评价阶段 的概念框架 中国科学院生态环境研究中心建立了 一个影响评价模型框架 该框架的基本思想是 通 过评估每一具体环境交换对已确定的环境影响类型 的贡献强度来解释清单数据 模型包括以下步骤 计算环境交换的潜在影响值 数据标准化 环境影响 加权 计算环境影响负荷和资源耗竭系数 3 3 5 生命周期解释 生命周期解释的目的是根据 LCA前几个阶段 的研究或清单分析的发现 以透明的方式来分析结 果 形成结论 解释局限性 提出建议并报告生命周 期解释的结果 尽可能提供对生命周期评价研究结 果的易于理解的 完整 的和一致的说明 根 据 ISO14043的要求 生命周期解释主要包括三个要 素 即识别 评估和报告 识别主要是基于清单分析 和影响评价阶段的结果识别重大问题 评估是对整 个生命周期评价过程中的完整性 敏感性和一致性 进行检查 报告主要是得出结论 提出建议 目前清 单分析的理论和方法相对比较成熟 影响评价的理 论和方法正处于研究探索阶段 而改善评价的理论 和方法目前研究较少 4 LCA的应用与展望 4 1 LCA的应用 迄今 LCA作为一种评价产品 工艺或整个生 命周期环境后果的分析工具 在很多领域中已有广 179 第 32卷第 6期 2007年 6月 樊庆锌等 生 命 周 期 评 价 Vol 32 N o 6 June 2007 泛应用 4 1 1 在企业中的应用 生命周期评价起源于企业内部 最先在企业部 门得到广泛应用 中国企业对生命周期评价的应用 主要在以下几个方面 产品系统的生态辨识和诊断 产品环境影响评价与比较 绿色产品设计与新产品 开发 再循环工艺设计等 4 1 2 在清洁生产中的应用 企业清洁生产工作程序包括准备 审计 制定方 案和实施方案四个基本阶段 其中审计阶段是清洁 生产的核心阶段 清洁生产要求在产品或工艺的整 个寿命周期的所有阶段都必须考虑污染防治 因此 需要一种能对整个生命周期做出评价的方法 采用 LCA思想对企业生产全过程进行清洁生产分析和 评价 并完善清洁生产指标体系 可为企业清洁生产 审计提供可靠的技术指标 生命周期评价是清洁生 产诊断 评价的有效工具 根据中国清洁生产的发 展现状和趋势 可以预计 LCA将会在以下几个方面 发挥大的作用 产品和工艺的清洁生产技术规范制 定 清洁产品设计和再设计 废物回收和再循环管 理 生态工业园的园区分析和入园项目的筛选等 4 4 1 3 在环境管理中的应用 政府和环境管理部门可借助于 LCA 进行环境 立法和制定环境标准与产品环境标志 LCA 还可 用于评价污染预防措施 将 LCA用于污染预防措施 能在决策过程中提供整个系统环境影响信息 有利 于选择理想的污染预防方法 LCA 还可应用于优 化政府的能源 运输和废弃物管理 以及建立国际化 的环境管理体系 以便更好的管理资源 4 1 4 在其它方面的应用 可以根据 LCA所提供的资料建立有关产品或 工艺的基本资料 也可以通过 LCA的研究结果教育 广大消费者参与环境保护 同时鼓励企业界广泛的 参与环境保护 LCA还为环境标志产品的颁布提 供定量化的评估工具 4 2 LCA的展望 由生命周期评价的组成部分分析得知 LCA有 如下特点 它是一种全过程评价 系统性强 涉及面 广 工作量大 偏重环境影响评价 但是 LCA 无论 是理论上 还是实践方法上都有其局限性 如在整 个 LCA中 存在着大量的主观判断 常常缺乏足够 的科学 技术数据支持 缺乏标准化的生命周期清单 分析方法 标准化的数据库 标准的模型方法 LCA 与现有的管理工具在方法上存在着巨大差异 因而 常常无法进行比较 LCA 结果 尤其是影响评价阶 段 L ife Cycle I mpactAssessme