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生命周期评价 清洁生产的主要分析工具 1LCA的基本原则和总体框架 1 1生命周期评价的基本原则1系统 充分地考虑产品系统从原材料获取直至最终处置全部过程中的环境因素2研究的时间跨度和深度主要取决于所确定的目的和范围3研究的范围 假定 数据质量描述 方法 结果应具有透明性4LCA研究应讨论并记在数据来源 并予以明确 适当的交流 LCA的基本原则 5LCA的研究意图规定了保密和保护产权的要求6方法学上要保证其开放性 以便能兼容新的科学发现和最新技术发展7对于向外公布比对论断的LCA研究要考虑一些具体要求8由于被分析系统生命周期各个阶段存在着折中的因素和具体处理的复杂性 尚无法将LCA的结果转化成单一的综合得分或数字9LCA不存在统一的模式 应保持灵活性 2生命周期评价的总体框架LCA的总体框架由4个互相关联的部分组成 其中双箭头表示基础信息流 单箭头表示每阶段的结果解释 确定目标与范围 清单分析 影响分析 成果解释 1 2 1确定研究目的与范围 确定研究目的与范围是LCA的第一步定义目的必须说明开展此项LCA的目的 原因和结果的可能应用领域 需要尽可能精确地确定目的和范围 案例干洗店的LCA 主要考虑干洗流程中氯代烯烃的排放问题 目的是减少其环境影响狭义范围终端控制 流程变化 溶剂替代广义范围可替换的服务选项 存在大量只烫不干洗客户 提供单独熨烫 可减少排放 系统考虑则还有纺织品的性质与品种等问题 确定研究目的与范围 目标和范围的确定还应保证能够满足研究目的 包括定义所研究的系统 确定系统边界 说明数据要求 提出假设和限制等 目的和范围设定要适当设定过小 缺乏系统性和完整性 导致得出结论不可靠 设定过大 增加很多工作量 延长时间 实际工作中往往需要几次反复调整修改 才能最终确定目标和范围 关于目的 LCA目的是对一明确的产品或流程对环境的影响实施评价 在不同的条件下的目的不同在设计阶段 评价目的是对几种可选择的设计方案进行比较在制造阶段 目的几位在此操作条件下对环境的最小破坏和最小影响对于系统存在多个执行者 还要有合作目的目的最好能够量化 如 使污染物排放总量减少20 这样评价的结果会更有用 更容易操作 关于范围 在LCA中 确定范围十分重要 往往局限于某个生命阶段和局部的影响 实现LCA目的更容易实现 但如果忽略一些重要因素 结果报告将是片面的确定评价范围 可以设问 为什么实施这项研究 结果有何用途 谁用 谁做 可获得的资料有哪些 需要怎样的细节水平 确定范围应考虑可用于分析的信息资源 已有大量重要数据可能造成资源事实过剩 如对于随身听的塑料选择就不必复杂分析 生命周期范围 LCA评价范围按不同特性可分为五种类型 生命周期范围产品生命周期包括五个阶段生命阶段 原材料获取 处于制造商直接控制范围之外生命阶段 产品生产阶段 又称 门对门的分析 从原材料入厂门到产品出厂门 是早期工业环境影响评价重点 注重内控 生命周期范围 生命阶段 产品的包装运输阶段 把产品的包装纳入LCA生命阶段 产品的使用或消耗阶段 关注产品在使用中的环境行为生命阶段 产品的回收处理阶段 促进改进设计和原材料的选取 使之对环境和回收的产品价值最优后三个阶段发展了制造业环境保护 从产品到服务 从摇篮到坟墓 细节标准范围 一个困惑 LCA应该包括多少细节 有多少必要去描述痕量组分对环境的影响 现代科技产品中包含数百种材料 数千种组分 应评价多少材料和组分 对实际工作关系很大5 规则 实际工作中提出 对于对环境影响较轻 且在产品中所占比重少于5 的材料或组分 在评价中可以忽略 超过5 的输入材料或组分以及有重要影响的 即使低于5 也应全部计入 典型如机动车铅酸电池 汞 放射性材料等均不到5 但必须计入 自然生态系统范围 产品与生产系统与自然环境广泛存在交互影响 物资生产与环境生产衔接 木材作燃料的系统 木材砍伐 运输和燃烧属于工业部分 木材的生长和剩余物的微生物分解属于自然部分 有些评价范围仅划定前者 有些扩大到后者 后者范围完整 但获取全面量化资料困难生物降解是LCA范围中的一个生态问题 垃圾 废物 金属废弃 边缘到哪里 准确性和综合性产生矛盾 空间和时间范围 环境影响特征之一是效应可在时间和空间上产生极大延伸 LCA的时空范围如何与之匹配 粉尘排放影响几km 酸雨影响数百km 臭氧层破坏达到50km高空 导致光化学烟雾的排放仅有一两天影响 生态破坏需要几十年 全球气候变化需要几个世纪 造成LCA的计算时间划分难于统一悖论1 造林固定CO2木浆造纸纸张焚烧或填埋产生CO2 贡献大还是损害大 悖论2 消费品使用中消耗能源 因此越耐用越会对环境不利 范围的选择 界限的选择对LCA的时间规模 费用和可控制性有巨大影响 基本的原则是界限应当与行动目的一致经验判断往往可作参考 对便携式收音机的LCA不必考虑对能源影响 评价手机则要考虑辐射影响 原因是既有科学依据 又有改进的机会 常规污染物和持久性污染物有区别 局地性污染和跨国界转移性污染有区别 1 2 2清单分析 LCA清单分析包括为实现特定的研究目的对所需要数据的收集 基本上是关于所研究系统的输入和输出数据清单清单分析的主要用途是 有助于综合地认识相互关联的产品系统 确定研究目的与范围 界定待分析的系统并建立系统模型 收集数据并就清单分析结果编制报告 通过量化分析系统的能流 原材料和向气 水体和土地的排放 环境输入 输出数据 建立该系统环境表现 行为 的基础线 清单分析概说 清单分析的用途还有 识别产品系统中输入 消耗 排放最多的单元过程 以进行有目标的改进 提供用来帮助确定生态标志准则的数据 帮助制定备选政策方案 政府采购政策 清单分析是一种定性描述系统内外物质流和能量流的方法 所有投入的原材料和能源作为输入 所有释放到环境中的物质作为输出 即可列出系统内外物质流和能量流的输入 输出清单 清单分析的单元 输入输出 能源 水 原料获取 制造 加工 方案制定 分配和运输 利用 再利用 维护 再循环 废弃物管理 污水 烟尘 烟气 固体废物 其他废弃物 可用产品 清单分析的步骤 数据收集的准备数据收集通常从建模开始 形成流程图解 描述每一个单元过程 列出与之相关的数据类型 编制计算单位数据 都是为建立分析清单作准备清单分析所需的一些数据是直接的 定量的数量型如原材料投入 水的消耗等清单中还需要质量型信息 无论产品质量 设备质量还是相关的环境要素质量 都与最终总的环境影响直接有关 经济质量 过程和产品预算 材料预算的目的之一是为了加工过程案例化学清洗过程系统的任何一个边界都存在物质平衡 进 出平衡 浸润 蒸发平衡 溶解 分离平衡 新溶剂 溶剂槽 溶剂清洗 滞留在产品上 保留在产品上 废物处理 溶剂池 蒸发 过程和产品预算 根据平衡方程可以计算每一个界面上的物质 能量通量和转化率根据过程框图 平衡关系 转化速率等可以计算出物质流 资金流 能量流 流失量 残留量排放量等直接指标也可以计算出转化率 排放率 流失率等相对指标直接和间接指标都是与资源利用和环境影响有关的影响量 2020 3 18 21 可编辑 核算中的基本计算 转化率转化率 参加反应的原料量 投入反应设备的原料量x100 产率产率 生成目的产物消耗原料量 参加反应的原料量x100 收率收率 转化率x产率 生成目的产物消耗原料量 投入反应设备的原料量x100 分配 问题的提出 同一生产系统可以生产多种产品 所产生的总的环境影响如何科学合理地分配到不同产品上 以进行各自相对独立的影响评价案例总过程甲产品排放物乙产品排放物 能量3 109 能量2 109 能量1 109 水600 水200 水400 1600 1067 533 问题的提出 同一生产系统可以生产多种产品 所产生的总的环境影响如何科学合理地分配到不同产品上 以进行各自相对独立的影响评价案例 1000 500 1000 500 30 100 10 20 67 7 10 33 3 功能单元 对于看似不同的单元进行比较时 要以完成同样功能为比较的基线 统一可比性一次性尿布与多次性尿布 评价节水 前者38片 周 后者68片 周 功能单元 每周消耗量一次性纸杯热饮杯与陶瓷杯 评价材料消耗 前者一次用2个 后者反复使用 功能单元 一次使用个数厚保温层冰箱与较薄保温层冰箱 评价节能 相同空间的使用效率 功能单元 标准体积冷藏容量 生命周期影响评价 生命周期影响评价是对LCI得到的各种排放物对现实环境影响进行定性定量的评价 是LCA最重要的阶段 任务是确定产品系统的物质 能量交换对其外部环境的影响 包括对生态系统 人体健康和其他方面的影响评价环境影响是复杂的过程 理论上可以通过评价外因作用进行 外因是清单分析中被确认有环境影响潜在趋势的因素 环境科学已经建立了环境与外因的作用与变化关系 如汽油发动机排放的铅 影响评价的阶段和方法 影响评价可以分为三个阶段 分类 特性化和评价 分类 定性工作 分影响对象 人体健康 生态环境 资源 社会福利等四类 结合不同影响因子分类 特性化 定量工作 环境影响的非线性和复合性带来许多困难评价 将分类并定量化的各种影响因子归结为一个综合指标潜在趋势法 负荷估计剂量 效应法 统计学方法 生命周期解释 生命周期解释是LCA的最终目的 是重要的成果阶段 应用阶段 通过对前三个阶段的一个或多个做出结论 并提出改进建议 从而改善产品过程的环境影响理想化生命周期解释在前三个阶段完成之后进行 展望前景 提出建议 表现为两种方式 事先性的环境设计和事后性的污染控制通过提出定性和定量的改进措施的实施 改变产品结构 更换材料和工艺 加强废弃物管理 高边消费方式等 再次进行清单分析和评价 优化措施 持续改进 优先化表 面对大量机会和建议 不可能一次解决列表对提出的改进建议措施进行优化比较比较原则基本方法 专家评分 3 3技术可行性是否存在技术上的困难环境改善从科学和社会两方面评估经济利益事实的净成本 要力争有正效益消费者的影响正面影响 吸引力与宣传生产管理对现有生产的影响 优化化图 当优化表建议措施条目多时 平列出来 难于比较和获得最重要的信息优化范围图可以迅速分辨出优先权高低的建议 生产领域判断优先权高的准则 使用可循环利用的技术材料 运用可重复使用的包装材料 使用高效率加工转化技术与工艺等优先化图是一种把建议分类分级的办法 纳入不同的优先范围域 然后直观判断优先权重程度 生命阶段优化图 把各个建议归纳到生命周期的五个不同阶段 预生产 生产 产品运输 产品使用 生命终止 有些跨多个阶段不同阶段的建议考虑角度不同 价值不同影响阶段长短不同 价值不同 LCA报告的编制 报告的主要内容基本情况所确定的目的和范围清单分析生命周期解释LCA的局限性参加人员和单位 鉴定性评审报告 对建议的答复 2生命周期清单分析 生命周期清单分析 LifeCycleInventoryLCI 是LCA中环境影响评价的基础 也可直接指导实际应用LCI是对产品 工艺或活动等被研究系统在整个生命周期阶段资源 能源的使用与向环境排放废物的定量技术过程清单分析包括数据的收集和计算程序 目的是对产品系统的有关输入和输出进行量化LCI需要收集系统边界内每一单元过程中需要纳入清单的数据 数据分定性和定量两类 2 1清单分析的内容和目的 LCI的基本内容产品系统由提供一种或多种确定功能的中间产品联系起来的单元过程的集合 其他系统 能源 运输 原材料 生产 使用 废物处理 再循环再使用 基本流 其他系统 基本流 系统边界 外部环境 清单分析的基本内容 单元过程产品系统可以进一步细分成一组单元过程 单元过程之间通过中间产品流或待处理的废物流相联系单元过程与其他系统通过产品流相联系 与环境之间通过基本流相联系每个单元过程有明确的功能和物质 能量的输入输出 遵守物质守恒和能量守恒定律物质和能量平衡可以用来验证单元过程表述的有效性 清单分析的基本内容 数据类型数据来源包括测量 计算和估算的来的几种 目的都是用来量化单元过程的输入和输出数据可归入的主题有 能量输入 原材料输入 辅助性输入 其他物理输入 产品 像空气的排放 向水体的排放 向土地的排放 其他环境因素等 在这些主题中 单个数据类型还需要进一步细化 以满足研究需要 如像空气的排放可分为一氧化碳 二氧化碳 二氧化硫 二氧化氮等污染物质 清单分析的基本内容 建立产品系统模型系统模型是表述物理系统关键要素的模型对于要建立的物理模型中的要素的选择取决于研究的目的和范围应对模型予以表述对支持模型的假定加以识别 清单分析的基本过程 数据收集的准备数据的收集数据的确认数据与单元过