《工业生态学》第七章 生命周期评价01

1、2022/10/41第七章 生命周期评价 生命周期评价的概述 生命周期评价的发展历程 生命周期评价的技术框架生命周期评价的意义和局限性2022/10/42导读：生命周期评价（life cycle assessment，LCA）是工业生态学重要的内容和方法之一，被认为是21世纪最有潜力的可持续发展支持工具，并在中国探索循环经济的过程中发挥着越来越重要的作用。作为一种环境管理工具，它将对产品或服务的整个生命周期（包括原材料获取、产品制造、产品使用及废物的最终处置）的环境影响及环境改善机会进行评价。目前，LCA的概念框架、技术步骤和系统软件已经基本成熟，而且广泛应用于产品设计和改进、政府决策、环境标

2、志、绿色消费、废物管理等各个方面。2022/10/43生命周期评价发展历程1969年，MRI（美国中西部资源研究所）对可口可乐公司的饮料瓶研究；1974年，美国环境保护署颁布早期的LCA方法框架；1989年，荷兰提出面向产品的环境政策；1990-1992年，荷兰开展了“废物再利用研究”，公布了产品生命周期评价研究报告；1993年，SETAC公布了生命周期评价纲要：实用指南；1997年，国际标准化组织颁布生命周期评价的ISO14040系列标准；1998年，国际标准化组织颁布生命周期评价的ISO14041系列标准；1999年，国家标准化组织颁布生命周期评价的ISO14042、ISO14043系列标

3、准。2022/10/44生命周期评价的含义 生命周期评价是从产品或服务的生命周期全过程来评价其潜在环境影响的方法。实际上是对这些资源消耗和污染排放的系统分析过程。2022/10/45 国际环境毒理学和化学学会（SETAC）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、回用、维护、循环利用和最终处理，以及涉及到所有运输过程。 它关注的环境影响包括生态系统健康、人类健康、资源消耗三个领域。2022/10/46

4、 生命周期评价是目前国际上公认的、用来评估产品或服务潜在环境影响的有效方法，主要内容包括：由于原材料开采造成的大气、水和固体废弃物污染；开采过程中的能量消耗；产品生产过程中造成的污染；产品分配和使用可能带来的环境影响；产品最终处置产生的影响。2022/10/47 LCA另一种最具权威性的定义是国际标准化组织（ISO，1997）在ISO4040标准中给出的：LCA是一种评价与产品（包括产品、服务或活动等）相关的环境负荷和潜在影响的技术。它通过以下三步完成：编制与研究系统相关的输入和输出数据清单。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。 LCA研究的是

5、某种产品从原材料采集到生产、使用和最终处理整个过程的潜在环境影响，需要考虑的环境影响一般包括资源使用、人类健康和生态后果。2022/10/48生命周期评价的特点（1）生命周期评价以产品为核心，面向的是产品系统。 (2) 生命周期评价是对产品系统的全过程评价。所谓全过程是指从“摇篮到坟墓”,即从原材料采掘、原材料生产、产品制造、产品使用直到产品废弃后的处置。从产品角度看，当前环境管理的焦点通常局限于 “原材料生产” 、”产品制造”和 “废物处理”三个环节，而忽视了 “原材料采掘”和 “产品使用” 阶段。对产品系统的全过程评价是实现可持续发展的必然要求。（3）生命周期评价是一种充分重视环境影响的评

6、价方法。2022/10/49（5）生命周期评价是一个开放性的评价系统：生命周期评价体现的是可持续发展环境管理思想。（4）生命周期评价是一种系统的、定量化的评价过程：生命周期评价以系统的思维方式去研究产品或服务在整个生命周期每个环节中的资源消耗、废物产生情况，并定量评价这些能源和物质的消耗以及所排放废物对环境的影响，从而辨识和评价能够避免或减缓环境影响的机会。2022/10/410项目风险评价项目环境影响评价LCA目标预告目标生物的危险性具体工程或项目环境影响产品或服务的生命周期全过程环境影响分析方法论查汇分析综合评估溯源分析内容结构接触评价，危险识别，风险管理范围界定，影响识别，影响度量，影响

7、预测，减轻措施目标定义，清查分析，影响评价，改善评价评价对象潜在有害物具体的工程或项目产品及产品系统局限性仅限于小地域的人类健康；忽略持续性风险；极少分析自然环境局限于具体地域的具体项目，方法论不统一无法分析偶然性排放；对数据高度综合的结果；忽略了对局地的影响不同评价方法比较（1）对产品生命周期评价的研究，有利于提高环保的质量和效率，提高人类生活品质。（2）通过对产品生命评价的研究，可以加强与现有其他环境管理手段的配合，以便更好地服务于环保事业。（3）借助于生命周期评价可以不交不同地区同一环境行为的影响，为政府和环境管理部门进行环境立法、制定环境标准和产品生态标志提供理论支持。（4）生命周期评

8、价克服了传统环境评价片面性、局部化的弊病，有助于企业在产品开发、技术改造中选择更加有利于环境的最佳“绿色工艺”，使企业有步骤、有计划地实施清洁生产。（5）生命周期评价可以为授予“绿色”标签（产品的环境标志）提供量化依据，并对市场行销进行引导，指导“绿色营销”和“绿色消费”。（6）应用生命周期评价有助于企业实施生态效益计划，促进企业的可持续增长，帮助企业实现生产、环保和经济效益的局面。2022/10/411生命周期评价的意义2022/10/412生命周期评价的应用企业名称计划实施地主要研究内容惠普公司美国有关打印机和微机的能源效率和废弃物研究美国电报电话公司美国生命周期评价方法论研究，商业电话生

9、命周期评价示范研究国际商业机器公司美国磁盘驱动器生命周期评价示范研究，微机报废及能源效率数字设备公司美国生命周期评价方法论研究，电子数字设备部件的生命周期评价施乐公司美国产品部件报废研究德国西门子公司德国各种产品生命周期结束后有关问题研究奔驰汽车公司德国生命周期评价方法论研究，空气清洁器生命周期评价示范研究Loewe-opta 公司德国彩色电视机生命周期评价飞利浦有限公司荷兰广泛开展了各种产品的生命周期评价菲亚特集团意大利汽车发动机生命周期评价示范研究ABB公司瑞典大规模的环境管理系统研究爱立信公司瑞典无线电系统生命周期评价示范研究生命周期评价在工业企业中的应用2022/10/413生命周期评

10、价在公共管理部门中的应用实施地实施计划加拿大国家包装条约（草案）中包装减量目标和日期要求“环境选择”生态标志丹麦禁止在国内生产不可再生的瓶子和铝罐对废物填埋和焚烧收费以促进其循环利用，支持清洁技术“清洁技术”行动计划美国1991年通过的包装废物法要求制造商负责收集并循环利用包装，并且对各类包装所需达到的循环利用水平有时间限制政府为汽车、电子产品和其他耐用消费品起草了制造商回收与循环利用法对塑料饮料盒（奶制品除外）实行“押金-返还”制度“蓝色天使”生态标志日本1991年通过的循环利用法，设立的目的是到21世纪90年代中期绝大多数物质循环率要达到60%“生态标签”荷兰“国家环境政策规划”为清洁技术

11、的实施（包括产品再设计）设定了国家目标和时间表挪威对不可回收的饮料盒征税，对旧汽车车身实施“押金-返还”制度瑞典原则上禁止镉的使用，玻璃和铝制饮料瓶自愿的“押金-返还”制度2022/10/414定义目标和确定范围影响评价生态健康人体健康资源破坏改进评价清单分析物质和能源获取制造使用废弃物管理国际环境毒理学和化学学会的LCA技术框架生命周期评价的技术框架2022/10/415生命周期评价框架目标和范围定义清 单分 析影 响评 价解释指导运用：产品开发与改进战略规划公共政策制定开拓市场其他其他方面：技术的经济的市场的社会的等生命周期评价的阶段（ISO，1997） 各阶段的双箭头表示这是一个反复的过

12、程，当进行影响评价时，可能发现需要改进清单分析，同样，当结果的解释不能满足实际需要时，可能修正原定的目标和范围。2022/10/416生命周期评价的技术框架经济系统环境产品和服务材料能源释放废物环境系统分析（Azapagic，1999）2022/10/417原材料获取产品生产产品包装运输产品使用废物回收和处置能量原材料产品废水排放大气排放固废排放其他环境释放产品生命周期2022/10/418原料获取和加工金属塑料纤维包装零部件生产零部件组装和产品包装使用和维护拆除回收和处置使用和废物管理材料运输零部件运输产品运输椅子的生命周期（Gamage等，2008）2022/10/419生命周期评价技术框

13、架目标和范围定义清单分析影响评价结果解释应用范围：产品开发与改进战略规划公共政策制定开拓市场其他生命周期评价的技术框架2022/10/420研究目标和范围界定研究目标：就是要确定开展此项研究的原因、预期的应用以及结果的表现形式。生命周期评价的目的有以下几点：（1）与竞争对手比较，看谁家的产品更具有环境优势。如果自己的产品有环境优势，就可利用这个研究结果进行市场宣传，使自己的产品更具竞争力。（2）通过分析研究，看看自己的产品长处在哪里，短处在哪里。这样就可找到改进产品的机会，也可为未来新产品的设计提供理论基础。（3）政府部门可能对某类产品进行研究，找到该类产品对环境影响最大或较大的一些阶段，然后

14、在制定该类产品的生态标志标准或有关的环境政策或法规时，把重点放在这些影响较严重的阶段。2022/10/421在公共机关和私人企业等部门的应用目的包括: 教育和交流 产品设计（面向环境的设计） 产品的研发和改进 污染预防 战略规划 评价和改善环境项目 制定政策和法规 指导私人和团体消费 环境标志 制定市场策略 环境管理体系的建立/环境行为评估。2022/10/422研究范围的界定原材料采掘生产/制造运输和销售使用/消费再用/回用利用废物管理输入输出“三废”排放其他环境排放产品、副产品系统边界能源输入原材料输入2022/10/423（1）地理上的边界：即研究涉及到的地理区域，如某一地区、国家或全球

15、等。（2）生命周期边界：产品的生命周期包括原材料的获取、产品生产阶段、产品的包装、产品的使用或消耗以及产品回收处理这几个阶段。包括哪些生命周期阶段在内，是一些主要阶段，还是全部阶段。（3）技术圈边界：即研究中所涉及到的工艺技术水平如何？如是最佳可得技术还是最佳可避免技术？还是先有的平均技术水平等？（4）细节标准范围：对生命周期评价详细程度的确定，可以采用“5%规则”：如果原材料或零部件的质量低于产品总质量的5%,那么生命周期评价就可忽略这种原材料或零部件；但是如果原材料或零部件可能产生严重的环境影响，则不能忽略。（5）自然生态系统边界：即涉及到的环境介质范围，如大气、水体、土壤、地下水等。实践

16、中，对复杂的产品系统，可以从以下几个方面确定某个部件是否包括在系统内：a.产品或部件质量 b.能源需求估计 c.部件或制造过程的毒性大小d. 价格，高的价格虽然并不表示就有高的环境影响，但反映高的原材料成本，因而反映资源的稀缺性，也会反映大量的工艺过程。2022/10/424部件质量能源毒性价格是否包含于系统边界内A是B是C是D否E是F否G否H是I是大的贡献量小的贡献量可忽略的贡献量部件的确定2022/10/425生命周期清单分析含义：是一种定性描述系统内外物质流和能量流的方法，它通过对产品生命周期每一过程负荷的种类和大小进行登记列表，从而对产品或服务的整个周期系统内资源、能源的投入和废物的排

17、放进行定量分析。清单分析包括生命周期所有阶段每一个单元过程物质与能量消耗、废弃物排放等数据的收集和处理。可以清楚地确定系统内外的输入和输出关系。2022/10/426原料获取制造、加工及方案制定分配和运输利用、再利用、维护废物管理再循环能源原材料输入输出污水飘尘释放固体废物其他环境释放物可用产品生命周期清单分析的内容2022/10/427目的和范围的确定数据收集的准备清单分析的简化过程数据收集数据的确认数据与单元过程的关联数据与功能单元的关联数据的合并系统边界的修改数据收集表收集到的数据已确认的数据各单元过程已确认的数据各功能单位已确认的数据经过计算处理的清单分配与循环修改后的数据收集表要求增

18、加数据或单元过程2022/10/428清单分析的具体过程（1）制作生命周期过程图（2）数据收集和确认（3）进一步完善系统边界（4）数据处理与汇总（5）研究报告2022/10/429生命周期过程图：可基本阐明该产品整个生命周期中可能出现的污染物种类和资源消耗种类，同时根据行业特点及研究目标对需要考察的污染因子进行取舍。过程图只是对现实的一种模拟，可根据自己的需要来制作。具体制作步骤如下： 准备：首先要弄清产品生成和制造条件以及与使用/消费和报废阶段有关的信息。浏览产品成分和加工步骤：有何组成？怎样制造？具何种功效？ 从主要产品的制造工艺开始：首先考虑自己所属产品的工艺，幷把它置于流程图的中心，然

19、后辨识与之相关的加工步骤和主要物质流。 加上前面和后面的工艺过程：用产品制造之前和之后的工艺过程来扩展流程图，以跟踪到产品整个生命周期。之前要加上原料采掘和加工、零部件生产等过程，之后要加上产品使用和报废处理等过程。流程图还要表示出有副产品和有循环利用的地方。2022/10/430 工艺组合部分：为便于收集数据，可将不同的工艺进行组合。例如，可将一个公司所有的生产过程放到同一框图中。可以看到，工艺流程图的复杂程度主要取决于能收集到数据的方式。应重点关注那些环境影响最大的工艺过程。 暂时保留不熟悉的工艺过程：对不熟悉或信息缺乏的工艺过程，可作好标记，暂时保留下来，留待以后研究。要尽量得到一个比较

20、大的流程图，在以后的研究中逐渐减少。2022/10/431数据收集和确认 选择和设计一套数据收集表：包括一般信息表、系统输入数据表、系统输出数据表、运输数据表、产品使用阶段数据、产品报废后数据收集。 数据确认：就是确定所收集数据的有效性，包括建立物质和能量平衡或进行排放因子的比较分析。要对收集到的数据进行核实，看是否完整，是否与来自其他渠道的数据相符。系统的数据检验可发现哪些地方的数据质量需要进一步改进。简单的数据核查方式就是对每个工艺过程作简单的物料和能量衡算，过程的总输入等于总输出。即输入= 产出 + 逃逸 + 废弃物 2022/10/432（3）进一步完善系统边界 对汇总的初步结果进行敏

21、感性分析，可确定各数据的重要性。这样就可能修正最初定义的系统边界，如可能排除一些不重要的生命周期阶段或亚系统，也可能排除一些对研究结果不重要的物质流或能量流，也可能重新包含进一些新的有重要意义的单元过程。 计算每一个单元过程的数据：对于每一个单元过程，选择一个合适的参照量（如生产某种原材料可用1kg作为参照量），然后计算该单元过程每生产单位参照量的物质或能量需的输入或输出。如每生产1 kg的某种原材料需要多少资源、能源以及多少排放。（4）数据处理与汇总 数据正规化幷汇总：必须按照预先定义的功能单位对各单元过程的数据进行换算，最后得到的数据都是以同一功能单位为参照，此时便可按数据类型将单元过程的

22、数据加起来。这样就得到每一功能单位生命周期总的资源、能源和环境排放数据清单。（5）LCI研究报告2022/10/433生命周期影响评价 LCA影响评价是将清单信息转化成可理解的、综合的环境效应，提供一个总体的评价结果。因为来自清单分析的信息一般是分散的、很难给予解释。国家标准化组织将生命周期影响评价定义为：运用清单分析结果来评价其潜在的环境影响大小。它包括这样一些步骤：将清单分析数据归到不同的影响类型（分类）、影响类型中清单数据的模拟（特征化）；只有在有意义和非常具体的情况下，将研究结果进行汇总（定权重）。2022/10/434必备要素选择：影响类型、类型参数和特征化模型将LCI结果归类（分类

23、）类型参数结果计算（特征化）类型参数结果（LCIA概要）可选要素根据基准计算类型参数结果的相对值（归一化）分组加权数据质量分析生命周期评价阶段要素2022/10/435将LCIA阶段划分为不同的要素的主要原因有： 每项要素都有不同特点幷能明确定义； 便于在“研究的目的与范围确定”阶段对每种要素分别加以考虑； 便于对LCIA每项要素、所做假定和其他决定分别进行质量评价； 能使每项要素中的LCIA程序、假定和其他操作具有透明度，以便进行鉴定性评审和编写报告； 能使每项要素中对价值的选用及其主观性具有透明度，以便进行鉴定性评审和编写报告。2022/10/436LCIA具有如下关键特性： LCIA阶段

24、和其他LCA阶段一起，从系统的观点考察一个或多个产品系统的环境和资源问题。 LCIA将LCI结果分类，幷划分到相应的影响类型。对于每种影响类型选择一个类型参数，幷计算出类型参数结果。参数结果的集合提供与产品系统的输入输出相关的环境问题信息。 LCIA和其他技术，诸如环境表现评价、环境影响评价和风险评价等不同，它是一种基于功能单位的相对方法。LCIA可以使用来自上述其他技术的信息。2022/10/437生命周期清单分析拓展影响网络依据影响类型对清单项目进行分类确定评价端点选择度量端点应用转换模型来制定影响描述符应用量化方法来构成风险值及风险生命周期改进评价分类特征化量化生命周期影响评价生命周期影

25、响评价的概念框架2022/10/438（1）分类：分类是将LCI中的输入输出数据归到不同环境影响类型的过程。资源和物理空间的耗竭人体健康影响生态系统健康影响温室效应酸化富营养化生态毒性化石能源枯竭化石金属资源枯竭可用空间物理的枯竭臭氧层耗竭光化学烟雾急性和慢性人体中毒2022/10/439生命周期评价影响类型联合国环境规划署美国环境毒理学与化学学会中国科学院生态环境研究中心臭氧耗竭全球变暖人体健康危害意外事故光化学烟雾噪声酸化富营养化生态毒害土地使用栖息地的保护生物多样性入侵臭氧耗竭全球变暖人体健康危害光化学烟雾酸化富营养化生态毒害土地使用非生物资源消耗生物资源消耗臭氧耗竭全球变暖不可更新资源

26、光化学烟雾酸化富营养化可更新资源工业固废危险废弃物烟尘及灰尘2022/10/440（2）特征化：将不同的环境压力-环境影响关系综合到一个通用的框架之下，按照影响类型建立清单数据模型。例如：量化全球变暖这一影响类型的参数是红外线辐射强度；应用臭氧消耗潜值（ODP）指数可以定量比较不同物质分子对臭氧层造成的影响。 负荷评估：表现形式为影响的有无、相对大小等。 当量评估：清单分析的数据根据某一当量因子作为转换基础进行加总。 毒性、持续性和生物累积性评估：清单分析的数据考虑特有的化学属性，如急毒性、慢毒性和生物累积性等。 一般暴露/效应评估：排放物的加和总是针对某些特殊物质所导致的暴露和效应作一般性分

27、析，有时会考虑背景浓度。 特定地址暴露/效应评估：排放物的加和总是针对某些特殊物质的排放所导致的暴露和效应作特定位置的分析，幷考虑了特定位置的背景浓度。SETAC将特征化的表现分为5个层次：(3) 量化：量化是确定不同环境影响相对贡献大小，以期得到总的环境影响水平。2022/10/441生命周期解释目的：根据生命周期清单分析和影响评价的结论，以透明的方式分析结果、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，同时提出一系列改进建议。三要素：识别、评估、报告（1）识别：对于问题的识别，旨在根据所确定的目的范围以及与评价要素的相互作用，对LCI或LCIA阶段得出的结果进行组织，以便确定重

28、大问题。（2）评估：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。（3）报告：形成结论，提出建议，这些建议通常是面向应用的。应具有完整性、公正性和透明性。2022/10/442清单结果影响潜值标准化加权影响指数CFCs二氧化碳二氧化硫一氧化碳扬尘挥发性有机物氮氧化物磷固体废物全球变暖臭氧层消耗不可更新资源酸化富营养化光化学臭氧可更新资源工业固体废物危险废物烟尘及灰尘人均资源拥有量人均环境影响贡献资源稀缺性政府削减目标资源消耗系数环境影响负荷生命周期影响评价的四个步骤示意图2022/10/443环境干扰因子环境影响环境效益后果CO2CH4HCFC-22HClVOCSO2NOx全球变暖

29、臭氧层破坏光化学臭氧酸化富营养化全球增温，区域气候变化，极端气候条件紫外线辐射增加，皮肤癌，免疫系统损害呼吸道疾病，植物破坏，材料破坏森林破坏，湖泊酸化材料破坏藻类茂盛水体缺氧人体死亡生态系统破坏物种消失生境消失农作物减产寿命缩短生活质量下降鱼类损失环境影响因果网2022/10/444中国环境影响潜值标准人均量基准环境影响潜力基准单位东部地区中部地区西部地区全国全球变暖kg CO2ep/人.a8700870087008700臭氧层耗竭kg CFC-11ep/人.a0.200.200.200.20酸化kg SO2ep/人.a35334136富营养化kg NO3-ep/人.a59626963光化学

30、臭氧合成kg C2H4ep/人.a0.750.630.480.65固体废弃物kg 固体废弃物/人.a291247186251危险废弃物kg 危险废弃物/人.a22171518烟尘和粉尘kg 烟尘灰土/人.a182116182022/10/445中国环境影响潜值标准空间均量基准环境影响潜力基准单位东部地区中部地区西部地区全国全球变暖kg CO2ep/km2.a337898337898337898337898臭氧层耗竭kg CFC-11ep/km2.a8888酸化kg SO2ep/km2.a12685473519804252富营养化kg NO3-ep/km2.a21631878733387443光化学臭氧合成kg C2H4ep/km2.a280902378固体废弃物kg 固体废弃物/km2.a142