第五章产品清洁生产

第五章产品的清洁生产

一、产品及其环境影响

二、生命周期评价三、生态设计现在是1页\一共有80页\编辑于星期五

一、什么是产品的生命周期LifeCycle?

定义：从产品原料开采开始，经过原料加工、产品制造、运输和销售、然后消费者使用、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。一个“fromcradletograve从摇篮到坟墓的过程。产品的生命周期阶段现在是2页\一共有80页\编辑于星期五现在是3页\一共有80页\编辑于星期五清洁产品CleanProduct：或者称为绿色产品GreenProduct环境友好产品EnvironmentalFriendlyProduct环境意识产品EnvironmentalConsciousProduct等定义：将减小产品的环境影响的认识结合到产品设计、开发、制造过程中，从生命周期全过程上来改进产品的环境性能而对这类产品的统称。现在是4页\一共有80页\编辑于星期五清洁产品的四个特点优良的环境性能：产品的生命周期的各个环节都对环境无害或危害最小。最大限度地利用资源：在满足产品基本功能的条件下，产品结构尽量简单，消耗原材料尽量少。最大限度地节约能源：产品在生命周期的各个环节所消耗的能源应最小。在其使用寿命结束后，其组成、零部件能回收、翻新、重复使用，或者易于安全处理。现在是5页\一共有80页\编辑于星期五

二、生命周期评价1、生命周期评价的定义和发展简介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）现在是6页\一共有80页\编辑于星期五b.发展简介：1960s、1970s起源时期起源于60年代末70年代初美国开展的一系列针对包装品的分析和评价，当时称为：资源与环境状况分析（resourceandenvironmentprofileanalysis,REPA）。标志：美国中西部资源研究所开展的Coco-Cola饮料包装瓶评价。1990s国际环境毒理学与化学学会（SETAC）首次给出LCA的概念现在是7页\一共有80页\编辑于星期五1993年出版《LCA纲要：实用指南》，这是LCA研究的里程碑，从此，LCA进入飞跃发展时期。LCA的国际推广ISO在1997年发布ISO14040《生命周期评价原则与框架》（Environmentalmanagement—Lifecycleassessment-Principlesandframework）。ISO14000系列中，为生命周期评价预留了10个标准号：14040——14049。等同于我国的GB/T24040s标准。现在是8页\一共有80页\编辑于星期五企业：环境管理体系EMS、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和国际环境管理机构2、LCA的应用现在是9页\一共有80页\编辑于星期五国际上采用了LCA方法进行环境管理的公司e.g.3MCompany（MinnesotaMiningandManufacturingCompany）AlcanRioFujitsuGeneralMotorsNissanToyotaVolvo现在是10页\一共有80页\编辑于星期五ABBProcter&Gamble现在是11页\一共有80页\编辑于星期五Box1：BasedonasurveyofLCApractitionerscarriedoutin2006，mostlifecycleassessmentsarecarriedoutwithdedicatedsoftwarepackages.58%ofrespondentsusedGaBiSoftware,developedbyPEInternational,31%usedSimaProdevelopedbyPRéConsultants,and11%aseriesofothertools.Accordingtothesamesurvey,LCAismostlyusedtosupportbusinessstrategy(28%)andR&D(18%),asinputtoproductorprocessdesign(25%),ineducation(13%)andforlabelingorproductdeclarations(11%).现在是12页\一共有80页\编辑于星期五3、生命周期评价的基本框架ISO14040的生命周期评价框架：(ISO14040:2006)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。现在是13页\一共有80页\编辑于星期五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。现在是14页\一共有80页\编辑于星期五4、ISO的生命周期评价方法a.定义目标与确定范围

definitionofthegoalandscope

定义目标和确定范围的工作，是为开展LCA提供一个初步的计划。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现在是15页\一共有80页\编辑于星期五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。现在是16页\一共有80页\编辑于星期五具体来说，范围界定要进行哪些工作？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现在是17页\一共有80页\编辑于星期五原料采掘生产/制造运输/销售使用/消费废物管理

再生&回收利用输入能源输入输出三废原料输入产品/副产品其他环境排放生命周期阶段与系统边界

现在是18页\一共有80页\编辑于星期五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？现在是19页\一共有80页\编辑于星期五最后，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。现在是20页\一共有80页\编辑于星期五

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。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现在是21页\一共有80页\编辑于星期五基准流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。)例如：生产1吨乙烯产品（功能单位）需要多少原材料？多少能量？和产生了多少废物？——1.2吨的原材料，3000J的能量，产生500mg的废气，这些数字就是它的基准流。现在是22页\一共有80页\编辑于星期五现在是23页\一共有80页\编辑于星期五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。现在是24页\一共有80页\编辑于星期五原料采掘生产/制造运输/销售使用/消费废物管理

再生&回收利用输入能源输入输出三废原料输入产品/副产品其他环境排放生命周期阶段与系统边界

现在是25页\一共有80页\编辑于星期五例子：生产1kgPVC塑料原料的输入和输出清单现在是26页\一共有80页\编辑于星期五注意：进行清单分析也是一个反复的过程：当取得了一批数据，并对系统有了进一步的认识后，可能会发现一些数据的局限性，或者我们发现需要新的数据。这时候，就可能要对数据收集程序内容做出一些修改。清单分析的主要程序现在是27页\一共有80页\编辑于星期五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现在是28页\一共有80页\编辑于星期五目标和范围定义

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现在是29页\一共有80页\编辑于星期五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主要过程实例现在是30页\一共有80页\编辑于星期五现在是31页\一共有80页\编辑于星期五目标和范围定义

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现在是32页\一共有80页\编辑于星期五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：现在是33页\一共有80页\编辑于星期五1、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。现在是34页\一共有80页\编辑于星期五收集数据表格示例现在是35页\一共有80页\编辑于星期五现在是36页\一共有80页\编辑于星期五2、收集数据（小组讨论）

现在是37页\一共有80页\编辑于星期五数据的来源：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、用户访问现在是38页\一共有80页\编辑于星期五目标和范围定义

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现在是39页\一共有80页\编辑于星期五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(下页公式）最后，进行处理汇总。现在是40页\一共有80页\编辑于星期五∑Mi＝∑MoM——质量或能量i——inputo——output如果（∑Mi－∑Mo）/∑Mi≦2%，则认为数据准确。现在是41页\一共有80页\编辑于星期五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。现在是42页\一共有80页\编辑于星期五必选步骤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)现在是43页\一共有80页\编辑于星期五必选步骤MandatoryElements1)影响类别：描述系统输出可能导致的环境影响的种类现在是44页\一共有80页\编辑于星期五我国采用相对简单的分类方案

现在是45页\一共有80页\编辑于星期五2)类别指标和特征化模型对选定的每一种环境影响类别，要量化其对环境的影响的大小，就需要了解其作用机理，然后建立其环境负荷与环境影响之间的关系模型，就叫做特征化模型。用于表达这种关系模型的指标，就是环境影响类别指标（Categoryindicator）。它是用来评价某个影响类别的量化指标。例子现在是46页\一共有80页\编辑于星期五用来将清单分析的结果，转化成影响类别指数的通用单位因子叫做特征化因子（CharacterizationFactor）。通常，不同的影响类别有它的特征化因子CF。

影响类别——特征化因子臭氧层破坏——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）现在是47页\一共有80页\编辑于星期五3)分类对环境干扰因子与影响类别进行分类以某产品LCA中，排放废气为例现在是48页\一共有80页\编辑于星期五4)特征化&计算指标结果

特征化：对清单数据进行分析和量化的过程。

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现在是49页\一共有80页\编辑于星期五

临界体积模型

——将清单中的各污染物稀释到某种环境质量标准阈值（法规标准）时，所需要的排放介质体积。

临界体积＝污染物排放量（g）∕排放阈值（法规标准）（g/Vol）

例子

现在是50页\一共有80页\编辑于星期五效应导向模型——目前多数国家或组织采用荷兰一所大学环境科学中心开发的，其方法是利用特征化因子将清单分析数据和具体的环境问题联系起来。原则：以某一污染物为基准，其影响潜值定为1，然后将等量的其他污染物与其比较，就得到各类污染物的相对潜值大小。例子：GWP现在是51页\一共有80页\编辑于星期五现在是52页\一共有80页\编辑于星期五必选步骤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)现在是53页\一共有80页\编辑于星期五以下为可选步骤：正规化特征化过程之后，得到单项环境问题类别指标大小。因为他们在量纲和数量级上都有差异，所以在比较之前，要消除这些数据在量纲和数量级上的差异，再来比较对各种影响类型的贡献大小。这就是“正规化”。现在是54页\一共有80页\编辑于星期五公式Ni＝Ci/

SiN——正规化结果C——特征化结果，如全球变暖潜值、酸雨潜值S——基准值і——环境影响类别

S一般为特定范围内（如全球、地区或局地）的排放总量或资源消耗总量，特定范围内的人均排放总量或人均资源消耗总量。现在是55页\一共有80页\编辑于星期五分类或排序：全球/地域、从高到低等。赋权不同的环境类别的N值相同，未必环境影响同样严重。即要赋予不同影响类别不同的权重公式WP(i)＝WF(i)×NP(i)WP(i)——加权后的第i种影响类别的影响潜值WF(i)——i种环境类别的权重因子NP(i)——正规化后的影响潜值现在是56页\一共有80页\编辑于星期五d、解释阶段thelifecycleinterpretationphase

对前面分析结果，进行文字描述性的解释、评估和报告。内容包括：重大问题的识别完整性、敏感性、一致性检查结论、建议、报告现在是57页\一共有80页\编辑于星期五现在是58页\一共有80页\编辑于星期五5、生命周期评价的局限性应用范围的局限性分析方法上的局限性分析数据的局限性现在是59页\一共有80页\编辑于星期五三、生态设计

产品生态设计Eco-design，又叫做生命周期设计Lifecycledesign，绿色设计Greendesign、环境设计Designforenvironment、环境意识设计Environmentalconsciousdesign等定义：在参考传统的产品因素外，又将生态、环境、资源属性作为设计的一个重要指标，将其融入产品生命周期全过程来考虑。现在是60页\一共有80页\编辑于星期五四个主要内容生态设计与传统设计的比较生态设计的含义生态设计的程序生态设计的策略现在是61页\一共有80页\编辑于星期五生态设计与传统设计的比较现在是62页\一共有80页\编辑于星期五生态设计的含义：见课本135生态设计的程序：见课本136生态设计的策略：见课本137现在是63页\一共有80页\编辑于星期五生态产品设计1.产品概念开发非物质化产品共享使用服务替代产品现在是64页\一共有80页\编辑于星期五生态产品设计1.产品概念开发非物质化产品共享使用服务替代产品2、产品结构优化设计产品功能组合功能最优化可靠性与耐用性易于维修与维护模块化设计现在是65页\一共有80页\编辑于星期五生态产品设计1.产品概念开发非物质化产品共享使用服务替代产品2.产品结构优化设计产品功能组合功能最优化可靠性与耐用性易于维修与维护模块化设计3.原材料利用优化清洁原料可再生原料低能值原料再循环材料可再循环材料较少原料的使用量现在是66页\一共有80页\编辑于星期五生态产品设计1.产品概念开发非物质化产品共享使用服务替代产品2.产品结构优化设计产品功能组合功能最优化可靠性与耐用性易于维修与维护模块化设计3.原材料利用优化清洁原料可再生原料低能值原料再循环材料可再循环材料较少原料的使用量4.生产过程优化减少生产环节对环境影响小的生产技术减少能耗、采用清洁能源减少废弃物现在是67页\一共有80页\编辑于星期五生态产品设计1.产品概念开发非物质化产品共享使用服务替代产品2.产品结构优化设计产品功能组合功能最优化可靠性与耐用性易于维修与维护模块化设计3.原材料利用优化清洁原料可再生原料低能值原料再循环材料可再循环材料较少原料的使用量4.生产过程优化减少生产环节对环境影响小的生产技术减少能耗、采用清洁能源减少废弃物5.产品销售网络优化减少包装量减少运输中的能耗现在是68页\一共有80页\编辑于星期五生态产品设计1.产品概念开发非物质化产品共享使用服务替代产品2.产品结构优化设计产品功能组合功能最优化可靠性与耐用性易于维修与维护模块化设计3.原材料利用优化清洁原料可再生原料低能值原料再循环材料可再循环材料较少原料的使用量4.生产过程优化减少生产环节对环境影响小的生产技术减少能耗、采用清洁能源减少废弃物5.产品销售网络优化减少包装量减少运输中的能耗6.减少使用阶段的影响降低使用阶段的能耗使用清洁能源减少辅助品的使用采用清洁辅助品减少废弃物的生产现在是69页\一共有80页\编辑于星期五生态产品设计1.产品概念开发非物质化产品共享使用服