第六章相关科学方法

第六章相关科学方法10/25/20231教学要求1．教学内容与要求：

本章介绍了生命周期评价、生态设计、污染预防、绿色化学、环境标志和ISO14001环境管理体系等清洁生产相关科学方法的意义、应用以及它们与清洁生产的关系。2．教学重点：生命周期评价的技术；生态设计的内涵及其与传统产品设计的区别与联系；环境标志的作用及实施意义。3．教学难点：生命周期清单分析；生态设计的程序；污染预防的控制步骤。10/25/20232目录第一节概述第二节生命周期评价第三节生态设计第四节污染预防第五节绿色化学第六节环境标志第七节清洁生产诊断和清洁生产公告制度10/25/20233第二节生命周期评价10/25/20234关于LCA:随着工业化的发展进入自然生态环境的废物和污染物越来越多，超出了自然界自身的消化吸收能力，对环境和人类健康造成极大影响。同时工业化也将使自然资源的消耗超出其恢复能力，进而破坏全球生态环境的平衡。因此人们越来越希望有一种方法对其所从事各类活动的资源消耗和环境影响有一个彻底、全面、综合的了解，以便寻求机会采取对策减轻人类对环境的影响。

10/25/20235目前生命周期评价（LifeCycleAssessment简称LCA）就是国际上普遍认同的为达到上述目的的方法。它是一种用于评价产品或服务相关的环境因素及其整个生命周期环境影响的工具。以LCA的定义出发，阐述LCA的技术框架及主要内容，进而提出将生命周期评价作为环境管理的有力工具，从而促进整个社会系统的可持续发展。10/25/20236产品的生命周期原指一种产品在市场上从开始出现到最终消失的过程，包括投入期、成长期、成熟期和衰亡期四个时期。一种产品从采集原材料开始，经过原材料加工，产品制造，产品包装和运输，然后由消费者使用、回用和维修，最终再循环或作为废弃物处理和处置，这一整个过程称为产品的生命周期。

产品的生命周期评价LCA又称产品生命周期环境影响评价，主要考虑在产品生命周期的各个阶段对环境造成的干预和影响。10/25/20237环境负荷改善废弃再生循环使用运输加工制造定量调查环境负荷分析产品的生命周期一、由来和进展

1、LCA的基本思想：图6-2LCA基本框架10/25/20238

2、生命周期评价（LCA）的产生背景生命周期评价（LCA），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。其最初应用可追溯到1969年美国可口可乐公司对不同饮料容器的资源消耗和环境释放所作的特征分析。该公司在考虑是否以一次性塑料瓶替代可回收玻璃瓶时，比较了两种方案的环境友好情况，肯定了前者的优越性。自此以后，LCA方法学不断发展，现已成为一种具有广泛应用的产品环境特征分析和决策支持工具。

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最初LCA主要集中在对能源和资源消耗的关注，这是由

于20世纪60年代末和70年代初爆发的全球石油危机引起人们对能源和资源短缺的恐慌。后来，随着这一问题不再象以前那样突出，其他环境问题也就逐渐进入人们的视野，LCA方法因而被进一步扩展到研究废物的产生情况，由此为企业选择产品提供判断依据。在这方面，最早的事例之一是70年代初美国国家科学基金的国家需求研究计划（RANN）。在该项目中，采用类似于清单分析的“物料——过程——产品”模型，对玻璃、聚乙烯和聚氯乙烯瓶产生的废物进行分析比较。另一个早期事例是美国国家环保局利用LCA方法对不同包装方案中所涉及的资源与环境影响所作的研究。

10/25/20231080年代中期和90年代初，是LCA研究的快速增长时期。这一时期，发达国家推行环境报告制度，要求对产品形成统一的环境影响评价方法和数据；一些环境影响评价技术，例如对温室效应和资源消耗等的环境影响定量评价方法，也不断发展。这些为LCA方法学的发展和应用领域的拓展奠定了基础。虽然当时对LCA的研究仍局限于少数科学家当中，并主要分布在欧洲和北美地区，但是那时对LCA的研究已开始从实验室阶段转变到实际中来了。

10/25/20231190年代初期以后，由于欧洲和北美环境毒理学和化学学会（SETAC）以及欧洲生命周期评价开发促进会（SPOLD）的大力推动，LCA方法在全球范围内得到较大规模的应用。国际标准化组织制定和发布了关于LCA的ISO14040系列标准。其他一些国家（美国、荷兰、丹麦、法国等）的政府和有关国际机构，如联合国环境规划署（UNEP），也通过实施研究计划和举办培训班，研究和推广LCA的方法学。在亚洲，日本、韩国和印度均建立了本国的LCA学会。此阶段，各种具有用户友好界面的LCA软件和数据库纷纷推出，促进了LCA的全面应用。10/25/202312从90年代中期以来，LCA在许多工业行业中取得了很大成果，许多公司已经对他们的供应商的相关环境表现进行评价。同时，LCA结果已在一些决策制订过程中发挥很大的作用。生命周期评价（LCA）作为一种产品环境特征分析和决策支持工具技术上已经日趋成熟，并得到较广泛的应用。由于它也同时是一种有效的清洁生产工具，在清洁生产审计、产品生态设计、废物管理、生态工业等方面发挥应有的作用。10/25/202313二、生命周期分析的定义产品的生命周期评价（LCA）或产品寿命分析（PLA）是详细研究产品生命周期内的能量需求、原材料利用和活动造成的水、气、固体废弃物、材料、产品以及包装等，包括原材料资源化、制造、加工、分配、利用、再利用、维护以及最后的废弃物处理。10/25/202314以前LCA是LifeCycleAnalysis的缩写，但在环境毒理和化学学会SETAC、美国环境保护署和ISO是使用的术语中，LCA代表的是LifeCycleAssessment,因为Assessment带有更多的定量的含义。在欧洲和日本，经常用"Ecobalance"代替LCA，表达完全相同的意思。10/25/202315LCA定义的英文原文如下：LifeCycleAssessmentisaprocesstoevaluatetheenvironmentalburdensassociatedwithaproduct，process，oractivitybyidentifying

andquantifyingenergyandmaterialsusedandwastesreleasedtotheenvironment；toassesstheimpactofthoseenergyandmaterialusesandreleasestotheenvironment；andtoidentifyandevaluateopportunitiestoaffectenvironmentalimprovements．Theassessmentincludestheentirelifecycleof

the

product，process，or

activity，encompassingextractingandprocessingrawmaterials；manufacturing，transportationanddistribution；use，re-use，maintenance；recycling，andfinaldisposal.10/25/202316SETAC的定义：生命周期评价是一种对产品生产工艺以及活动对环境的压力进行评价的客观过程，它是通过对能量和物质的利用以及由此造成的环境废物排放进行识别和进行量化的过程。10/25/202317

①

通过确定和量化与评估对象相关的能源、物质消耗、废弃物排放，评估其造成的环境负担；

②

评价这些能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响；

③

辨别和评估改善环境(表现)的机会。在1993年SETAC的LCA定义中，LCA被描述成这样一种评价方法：10/25/202318LCA的评估对象可以是一个产品、处理过程或活动，并且范围覆盖了评估对象的整个寿命周期，包括原材料的提取与加工、制造、运输和分发、使用、再使用、维持、循环回收，直到最终的废弃。10/25/202319ISO的定义：汇总和评估一个产品(或服务)体系在其整个生命周期内的所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法。这些定义的英文原文如下：LifeCycleAssessment：Compilationandevaluationoftheinputs，outputsandthepotentialenvironmentalimpactsofaproductsystemthroughoutitslifecycle．ProductSystem：Collectionofmateriallyandenergeticallyconnectedunit-processeswhichperformsoneormoredefinedfunctions．(NOTE：InthisInternationalStandard，theterm"product"usedalonenotonlyincludesproductsystemsbutcanalsoincludeservicesystems．)LifeCycle：Consecutiveandinter-linkedstagesofaproductsystem，fromrawmaterialacquisitionorgenerationofnaturalresourcestothefinaldisposal．10/25/202320美国环保局的定义：对自最初从地球中获得原材料开始、到最终所有的残留物质返归地球结束的、任何一种产品或人类活动所带来的污染物排放以及其环境影响进行估测的方法。美国3M公司的定义：在从制造到加工、处理乃至最终作为残留有害废物处置的全过程中，检查如何减少或消除废物的方法。10/25/202321生命周期评价的总目标是比较一个产品在生产过程前后的变化或比较不同产品的设计，为此它应满足以下原则：

运用于产品的比较；

包括产品的整个周期；

考虑所有的环境因素；

环境因素尽可能定量化。

10/25/202322总结：LCA是一种技术和方法，......，通过定性和定量的评价，从而获得产品的相关信息，为产品环境性能的改进提供完整、准确的信息。10/25/202323三、产品生命周期的主要阶段

能量能量能量能量能量原材料获得材料加工生产产品产品使用最终处置焚烧，或消费填埋，循环回用

废物废物废物废物回用

产品循环分装和包装10/25/202324LCA的概念框架1定义目标确定范围3.影响环境2.清单分析4.改善评价1、1993年SETAC四、生命周期评价的技术框架10/25/2023252、ISO14000系列标准的LCA概念框架

环境评价10/25/202326与SETAC不同之处：①ISO对SETAC框架的一个重要改进是对第四个步骤，以解释环节替代了原有的改善评价阶段。因为ISO认为，改善是开展LCA的目的，而非它本身的一个必须阶段。这种解释是双向的，也需要不断对评价目的、系统边界等进行调整。②ISO框架细化了LCA的步骤，更利于规范生命周期评价的研究和应用。ISO14040标准将LCA的实施步骤分为：

目的与范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释四个阶段。2、ISO14000系列标准的LCA概念框架10/25/2023271目标和范围的确定：目标定义是要清楚地说明开展此项生命周期评价的目的和意图，以及研究结果的可能应用领域。这是LCA的第一步，也是非常关健的一步。它直接影响到整个评价工作程序和最终的研究结论。它包括下面三个部分。

①明确分析目的

②明确所分析的产品及其功能

③确定系统边界10/25/2023282清单分析

清单分析是量化和评价所研究的产品、工艺或活动整个生命周期阶段资源和能量使用以及环境释放的过程。一种产品的生命周期评价将涉及到其每个部件的所有生命阶段，这包括从地球采集原材料和能源、把原材料加工成可使用的部件、中间产品的制造，将材料运输到每一个加工工序、所研究产品的制造、销售、使用、和最终废弃物的处置（包括循环、回用、焚烧或填埋等）等过程。10/25/20232910/25/2023303影响评价生命周期环境影响评价，简称影响评价是对清单阶段所识别的环境影响压力进行定量或定性的表征评价，即确定产品系统的物质、能量交换对其外部环境的影响。国际标准化组织、美国“环境毒理学和化学学会”以及美国环保局都倾向于将影响评价定为一个“三步走”的模型，即分类、特征化和量化。

10/25/202331①分类：

分类是将清单中的输入和输出数据组合成相对一致的环境影响类型。影响类型通常包括资源耗竭、生态影响和人类健康三大类，在每一大类下又有许多亚类。10/25/20233210/25/202333

②特征化：

特征化主要是开发一种模型，这种模型能将清单提供的数据和其他辅助数据转译成描述影响的叙词。目前国际上使用的特征化模型主要有：负荷模型；当量模型；固有的化学特性模型；总体暴露-效应模型；点源暴露-效应模型。

10/25/202334③量化：

量化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（以便得到一个数字化的可供比较的单一指标）。10/25/2023354改进评价（解释）：

改进评价是识别、评价并选择能减少研究系统整个生命周期内能源和物质消耗以及环境释放机会的过程。这些机会包括改变产品涉及、原材料的使用、工艺流程、消费者使用方式及废物管理等。解释：就是对清单分析和影响评价的结果进行综合，以得到与定义目标和范围相符的认识结果，提出建议并报告生命周期解释的结果。10/25/202336五、LCA和其他几种环境管理工具的比较项目环境环境影响评价风险评价LCA目标具体工程或项目环境影响综合评估预告目标生物的危险全球生态系统变化的预警方法论综合评估查汇分析溯源分析内容结构范围界定，影响识别，影响度量，影响预测，减轻措施，评价和监测接触评价，危险识别，风险描述，风险管理目标定义，清查分析，改善评价评价对象具体的工程或项目潜在的有害物产品及产品系统时空特性局地和区域的短期影响局地性的，短时影响全球性长期影响局限性1.局限于具体区域的具体项目2.不考虑全球环境影响3.方法论不统一1.仅限于小地域的人类健康2.忽略持续性风险3.极少分析自然环境1.无法分析偶然性排放2.对数据高度综合的结果，忽略了对局地的影响10/25/202337六、LCA在清洁生产中的应用1、国外LCA的应用情况（1）用于工业企业部门（2）应用于政府环境管理部门和国际组织（3）LCA用于消费者组织10/25/202338（1）用于工业企业部门：1、产品系统的生态辨识与诊断2、产品环境影响评价与比较3、产品的生命周期设计与新产品开发4、再循环工艺设计10/25/202339（2）应用于政府环境管理部门和国际

组织：

1.制定环境政策与建立环境产品标准

2.实施生态标志计划

3.优化政府的能源、运输和废物管理方案

4.向公众提供有关产品和原材料的资源信息

5.国际环境管理体系的建立10/25/202340（3）LCA用于消费者组织：

消费者组织主要利用LCA来指导进行环境产品消费以及对公众活动进行全周期的环境评价。10/25/2023412、LCA在我国清洁生产中的应用前景

(1)清洁生产审计

(2)产品和工艺的清洁生产技术规范制订

(3)清洁产品设计和再设计

(4)废物回收和再循环管理

(5)区域清洁生产的实现-生态工业园的园区分析和入园项目的筛选10/25/202342七．LCA应用的一些实例(1)回收玻璃瓶是否节约能源(2)复用式玻璃瓶还是无菌纸盒

(3)是否使用一次性婴儿尿布10/25/202343八、LCA有局限性和今后的发展1LCA的局限性：（1）应用范围的局限性（2）评估范围的局限性（3）评估方法的局限性

（4）时间和地域的局限性2今后的发展10/25/202344

1、LCA的局限性

应用范围的局限性：作为一种环境管理工具，LCA并不总是适合于所有的情况，所以在决策过程中不可能依赖LCA方法解决所有的问题。LCA只考虑了生态环境、人体健康、资源消耗等方面的环境问题，不涉及技术、经济或社会效果方面，例如质量、性能、成本、赢利、公众形象等因素，所以在决策过程中必须结合其他方面的信息。

10/25/202345评估范围的局限性：LCA的评估范围没有包括所有与环境相关的问题。例如，LCA只考虑发生了的或一定会发生的环境影响，不考虑可能发生的环境风险及其必要的预防和应急措施。LCA方法也没有要求必须考虑环境法律的规定和限制。但在企业的环境政策和决策过程中这些都是十分重要的方面。这种情况下应该考虑结合其他的环境管理方法。

10/25/202346评估方法的局限性：LCA的评估方法既包括了客观，也包括了主观的成分，因此它并不完全是一个科学问题。所有的LCA都包含了假设、价值判断和折衷这样的主观因素，所以LCA的结论需要完整的解释说明，以区别由测量或自然科学知识得到的信息和基于假设和主观判断得出的结论。10/25/202347时间和地域的局限性：无论LCA中的原始数据还是评估结果，都存在时间和地域上的限制。在不同的时间和地域范围内，会有不同的环境编目数据，相应的评估结果也只适用于某个时间段和某个区域。这是由产品系统的时间性和地域性决定了的。

10/25/202348(1)引进和消化吸收国际社会日益发展的生命周期评价方法，建立符合中国国情的LCA方法学体系和数据支撑体系。(2)研究企业（组织）的污染全过程控制和环境管理的新模式，研究如何利用LCA思想和方法，帮助企业进行产品开发、市场营销、投资、环境管理等方面的决策。(3)研究政府部门如何利用LCA手段进行环境管理和决策。对于与产品、技术、工艺和产业等有关的国家重大计划和政策的出台，进行生命周期分析。(4)研究和示范生命周期评价在清洁生产审计、产品生态设计、废物管理、生态工业等领域的应用。2．LCA今后的发展10/25/202349第三节生态设计10/25/202350产品的生态设计是20世纪90年代初出现的关于产品设计的一个新概念，又称产品的绿色设计，这是随着绿色消费运动和绿色市场的兴起，在产品设计领域中出现的新潮流；产品生态设计的基本思想：污染预防应在产品设计之中。为此在传统的产品设计准则中加进了环境准则，并将其列于优先考虑的位置。10/25/202351一、生态设计的内涵生态设计也叫绿色设计或生命周期设计或环境设计，是指应用生态学的思想，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，又能满足人的需求的一种新的产品设计方法。10/25/202352二、生态设计的重要性l.环境方面的重要性2.商业方面的重要性10/25/202353l.环境方面的重要性从降低环境负荷的角度实现可持续发展只有两条途径可走，一是进行生产过程的污染预防，即进行清洁生产审核和推行清洁生产技术来减少生产过程中的污染物产生；二是进行产品的生态设计，从真正的源头开始实现污染预防，构筑新的生产和消费系统。10/25/2023542.商业方面的重要性(1)生态设计可降低成本。

(2)生态设计可减少责任风险。

(3)生态设计可提高产品质量。(4)生态设计可刺激市场需求。10/25/202355三、生态设计的特征

（1）从目的看，有利于保护自然资源环境问题，使产品对生态环境损害最小。（2）从成本讲，指向产品生命周期成本，既包括传统的内部成本，也包括外部成本，即环境代价。（3）从效益看，既有经济效益，又有环境效益和社会效益。10/25/202356四、产品的设计准则10/25/202357五、清洁产品的设计1．面向再生的清洁产品设计(1)零部件的再使用(2)材料的再利用

2．面向拆卸的消洁产品设计方法

3.

面向节省能源的清洁产品设计10/25/202358六、生态设计和传统设计的比较1、生态设计的新要求（1）信息需求（2）决策要求10/25/2023592、生态设计与传统设计的比较（1）区别10/25/20236010/25/202361（2）生态设计类型产品改进：就是应用污染预防与清洁生产观念来调整和改进现有产品，而总的产品技术基本维持现状。产品再设计：是从污染预防和清洁生产角度，对现有产品的结构和零部件重新设计，主要手段是增加使用无毒、无废材料，增加零部件和原材料的复用程度等。功能创新：与前两种产品经生态设计后保持基本功能不变有所不同，它从产品概念上进行创新。系统创新：它涉及整个产品与服务的创新，要求相关的基础设施与社会观念发生变革，例如用生态农业取代传统农业等。 10/25/20236210/25/202363第四节污染预防