生命周期评价_樊庆锌

2007年6月ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTVol.32No.6

June2007

文章编号:1673-1212(2007)06-0177-04

生命周期评价

樊庆锌,敖红光,孟超

(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

LifeCycleAssessment

FanQingxin,AoHongguang,MengChao

(1.TheSchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China;2.HeilongjiangScientificReasearchInstituteofEnvironmentalProtection,Harbin150056,China)

Abstract:Lifecycleassessmentisaprocessofevaluatingenvironmentalloadwhichrelatestotheentirelifeperiodicsystemofaproduct,thetechnologicalprocessortheactivity.Theentirelifeperiodicsystemmentionedabovemeansfromtherawmateri-algatheringandmanufacturetotheproduction,transportation,sale,use,recycle,maintains,circulationuseandfinaldisposal.Lifecycleassessmentcanbethevalidmeanswhichevaluatesthewholeprocessoftheproductproduction,andalsocanbeakindofenvironmentmanagementtool,whichnowalreadyextensivelyappliedamongnations.Thepaperstartswithconceptoflifecycleassessment,introducingthecreationbackground,techniqueframe,evaluatingmethod,applicationandoutlookoflifecycleas-sessment.

Keywords:lifecycleassessment;environmentalmanagement;entireprocess

1　生命周期评价的概念

生命周期评价(LifeCycleAssessment,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[1]

程。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

[2]

及产出对环境造成的和潜在的影响方法。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。

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。

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。

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(Inventoryanalysis);影响评价(Impactassessment)和改善评价(Improvementas-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

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

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

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(EnvironmentalProtectionA-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。3.5　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。

[3]

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

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4.1.3　在环境管理中的应用

[4]

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(LifeCycleImpactAssessment)的结果所能提供的信息只是一个简单的指标,它掩盖了很多重要的信息等。

因此,在今后的生命周期评价的研究过程中,应该着重于以下几个方面:

(1)数据准确性数据是清单分析和影响评价的基础,因此需要准确、完整、有效的数据。可以通过制定工业规章来提高LCA的信息结构,或建立LCA数据库,提供最新的、精确的和不同类型的数据。

(2)标准化研究标准化研究主要针对数据选择标准、清单分析和影响评价模型方法等,此外还涉及到术语的标准化。

(3)重点从清单分析转向影响评价清单分析的理论和方法相对已比较成熟,而且LCA只停留在清单分析的基础上是不够的,更重要的是对产品的环境影响评价以及由此得出的结论、指导意见。所以今后应该加大力度进行影响评价方面的研究。总之,LCA作为一种环境管理工具,不仅对当前的环境冲突进行有效的定量化分析和评价,而且对产品生产的全过程所涉及的环境问题进行评价。LCA随着实践经验的不断积累而日趋完善,它的应用领域也将进一步扩大,重要性也会进一步加强。相信生命周期评价将逐步成熟起来,成为一种具有生命力的科学的环境管理工具。

参考文献:

[1]ConsoliF,DAllen,IBousted,etal.Guidelinesforlife-cycleassessment:acodeofpractice[M].STEAC.Pensaco-la,FL,1993.

[2]ISO/DIS14040.EnvironmentalManagement-LifeCycleAssessment-Part:PrinciplesandFramework[S].1997.

[3]杨建新,等.产品生命周期评价方法及应用[M].气象出版社,2002.

[4]乔琦,等.生命周期评价在中国的应用[J].UNEP产业与环境,2003.

。

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