生命周期評價方法概述

1、生命周期評價方法概述1生命周期評價方法的概念和起源生命周期評價(LCA)是一種評價產(chǎn)品、工藝或活動，從原材料采集，到產(chǎn) 品生產(chǎn)、運輸、銷售、使用、回用、維護和最終處置整個生命周期階段有關(guān)的環(huán) 境負(fù)荷的過程。它首先辨識和量化整個生命周期階段中能量和物質(zhì)的消耗以及環(huán) 境釋放，然后評價這些消耗和釋放對環(huán)境的影響，最后辨識和評價減少這些影響的機會。生命周期評價(LCA)最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)60年代末、70年代初，當(dāng)時被 稱為資源與環(huán)境狀況分析(REPA)。作為生命周期評價研究開始的標(biāo)志是1969年 由美國中西部資源研究所針對可口可樂公司的飲料包裝瓶進行的評價研究，該研究使可口可樂公司拋棄了過去長期使用的

2、玻璃瓶，轉(zhuǎn)而采用塑料瓶包裝。隨后， 美國ILLINOIS大學(xué)、富蘭克林研究會、斯坦福大學(xué)的生態(tài)學(xué)居研究所以及歐洲、 日本的一些研究機構(gòu)也相繼開展了一系列針對其它包裝品的類似研究。這一時期的工作主要由工業(yè)企業(yè)發(fā)起，研究結(jié)果作為企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品開發(fā)與管理的決策支持 工具。1990年由國際環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)學(xué)會(S ETAC)首次主持召開了有關(guān)生命 周期評價的國際研討會，在該次會議上首次提出了生命周期評價(Life CycleAssessment LCA)的概念。在以后的幾年里，SETAC又主持和召開了多次學(xué)術(shù) 研討會，對生命周期評價(LCA)從理論與方法上進行了廣泛的研究，對生命周 期評價的方法論發(fā)展作

3、出了重要貢獻。1993年SETAC根據(jù)在葡萄牙的一次學(xué)術(shù) 會議的主要結(jié)論，出版了一本綱領(lǐng)性報告 生命周期評價(LCA)綱要：實用指南” 該報告為LCA方法提供了一個基本技術(shù)框架，成為生命周期評價方法論研究起 步的一個里程碑。2生命周期評價方法的主要內(nèi)容1993年SETA(在 “生命周期評價綱要：實用指南”中將生命周期評價的基本結(jié) 構(gòu)歸納為四個有機聯(lián)系的部分：定義目標(biāo)與確定范圍、清單分析、影響評價和改善評價，如圖1所示圖1 生命周期評價的基本結(jié)構(gòu)廠應(yīng)用A產(chǎn)品幵發(fā)產(chǎn)品改逬政策依據(jù)1丿21 目標(biāo)定義和范圍界定確定目標(biāo)和范圍是LCA研究的第一步。一般需要先確定LCA的評價目標(biāo)， 然后根據(jù)評價目標(biāo)來界定

4、研究對象的功能、 功能單位、系統(tǒng)邊界、 環(huán)境影響類型 等等，這些工作隨研究目標(biāo)的不同變化很大， 沒有一個固定的模式可以套用， 但 必須要反映出資料收集和影響分析的根本方向。 另外，此研究是一個反復(fù)的過程， 根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)和信息， 可能修正最初設(shè)定的范圍來滿足研究的目標(biāo)。 在某些 情況下，由于某種沒有預(yù)見到的限制條件、 障礙或其它信息， 研究目標(biāo)本身也可 能需要修正。2 2 清單分析 清單分析的任務(wù)是收集數(shù)據(jù)，并通過一些計算給出該產(chǎn)品系統(tǒng)各種輸入 輸出，作為下一步影響評價的依據(jù)。 輸入的資源包括物料和能源， 輸出的除了產(chǎn) 品外，還有向大氣、 水和土壤的排放。 在計算能源時要考慮使用的各種形式的

5、燃 料和電力、能源的轉(zhuǎn)化和分配效率以及與該能源相關(guān)的輸入輸出。2 3 生命周期影響評價在LCA從中，影響評價是對清單分析中所辨識出來的環(huán)境負(fù)荷的影響作定量 或定性的描述和評價。 影響評價方法目前正在發(fā)展之中， 一般都傾向于把影響評 價作為一個“三步走”的模型，即影響分類、特征化和量化評價。2 31 影響分類 將從清單分析得來的數(shù)據(jù)歸到不同的環(huán)境影響類型。 影響類型通常包括資源 耗竭、人類健康影響和生態(tài)影響 3 個大類。 每一大類下又包含有許多小類， 如在 生態(tài)影響下又包含有全球變暖、臭氧層破壞、酸雨、光化學(xué)煙霧和富營養(yǎng)化等。 另外，一種具體類型，可能會同時具有直接和間接兩種影響效應(yīng)。2 3 2

6、 特征化特征化是以環(huán)境過程的有關(guān)科學(xué)知識為基礎(chǔ)， 將每一種影響大類中的不同影 響類型匯總。 目前完成特征化的方法有負(fù)荷模型、 當(dāng)量模型等， 重點是不同影響 類型的當(dāng)量系數(shù)的應(yīng)用， 對某一給定區(qū)域的實際影響量進行歸一化， 這樣做是為 了增加不同影響類型數(shù)據(jù)的可比性，然后為下一步的量化評價提供依據(jù)。2 33 量化評價 量化評價是確定不同影響類型的貢獻大小，即權(quán)重，以便能得到一個數(shù)字化 的可供比較的單一指標(biāo)。2 4 改善評價 根據(jù)一定的評價標(biāo)準(zhǔn)，對影響評價結(jié)果做出分析解釋，識別出產(chǎn)品的薄弱環(huán) 節(jié)和潛在改善機會，為達到產(chǎn)品的生態(tài)最優(yōu)化目的提出改進建議。3 生命周期評價工具簡介3.1 GaBiGaBi

7、是德國 Institut fur Kunststoffprufung und Kunst stoffkunde 所開發(fā)出的環(huán)境影響評估軟件，目前版本為 GaBi4,其數(shù)據(jù)庫包括800種不同的能 源與材料流程。 每一種流程又可以讓使用者自行發(fā)展出一套子系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫中也 提供 400 種的工業(yè)流程，歸納在十種基本流程中，如工業(yè)制造、物流、采礦、動 力設(shè)備、服務(wù)、維修等。多功能的會話環(huán)境讓使用者可自行輸入或編輯資料。輸 出時提供能量、 質(zhì)量等多種對照表， 也可以輸出至微軟 Excel 軟件，適合有經(jīng)驗 的LCA軟件使用者，但是由于其內(nèi)部采用圖形界面設(shè)計，因此初學(xué)者也可輕易上 手。3.2 LCAiT

8、LCAiT（LCA Inventory Tool） 乃是瑞典 Chalmers Industriteknik 所開發(fā)出 的軟件，它僅提供有限的數(shù)據(jù)庫， 包括能源、生產(chǎn)燃料及物流、 化學(xué)物質(zhì)、塑料、 紙漿及紙制品等內(nèi)容， 其優(yōu)點是可外接其他數(shù)據(jù)庫， 適合具有物質(zhì)能量流動概念 的非專業(yè)技術(shù)的初學(xué)者使用。3.3 PEMSPEMS（Pira Environmental Management System） 系由英國 PiraInternational 公司所研發(fā)出來，可以選擇 109種材料、 49種能源、 37種廢棄 物管理及 16 種物流等，來計算影響評估程度，參數(shù)主要采用歐洲的資料，且不 可自行修

9、改或編輯， 輸出資料可選擇采用文字或圖表。 初學(xué)者及專業(yè)人士皆可適 用。3.4 SimaproSimapro 是由荷蘭 PReConsultant 公司所開發(fā)出的影響評估軟件，是數(shù) 據(jù)庫最豐富的LCA軟件之一。其特色為制造階段的數(shù)據(jù)庫最為詳盡。且其可以選擇圖文輸出方式，使用者操作更為簡便。3.5 TEAMTEAM系由美國Ecobala nee公司所開發(fā)的軟件，其數(shù)據(jù)庫分為10大類及216 個小類個別資料文檔。 10大類分別為：紙漿造紙、石化塑料、無機化學(xué)、銅、 鋁、其他金屬、玻璃、能量轉(zhuǎn)換、物流、廢棄物管理等。使用者可自行定義及編 輯資料或單位。因為其輸出介面并未使用圖形介面，使用者操作起來較

10、不方便， 此軟件較適合生命周期評估之專家使用。4 生命周期評價方法應(yīng)用舉例生命周期評價方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)環(huán)境影響評價， 許多國際知名通 信企業(yè)也對自己的產(chǎn)品和系統(tǒng)進行了生命周期分析。 本部分將簡要介紹這些企業(yè) 進行生命周期分析的過程和所取得的一些結(jié)論。（1 ）Nokia 3G 手機生命周期分析案例Nokia于2003年對其一款3G手機進行了生命周期分析。在此次生命周期分 析中，針對一次能源消耗（PEC全球變暖指數(shù)（GWP、臭氧破壞潛力指數(shù)（ODP、 酸雨指數(shù)（AP、人體健康損害指數(shù)（HTP、光化氧化污染潛力（POCP等環(huán) 境影響方面對一款3G手機進行了生命周期評價。分析功能單元設(shè)定為：

11、一部3G手機（包含電池和充電器），平均使用狀態(tài)， 壽命為2年。生命周期階段涉及手機的原材料提取和加工、零部件制造、零部件 運輸、手機組裝、手機運輸、手機使用。由于缺乏數(shù)據(jù)的支持，生命周期末期階 段沒有被包含到此次分析中來。這部手機具有一些最新的功能，例如藍牙、攝像、 游戲、MP3等。手機的焊接全部實現(xiàn)無鉛焊接。分析軟件使用Gabi3.0。在分析中設(shè)定了兩種用戶使用行為，如表一所示。表一兩種用戶使用行為假設(shè)適度使用行為過度使用行為使用部分手機功能使用手機的全部功能每次使用95%的電池電量每次使用100%的電池電量每48小時充電1.5小時每24小時充電10小時充電完畢，切斷充電器電源充電完畢，不切

12、斷充電器電源分析過程不再詳述，下面介紹一下一次能源消耗和全球變暖指數(shù)的分析結(jié)果。這部手機的電池容量是850mA充電器的待機消耗是0.3W。適度使用者的電 能消耗為25.7MJ,過度使用者的電能消耗為33.5MJ。使用階段，適度使用者和 過度使用者的能源消耗分別為 77MJ和101MJ,這個數(shù)據(jù)是一次能源數(shù)據(jù)，即產(chǎn) 生25.7MJ的電能，發(fā)電廠則需要消耗77MJ一次能源。這種消耗包括電能生產(chǎn)時 能源消耗和傳輸消耗等。通過對一次能源消耗的分析，可以得出以下結(jié)論：?對于適度使用的手機來說，產(chǎn)品制造階段的一次能源消耗占產(chǎn)品全生命周期能耗的60%;對于過度使用的手機來說，則占 54%。?在使用階段，適度

13、使用的手機一次能源消耗占全生命周期能耗的29%，過度使用的手機一次能源消耗占全生命周期能耗的35%。在使用階段的能源消耗中，充電器待機能耗占重要比例。?在運輸階段，零部件運輸?shù)窖b配廠的一次能源消耗占總能源消耗的6%，成品運輸?shù)较M者手中的一次能源消耗占總能源消耗的5%。?印刷電路板（PWB）的制造是手機中一次能耗消耗最多的部件，PWB原材料的消耗和制造消耗一次能耗占總能耗的 40%。IC材料消耗和制造能 源消耗也占有很大的比重。（2）愛立信3G系統(tǒng)生命周期分析案例愛立信于2004年對一套3G系統(tǒng)進行了環(huán)境影響生命周期分析，這個 3G系 統(tǒng)由3G手機、無線網(wǎng)絡(luò)（無線基站和無線網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備組成）、

14、核心網(wǎng)（交換 機、路由器、服務(wù)器和工作站組成）。同樣包括傳輸設(shè)備如天潰和線纜；各種各 樣的站點設(shè)備如天線、環(huán)境控制設(shè)備及機房。這個研究不包括應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。 在這個研究中對 150 萬個用戶進行了調(diào)查和研究。在這次生命周期分析中，多個環(huán)境影響指標(biāo)被分析。在這里介紹一下與能耗 關(guān)系最密切的全球變暖指數(shù)分析。 以下這些結(jié)果是每個用戶每年對全球變暖指標(biāo) 的分析結(jié)果：? 3G 系統(tǒng)的運行（使用）階段對全球變暖環(huán)境影響的貢獻最大，約占生命 周期總影響的 78%。? 3G設(shè)備（3G終端、無線基站和其他無線網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備等） 的運行（使用） 對全球變暖環(huán)境影響的比重占 60%，操作員辦公活動對全球變暖環(huán)境影響 的比重占 18%。? 制造階段，包括原材料獲取、零部件和產(chǎn)品的制造、運輸以及愛立信的 辦公活動，對全球變暖影響占 22%。在制造階段， 3G 系統(tǒng)中的手機是對 全球變暖環(huán)境影響的最大貢獻者。 相對于一個基站來說， 一部手機對環(huán)境 的影響要小得多， 但是由于每個用戶都需要一部手機， 而很多手機可以共 享使用一個基站， 平均下來，手機就成為制造階段中對全球變暖環(huán)境影響 最大的設(shè)備了。? 3G 系統(tǒng)的生命周期末期階段對全部環(huán)境影響的貢獻為 -0.8%。這個負(fù)數(shù)說 明廢棄設(shè)備的回收利用給環(huán)境帶來了積極的影響。5 結(jié)束語 生命周期評價提供了產(chǎn)品整個生命周期的能源、資