第6章 生命周期評價的應(yīng)用

1、第6章 生命周期評價的應(yīng)用北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院張劍波北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第第6章章 生命周期評價的應(yīng)用生命周期評價的應(yīng)用n在過去的10年中，通過實施ISO 14000國際環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)，LCA的應(yīng)用已遍及社會、經(jīng)濟的生產(chǎn)、生活的各個方面。n在材料領(lǐng)域，LCA用于環(huán)境影響評價更是日臻完善。到目前為止，LCA在鋼鐵、有色金屬材料、玻璃、水泥、塑料、橡膠、鋁合金、鎂合金等材料方面，在容器、包裝、復(fù)印機、計算機、汽車、輪船、飛機、洗衣機及其他家用電器等產(chǎn)品方面的環(huán)境影響評價應(yīng)用都有報道。 3 / 28 LCALCA的廣泛應(yīng)用的廣泛應(yīng)用各種基于各種基于LCALCA的方法和評的方法和評價標(biāo)準(zhǔn)價標(biāo)

2、準(zhǔn) 4 / 28 LCALCA在電子行業(yè)的應(yīng)用在電子行業(yè)的應(yīng)用蘋果公司產(chǎn)品的蘋果公司產(chǎn)品的環(huán)境報告環(huán)境報告http:/ 5 / 28 LCALCA在消費品行業(yè)的應(yīng)用在消費品行業(yè)的應(yīng)用碳足跡報告與碳足跡報告與認(rèn)證認(rèn)證 6 / 28 評價方法難題評價方法難題資源環(huán)境問題會轉(zhuǎn)移資源環(huán)境問題會轉(zhuǎn)移n 不同生命周期階段間轉(zhuǎn)移電動車=零排放？燃油驅(qū)動VS燃煤發(fā)電驅(qū)動n 不同污染物類型間轉(zhuǎn)移石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝SO2減排VS CO2增排 7 / 28 評價方法難題評價方法難題方案的可行性方案的可行性n 生物燃油 低碳？要求：生命周期內(nèi)的溫室氣體排放減少40%以上，其他環(huán)境影響可以增加，但不超過25%。

3、瑞士政府n 事實至今無一種生物燃油可以達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)1. 某些作物類型可能增加溫室氣體排放量 8 / 28 生命周期思想生命周期思想一種資源環(huán)境保護思路一種資源環(huán)境保護思路n資源環(huán)境保護人人有責(zé)任，人人有機會。（如何實現(xiàn)科學(xué)的認(rèn)識？）n科學(xué)家技術(shù)研發(fā)n設(shè)計師產(chǎn)品設(shè)計n企業(yè)管理者生產(chǎn)、采購n消費者選購/生活方式n職能部門政策/標(biāo)準(zhǔn)制訂環(huán)境問題生產(chǎn)消費活動（產(chǎn)品生命周期）認(rèn)識/決策來自于取決于調(diào)控解決科學(xué)的評價方法（LCA）資源開發(fā)產(chǎn)品生產(chǎn)包裝運輸使用維護廢棄再生循環(huán) 9 / 28 中國中國LCALCA應(yīng)用的意義應(yīng)用的意義n 市場領(lǐng)域：幫助企業(yè)實現(xiàn)行業(yè)產(chǎn)品、技術(shù)、管理的持續(xù)改進(jìn)和升級，增強中國企業(yè)和產(chǎn)

4、品的國際競爭力。 中國的出口企業(yè)，面臨日益嚴(yán)格的國際市場環(huán)保要求，以及發(fā)達(dá)國家和新興經(jīng)濟體的長期競爭。n 政策領(lǐng)域：為實現(xiàn)節(jié)能減排約束性指標(biāo)提供直接支持，并服務(wù)于“兩型社會”、生態(tài)文明、循環(huán)經(jīng)濟、低碳經(jīng)濟等宏觀目標(biāo)。 企業(yè)的社會責(zé)任 10 / 28 應(yīng)用1利樂包裝的碳足跡評價1、目標(biāo)與范圍定義 產(chǎn)品與問題：利樂包裝材料 碳足跡 目標(biāo)受眾及目標(biāo)應(yīng)用： 利樂公司 分析GHG減排潛力 系統(tǒng)邊界與環(huán)境影響類型 （王志慧等，（王志慧等，2012，環(huán)境科學(xué)研究），環(huán)境科學(xué)研究） 11 / 28 利樂包裝的碳足跡評價2、生命周期清單分析建模與數(shù)據(jù)收集 貢獻(xiàn)分析：找出重點過程，貢獻(xiàn)比例原材料生產(chǎn)廠-零部件制造

5、廠-主機裝配廠b.廢舊汽車收集地-拆解回收處理廠（2）運輸方式）運輸方式1：運輸距離約為 1500 km。采用卡車運輸，發(fā)動機排放符合歐排放標(biāo)準(zhǔn)。（3）排放計算）排放計算2：1張雷, 劉志峰, 王進(jìn)京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3). 2何東全, 郝吉明, 賀克斌, 等. 應(yīng)用模式計算機動車排放因子J. 環(huán)境科學(xué), 1998, 19(3). 使用Step 2-4EEV：電動汽車耗電量(kWh)e：電動汽車每100km耗電量，為20 kWh/100km：電池充電效率，為90%LEV：電動汽車生命周期總行駛里程，為300000kmE

6、ICEV：燃油汽車耗油量(L)，o： 燃油汽車每100 km 耗油量( L) ，為9L/100kmLICEV：內(nèi)燃機汽車生命周期總行駛里程，為30000km電動汽車電動汽車燃油汽車燃油汽車計算得：電動汽車EEV=66667 kWh燃油汽車EICEV（汽油）=2700L 回收Step 2-51忽略其他金屬材料回收的差異只考慮電池回收導(dǎo)致的差異鋰電池回收：2HCl：80kgNaOH：20kgr-MnO2離子篩固體粉末：5kg電能：9kWh天然氣能：2kWh回收率為90%LiCl固體18.0851kg電池外殼回收：電能3kWh聚丙烯碎片5.3108kg鋁箔碎片7.4242kg1張雷, 劉志峰, 王進(jìn)

7、京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3). 2李東光.廢舊金屬、電池、催化劑回收利用實例M.北京: 中國紡織出版社,2010:12-45第一部分Electrical and MechanicalMy class one, our home影響評價調(diào)研方法Impact assessmentStep 3: 3-1分類分類3-2表征表征 3-3歸一化歸一化3-4評價評價環(huán)境影響定量化環(huán)境影響定量化*影響評價需要用到相應(yīng)軟件（如GaBi），本小節(jié)為保持分析的連貫性，數(shù)據(jù)及結(jié)果均來自張雷等（2013）的研究。和上一小節(jié)清單分析中的數(shù)據(jù)來源不完全

8、一致。 分類Step 3-1CML2001 模型把環(huán)境影響分為11類1：資源消耗(kg,以Sb當(dāng)量計算)酸化（kg，以SO2當(dāng)量計算）富營養(yǎng)化（kg，以Phosphate當(dāng)量計算）淡水生態(tài)毒性（kg，以DCB當(dāng)量計算）全球變暖（kg，以CO2當(dāng)量計算）人類毒性（kg，以DCB當(dāng)量計算）海水生態(tài)毒性（kg，以DCB當(dāng)量計算）臭氧層損耗（kg，以CCl3F當(dāng)量計算）光化學(xué)臭氧合成（kg，以Ethene當(dāng)量計算）放射性輻射（DALY） 土壤生態(tài)毒性（kg，以DCB當(dāng)量計算）1Guine J. Handbook on life cycle assessmentoperational guide to

9、the ISO standardsJ. The international journal of life cycle assessment, 2001, 6(5): 255-255. 表征Step 3-2使用GaBi軟件計算1以參照物當(dāng)量表示1張雷, 劉志峰, 王進(jìn)京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3). 歸一化Step 3-3用各環(huán)境指標(biāo)占全國該環(huán)境指標(biāo)的比例，無量綱化為標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)。1將7類主要環(huán)境影響標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)加和（權(quán)重相同），得上圖2。備注：上圖歸一化的基準(zhǔn)值來自 GaBi 軟件提供的德國環(huán)境影響基準(zhǔn)值1張劍波.環(huán)境材料導(dǎo)論M,

10、北京大學(xué)出版社，2008:622張雷, 劉志峰, 王進(jìn)京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3). 電動汽車動力系統(tǒng)內(nèi)燃機汽車動力系統(tǒng) 評價Step 3-4（1）電動汽車的生命周期環(huán)境影響比燃油汽車低 0.14%。（2）電動汽車主要環(huán)境影響類別為酸化、全球變暖與富營養(yǎng)化。張雷, 劉志峰, 王進(jìn)京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3). 第一部分Electrical and MechanicalMy class one, our home結(jié)果解釋調(diào)研方法Life cycle in

11、terpretationStep 4: 4-1問題辨識問題辨識4-2結(jié)果評價結(jié)果評價4-3結(jié)論建議結(jié)論建議問題辨識Step 4-1張雷, 劉志峰, 王進(jìn)京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3). 胡志遠(yuǎn),程鵬,譚丕強,樓狄明. 電動汽車生命周期影響評價A. 2013中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第八卷）C. 2013總體來看，電動汽車環(huán)境協(xié)調(diào)性優(yōu)于燃油汽車。具體來看：（1）電動汽車環(huán)境影響主要在生產(chǎn)和使用階段。（2）電動汽車對酸化、富營養(yǎng)化的影響顯著大于燃油汽車。（3）研究結(jié)果之間存在較大差異。結(jié)果評價Step 4-2（1）電動汽車

12、環(huán)境影響主要在生產(chǎn)和使用階段。）電動汽車環(huán)境影響主要在生產(chǎn)和使用階段。生產(chǎn)階段：鋰電池生產(chǎn)和機械鑄造過程中存在大量能耗使用階段：消耗電能，受車重、充電效率等影響敏感性分析：車重、生產(chǎn)階段能耗和電池充電效率 Bi為第 i 種生命周期環(huán)境影響指標(biāo)值，Ij為 j 種清單數(shù)據(jù)值 例：1劉夏璐, 王洪濤, 陳建等中國生命周期參考數(shù)據(jù)庫的建立方法與基礎(chǔ)模型J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2010, 30( 10) : 2136-21442張雷, 劉志峰, 王進(jìn)京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3). 12結(jié)果評價Step 4-2（2）電動汽車對酸化、富營

13、養(yǎng)化的影響大于燃油汽車）電動汽車對酸化、富營養(yǎng)化的影響大于燃油汽車關(guān)鍵：電能來源（減小火電比例）方案 1: 火力 80%、水力 18%和核能 2%方案 2: 火力 50%、水力 25% 和核能 25%方案 3: 火力 40%、水力 20%、風(fēng)力 20%和核能 20%張雷, 劉志峰, 王進(jìn)京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3). 結(jié)果評價Step 4-21）研究對象：每100km耗電/耗油量設(shè)定不同2）評價邊界：是否同時涵蓋發(fā)電和用電地區(qū)3）輸入輸出模型：單元過程及系統(tǒng)模型不同（3）研究結(jié)果之間存在較大差異）研究結(jié)果之間存在較大差異張

14、雷, 劉志峰, 王進(jìn)京. 電動與內(nèi)燃機汽車的動力系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響對比分析J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2013, 33(3).胡志遠(yuǎn),程鵬,譚丕強,樓狄明. 電動汽車生命周期影響評價A. 2013中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第八卷）C. 2013艾江鴻, 李海鋒, 林鑒軍. 電動汽車的全壽命周期環(huán)境影響分析 JJ. 技術(shù)經(jīng)濟, 2010, 29(3).結(jié)果評價Step 4-2（3）研究結(jié)果之間存在較大差異）研究結(jié)果之間存在較大差異4）環(huán)境影響評價模型：Eco-indicator99、 CML2001、 IMPACT2002、 EDIP2003、 TRACI7等等5）假設(shè)和限制：電能數(shù)據(jù)的計算不

15、同、 各項指標(biāo)權(quán)重不同等等6）部分環(huán)境影響難量化：如噪音、充電過程諧波污染等等 郭文雙, 申金升, 徐一飛. 電動汽車與燃油汽車的環(huán)境指標(biāo)比較J. 交通環(huán)保, 2002, 23(2): 21-23.結(jié)論建議Step 4-31、總體來看，電動汽車環(huán)境協(xié)調(diào)性優(yōu)于燃油汽車。用電動汽車部分替代燃油汽車，可在一定程度上緩解資源消耗、溫室效應(yīng)、光化學(xué)臭氧生成的環(huán)境影響。2、但在目前的電能結(jié)構(gòu)下，不能完全用電動汽車替代燃油汽車，因為可能加劇酸化和富營養(yǎng)化的環(huán)境影響。3、電動汽車的環(huán)境影響主要體現(xiàn)在發(fā)電過程。用風(fēng)電、水電、核電等清潔能源替代火力發(fā)電，可降低電動汽車的環(huán)境影響。4、不同研究得到的電動汽車環(huán)境影響

16、歸一化的評價結(jié)果存在較大差異。但同一研究中，電動汽車與燃油汽車的比較研究結(jié)果類似，有更大的參考價值。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.5 再生紙是否與環(huán)境協(xié)調(diào)再生紙是否與環(huán)境協(xié)調(diào)6.5.1利用再生紙的背景利用再生紙的背景n紙可以說是文化的標(biāo)志，1989年的統(tǒng)計表明，全世界的紙用量為23000萬噸，每人每年平均用紙45kg,而美國人均達(dá)300kg，西歐和日本人均約200kg,就是說發(fā)達(dá)國家消耗的紙占了一大部分。n在很久以前，人們就認(rèn)識到了以舊紙作紙漿比木材作紙漿造紙更經(jīng)濟，因再生紙的利用得到了長足的發(fā)展。隨著環(huán)境問題意識的高漲，人們擔(dān)心大量用紙會加重環(huán)境負(fù)荷，因而對再生紙的使用更寄予厚望，希望能減輕環(huán)境負(fù)荷。

17、但是也有觀點認(rèn)為利用再生紙對環(huán)境保護并無貢獻(xiàn)，究竟如何呢？北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院6.5.2 造紙工藝及再生工藝造紙工藝及再生工藝n造紙是使木材中的植物纖維分散在水中（制漿），經(jīng)過抄漿、干燥、使纖維通過氫鍵結(jié)合起來的過程。這種氫鍵在常溫的水中即可離解，因而可重新抄紙。n 為了將木屑的纖維細(xì)胞分散開，可采用機械方法（加剪力將其撕開）和化學(xué)方法（用堿等化學(xué)試劑將粘接纖維細(xì)胞的木質(zhì)素分解即蒸解）。用前一種方法做的漿稱為機械漿，用后一種方法做的漿稱為化學(xué)漿。n另外，根據(jù)需要，還要漂白紙漿。氯氣曾作為漂白劑使用，但由于生成有害的dioxime(TCDD;2,3,7,8-四氯(b,e)（1，4）二惡英，

18、是一種劇毒性物質(zhì)，有很強的致癌作用和致畸形作用），以及氯氣易溢出等原因，現(xiàn)在開始轉(zhuǎn)用高氯酸、雙氧水、臭氧及氧氣等作漂白劑。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院造紙工藝及再生工藝造紙工藝及再生工藝n在抄漿工藝中，為使紙張平滑，不透光，要添加一些氧化鈦和碳酸鈣等填充劑，此外還要加入一些淀粉填料和染料等。n若選用舊紙作原料，首先要將舊紙從家庭、工廠收集起來，去除雜物；然后在水中進(jìn)行軟化、分散處理，將膠片、別針、膠等異物通過過濾、離心分離等方法除去；然后用表面活化劑將印刷油墨乳化分解，用水洗掉攜帶油墨粒子的泡沫。最后，根據(jù)需要進(jìn)行化學(xué)漂白。抄漿工藝和上述新漿的工藝基本相同。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.5.3原漿紙與再生紙的環(huán)境負(fù)

19、荷比較原漿紙與再生紙的環(huán)境負(fù)荷比較 1) 能耗能耗 n 在利用舊紙漿的情況下，所需的動力主要用于舊紙在水中離解，去除雜質(zhì)與流送雜物，可以想象在漿化過程中能耗是非常少的。對漿化過程所消耗的能量有各種各樣的統(tǒng)計結(jié)果：化學(xué)漿化是10.4716.75Mj/kg，機械漿化是4.18714.65Mj/kg。再生漿化是2.0934.187Mj/kg。對于漿化來說，如何評價能量的回收是有爭議的。使用再生紙大體可以節(jié)省能量8.37410.47MJ/kg，即能節(jié)省約1/3。這里的問題是：扔掉的舊紙既使不化漿也可以回收能量。紙的燃燒熱是12.56MJ/kg，若能100%的回收的化，可以比化漿獲得更多的能量。n對于舊

20、紙，運輸體積只有木屑的四分之一，從運輸上來說可以節(jié)能。但舊紙是從不同的地方收集來的，為了回收廢紙的運輸距離也不容忽視?？傊?，從總體上考慮，雖有異議，但在這里判定再生紙為贏家。北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 n2)大氣污染大氣污染 SO2在燃料的燃燒階段產(chǎn)生,粗略地講是和整個工程的能耗相關(guān)的。如此看來，再生紙產(chǎn)生的SOx數(shù)量是要少一點。另外樹皮紙漿不可避免的要產(chǎn)生甲硫醇等惡臭物質(zhì)；而再生漿中就很少。還有，在紙漿輸送過程中會有NOx氣體放出，與能耗的情況相同，這里也判定再生紙為贏家。北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 n3)水質(zhì)污染水質(zhì)污染n造紙工藝需要大量的水，大型造紙廠日需水量高達(dá)45萬噸，這相當(dāng)于百萬人

21、口城市的用水量。即使說原生漿和再生漿分散時所用水量相同， 但僅就脫墨過程中水的消耗量而言，再生紙或許要多一些。n要制作白紙。必須將木質(zhì)素溶解析出（洗提），由木質(zhì)素生成的有機衍生物除了隨排水排出之外，洗提出的部分纖維素，半纖維素還會生成糖類和有機酸，從而造成生化耗氧量（BOD）和化學(xué)耗氧量（COD）值的增大。各工藝生成的微小纖維會形成固體懸浮物（SS），經(jīng)過適當(dāng)處理雖對水質(zhì)污染影響不大，但有處理淤泥的問題。n具有良好保存性的中性舊紙中，碳酸鈣涂層及淀粉在漿化過程中會使排水中的COD等污染物質(zhì)的濃度增高，并使成品質(zhì)量下降。n另外，附在舊紙上的種種灰塵和臟物等也會污染水質(zhì)。關(guān)于水質(zhì)污染這一項我們先判

22、為平局。 北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 n4)固體廢棄物固體廢棄物n固體廢棄物主要指排水中的污泥渣及混在舊紙中的垃圾。對原生漿來說，木屑在運輸和堆放在室外時，常常有飛散到周圍環(huán)境中去的問題。因此，這一項判再生紙為全贏。北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 n5)關(guān)于保護綠色環(huán)境關(guān)于保護綠色環(huán)境n要得到1t的機械漿就需要2.12.4m3的木材，而1t的牛皮紙漿則需要3.54.2 m3的木材，當(dāng)然再生漿不需要木材。通常不會為了獲得制漿用的木屑去砍伐樹木，一般使用的是間伐樹木、毀壞木材或木材的下腳料。然而制漿卻使用了木材生產(chǎn)量的12%。尤其考慮到今后用紙量增大的情況，再生紙的意義就更大了。因此從保護綠色環(huán)境的角

23、度看。再生紙是好的，是勝方。n當(dāng)然進(jìn)口廢紙要特別當(dāng)心，以防別人的垃圾輸出。總之，從一般意義上講，使用再生紙會減輕環(huán)境污染。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.6 硅酸鹽水泥的生命周期評價方法硅酸鹽水泥的生命周期評價方法n硅酸鹽水泥LCA評價一般分為兩種。廣義的LCA評價：就某一區(qū)域的水泥工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行總體評價，對確定水泥的環(huán)境地位，制定相應(yīng)的環(huán)境政策及水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有指導(dǎo)意義。狹義的LCA評價：對確定的水泥工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行評價，為水泥的環(huán)境性能改善、新工藝和新技術(shù)的發(fā)展提供方向和指導(dǎo)。n考慮到水泥壽命周期的不確定性，在此以原料開采至水泥生產(chǎn)，同時以一定標(biāo)準(zhǔn)的混凝土制造，構(gòu)成LCA評價的壽命周期。 北京大

24、學(xué)環(huán)境學(xué)院硅酸鹽水泥的生命周期硅酸鹽水泥的生命周期北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.6.1體系的邊界條件體系的邊界條件n研究對象為硅酸鹽水泥，原料采用石灰石、粘土及石膏。噸水泥料耗：石灰石1.3噸、粘土0.3噸、石膏50Kg；不考慮工業(yè)廢渣的利用，功能單位以1m3標(biāo)準(zhǔn)混凝土所用水泥重量計，并以此構(gòu)成完整壽命周期。1m3標(biāo)準(zhǔn)混凝土配比為：270kg水泥，60kg石灰，1850kg集料。不考慮水泥的循環(huán)利用、廢棄處理，5噸柴油汽車運輸，水泥和混凝土原料運輸距離分別假定為5Km和30Km。n生產(chǎn)設(shè)備、建筑設(shè)施相關(guān)的環(huán)境污染不予考慮。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.6.2 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥LCI（清單）分析（清單）分析n

25、下表中的電力生產(chǎn)污染數(shù)據(jù)是按我國發(fā)電能耗平均值0.424kg標(biāo)準(zhǔn)/kwh,折合為熱值24244KJ/Kg燃煤計算而來；CO2生成量按原煤固定碳含量50%計算,原煤灰份以20%計，電力生產(chǎn)、運輸系統(tǒng)NO2 、SO2生成量系根據(jù)相應(yīng)平均排放因子計算得到。n所有的原料開采以相同的電力消耗計，未考慮其他污染物。同理可得水泥生產(chǎn)過程的環(huán)境數(shù)據(jù) 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥LCI北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥LCI北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.7 塑料（樹脂）環(huán)境影響評價塑料（樹脂）環(huán)境影響評價n從事LCA研究的英國Open大學(xué)布斯捏提教授，在歐洲塑料工業(yè)協(xié)會的資助下，召集英國、瑞士、

26、德國、瑞典的學(xué)者組成專門學(xué)術(shù)小組，確定了方法論；同時對日常生活中常用的通用樹脂，高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）、聚氯乙烯樹脂（PVC）和聚酯樹脂（PET）等進(jìn)行了PLAC研究。n下表列出了歐洲小組實施的將HDPE、PP、PVC及EPS換算成發(fā)泡體的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是19個石油化學(xué)聯(lián)合企業(yè)的平均值。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院今后的研究方向n機械再生循環(huán)（Mechanical Recycle如樹脂的再生利用），n原料再生循環(huán)（feed stock recycle即作為原料，再資源化）和n熱再生循環(huán)（thermal

27、recycle即作為焚燒回收能源的再資源化）哪種更適合于塑料制品（例如EPS盒）的再生利用，也就是說那種再生循環(huán)方法與環(huán)境更為協(xié)調(diào)的問題。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.8 從生命周期評價看白色污染治理從生命周期評價看白色污染治理 n人們熟悉的PS發(fā)泡一次性餐具曾帶給國人飲食習(xí)慣上的一次變革，促進(jìn)人們建立方便衛(wèi)生快捷的現(xiàn)代生活方式；n但由于使用后的隨意丟棄也引發(fā)了不容忽視的環(huán)境問題“白色污染”。n解決這一問題的途徑何在，究竟“替代和禁用”更益于生態(tài)環(huán)境還是“回收再利用”更符合持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的爭論仍未有定論。 北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院6.8.1 PS發(fā)泡餐具的發(fā)展發(fā)泡餐具的發(fā)展n發(fā)泡PS是由聚苯乙烯發(fā)泡成

28、平板片材后成型為各種形狀的產(chǎn)品，其材質(zhì)穩(wěn)定，安全衛(wèi)生，輕巧便利，成本低廉； 具有良好的保溫性，能延長食品溫度及鮮度的保持時間；優(yōu)異的防潮性，確保食品不受污染；質(zhì)輕強度好，運輸方便，不易變形，廣泛用作食品容器，有著不可替代的優(yōu)勢。n我國的泡沫塑料行業(yè)在90年代得到蓬勃發(fā)展，擠出發(fā)泡生產(chǎn)線超過百條，生產(chǎn)能力10萬噸以上，大型成型機150臺，餐盒年生產(chǎn)能力150億只以上，實際產(chǎn)量80億只。n生產(chǎn)工藝自身也不斷得到提高，CFC發(fā)泡技術(shù)被淘汰，代之以丁烷，戊烷或二氧化碳發(fā)泡工藝。在蒙特利爾議定書（Montreal Protocol）框架下，企業(yè)從多邊基金獲得資助進(jìn)行技術(shù)改造，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。北京大

29、學(xué)環(huán)境學(xué)院6.8.2 替代品的發(fā)展替代品的發(fā)展n發(fā)泡餐具的替代品包括紙制品和降解塑料制品等，其中紙制品一是由木材為主制成木漿，再由木漿制成紙板，經(jīng)成型，折疊制成餐具，其將消耗大量木材；另一種是紙漿模塑餐具，由植物纖維制漿（木漿與草漿或蔗渣漿，秸桿漿等按一定比例混合）一次成型生產(chǎn)，除消耗一定木材，還耗費大量能源；紙制品成本價格是發(fā)泡PS產(chǎn)品的23倍。n實驗表明，在通常條件下，5個月后紙制餐盒才可完全分解；可見視覺污染并未消除。況且，可分解未必就有益于環(huán)境，因分解所產(chǎn)生的甲烷會導(dǎo)致溫室效應(yīng)，而生物分解所產(chǎn)生的滲漏水也會污染地下水。雖然理論上造紙廠可回收利用，但由于這種餐盒添加了防油防水劑，因此回收

30、需添加特殊設(shè)備，經(jīng)濟上不核算，目前還沒有造紙廠愿意回收這種餐盒。n降解塑料制品主要有：光降解，以添加光敏劑取得降解效果；生物降解，添加淀粉類可降解物質(zhì)，以獲得降解效果；此外還有光生物雙降解模式。降解塑料成本比發(fā)泡塑料高10%左右，且降解受空氣，陽光，水，微生物等因素影響，需13年的時間分解為碎片或粉末，并不能真正降解和完全被土壤吸收，其碎片在20年的時間內(nèi)，仍有50%左右的殘留量存在，因而降解塑料也面臨一個回收問題。但降解塑料因其攙有降解材料而難以再利用。 北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院6.8.3 利用生命周期法進(jìn)行環(huán)境影響評價利用生命周期法進(jìn)行環(huán)境影響評價1) 利用利用LCA評價的必要性評價的必

31、要性n在考慮對環(huán)境的負(fù)荷時，會得到一些出乎意料的結(jié)果。比如在商店購物時，給顧客的聚乙烯(PE)購物袋比紙購物袋更利于保護環(huán)境。這似乎同人們的想象大相徑庭。在人們的意識中，聚乙烯購物袋用過扔掉后，不能在自然中風(fēng)化降解，常常隨風(fēng)飄揚，破壞生活景觀，造成環(huán)境污染。但對聚乙烯購物袋和紙制購物袋的環(huán)境負(fù)荷對比評價表明，PE購物袋的能耗量較低。n這兩種產(chǎn)品的生命周期是：PE從原油的開采開始，紙是從伐木開始，經(jīng)過產(chǎn)品的制造，使用，然后將使用后的一部分進(jìn)行再生循環(huán)處理，直到最后作無公害焚燒的過程。環(huán)境負(fù)荷評價就是對這兩種產(chǎn)品在整個壽命周期中的能耗量進(jìn)行分析和計算。結(jié)果表明(見表)，在容量相同的情況下，紙袋的能

32、耗是PE購物袋的1.52倍(隨再生率的提高,二者能耗差距減小)。類似地，PE購物袋在產(chǎn)生的固體垃圾數(shù)量和廢氣排放量方面，也要低于紙購物袋。紙袋在再生循環(huán)處理中會排出更多的污水，這是造成紙環(huán)境負(fù)荷增加的主要原因。這些結(jié)果表明聚乙烯袋對環(huán)境造成的負(fù)荷程度比紙袋要低。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院2) 全過程評價全過程評價PS餐盒與紙制餐盒的環(huán)境負(fù)荷餐盒與紙制餐盒的環(huán)境負(fù)荷n從資源角度，PS餐盒消耗少量原油，而紙制餐盒在制造中為了保證質(zhì)量則需添加一定比例的原木漿（見表）。餐盒用量如此巨大，若全面推廣，勢必造成大量木材的消耗，導(dǎo)致森林砍伐的加劇。值得注意的是，我國森林面積為1.3億公頃,森林覆蓋率

33、為13.92%,人均占有森林面積只相當(dāng)于世界人均水平的17.2%, 居世界第119位。顯然在原料角度紙制餐盒的環(huán)境負(fù)荷要大得多。n從原料加工來看，PS餐盒的原料主要來自石油加工的副產(chǎn)品，雖然也有一定的能量消耗和污染物排放；而制漿的制造歷來是耗能大戶，耗水大戶，排污大戶。造漿工藝需要大量的水，一個大型造紙廠日需水量高達(dá)45萬噸，這相當(dāng)于百萬人口城市的用水量。而據(jù)國家的有關(guān)統(tǒng)計，我國的水資源總量為2.8億立方米, 居世界第6位,可按人均占有量計算,卻僅為2340立方米, 在國際上排第88位,已被列入世界12個貧水國家的名單中。在制漿中須將木質(zhì)素溶解析出，由木質(zhì)素生成的有機衍生物除隨排水排出之外，洗

34、提出的纖維素，半纖維素還會生成糖類和有機酸，從而造成水中生化耗氧量（BOD）和化學(xué)耗氧量（COD）值的增大。各工藝生成的微小纖維會形成固體懸浮物（SS），經(jīng)適當(dāng)處理雖對水質(zhì)影響不大，但有處理淤泥的問題。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院2) 全過程評價全過程評價PS餐盒與紙制餐盒餐盒與紙制餐盒的環(huán)境負(fù)荷（續(xù)）的環(huán)境負(fù)荷（續(xù)）n在產(chǎn)品加工制造中紙制餐盒的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PS餐盒，因其工藝的限制，其在成型后須立即干燥，需消耗大量的電能。而中國的能源儲藏決定了能源結(jié)構(gòu)是以煤為主，能量的消耗就意味著顆粒物，SO2的排放。n在產(chǎn)品運輸方面，紙制餐盒自身重量是PS餐盒的5倍，運送同樣數(shù)量的餐盒，用PS餐盒可節(jié)

35、約30%的能量，對空氣的污染也減小了。n此外衛(wèi)生與健康問題也絕對不容忽視。餐盒的功用不止便于外帶而已，它們還能保護食物。這一點PS餐盒顯然具有優(yōu)勢。速食包裝在衛(wèi)生問題的影響值得深思。n從使用后來做比較，PS餐盒廢棄后對市容景觀產(chǎn)生視覺污染且長期難以降解，但可回收利用解決這一問題；紙制餐盒雖經(jīng)一定時間可自行分解，但若隨意丟棄，則視覺污染依然存在。n綜觀這兩種產(chǎn)品的生命周期全過程，顯然紙制餐盒對環(huán)境的影響要大，盲目推廣使用的危害顯而易見。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.9 對社會基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境平衡評價對社會基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境平衡評價n對環(huán)境施加負(fù)荷的技術(shù)可分為能量相關(guān)技術(shù)和非能量相關(guān)技術(shù)兩大類。n前一種指發(fā)電設(shè)

36、備、汽車或照明燈具等這類消耗能量的同時又可作功或產(chǎn)生能量的技術(shù)；n后一種則指建筑物、衣服、家具等使用時不消耗能量的。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.9.1能量相關(guān)技術(shù)的環(huán)境負(fù)荷能量相關(guān)技術(shù)的環(huán)境負(fù)荷n對于能量相關(guān)技術(shù)而言，其特征是運行時的能耗比制造設(shè)備、生產(chǎn)產(chǎn)品或建設(shè)設(shè)施時的能耗要大得多，并且隨設(shè)備和產(chǎn)品使用年限得增加而增大。運行消耗的能源多為礦物能源或電力，所造成的環(huán)境影響主要是SOx, NOx,CO2等大氣污染物質(zhì)。n對能量相關(guān)技術(shù)，減輕環(huán)境負(fù)荷最有效的對策就是減少運行時的能耗，即提高效率。n此外，延長這些設(shè)備和產(chǎn)品的使用壽命，可減少其產(chǎn)量，降低制造時的能耗，還可以有效地減少廢棄物。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院

37、6.9.2 非能量相關(guān)技術(shù)的環(huán)境負(fù)荷非能量相關(guān)技術(shù)的環(huán)境負(fù)荷n非能量相關(guān)技術(shù)的環(huán)境問題主要是廢棄物的問題。如何減少廢棄物的問題就成為中心課題。精心使用性能優(yōu)異的物品，開發(fā)耐用及可以修理的產(chǎn)品十分重要。n對于城市建筑，盡可能延長其構(gòu)架的使用壽命，只是在內(nèi)外裝潢上跟上時代潮流就足夠了。n將更換品和廢舊市場的東西予以再利用，擴大普及再利用就顯得更有必要。再利用不一定局限于國內(nèi)，也希望擴展到一些物質(zhì)緊缺的發(fā)展中國家。但為防止發(fā)達(dá)國家利用人工費便宜和環(huán)境法規(guī)不健全而變相向發(fā)展中國家出口垃圾，發(fā)展中國家必須建立自己的再生循環(huán)利用體系。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.9.3 環(huán)境影響評價環(huán)境影響評價 對于發(fā)電廠以CO2

38、（重要的地球溫室氣體）為例進(jìn)行周期分析北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院發(fā)電廠周期分析n最初的設(shè)備建造、運行所需要的材料能耗，可通過累加設(shè)備制造各工序及運行投入的材料和能量來求得。將建造材料和運行能量換算成熱量，即可求出在壽命周期中所投入的總能量，再從投入的總能量算出發(fā)電廠的CO2的單位排放量。n設(shè)備制造和運行時間接排放的CO2，按設(shè)備的制造和運行所投入的能量分為煤炭、石油、天然氣和電力幾大類，再乘以各自的CO2單位排放量，就可以算出。也就是說所求得的材料和能量乘以由產(chǎn)業(yè)相關(guān)表預(yù)先算出的單位能耗及CO2單位排放量，就可以算出整個工廠投入的能量和間接排放出的CO2數(shù)量。算出的數(shù)值加上發(fā)電時燃料燃燒排放出的CO2數(shù)

39、量，即可以得出直接與間接放出的CO2數(shù)量。n除此之外，還要考慮制造水泥時化學(xué)反應(yīng)所放出的CO2，油氣井中天然氣所含的CO2等。開采天然氣及挖掘煤炭時逃逸到大氣中的甲烷對地球的溫室效應(yīng)影響也要換算為CO2。將所有這些在壽命周期中直接、間接產(chǎn)生的CO2排放量加起來除以發(fā)電量，即可得到以每千瓦小時的CO2單位排放量來表示的發(fā)電廠對地球溫室效應(yīng)的影響。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院發(fā)電廠周期分析北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 n圖中的結(jié)果是在假設(shè)發(fā)電廠壽命為30年，并以此期間的能耗為基礎(chǔ)計算得到的。n 從圖中可以看出，按原子能、中小水利、地?zé)?、其他天然能源和火力發(fā)電的順序，CO2的單位排放量從小到大遞增。n與原子能及天然能源相

40、比，火力發(fā)電對地球溫室效應(yīng)的影響要大得多。這是因為發(fā)電時由燃料燃燒直接放出的CO2量，比設(shè)備制造、運行或甲烷泄露等間接的CO2排放量要大得多的緣故。出乎意料的是，除了水力和地?zé)嵬?，使用其他自然資源的設(shè)施排放的CO2很多，這是由于要將非集中得自然能量集中起來，不得不投入大量的設(shè)備。n 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 n在自然能源中，能量密度最高的是水力和地?zé)?，它們在減小地球溫室效應(yīng)方面占有優(yōu)勢。水電的CO2單位排放量為5.6g(碳)/Kwh,僅占液化天然氣發(fā)電的1/30。核能和自然能一樣，對地球溫室效應(yīng)的影響不大，其數(shù)據(jù)依鈾的濃縮方法不同而有很大差異。和液化天然氣火電站相比，若鈾濃縮采用氣體擴散法約為1/5，

41、若用離心法，則僅為1/16。核電站系統(tǒng)燃料的循環(huán)比較復(fù)雜，建站的物質(zhì)和能量需求量很大。但是投入的能量，以使用壽命平攤，也只占年投入量（不包括燃料）的10%，這不是很大的數(shù)值。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.11 生命周期評價在城市垃圾管理中的應(yīng)用生命周期評價在城市垃圾管理中的應(yīng)用6.11.1 我國所面臨的主要城市垃圾問題我國所面臨的主要城市垃圾問題n1995年，全國共有647座城市。城市非農(nóng)業(yè)人口18490萬人，城市垃圾清運量為10671萬噸。盡管有932座垃圾處理設(shè)施，但是無害化處理率卻只有43.7%。1996年全國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量為6.6億噸，歷年累計堆存量達(dá)64.9億噸。占地51680km2。n隨

42、著經(jīng)濟的增長和生活水平的提高。我國城市垃圾每人每年的產(chǎn)生量約為440kg，在過去的十幾年里，城市垃圾平均以8%-10%的速度增長。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.11.2 LCA在城市垃圾減量化的應(yīng)用在城市垃圾減量化的應(yīng)用n如前所述，LCA可以預(yù)測某一種產(chǎn)品或某項活動在整個生命周期中對環(huán)境的可能影響，因而是一種促進(jìn)環(huán)境管理的有用工具。同樣，其也可以有效地應(yīng)用到廢物管理，評價環(huán)境的可持續(xù)性。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 n2）目標(biāo)的確定）目標(biāo)的確定n研究的目的和目標(biāo)是：探索LCA在我國城市垃圾管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，預(yù)防和減少城市垃圾的產(chǎn)生；改進(jìn)現(xiàn)有城市垃圾管理系統(tǒng)。n3）系統(tǒng)范圍）系統(tǒng)范圍n 包括城市垃圾處理和處置過程，

43、而不包括城市垃圾的回收。因為目前分類收集對城市垃圾的實際影響并不明顯。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院5）影響分析）影響分析n通常根據(jù)研究目的和目標(biāo)來確定分析范圍，如土地使用價值，處理費用，減量，填埋，堆肥和焚燒的管理等。nA)衛(wèi)生填埋n填埋場內(nèi)的物質(zhì)可以通過以下多種途徑逸出：填埋氣體，滲出液，表面徑流，被風(fēng)吹走的輕物質(zhì)和塵土批；鳥類，嚙齒動物和其他動物；在填埋場內(nèi)生長的植物。n通過上述途徑，這些逸出物可導(dǎo)致下列問題：n全球變暖-由有機物分解釋放的CO2和CH4引起；n臭氧層破壞-由含CFC產(chǎn)品中釋放的CFC引起；n氧化劑的形成-由CH4和其

44、他揮發(fā)性有機物形成；n酸化-由氮氧化合物和硫化物引起；n富營養(yǎng)化-由氮、磷和有機物引起；n毒理和生態(tài)毒理效應(yīng)-由滲出液和氣體中的金屬和有機物引起；n土地利用、空間利用、噪音、惡臭、意外事故如火災(zāi)、職業(yè)衛(wèi)生和安全、其他。北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院5）影響分析）影響分析(續(xù)）續(xù)）nB. 堆肥n來自堆肥過程中有機物分解的氣體，排放的污水以及堆肥產(chǎn)品本身，可引起下列環(huán)境問題：荒漠化、土壤退化、全球變暖、富營養(yǎng)化、毒理和生態(tài)毒理效應(yīng)、噪聲、惡臭、職業(yè)衛(wèi)生和安全、其他。nC.焚燒n焚燒也可以通過排放的氣體，污水和爐灰對環(huán)境造成影響：全球變暖、臭氧層破壞、氧化劑形成、酸化、毒理和生態(tài)毒理效應(yīng)、噪聲、惡臭、職業(yè)衛(wèi)生和安

45、全、其他。 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院6.13 建立環(huán)境材料數(shù)據(jù)庫的可能性建立環(huán)境材料數(shù)據(jù)庫的可能性 6.13.1 怎樣測定環(huán)境材料度怎樣測定環(huán)境材料度n應(yīng)用LCA方法是否就能知道材料在大多數(shù)程度上是環(huán)境材料，用什么方法和指標(biāo)去測量它呢？n大多數(shù)原材料作為支撐社會基礎(chǔ)設(shè)施的基石，常常是作為經(jīng)久耐用的結(jié)構(gòu)材料而被廣泛利用。n在用途和所希望的功能比較明確的情況下，首先在眾多材料中選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的材料，然后計算出每一個材料的負(fù)荷系數(shù)及使用壽命，進(jìn)行比較和分析。n下表給出了對超高臨界火力發(fā)電設(shè)備使用材料的評價結(jié)果 北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 n表中列出了在火力發(fā)電時提高發(fā)電溫度對環(huán)境負(fù)荷的改 善。為使問題簡化，在這里假設(shè)將壽命周期限定為只包括制造和使用兩個方面，環(huán)境負(fù)荷也只考慮CO2的排放，并且材料不是從眾多材料中選擇的，是計劃使用的材料。評價的目的在于弄清楚使用這種材料是否合適。另外對材料性能的要求也僅限于蠕變強度，將維持必要強度所需的材料數(shù)量數(shù)值化并換算為CO2產(chǎn)生量。n由表可見，隨著蒸汽溫度的升高，超高臨界壓發(fā)電效率得到提高，CO2的產(chǎn)生量也相應(yīng)減少。另一方面，伴隨蒸汽溫度的升高，對材料的要求就更嚴(yán)格；從質(zhì)的方面講，需要能耗和資源投入量更多的特殊材料；在量的方面。則為了保持足夠的強度需要大量的材料。計算結(jié)果表明，材料的替換會使CO2總量增加，但在一年里高效率的運轉(zhuǎn)中