生命周期评价解析.ppt

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产业生态学,主讲人：

张晓鹏电话：

18342776646Email：

生命周期评价,第三章,为什么实行产品的生命周期管理,不顾环境的传统工业生产末端治理简单的生产过程控制,生命周期管理,实际上，单纯的末端控制和生产过程控制，往往是解决了局部的环境问题，而却给其它地方带来更大的环境问题。

举例1：

英国Drax发电厂是一个煤炭为燃料的功率为4000MW的发电厂，它每秒燃烧大约产生430kg的碳，产生17kg的SO2

（2）含量。

为了治理大气污染，采用了湿石灰/石膏工艺除去SO2，可达90，因此每年可减少482400t的SO2排放。

但是采用全生命周期评估后发现，如果考虑原材料提取、生产和运输过程的环境负载和生产过程中的能耗，则在整个生命周期将反而多产生900t的SO2。

此外，每年多排放8200t的碳酸钙。

为什么实行产品的生命周期管理,举例2:

北方的沙尘暴，如果但从对人体健康和区域社会经济发展的角度评价，对人们是百害而无一利，但从生物地球化学循环的角度评价，利大于弊！

表现如下：

补充海洋营养，尤其是氮和磷和铁沙尘及其土壤粒子中和作用使我国北方降水pH值增加了0.82.5，韩国和日本增加了0.50.2沙尘暴可以将大气中的污染物聚集沉降下来。

为什么实行产品的生命周期管理,生命周期评价概述,产品的生命周期：

产品从研发和设计开始，到产品选材、制造、销售、运输、使用以及回收或报废处置的整个过程。

产品研发设计,选材,制造,销售,运输,使用,回收或报废,生命周期评价概述,产品的生命周期：

生产前阶段产品生产产品运输产品使用翻新、再循环或最终处置,生命周期评价概述,产品研发设计,选材,制造,销售,运输,使用,回收或报废,资源能源消耗，环境污染等环境负荷,量化,评价,产品的生命周期评价,生命周期评价概述,生命周期评价概述,生命周期评价的定义：

LifeCycleAssessment（LCA），产品整个生命周期内各个阶段的资源、能源消耗、环境污染等环境负荷进行量化评价的过程；它通过辨识和量化所使用的物质、能量和对环境的排放，然后评价这些使用和排放对环境的影响。

本质：

检测、识别和评估一种材料、过程、产品或系统在整个生命周期中的环境影响。

生命周期评价概述,国际环境毒理学和化学学会（SETAC）定义:

一种客观评价产品、过程或者活动的环境负荷的方法，该方法通过识别与量化所有物质和能量的使用以及环境排放，来评价由此造成的环境影响，评估和实施相应的改善环境表现的机会。

生命周期评价概述,LCA的ISO14040的标准定义：

LCA是一种评价与产品相关的环境负荷和潜在影响的技术；评价通过4步完成：

确定目标和研究范围编制与研究系统相关的输入输出清单量化评价那些输入和输出伴随的潜在环境影响联系研究目标解释清单分析和影响评价结果；LCA研究的是某种产品从原材料采集到生产、使用和最终处理整个过程的潜在环境影响，需要考虑的环境影响一般包括资源使用、人类健康和生态后果。

生命周期评价概述,LCA的特点：

生命周期评价面向的是产品系统，对产品或服务“从摇篮到坟墓”的全过程的评价生命周期是一种系统性、定量化的评价方法生命周期评价是一种充分重视环境影响的评价方法生命周期评价是一个种开放性的评价体系。

制造过程中考虑环境影响,机械加工；铸造、锻造、冲压；橡胶塑料加工；焊接；涂装；玻璃制造；,生命周期评价概述,使用过程中考虑环境影响,汽车尾气；噪声；清洗；漏油；废弃物；,生命周期评价概述,茶壶,玻璃杯（再利用）,加热元件,金属部件（易于再循环）,橡胶/塑料（焚烧并回收能量）,外壳上部（易于再循环）,外壳下部（不易再循环）,考虑失效后的环境影响,废弃物（焚烧并回收能量）,生命周期评价概述,为产品生命周期而设计:

一个螺丝组装一把茶壶,通用电气公司和FitchRichardsonSmith合资成立的polymerSolutions公司制造。

美国生产的铸塑部件与英国生产的加热元件及开关。

生命周期评价概述,生命周期评价的发展1）萌芽（20世纪60年代）1969年美国中西部资源研究所（MRI）用资源与环境状况分析（REPA）对可口可乐公司的饮料包装瓶进行评价的研究。

工业企业秘密进行研究对象多是包装品采用能源分析法,生命周期评价概述,生命周期评价的发展2）探讨（20世纪70-80年代）REPA采用能源分析方法同时，计算固体废弃物产生量和原材料消耗量。

政府参与案例发展缓慢，方法论研究兴起,生命周期评价概述,生命周期评价的发展3）迅速发展（20世纪80年代以后）区域性与全球性环境问题的日益严重，大量的REPA研究重新开始1990年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（LifeCycleAssessment,LCA）”,生命周期评价概述,生命周期评价的框架1）研究目的与范围的确定2）清单分析3）影响评价4）结果解释,生命周期评价概述,目标和范围定义,清单分析,影响评价,解释,

（1）研究目的LCA的目的通常是对特定产品或过程的环境因素进行评价，以获得如何改进其环境表现的信息。

如果在设计阶段，其目的可能比较选择2个或3个替代设计方案。

如果产品已经投入生产，其目的往往是评价产品或流程的系统，即极有可能是可供选择的方法，而不是可供选择的系统，因为所能做的只能是在对当前操作造成的最低干扰和增加最小额外成本的前提下，略微地改变其环保特性而已。

生命周期评价步骤,1、确定评价目的和范围,

（2）研究范围范围的内涵确定系统边界清单分析中所有产品都需要作为产品生命周期系统来描述系统的所有过程都落入系统的边界内系统边界一旦确定，也就决定了LCA中要考虑的工艺过程、系统的输入和输出,生命周期评价步骤,

（2）研究范围一般确定研究范围，要回答如下问题：

为什么要开展这项研究研究结果将如何运用谁将使用这些研究结果需要研究具体环境问题吗研究需要具体到什么程度,生命周期评价步骤,

（2）研究范围的分类生命周期范围包括哪些生命周期阶段：

主要的阶段还是全部阶段,生命周期评价步骤,从使用方面看：

不能在自然中风化、溶解、经常随风飘落，破坏生活景观、造成所谓的“白色污染”,从全生命周期看：

环境适应性（资源消耗、固体垃圾数量、再生）,生命周期评价步骤,

（2）研究范围的分类b.细节标准范围:

对生命周期评价的详细程度5%规则：

舍弃质量低于产品总质量5%的原材料或零部件，但产生严重环境影响的除外,生命周期评价步骤,可忽略部件的确定,大贡献,小贡献,可忽略,生命周期评价步骤,

（2）研究范围的分类c.自然生态系统范围:

自然过程与技术社会相互作用基础分析：

仅限于产品生产阶段能源边界：

包括能量生产的外部流扩展边界：

与工业系统直接相关的所有生命周期综合边界：

包括生物形成的自然过程和材料分解过程,生命周期评价步骤,

（2）研究范围的分类d.时空边界:

地域范围和时间跨度大颗粒粉尘的排放只对当地环境产生影响，氮氧化合物排放导致数百平方公里的区域内出现酸雨，二氧化碳排放则影响整个地球的能量平衡。

时间跨度上，化学烟雾的污染只在12天内对环境产生影响，而对生态系统的破坏会持续几十年。

原材料采掘,生产/制造,运输与销售,使用/消费,再用/回收利用,废物管理,输入,输出,能源输入,三废排放,其他环境排放,产品、副产品,原材料输入,生命周期评价步骤,化工纺织品的生命周期系统边界,生命周期评价步骤,棉花种植,编织品的加工制造,运输销售,使用废弃,物质,噪声,固废,废气,废水,能量,资源,牛奶生产,牛奶包装,废弃物处理,输入,输出,能量输入,三废排放,其他环境排放,产品、副产品,物质输入,牛奶生产的生命周期系统边界,生命周期评价步骤,注意,边界的确定带有主观性，所以下定义的过程和前提条件的透明相当重要必须描述选择输入和输出数据的准则在生命周期阶段、工艺过程或数据要求方面的任何省略，都必须予以清楚地陈述并说明理由,生命周期清单分析（LifeCycleInventory，LCI）是LCA中环境影响评价的基础，也可直接指导实际应用LCI是对产品、工艺或活动等被研究系统在整个生命周期阶段资源、能源的使用与向环境排放废物的定量技术过程清单分析包括数据的收集和计算程序，目的是对产品系统的有关输入和输出进行量化LCI需要收集系统边界内每一单元过程中需要纳入清单的数据，数据分定性和定量两类,生命周期评价步骤,2、生命清单分析,2.1LCI的基本内容产品系统：

由提供一种或多种确定功能的中间产品联系起来的单元过程的集合,其他系统,能源,运输,原材料,生产,使用,废物处理,再循环再使用,基本流,其他系统,基本流,系统边界,外部环境,生命周期评价步骤,单元过程：

产品系统可以进一步细分成一组单元过程，单元过程之间通过中间产品流或待处理的废物流相联系单元过程与其他系统通过产品流相联系，与环境之间通过基本流相联系每个单元过程有明确的功能和物质、能量的输入输出。

遵守物质守恒和能量守恒定律物质和能量平衡来验证单元过程表述的有效性,生命周期评价步骤,2.1LCI的基本内容,数据类型：

测量、计算和估算几种，目的都是用来量化单元过程的输入和输出数据可归入的主题有：

能量输入、原材料输入、辅助性输入、其他物理输入；产品；向空气的排放、向水体的排放、向土地的排放、其他环境因素等。

在这些主题中，单个数据类型还需要进一步细化，以满足研究需要。

如像空气的排放可分为一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等,生命周期评价步骤,2.1LCI的基本内容,2.2LCI基本过程,数据收集的准备,数据的收集,数据的确认,数据与单元过程的关联,数据与功能单元的关联,数据的整合,系统边界的修改,生命周期评价步骤,2.3.1数据收集的准备：

a.制定收集计划：

包括数据质量目标、分析中所用数据来源和数据的可信程度。

生命周期评价步骤,2.3LCI数据的收集和确认,2.3.1数据收集的准备：

b.绘制清单流程图：

定量地列出在整个产品生命周期中所有物质和能量的输入、输出。

如果无法量化，应该有定性的描述。

生命周期评价步骤,2.3LCI数据的收集和确认,生命周期评价步骤,2.3.1数据收集的准备：

c.确定数据来源和种类数据来源包括企业数据（测算过的）、实验数据（模拟的）、政府报告（取样）、杂志论文（调整过的）、参考书（集合数据）、行业协会（个体观察）、相关的LCI（时间上的平均）、产品和生产过程说明书（空间上平均、数字平均）。

生命周期评价步骤,数据来源原始数据：

企业特有的，具有代表性间接数据：

采自非LCI用途的数据数据类型测算数据模拟数据非测算数据,生命周期评价步骤,2.3.1数据收集的准备,可接受度：

是否经过评价或专家评定偏差：

平均值与真值的系统误差比较性：

不同方法、数据相近、相同程度完备性：

需要数据量与所得数据量之比精确度：

变异或分散程度参考性：

参考原始数据的程度数据收集方法和局限性,生命周期评价步骤,数据质量指示器,自行收集利用现有生命周期分析数据库和知识库文献数据非报告性数据,2.3.2数据收集,生命周期评价步骤,2.3.3数据的确认用数据质量指示器分析数据源评价数据质量数据缺失和数据缺乏时的处理调整、代替,生命周期评价步骤,生命周期评价步骤,2、生命清单分析,例、表面活性剂的原材料和生产过程清单分析表面活性剂是洗涤剂的主要组成部分，有助于将污物从衣物上或其他物品脱离上开来。

表面活性剂种类繁多，可采用不同原材料生产。

评估某些表面活性剂的原材料和生产过程是否具有更好的环境表现，开展表面活性剂生命周期清单分析研究。

针对不同地区、不同目标评价何种原材料具有更好的环境适应性。

生命周期评价步骤,脂肪醇聚氧乙烯醚类产品生产过程的原料消耗、能耗和生命周期净排放,清单分析研究结论一种生产过程的优点往往被该过程的其他缺点所抵消，与其他两种原料相比，环保考虑并不建议对当前表面活性剂的生产的各种原材料比例进行大的调整。

生命周期评价步骤,3影响评价环境影响评价建立在清单分析的基础上，其目的是为了更好地理解清单分析数据与环境的相关性，评价各种环境损害造成的总的环境影响的严重程度，即采用定量调查所得的环境负荷数据定量分析对人体健康、生态环境、自然环境的影响及其相互关系，并根据这种分析结果再借助于其他评价方法对环境进行综合的评价,生命周期评价步骤,3影响评价3.1分类：

根据研究的目标和范围确定影响类型。

目前常用的分类体系是将影响类型分为资源耗竭、人体健康和生态系统健康三类，还可以继续细分为温室效应、臭氧层耗竭、酸化、富营养化、光化学烟雾等。

生命周期评价步骤,3影响评价3.2特征化：

特征化就是将不同的环境压力环境影响关系综合到一个通用的框架的过程。

例如用臭氧消耗潜值（ODP）指数，可以定量比较不同物质分子对臭氧层造成的影响。

生命周期评价步骤,3影响评价3.2特征化：

生命周期评价步骤,3影响评价3.3量化：

根据有社会共识所确定的相对重要性对不同种类的环境影响赋予相应权重的过程。

比如一个评估者或者一个国际标准组织可能会认为臭氧消耗影响的重要性是能见度下降的2倍，并相应地将权重系数应用到已经标准化的影响上。

生命周期评价步骤,影响因子及其可能影响,生命周期评价步骤,4生命周期解释定义：

对生命周期清单分析或影响评价结果进行辨识、量化、核实和评价的系统技术。

目标：

根据前面各阶段的研究，对结果进行分析得出结论、解释存在的不足并提出建议，最终用透明的方式来提供生命周期解释的结果。

根据研究目标和范围，提供一套易于理解的、完整的和格式一致的LCA研究结果。

生命周期评价步骤,4生命周期解释4.1重大问题的识别检查来自前面三个阶段的信息，辨识出对LCI和LCIA结果贡献最大的数据要素，也叫重大问题，以确定收集的信息和提供的结果的方式是否满足研究的目标和范围。

生命周期评价步骤,4生命周期解释4.1重大问题的识别贡献量分析：

分析不同生命周期阶段或不同工艺对总结果的贡献大小；主导性分析：

利用统计工具或其他技术，如定量或定性的排序方法，来识别贡献大小的相关部分；异常性评价：

根据前面的经验，可观察和检查到异常情况或出乎以外的偏差。

生命周期评价步骤,4生命周期解释4.2评估完整性检查：

保证解释阶段所需要的相关信息和数据已经获得，并且是完整的；,生命周期评价步骤,敏感性检查：

通过确定最终结果和结论是否受到数据、分配方法或类型参数结果的计算等的不确定性的影响，来评价其可靠性；,一致性检查：

确定整个LCA过程中的假设条件、方法和使用的数据是否与研究目的和范围一致。

4生命周期解释4.3结论、建议和报告的编写面向LCA或LCI研究的使用对象形成结论并提出建议。

注意：

这个结论和建议是从影响评价环节得到的，而不是清单分析环节，因为清单分析不能提供潜在环境影响大小的信息。

生命周期评价步骤,LCA评价模型,精确方法：

输入输出法近似方法：

层次分析法,生命周期评价模型,思路：

在评价过程中仅考虑系统的输入和输出量，从而定量计算出该系统对环境所产生的影响。

优点：

数据处理简单，计算不复杂，各种环境影响的指标定量且具体，在LCA模型应用中发展比较成熟。

缺点：

输入输出的指标数据分类较细，不能对环境影响进行综合评价。

输入输出法,生命周期评价模型,输入参数：

能源资源,材料生产或使用过程,输出参数：

有效产品废弃物废水温室效应污染程度,LCA评价输入输出法框架图,生命周期评价模型,原理：

根据问题的性质以及要达到的目标，把复杂的环境问题分解为不同的组合因素，并按各因素之间的隶属关系和相互关系程度分组，形成一个不相交的层次，上一层次对相邻的下一层次的全部或部分元素起着支配作用，从而形成一个自上而下的逐层支配关系。

层次分析法,生命周期评价模型,结构：

目标层：

可作为LCA的评价目标并为范围定义服务，相当于环境影响因子；准则层：

可作为数据层，不同的环境影响因子在系统各个阶段有不同的数据；方案层：

对应着环境影响的评价结果。

层次分析法,生命周期评价模型,层次结构示意图,1建筑瓷砖的环境影响评价某瓷砖生产线的年产量为30万m2，采用连续性流水线生产。

所需原料有钢渣、黏土、硅藻土、石英粉、釉料以及其他添加剂等，消耗一定的燃料、电力和水，排放出一定的废气、废水、废渣，生产工艺示意图见下图。

生命周期评价应用,某瓷砖生产工艺示意图,生命周期评价应用,目标定义：

只考察其生产过程对环境的影响范围界定：

直接原料消耗和直接废物排放，不考虑原料的生产加工过程以及废水、废渣的再处理过程。

生命周期评价应用,清单分析按资源和能源消耗、各种废弃物排放及其引起的直接环境影响进行数据分类。

能耗可分为加热、照明、取暖等过程进行分类；资源消耗则按原料配比进行数据分类；污染物排放按废气、废水、废渣等进行数据分析；由于废气排放量很少可以忽略，而以温室效应指标进行数据分类；其他环境影响指标如人体健康、区域毒性、噪声等也很小，因此在数据分析中也忽略不计。

生命周期评价应用,输入输出法评价模型：

输入参数：

能源资源,由钢渣生产瓷砖的工艺过程,输出参数：

有效产品废弃物废水温室效应污染程度,生命周期评价应用,环境的影响结果,（a）能源和资源消耗情况（b）对环境的影响,生命周期评价应用,能耗和水的消耗较大。

由于采用钢渣为主要原料，这是炼钢过程排放的固态废弃物，因此在资源消耗方面属于再循环利用，这对保护环境是有利的生产工艺。

废渣排放量较小，仅为0.5kg/m2；废水的排放量为30kg/m2，且可以循环再利用；温室气体效应较大，生产lm2瓷砖向大气层排放19.8kg二氧化碳。

通过LCA评价，提出的改进工艺主要有降低能耗、降低废水排放量、减少温室气体效应影响等。

生命周期评价应用,2聚氨酯防水涂料生产过程环境影响评价,某防水涂料的生产工艺示意图,生命周期评价应用,目标定义：

防水涂料生产过程对环境的影响，不考虑涂料的施工及使用对环境及人体健康的影响；范围定义：

直接原料消耗和直接废物排放以及其他因素对环境的直接影响，不考虑原料的生产加工过程及废水、废渣的再处理过程。

生命周期评价应用,清单分析：

按资源和能源消耗，各种废弃物排放及其引起的直接环境影响进行数据分类、分析能耗可分为加热、照明、取暖等过程进行分类；资源消耗按原料配比进行数据分类；污染物排放按废气、废渣等进行数据分析；生产中排放大量的有机废气，用区域毒性和挥发性有机物来评价有害气体排放对环境和人体键康的影响；涂料生产过程中的废水排放量、噪声等影响因素很小，可以忽略。

生命周期评价应用,输入输出法评价,某防水涂料生产过程的输入输出法评价模型,生命周期评价应用,某防水涂料生产过程的环境影响LCA评价结果,生命周期评价应用,1、能源的需求：

1kg产品需耗能高，为8.8MJ。

相应的温室气体效应较明显，当量二氧化碳气体排放达0.572kg/kg。

2、环境的影响：

固体废弃物排放量较小,仅为0.054kg/kg；对人体健康有影响的有机挥发物排放较少，为0.15kg/kg。

但有害物的区域毒性影响为2.5kg/kg，表明该工艺尚有改进的余地。

3、对LCA评价结果的解释，提出的改进工业主要有提高资源效率、降低能耗、降低总有害物的排放量及减少温室气体效应影响等。

生命周期评价应用,1应用范围的局限性LCA并不适用所有的环境影响评价。

例如，LCA只评价产品、事件及活动对环境的影响，亦即只考虑生态环境、人体健康、资源和能源消耗等方面的影响因素，不涉及技术、经济或社会效果方面的评价，也不考虑诸如质量、性能、成本、利润、公众形象等影响因素。

生命周期评价局限性,2评价范围的局限性LCA的评价过程的范围定义，往往使LCA的评价结果发生一些误差。

时间范围：

LCA评价对象的周期越长，相应地，其环境影响越小。

地域范围：

地域范围越大，环境影响越小。

风险范围：

未来的、不可知的环境风险在LCA应用中无法定量描述。

LCA方法没有要求必须考虑环境法律的规定和限制。

生命周期评价应用,3评价方法的局限性LCA的评价方法既包括了客观因素，也包括了一些主观成分。

例如系统边界的确定、数据来源的选择、环境损害种类的选择、计算方法的选择，以及评价过程的选择等，因此在数据量化、分析，评价结果中难以做到客观。

生命周期评价应用,ThankYou!