您所在的位置:首页 > 专题研究 > 生命周期评价(LCA)方法概述
更多>>论坛

生命周期评价(LCA)方法概述

http://tbt.testrust.com 来源:通信技术与标准 时间:2013-07-24

  1生命周期评价方法的概念和起源

  生命周期评价(LCA)是一种评价产品、工艺或活动,从原材料采集,到产品生产、运输、销售、使用、回用、维护和最终处置整个生命周期阶段有关的环境负荷的过程。它首先辨识和量化整个生命周期阶段中能量和物质的消耗以及环境释放,然后评价这些消耗和释放对环境的影响,最后辨识和评价减少这些影响的机会。

  生命周期评价(LCA)最早出现于二十世纪60年代末、70年代初,当时被称为资源与环境状况分析(REPA)。作为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针对可口可乐公司的饮料包装瓶进行的评价研究,该研究使可口可乐公司抛弃了过去长期使用的玻璃瓶,转而采用塑料瓶包装。随后,美国ILLIN0IS大学、富兰克林研究会、斯坦福大学的生态学居研究所以及欧洲、日本的一些研究机构也相继开展了一系列针对其它包装品的类似研究。这一时期的工作主要由工业企业发起,研究结果作为企业内部产品开发与管理的决策支持工具。1990年由国际环境毒理学与化学学会(S ETAC)首次主持召开了有关生命周期评价的国际研讨会,在该次会议上首次提出了生命周期评价(Life Cycle Assessment,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(LCA)从理论与方法上进行了广泛的研究,对生命周期评价的方法论发展作出了重要贡献。1993年SETAC根据在葡萄牙的一次学术会议的主要结论,出版了一本纲领性报告“生命周期评价(LCA)纲要:实用指南”。该报告为LCA方法提供了一个基本技术框架,成为生命周期评价方法论研究起步的一个里程碑。

  2生命周期评价方法的主要内容

  1993年SETAC在“生命周期评价纲要:实用指南”中将生命周期评价的基本结构归纳为四个有机联系的部分:定义目标与确定范围、清单分析、影响评价和改善评价,如图1所示。

  图1生命周期评价的基本结构

  2.1目标定义和范围界定

  确定目标和范围是LCA研究的第一步。一般需要先确定LCA的评价目标,然后根据评价目标来界定研究对象的功能、功能单位、系统边界、环境影响类型等等,这些工作随研究目标的不同变化很大,没有一个固定的模式可以套用,但必须要反映出资料收集和影响分析的根本方向。另外,此研究是一个反复的过程,根据收集到的数据和信息,可能修正最初设定的范围来满足研究的目标。在某些情况下,由于某种没有预见到的限制条件、障碍或其它信息,研究目标本身也可能需要修正。

  2.2清单分析

  清单分析的任务是收集数据,并通过一些计算给出该产品系统各种输入输出,作为下一步影响评价的依据。输入的资源包括物料和能源,输出的除了产品外,还有向大气、水和土壤的排放。在计算能源时要考虑使用的各种形式的燃料和电力、能源的转化和分配效率以及与该能源相关的输入输出。

  2.3生命周期影响评价

  在LCA从中,影响评价是对清单分析中所辨识出来的环境负荷的影响作定量或定性的描述和评价。影响评价方法目前正在发展之中,一般都倾向于把影响评价作为一个“三步走”的模型,即影响分类、特征化和量化评价。

  2.3.1影响分类

  将从清单分析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、人类健康影响和生态影响3个大类。每一大类下又包含有许多小类,如在生态影响下又包含有全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾和富营养化等。另外,一种具体类型,可能会同时具有直接和间接两种影响效应。

  2.3.2特征化

  特征化是以环境过程的有关科学知识为基础,将每一种影响大类中的不同影响类型汇总。目前完成特征化的方法有负荷模型、当量模型等,重点是不同影响类型的当量系数的应用,对某一给定区域的实际影响量进行归一化,这样做是为了增加不同影响类型数据的可比性,然后为下一步的量化评价提供依据。

  2.3.3量化评价

  量化评价是确定不同影响类型的贡献大小,即权重,以便能得到一个数字化的可供比较的单一指标。

  2.4改善评价

  根据一定的评价标准,对影响评价结果做出分析解释,识别出产品的薄弱环节和潜在改善机会,为达到产品的生态最优化目的提出改进建议。

  3生命周期评价工具简介

  3.1 GaBi

  GaBi是德国Institut fur Kunststoffprufung und Kunst—stoffkunde所开发出的环境影响评估软件,目前版本为GaBi4,其数据库包括800种不同的能源与材料流程。每一种流程又可以让使用者自行发展出一套子系统。数据库中也提供400种的工业流程,归纳在十种基本流程中,如工业制造、物流、采矿、动力设备、服务、维修等。多功能的会话环境让使用者可自行输入或编辑资料。输出时提供能量、质量等多种对照表,也可以输出至微软Excel软件,适合有经验的LCA软件使用者,但是由于其内部采用图形界面设计,因此初学者也可轻易上手。

  3.2 LCAiT

  LCAiT(LCA Inventory Tool)乃是瑞典Chalmers Industriteknik所开发出的软件,它仅提供有限的数据库,包括能源、生产燃料及物流、化学物质、塑料、纸浆及纸制品等内容,其优点是可外接其他数据库,适合具有物质能量流动概念的非专业技术的初学者使用。

  3.3 PEMS

  PEMS(Pira Environmental Management System)系由英国Pira International公司所研发出来,可以选择109种材料、49种能源、37种废弃物管理及16种物流等,来计算影响评估程度,参数主要采用欧洲的资料,且不可自行修改或编辑,输出资料可选择采用文字或图表。初学者及专业人士皆可适用。

  3.4 Simapro

  Simapro是由荷兰PRe Consultant公司所开发出的影响评估软件,是数据库最丰富的LCA软件之一。其特色为制造阶段的数据库最为详尽。且其可以选择图文输出方式,使用者操作更为简便。

  3.5 TEAM

  TEAM系由美国Ecobalance公司所开发的软件,其数据库分为10大类及216个小类个别资料文档。10大类分别为:纸浆造纸、石化塑料、无机化学、铜、铝、其他金属、玻璃、能量转换、物流、废弃物管理等。使用者可自行定义及编辑资料或单位。因为其输出介面并未使用图形介面,使用者操作起来较不方便,此软件较适合生命周期评估之专家使用。

  4生命周期评价方法应用举例

  生命周期评价方法已经被广泛应用于制造业环境影响评价,许多国际知名通信企业也对自己的产品和系统进行了生命周期分析。本部分将简要介绍这些企业进行生命周期分析的过程和所取得的一些结论。

  (1)Nokia 3G手机生命周期分析案例

  Nokia于2003年对其一款3G手机进行了生命周期分析。在此次生命周期分析中,针对一次能源消耗(PEC)全球变暖指数(GWP)、臭氧破坏潜力指数(ODP)、酸雨指数(AP)、人体健康损害指数(HTP)、光化氧化污染潜力(POCP)等环境影响方面对一款3G手机进行了生命周期评价。分析功能单元设定为:一部3G手机(包含电池和充电器),平均使用状态,寿命为2年。生命周期阶段涉及手机的原材料提取和加工、零部件制造、零部件运输、手机组装、手机运输、手机使用。由于缺乏数据的支持,生命周期末期阶段没有被包含到此次分析中来。这部手机具有一些最新的功能,例如蓝牙、摄像、游戏、MP3等。手机的焊接全部实现无铅焊接。分析软件使用Gabi3.0。在分析中设定了两种用户使用行为,如表一所示。

  表一两种用户使用行为假设

适度使用行为
过度使用行为
使用部分手机功能
使用手机的全部功能
每次使用95%的电池电量
每次使用100%的电池电量
每48小时充电1.5小时
每24小时充电10小时
充电完毕,切断充电器电源
充电完毕,不切断充电器电源

  分析过程不再详述,下面介绍一下一次能源消耗和全球变暖指数的分析结果。这部手机的电池容量是850mA,充电器的待机消耗是0.3W。适度使用者的电能消耗为25.7MJ,过度使用者的电能消耗为33.5MJ。使用阶段,适度使用者和过度使用者的能源消耗分别为77MJ和101MJ,这个数据是一次能源数据,即产生25.7MJ的电能,发电厂则需要消耗77MJ一次能源。这种消耗包括电能生产时能源消耗和传输消耗等。通过对一次能源消耗的分析,可以得出以下结论:

  对于适度使用的手机来说,产品制造阶段的一次能源消耗占产品全生命周期能耗的60%;对于过度使用的手机来说,则占54%。

  在使用阶段,适度使用的手机一次能源消耗占全生命周期能耗的29%,过度使用的手机一次能源消耗占全生命周期能耗的35%。在使用阶段的能源消耗中,充电器待机能耗占重要比例。在运输阶段,零部件运输到装配厂的一次能源消耗占总能源消耗的6%,成品运输到消费者手中的一次能源消耗占总能源消耗的5%。

  印刷电路板(PWB)的制造是手机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总能耗的40%。IC材料消耗和制造能源消耗也占有很大的比重。

  (2)爱立信3G系统生命周期分析案例

  爱立信于2004年对一套3G系统进行了环境影响生命周期分析,这个3G系统由3G手机、无线网络(无线基站和无线网络控制设备组成)、核心网(交换机、路由器、服务器和工作站组成)。同样包括传输设备如天溃和线缆;各种各样的站点设备如天线、环境控制设备及机房。这个研究不包括应用网络服务器。在这个研究中对150万个用户进行了调查和研究。

  在这次生命周期分析中,多个环境影响指标被分析。在这里介绍一下与能耗关系最密切的全球变暖指数分析。以下这些结果是每个用户每年对全球变暖指标的分析结果:

  3G系统的运行(使用)阶段对全球变暖环境影响的贡献最大,约占生命周期总影响的78%。

  3G设备(3G终端、无线基站和其他无线网络控制设备等)的运行(使用)对全球变暖环境影响的比重占60%,操作员办公活动对全球变暖环境影响的比重占18%。

  制造阶段,包括原材料获取、零部件和产品的制造、运输以及爱立信的办公活动,对全球变暖影响占22%。在制造阶段,3G系统中的手机是对全球变暖环境影响的最大贡献者。相对于一个基站来说,一部手机对环境的影响要小得多,但是由于每个用户都需要一部手机,而很多手机可以共享使用一个基站,平均下来,手机就成为制造阶段中对全球变暖环境影响最大的设备了。

  3G系统的生命周期末期阶段对全部环境影响的贡献为-0.8%。这个负数说明废弃设备的回收利用给环境带来了积极的影响。

  5结束语

  生命周期评价提供了产品整个生命周期的能源、资源消耗和环境排放物的广泛信息,并可提出环境负荷改善的措施和建议,是一种具有巨大潜力的环境影响评价理论工具。虽然LCA本身具有一些局限性,但随着研究的深入,对其不断进行更新和完善,LCA将会在环境改善方面发挥越来越重要的作用。

  参考文献

  1.郭伟祥。生命周期分析方法在通信产业节能减排中的应用。现代电信科技。2009.1:22~25

  2. ISO14040环境管理生命周期评价原则与框架。

  3.黄春林等。生命周期评价综论。环境技术。2004.1:29~32

  作者简介

  郭伟祥,工业和信息化部电信研究院泰尔实验室环境保护试验部高级工程师,国际电工委员会环境意识设计工作组委员,全国电工电子产品与系统环境标准化技术委员会环境意识设计分技术委员会(SAC/TC297/SC2)委员,全国绿色制造技术标准化技术委员会(SAC/TC337)委员。主要研究领域为电子信息领域绿色设计与制造,负责和参与过众多科技部、工信部、国家自然科学基金等环境保护相关的科研项目。在国际和国内多个标准组织担任专家和委员,负责制定或参与了大量环保领域国际或国内标准的制修订工作,在标准化工作方面有较丰富的经验。

关键字:
QQ:2804879579