1-材料生命周期评价-2013

材料的生命周期评价LifeCycleAssessmentofMaterial

LifeCycleAssessmentofMaterial

主要内容生命周期影响评价

框架与阶段LCA原则发展的历史与现状背景与定义

数据库与分析软件

案例分析

LCA局限性前景与展望背景随着工业化的发展进入自然生态环境的废物和污染物越来越多，超出了自然界自身的消化吸收能力，对环境和人类健康造成极大影响。同时工业化也将使自然资源的消耗超出其恢复能力，进而破坏全球生态环境的平衡。

因此人们越来越希望有一种方法对其所从事各类活动的资源消耗和环境影响有一个彻底、全面、综合的了解，以便寻求机会采取对策减轻人类对环境的影响。

LCA的诞生生命周期评价（LifeCycleAssessment简称LCA）是一种用于评价产品或服务相关的环境因素及其整个生命周期环境影响的工具。

即是一种评价产品（包括服务或活动）从原材料开采与提炼开始，到产品制造、运销、使用、报废和最终处置全过程环境影响方法。

生命周期评价起源于企业内部

LCA的最初应用可追溯到1969年美国可口可乐公司对不同饮料容器的资源消耗和环境释放所作的特征分析。

一些国际著名的跨国企业，如HP、IBM、AT&T、德国西门子公司等，一方面开展生命周期评价方法的研究，另一方面积极对其产品进行生命周期评价。2．LCA的定义所谓生命周期评价技术（LCA）是一种评价某一过程、产品或事件从原料投入、加工制备、使用到废弃的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。具体地说，LCA是指用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资源、能源消耗，废物排放。环境吸收和消化能力等环境负担性进行评价，定量确定该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。从定义来看LCA不是针对材料的，更多的是产品和服务，目前也有人提出了MLCA，MaterialLCA。

所谓生命周期评价技术（LCA）是一种评价某一过程、产品或事件从原料投入、加工制备、使用到废弃的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。具体地说，LCA是指用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资源、能源消耗，废物排放。环境吸收和消化能力等环境负担性进行评价，定量确定该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。从定义来看LCA不是针对材料的，更多的是产品和服务，目前也有人提出了MLCA，MaterialLCA。

LCA

的定义

1993年SETAC的LCA定义中，LCA被描述成这样一种评价方法：①通过确定和量化与评估对象相关的能源、物质消耗、废弃物排放，评估其造成的环境负担；

②评价这些能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响；

③辨别和评估改善环境(表现)的机会。

LCA的评估对象可以是一个产品、处理过程或活动，并且范围覆盖了评估对象的整个寿命周期，包括原材料的提取与加工、制造、运输和分发、使用、再使用、维持、循环回收，直到最终的废弃。LCA

的定义

1997年ISO制订的LCA标准(1S014040)中也给出了LCA和一些相关概念的定义：LCA是对产品系统在整个寿命周期中的(能量和物质的)输入输出和潜在的环境影响的汇编和评价。这里的产品系统是指具有特定功能的、与物质和能量相关的操作过程单元的集合，在LCA标准中，"产品"既可以指(一般制造业的)产品系统，也可以指(服务业提供的)服务系统；寿命周期是指产品系统中连续的和相互联系的阶段，它从原材料的获得或者自然资源的产生一直到最终产品的废弃为止。起初，多数企业的决策都是以经济为基础，由社会和政治上的考虑来调节。对环境的考虑通常受到地方和国家污染规则的限制。整个系统的环境因素很少受到重视。随着对绿色事业的迫切需求以及世界建模的开始，企事业单位开始注意到，他们对所进行工序的广泛的环境内涵知之甚少。这种意识，以及相关用来控制企业行为的法律的实施，为揭示各种工序广泛的内涵提供了动力。其中最早的最著名的实践就是HaroldSmith在生命周期影响评价(LCI)方面开展的。人们很快就发现，仅仅比较生产不同产品所消耗的能量会忽略一些重要的影响因素，因此就失去了对不同生产、使用和处理系统总的影响进行指示的作用。结果就是需要开发一种方法，来检测从原材料到最终产品处理回收，这一整个的延伸的系统。

发展的历史与现状LCA的起源

20世纪60年代

化学工程物质一能量流平衡方法20世纪80年代欧美

“从摇篮到坟墓”（fromcradletograve）的生命周期评价技术

初始生命周期名称：designfortheenvironment、environmentallyconsciousdesignandmanufacturing、greendesign、lifecycledesign、productresponsibility、environmentalquality、productintegrity等

1990年由国际环境毒理和化学学会（SETAC）统一为LCA（lifecycleassessment

）.

1993年国际标准化组织制订国际环境管理系列标准，即ISO14000国际环境管理系列标准，ISO14000主要分为6个系列，即环境管理系统、环境审计、环境标志、环境行为评价、环境影响评价、术语和定义等。

表3ISO14000国际环境管理系列标准的框架

发展的历史与现状1979年出版的某论文集中讨论了能量的分析，且讨论了与生产能耗相关的材料流问题,对工业系统与产品进行了明确的区分。目前LCI的关键问题就是对这个区分的误解。许多系统生产多种产品，随之而来的就是与整个系统相关的多种生命周期负担。当使用者想把多产品系统中的负担分配到每一个单一产品时，他们就不得不为这些负担加权重。这一过程不是科学的，因为这是针对与单一产品相关的负担,而不是对整个系统做出的判断。LCI分析中新的参数不完全隶属于全球范围的。一些（例如有毒物质）参数是高度地方化的;另一些（例如导致酸雨的硫氧化物）只是区域效应;还有诸如温室气体CO2则是全球效应。结果，由于不能确定某些参数（如地方水体排放）统计数据会不会产生重大的后果，因此就不可能对所有参量进行数据统计。发展的历史与现状1990年，首届社会环境毒理和化学（SETAC）会议在美国的佛蒙特州召开，与会者就LCA的概念和理论框架取得了广泛的一致，并最终确定使用LifeCycleAssessment,LCA这个术语，从而统一了国际上的LCA研究。作为一个毒理学组织，SETAC将重点放到了工业系统的空气和水体排放上，而不是以往占支配地位的能量和材料流。主要的作用就是介绍生命周期评估的概念。在随后一系列的LCA研讨会中，SETAC讨论了LCA的理论框架和具体内容，并在1993年8月发布了第一个LCA的指导性文件《LCA指南：操作规则》。这个文件给除了LCA方法的定义和理论框架以及具体的实施细则和建议，描述了LCA的应用前景，并总结了当时LCA的研究状况。发展的历史与现状另一方面，国际标准化组织（ISO）在1992年成立了环境战略顾问组SAGE,专门研究制定一种环境管理标准的可能性。1993年6月ISO成立了“环境管理”技术委员会TC207，正式开展环境管理方面的国际标准化工作。其指定的国际标准称为《环境管理系列国际标准》，即ISO14000系列标准。ISO对LCA方法的标准化有利于LCA方法的统一和实施，促进了LCA的进一步发展。并且，由于ISO的国际影响以及LCA方法在ISO14000系列标准中所占的重要地位，经过标准化的LCA方法必将成为最重要的评价产品环境表现的方法。事实上，由于ISO组织的有众多相关学术组织、政府机构、企业和环境组织参与的LCA研究已经成为国际上LCA研究的主流。LCA原则

评估对象评估方法

应用目的特点LCA原则LCA评估对象LCA的评估对象是产品系统或服务系统造成的环境影响(其实服务也是一种抽象的产品)，而不是评估空间意义上的环境的质量，这与环境科学中的环境质量评估有着根本区别。另外，LCA方法着眼于产品生产过程中的环境影响，这与产品质量管理和控制等方法也是完全不同的。

其次，LCA的评估范围要求覆盖产品的整个寿命周期，而不只是产品寿命周期中的某个或某些阶段。LifeCycle的概念是LCA方法最基本的特性之一，是全面和深入地认识产品环境影响的基础，是得出正确结论和做出正确决策的前提。也正是由于LifeCycle概念在整个方法中的重要性，这个方法才以LifeCycle来命名。评估对象的角度来说，LCA是一种评价产品在整个寿命周期中造成的环境影响的方法。常见的环境指数及其表达方式

在进行材料的环境影响评价过程之前，首先要确定用何种指标来衡量材料的环境负担性。关于衡量材料环境影响的定量指标，已提出的表达方法有能耗、环境影响因子、环境负荷单位、单位服务的材料消耗、生态指数、生态因子等。

1．能耗

20世纪90年代初欧洲一些旅行社用能耗来表达旅游过程的环境

在材料的生产和使用过程中—用能耗来表达其对环境的影响（现已基本淘汰能耗表示法）。

表1一些典型材料生产过程的能耗比较

产品名水泥钢铝能耗142.436.731.82．环境影响因子

某些学者曾用环境影响因子（environmentalaffectfactor，EAF）来表达材料对环境的影响：

EAF=[资源，能源，污染物，生物影响，区域性]（l）相对于能耗表示法，环境影响因子考虑了资源、能源、污染物排放、生物影响和区域性的环境影响等因素，把材料的生产和使用过程中原料和能源的投入及废物的产出都考虑进去了，比能耗指标要全面综合一些。

3．环境负荷单位

环境负荷单位（environmentalloadunit，ELU）是用一个综合的指标，包括能源、资源、环境污染等因素来评价某一产品、过程或事件对环境的影响。这一工作主要是由瑞典环境研究所完成的，现在在欧美较流行。

表2是一些材料及元素的环境负荷单位比较，可见，贵金属元素的环境负荷单位特别大，这与实际情况基本一致。由于单位材料的质量环境负荷单位是一种无量纲单位，在实际应用中如何换算某种材料的环境负荷单位并与其他材料的环境影响进行比较，目前还没有完全为公众了解和接受。

表2一些材料及元素的环境负荷单位比较

4.单位服务的材料消耗

德国渥泊塔研究所的斯密特教授（Schmidt）于1994年提出了一种表达材料环境影响的指标方法——单位服务的材料消耗量（Materialsintensityperunitofservice，MIPS），MIPS指在某一单位过程中的材料消耗量，这一单位过程可以是生产过程也可以是消费过程。详细介绍可参见斯密特教授的专著《人类需要多大的世界》一书。5．生态指数

除上述表示材料的环境影响指标外，国外还有一种生态指数表示法(eco－Point)，即对某一过程或产品，根据其污染物的产生量及其他环境作用大小，综合计算出该产品或过程的生态指数，判断其环境影响程度。例如，根据计算，玻璃的生态指数为148，而在同样条件下，聚乙烯的生态指数为220，由此即认为玻璃的环境影响比聚乙烯要小。由于同环境负荷单位、环境影响因子相同，指数表示法也是无量纲单位表示法。计算新产品或新工艺的环境影响的生态指数是一个很复杂的过程，故目前这些表达法都还不是很通用。6．生态因子

综合考虑材料的使用性能和环境性能的生态因子表示法（eco－indicator，ECOI）的主要思路是考虑两部分内容：一是材料的环境影响

（environmentalimpact，EI），包括资源、能源的消耗，以及排放的废水、废气、废渣等污染物，加上其他环境影响，如温室效应、区域毒性水平，甚至噪声等因素；另一部分是考虑材料的使用或服务性能（serviceperformance，SP），如强度、韧性、热膨胀系数、电导率、电极电位等力学、物理和化学性能：

ECOI=EI／SP

（2）此式基本上扣除了其使用性能的影响，在较客观的基础上进行材料的环境性能比较。7.碳排放由于全球变暖的现状，和京都议定书的约束，有很多国家意识到了二氧化碳的危害，碳排放量逐渐也形成了一种评价环境影响的指标。

bp公司推出了一款碳排放计算器，计算出行方式、城市能源结构来计算个人和家庭的碳排放量，生活方式的碳排放量，私家车是公交的10倍。应该和美国目前在开发一种低碳排放的水泥。材料的环境影响评价方法与标准

早期曾采用单因子方法来评价材料的环境影响，如测其废渣的排放量，评价其对固体废弃物污染的影响等。采用单因子评价不能反映其对环境的综合影响，如全球温室效应、能耗、资源效率等。而且，用如此多的单项指标，比较起来也太麻烦，甚至有些指标还无法进行平行比较。到20世纪90年代初，专家提出了一个综合的评价方法——生命周期评价方法（lifecycleassessment，LCA）。LCA方法现已，成为全世界通行的材料环境影响评价方法，并已在ISO14000国际环境认证标准中规范化，是ISO14000的标准系列之一。

LCA的主要方法LCA主要思路是：通过收集与产品相关的环境清单数据，应用LCA定义的一套计算方法，从资源消耗、人体健康和生态环境影响等方面对产品的环境影响做出定性和定量的评估，并进一步分析和寻找改善产品环境表现的时机与途径。其中环境清单数据，就是在产品寿命周期中流入和流出产品系统的物质/能量流。物质流既包含了产品在整个寿命周期中消耗的所有资源，也包含所有的废弃物以及产品本身。LCA的评估是建立在具体的环境清单数据基础之上的，这也是LCA方法最基本的特性之一，是实现LCA客观性和科学性的必要保证，是进行量化计算和分析的基础。

在LCA标准中，详细地定义了具体的评估实施步骤，它包括如下4个组成部分：目标和范围定义(GoalandScopeDefinition)、清单分析(LifeCyclelnventoryAnalysis，LCl)、环境影响评估(LifeCyclelmpactAssessment，LCIA)、解释(LifeCycleInterpretation)。LCA的应用目的原则上讲，不同的主体出于不同的目的，都可以实施LCA评估或引用LCA评估结论。在SETAC和ISO的文件中列举了一些LCA方法的作用，例如：①帮助提供产品系统与环境之间相互作用的尽可能完整的概貌；②促进全面和正确地理解产品系统造成的环境影响；③为关注产品或受产品影响的相关方之间进行交流和对话奠定基础；④向决策者提供关于环境的有益的决策信息，包括估计可能造成的环境影响、寻找改善环境表现的时机与途径、为产品和技术选择提供判据等。

LCA方法鼓励各种组织，尤其是企业，将环境问题结合到他们的总体决策过程中。通过LCA方法，并与其他的环境管理工具相互补充，帮助更好地理解、控制和减少对环境的影响。从企业的角度考虑，可以在以下的时机实施LCA：①在产品决策中提供辅助信息；②在产品或技术的设计或再设计时提供与环境相关的帮助；③在产品的环境声明中或实施环境标识计划时；④在制定企业的环境战略计划和政策时；⑤在企业与公共关系沟通的过程中。

LCA的技术框架及评价过程

LCA评价方法技术框架包括4部分：目标和范围定义、清单分析、环境影响评价及评价结果解释(见图).

LCA体系框架与阶段结果解释（LifeCycleInterpretation）LCA体系内容

目标与范围确定（GoalandScopeDefinition,GSD）

影响评价（LifeCycleImpactAssessment,LCIA）

清单分析（LifeCycleInventory,LCI）

定义目标与边界条件建立系统模型编制清单作系统总量计算三方面（3E)进行影响评估环境（Environmental)能源（Energy)经济（Economic)分析与决策敏感度分析3E综合分析决策LifeCycleAssessmentPhases-basedonISO14040LCA体系框架与阶段生命周期评价框架目标与范围确定清单分析影响评价结果解释直接应用：产品开发与改进战略规划公共策略制定营销其他ConceptualFrameworkfor

LCAImpactAnalysis生命周期影响评价(LCIA)LCIA是根据清单分析（LCI）过程中列出的要素对环境影响进行定性和定量分析。LCIA包括以下几个步骤：

·对清单分析过程中列出的要素进行分类；

·运用环境知识对所列要素进行定性和定量分析；

·识别出系统各环节中的重大环境因素；

·对识别出的环境因素进行分析和判断环境影响的类型主要分成四大类：直接对生物、人类有害和有毒性；对生活环境的破坏；可再生资源循环体系的破坏；不可再生资源的大量消耗。LCIA把清单分析的结果归到不同的环境影响类型，再根据不同环境影响类型的特征化系数加以量化，来进行分析和判断。LCIA典型模型生命周期影响评价（LCIA）是LCA中难度最大、争议最多的部分，相关国际标准尚处于制定阶段。目前国际上采用的评价方法，基本上可以分为两大类：“环境问题法”和“目标距离”法。前者着眼于环境影响因子和影响机理，对各种环境干扰因素采用当量因子转换而进行数据标准化和对比分析，如瑞典EPS方法、瑞士和荷兰的生态稀缺性方法（生态因子）以及丹麦的EDIP方法等；后者则着眼于影响后果，用某种环境效应的当前水平与目标水平（标准或容量）之间的距离来表征某种环境效应的严重性，其代表方法是瑞士临界体积方法。1．目标和范围定义LCA应用起点：确定其评价目标和评价的定义（goalandscopedefinition），以界定该过程、产品或事件对环境影响的大小。

LCA评价目标：主要包括界定评价对象、实施LCA评价的原因，以及评价结果的输出方式。

LCA评价范围：一般包括评价功能单元定义、评价边界定义、系统输入输出分配方法、环境影响评价的数学物理模型及其解释方法、数据要求、审核方法及评价报告的类型与格式等。

功能单元是评价环境影响大小的区量单位，由于关系到环境影响具体数值，一般其应该是可数的。

系统边界确定了哪些过程应该被包括到LCA评价范围中。其不仅取决于LCA实施的评价目标，还受到所使用的假设、数据来源、评价成本等因素的影响和限制。

数据是指在LCA评价过程中用到的所有定性和定量的数值或信息。数据要求是LCA评价结果可靠性的保障。审核是为保证LCA评价方法符合国际标准，评价结果客观和可靠。2．清单分析

根据评价的目标和范围定义，针对评价对象收集定量或定性的输入输出数据，并对这些数据进行分类整理和计算的过程称为清单分析，即对产品整个寿命周期中消耗的原材料、能源以及团体废弃物、大气污染物、水体污染物等，根据物质平衡和能量平衡进行正确的调查并获取数据的过程。清单分析在LCA评价中占有重要的地位，后面的环境影响评价过程就是建立在清单分析的数据基础上的。另外，LCA用户也可以直接从清单分析中得到评价结论，并做出解释。

生命周期清单分析SETAC/CML的生命周期影响评价步骤

SETAC的CML介绍了一种生命周期影响评价方法，但目前只有第一步付诸了实践。它总共分为以下三步：

(1)分类和特征化在分类步骤中，所有的影响都根据其对环境造成的效应归类。例如，把能造成温室效应的环境影响归为一类，造成臭氧层破坏效应的也如此处理。有些环境影响包括在好几个类别之中。比如，氮氧化物的排放不但有毒、能产生酸化效应，而且会造成富营养化效应。每个类别中的环境影响都被累加起来，从而产生一个影响分数（effectscore）。如果不使用加权，仅仅把涉及到的物质的质量加起来是不够的，因为有些物质可能会比其它物质造成更强烈的影响。这个问题是通过为不同的物质提供加权因子来解决的。这个步骤称为特征化。SETAC/CML的生命周期影响评价步骤排放质量/kg温室效应臭氧层破坏人体毒性酸化效应CO21.792×1———CO0.000670——×0.012—NOx0.001091——×0.78×0.7SO20.000987——×0.12×1影响分值1.79200.002040.0017Note:影响分值=排放物质的质量×

权重因子N为所有涉及到的环境影响种类，N=1,…i.

聚乙烯生产过程特征化步骤（使用权重因子）SETAC/CML的生命周期影响评价步骤(2)标准化为了更好地理解环境影响的相对大小，需要有一个标准化步骤。在这一步里，环境影响被分成“标准”影响，比如一个正常人在一天或其它一个时间段内造成的环境影响。通过这样处理，就有可能知道材料生产过程对已经存在的环境影响所做的相对贡献。下图显示一个关于评价纸袋与聚乙烯塑料袋的标准化步骤。图1标准化的影响分数SETAC/CML的生命周期影响评价步骤(3)标准化影响分值的评估（Evaluation）标准化过程相当地促进了我们对于结果的洞察力。然而，由于不能把所有的影响视为同等重要，所以还不能做出最终的判断。在评估阶段，各个影响的分值与代表各自影响重要性的权重因子相乘。图2标准化影响分值在加权后的相对重要性SETAC/CML的生命周期影响评价步骤通过比较加权后的分值的加和。上图明显地显示出与聚乙烯相比，纸质产品应该优先考虑。

如图2所示，需要收集的输入数据包括资源和能源消耗状况，输出数据则主要考虑具体的系统或过程对环境造成的各种影响。

图2LCA清单分析示意图

在清单分析中通常包含以下几个过程或步骤：（1）系统和系统边界定义

系统是指为实现特定功能而执行的、与物质和能量相关的操作过程的集合。这是LCA的评价对象。清单分析正是对所有穿过系统边界的物质、能量流进行量化的过程。系统的定义包括对其功能、输入源、内部过程等方面的描述，以及地域和时间尺度上的考虑。这些因素都会影响到评价的结果。尤其在对多个产品或服务系统进行对比评价时，定义的各个系统应该具有可比性。

（2）系统内部流程EconomyAirWaterAirWater*Matthewsetal.(2000)StocksImportsExportsENVIRONMENTEnvironmental

burdensDMITMRDomesticextractionDomesticoutputForeignhiddenflowsDomestichiddenflows（3）清单数据的收集与处理

清单数据包括流入每个过程的物质和能量，以及从这个过程流出的、排放到空气、水体和土壤中的物质。清单数据的来源应该尽可能从实际生产过程中获得，另外，也可以从技术设计者，或者通过工程计算、对类似系统的估计、公共或商业的数据库中得到相关信息。

在清单分析中还应注意以下两类问题的处理方式：①分配问题

当从产品系统中得到多个产品，或者一个回收过程中同时处理来自多个系统的废弃物时，就产生了输入输出数据如何在多个产品或多个系统这间分配的问题。

②能源问题

在能源数据中应考虑能源的类型、转化效率、能源生产中的清单数据及能源的消耗量。不同类型的化石能源和电能应该分别列出，能源的消耗量应以相应的热值如焦[耳]或兆焦单位计算，对于燃料的消耗也可使用质量和体积。

3．环境影响评价

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。

（1）分类

分类是将清单条目与环境损害种类相联系并分组排列的过程，它是一个定性的、基于自然科学知识的过程。在LCA中将环境损害分为3类，即资源消耗、人体健康和生态环境影响。然后，又细分为许多具体的环境损害种类，如全球变暖、酸雨、臭氧层减少、沙漠化、富营养化，等等。一种清单条目可能与一种或多种具体的环境损害有关。

（2）表征

不同编自种类造成同一种环境损害的程度不同，例如二氧化硫和氧化氮都可能引起酸雨，但同样的量引起的酸雨的浓度并不相同。表征就是对比分析和量化这种程度的过程。它是一个定量的、基本上基于自然科学的过程。通常在表征中都采用了计算“当量”的方法，用以比较和量化这种程度上的差别。将当量值与实际清单数据的量相乘，可以比较相关清单条目对环境影响的严重程度。常用的几种表征指标如表6－4所示。

表4常用表征指标

环境损害类型指标名称参照物温室效应GWP100CO2臭氧层的减少ODPCFC11酸雨APSO2富营养化OPP（3）归一化

由于环境影响因素有许多种，除资源消耗、能源消耗、废气、废水、废渣外，还有温室气体效应、酸雨、有机挥发物、区域毒性、噪声、电磁波污染、光污染等，每一种影响因素的计量单位都不相同。为实现量化，通常对清单分析和表征结果数据采用加权或分级的方法进行处理，以简化评价过程，使评价结果一目了然。这个量化的处理在LCA应用中被称为归一化处理。该方法主要是将环境因素简化，用单因子表示最后的评价结果。在后面的环境影响评价模型中将作细介绍一些归一化的教学方法．

（4）评价

为了从总体上概括某一系统对环境的影响，将各种因素及数据进行分类、表征、归一化处理后，最后进行环境影响评价。这个过程主要是比较和量化不同种类的环境损害，并给出最后的定量结果。环境评价是一个典型的数学物理过程，经常要用到各种数学物理模型和方法。不同的方法往往带有个人和社会的主观因素和价值判断，这是评价结果容易引起争议的主要原因。因此、在环境评价过程中，一般要清楚、详细地给出所采用的数学物理方法、假设条件和价值判断依据等。

4．评价结果解释

主要是将清单分析和环境影响评价的结果进行综合。对该过程、事件或产品的环境影响进行阐述和分析，最终给出评价的结论及建议。例如，对于决策过程，依据第一部分中定义的评价目标和范围，自决策者提供直接需要的相关信息，而不仅仅是单纯的评价数据。经过20年的发展，作为一种有效的环境管理工具，LCA方法广泛地应用于生产、生活、社会、经济等各个领域和活动中；评价这些活动对环境造成的影响，寻求改善环境的途径，在设计过程中为减小环境污染提供最佳判据。

常用的LCA评价模型

在LCA评价过程中，常需要用到一定的数学模型和数学方法，简称为LCA评价模型。到目前为止，关于LCA评价模型可分为精确方法和近似方法，前者有输入输出法，后者有线性规划法、层次分析法等。

1．输入输出法

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图5LCA评价输入输出法框架图

SolidwasterOthersWaterpolProductLifeCycleSpaceEnvironmentAirpolComponentsManufacturingAssemblyUseResourcesWasteModelofinputandoutputMaterialRecycleComponentsReuseProductReuseComponents&MachinesComponents&MachinesRecyclingThrough“ClosedLoop”ProductReuseComponentReuseMaterialRecycleZero-LandfillXeroxClosedLoopRecyclingConceptRawMaterialDisposal2．线性规划法

原理：在一定约束条件下寻求目标函数的极值问题。当约束条件和目标函数都属线性问题时，该系统分析方法即被称为线性规划法。优点：可以解决环境负荷的分配问题，对环境性能优化，也能进行定量的分析。由于LCA方法是探讨人类行为和环境负荷之间的一些线性关系，故线性规划法可以定量地应用于各种领域的环境影响评价。

方法：数学模型：

[Ai,j][Bi,j]=[Fi,j]（i,j=1,2,…,n）（6－3）式中：A—环境影响的分类因子；

B—各环境影响因子在系统各个阶段的环境影响数据；

F—该环境影响因子的环境影响评价结果；

i，j—系统各阶段序号。

由式6-3可见，环境影响因子和这些因子在各个阶段的环境影响数据组成了一个矩阵序列，通过求解矩阵，最后可得到各因子的环境影响评价结果。3．层次分析法

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。结构：可分为目标层、准则层和方案层，其中目标层可作为LCA的评价目标并为范围定义服务，相当于环境影响因子；准则层在LCA应用中可作为数据层，不同的环境影响因子在系统各个阶段有不同的数据；最后的方案层则对应着环境影响的评价结果。

图6层次结构示意图

LCA应用举例1．建筑瓷砖的环境影响评价

该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，其生产工艺示意图见后。

图7某瓷砖生产工艺示意图

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。

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、清单。能耗可分为加热、照明、取暖等过程进行清单；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、废渣等进行清单分析。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清单。其他环境影响指标如人体健康、区域毒性、噪声等也很小，因此在清单分析中也忽略不计。

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环境的影响结果（见图9）

图9（a）能源和资源消耗情况（b）对环境的影响

由图可见：该瓷砖生产过程的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。另外，该工艺过程的废渣排放量较小，仅为

0.5kg/m2。废水的排放量为30kg/m2，且可以循环再利用。相对而言，该工艺过程的温室气体效应较大，生产lm2瓷砖要向大气层排放19.8kg二氧化碳。通过对该瓷砖生产过程的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。2．聚氢酯防水涂料生产过程环境影响评价

为研究有机涂料的生产和使用对环境的影响，选取一个防水涂料生产的实例

图

某防水涂料的生产工艺示意图

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。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、清单。能耗可分为加热、照明、取暖等过程进行清单；资源消耗按原料配比进行数据分类；污染物排放按废气、废渣等进行清单分析。由于是生产涂料的工艺过程，生产中排放大量的有机废气。除二氧化碳以温室效应指标进行数据清单外，还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。

输入输出法评价

图

某防水涂料生产过程的输入输出法评价模型

评价结果

图

某防水涂料生产过程的环境影响LCA评价结果

由图可见：

1.资源的消耗包括原料和燃煤获取能源的消耗，能源的需求相对较高，1kg产品需耗能

8.8MJ。从环境的影响看，该工艺过程的固体废弃物排放量较小,仅为0.054kg/kg。由于能耗较高，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。对人体健康有影响的有机挥发物排放较少，为0.15kg/kg。包括有机固体废弃物在内，该防水涂料生产过程排放的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。

2.对LCA评价结果的解释，除上述的环境影响数据外，通过对该涂料生产过程的LCA评价，提出的改进工业主要者提高资源效率、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。

3．用层次分析法评价一般材料的环境影响试用层次分析法评价铁、铝和高密度聚乙烯等三种常用材料在使用过程中的环境影响

目标定义：环境指数为LCA的评价（式4）

environmentalimpacteco-indicator=————————（4）

serviceperformance

范围界定：材料使用过程对环境的影响。

清单分析：除考虑被评价材料的环境因素如能耗，资源消耗，温室效应，人体健康影响，排放的废气、废水及固态废弃物外，还应考虑材料的使用性能加拉伸强度、线膨胀系数、比热、电导及电极电位等。

图中目标层为环境指数，准则层为环境影响及材料性能，方案层为具体的各种指标。收集清单分析的各种具体数据，可构造矩阵。图AHP分析常用材料环境影响的清单分析示意图

结果分析表

材料的环境影响及性能指标AHP分析结果

从环境指数来看，高密度聚乙烯的环境影响最小，铁的环境影响也比较小，铝的环境影响最大。这个结果与用输入输出法评价的同样三种材料的环境影响趋势是一致的。

ISO14000系列标准主要组成

TheMainComponentsofISO14000SeriesISO14000系列标准的基本组成ISO14000是一个环境管理系列标准，共有100个标准号，其主要组成如下：

ISO1400,themailcomponentofISO1400series,istheseriesstandardofenvironmentalmanagement,including100standards,andthemainonesare:

ISO14001－ISO14009环境管理体系EMS(EnvironmentalManagementSystem)

SO14010－ISO14019环境审核EA(EnvironmentalAuditing)

ISO14020－ISO14029环境标志EL(EnvironmentalLabel)

ISO14030－ISO14039环境行为评价EPE(EnvironmentalPracticeEvaluation)

ISO14040－ISO14049生命周期评估LCA(LifeCycleAssessment)

ISO14050－ISO14059术语和定义T&D(Term&Definition)

ISO14060产品标准中的环境因素EAPS(EnvironmentalfactorofProductStandard)

ISO14061－ISO14100预留号(ForReserving)

ISO14000在中国的推行

TheDevelopmentofISO14000InChina1996初成立国家环保局环境管理体系审核中心Early1996EstablishedtheAuditingCenterofEnvironmentalManagementSysteminStateEnvironmentalProtectionAdministration1997.5.27国务院批准成立“中国环境管理体系认证指导委员会”。由国家环保局任主任May27th1997theStateDepartmentauthorized“Chineseenvironmentalmanagementsystemauthenticationinstructioncommittee”,whichisinthechargeoftheStateEnvironmentalProtectionAdministration.1997.8.28中国环境管理体系认证机构认可委员会（认可委）28/08/1997

Chineseenvironmentalmanagementsystemauthenticationinstructioncommittee(AC)1997.8.29中国认证人员国家注册委员会环境管理专业委员会（注册委）29/08/1997Chinesenationalregistrationcommitteespecialfortheenvironmentalmanagement(RC)国家环保局环境管理体系审核中心（认证机构）theAuditingCenterofEnvironmentalManagementSysteminStateEnvironmentalProtectionAdministration(AC)北京环环境管理与工程咨询中心（咨询机构）Beijingenvironmentalmanagementandengineeringconsultingcenter(CC)标准号Standard中文名称ChineseName(Environmentalmanagementsystem-EMS)采用的国际标准AdoptedInternationalStandardGB/T24001-1996环境管理体系规范及使用指南GuidetotheusingofEMSISO14001:1996GB/T24004-1996环境管理体系原则、体系和支持技术通用指南Currentguidetotheprinciple,techniquesupportingofEMSISO14004:1996GB/T24020-2000环境管理环境标注和声明通用原则CurrentprincipleofEMS,EnvironmentalLabelandtechniquesupportingISO14020:1998(第1版)GB/T24021-2001环境管理环境标注和声明自我环境声明（II型环境标志）Self-declarationofenvironment,EMSandEnvironmentalLabelIIISO14021:1999GB/T24024-2001环境管理环境标注和声明I型环境标志原则和程序PrincipleandprocedureofEMS,EnvironmentalLabelIandDeclarationGB/T24031-2001环境管理环境表现评价指南GuidetotheevaluationofEMSandEnvironmentBehaviorISO14031:1999GB/T24040-1999环境管理环境表现评价原则与框架PrincipleandframeofevaluationtoEMSandEnvironmentBehaviorISO14040:1997GB/T24041-2000环境管理环境表现评价目的与范围的确定和清单分析Objective,rangeandlistanalysistoEMSandEnvironmentBehaviorISO14041:1998(第1版)GB/T24042-2002环境管理环境表现评价生命周期影响评价LifeCycleEstimationofEMSandEnvironmentBehaviorISO14042:2000GB/T24043-2002环境管理环境表现评价生命周期解释LifeCycleExplanationofEMSandEnvironmentBehaviorISO14043:2000GB/T24050-2000环境管理术语TermsofEMSISO14050:1998(第1版)中国发布的环境管理国家标准及对应的国际标准TheChineseNationalEnvironmentalManagementStandardandtheCorrespondingInternationalStandard中国全生命周期的标准

ChineseStandardofLifeCycle

国际标准组织颁布的ISO14040标准系列对LCA方法的原则、框架和实施方法作出了规定。

TheInternationalStandardOrganizationissuedISO14040toregulatetheprinciple,frameandimplementmethodofLCAGB/T24040-1999ISO14040环境管理-生命周期评估-原则与框架;ISO14040EnvironmentalManagement-LCA-PrincipleandframeISO14040:1997GB/T24041-2000ISO14041环境管理-生命周期评估-目标和范围界定;ISO14041EnvironmentalManagement-LCA-ObjectiveandrangedefinitionISO14041:1998(第1版)GB/T24042-2002ISO14042环境管理-生命周期评估-影响评价；ISO14042Environmental-Management-LCA-EvaluationoftheinfluenceISO14042:2000GB/T24043-2002ISO14043环境管理-生命周期评估-解释;ISO1404EnvironmentalManagement-LCA-ExplanationISO14043:2000案例分析建筑生命周期评价生命周期成本

正如一般投资一样，在试图把建筑物发展对环境的影响减到最低时，必须考虑所涉及的费用。而生命周期成本分析正正能够计算和提供兴建建筑物，以及在其使用年限内的操作和维修这两方面的现时和日后所需开支的现值。计算生命周期成本，有助评价现时为了改善建筑物表现（例如能源效益或物料耐用程度）而作出的额外投资和和比较以后能够节省的款项，以方便有关人士作出投资决定和方针。建筑生命周期评价生命周期能源分析工具生命周期能源分析工具，是一套计算机程序，建筑物设计者只需输入所需数据，便能估计在设计的建筑物的表现、计算建筑物对环境的影响和生命周期成本，以及与其它设计的环境影响和成本进行比较。这套程序可计算出建筑物在生命周期的不同阶段（包括竣工阶段、运作阶段和完结阶段）内的各种数据。此外，亦可就建筑物不同部分提供独立资料，例如地基、建筑物结构和各项设施的影响。使用者亦可对个别元素加以比较。有关程序除了输出数据外，亦可提供图像，就不同的设计作出比较，以及按个别影响类型列出建筑物造成的影响。

生命周期能源分析(LCEA）软件生命周期能源分析(LCEA）软件绿色建筑的生命周期评价(略）案例分析

关于手机的LCA1MaterialsExtractionDisposal2MaterialsProcessing3Manufacturing4PackagingTransportation5UsefulLife6End-of-LifeRecyclingReuse手机原材料的选取与来源BrainLCDBatteryLi-Ion:金属锂氧化物、碳复合物等物质

铜、金、铅、镍、锌、铍、钽等金属原料组成

40%金属40%塑料20%陶瓷及痕量物质由潜在泄露物Hg、有机玻璃、塑料等物质组成Ni-MH/Ni-Cd电池:Ni、Co、Zn、Cd、Cu

原料的加工处理与产品制造原料的加工处理产品制造原油提炼制造塑料，石英砂与石灰石制造玻璃纤维；Cu等金属用于制造手机主板、电池、金属丝等其他配件。

LCD的制造：以“三明治”的形式嵌于塑料与有机玻璃之间。

电池的制造：电池由电极与电解液主板的制造：塑料与玻璃纤维、电镀金属“包衣”、若干电子组件、连接线路与金属线等。手机引起的环境问题

我国手机用户已经超过了4亿，如果按照平均每个用户每两年更换一次手机的保守频率计算，我国每年将有2亿部手机被淘汰，一般来讲用户都会配有两块电池。所以，淘汰下来的手机电池可能超过4亿块。曾经有专家指出，旧手机的一块电池里的镉就能够严重污染6万升的水，而这些水可以装满3个奥运会的标准游泳池。

环境影响手机的环境危害

手机小型化对废物造成一定的负面影响。由于其很小，重量很轻，手机很容易被丢弃进入生活垃圾，当在焚烧炉中燃烧或在填埋场中处置后，最终对环境和人体健康造成危害。

由于塑料是高度可燃的，印刷线路板和手机外壳以及其它电子产品都含有含溴阻燃剂，会明显破坏人体健康和环境，引起癌症，破坏肝脏、引起神经和免疫系统问题，甲状腺功能紊乱和内分泌失调等。这些物质可从填埋场渗漏到土壤和地下水中，或在焚烧或回收过程中形成剧毒的二噁英和呋喃。研究已经发现，在瑞典的一个电子废物再利用工厂工人血液中发现了溴化阻燃剂明显增加。手机的环境危害手机含有大量有毒物质，包括一系列持久性(POPs)和生物积累性化学品（PBTs），当焚烧或在填埋场处置后，对人体健康和环境造成危害。PBTs在动物脂肪组织中长期存在，即使释放量很小，在食物链中也能积累到有毒水平。有6种手机废物与癌症和一系列繁殖、神经和发育紊乱相联系，并对儿童造成特殊伤害，其发育器官和免疫系统对毒素攻击特别敏感。手机中PBTs包括锑，砷，铍，镉，铜，铅，镍和锌。当在填埋场处置，在焚烧炉焚烧，或一些情况下，在回收设备中处理这些元素时，其会释放到土壤、地下水、空气和地表径流中。手机的环境危害新手机电池虽然正在淘汰镉的使用，但里面仍有许多有毒物质，比如铅，它会对人的免疫系统、分泌系统以及中枢神经系统造成严重损害，会危害儿童的脑神经，而许多手机配线板上的部件就是用铅来焊接的。

那么，废弃手机电池的污染问题如何解决?一方面，手机用户分散且用户习惯的不确定性，导致手机电池的回收工作无法有序进行。另一方面，形形色色的手机电池由于缺乏标准，质量难于保证，不通用性也让消费者增加了使用成本。“手机变手雷”的事情绝不是耸人听闻！中国生命周期评估应用现状

thepresentapplicationstatusofLCAinChina

目前中国在以下几个领域开展全生命周期的研究：theLCAresearchismainlyconductedinthefollowingareas1、钢铁领域theSteelIndustry2、汽车领域theAutomobileIndustry3、化工领域theChemicalIndustry4、机电设备领域theElectromechanicalIndustry

评估内容包括环境影响、能源和资源消耗。

thecontentofassessmentincludestheenvironmentalfactor,consumptionofenergyandresource.

广西木薯乙醇车用燃料发展计划

全生命周期评估案例

thecaseofLCAtoaresearchplaninGuangxi,whichisaimedtogetethanolfromdistillingthecassavaandthendevelopafuelforautomobilesubstituteforgasoline

上海交通大学与广西壮族自治区政府合作为广西地方政府所作的产业计划决策分析

Decision-makingAnalysisoftheIndustrialPlanviathecooperationofSJTUandtheGovernmentofGuangxiChuangAutonomy案例Project生物质乙醇车用燃料发展的背景

Thedevelopmentbackgroundofethanolasvehiclefuel化石能源枯竭ExhaustionofFossilEnergy

全球石油储量仅够人类继续使用40年,急需发展可再生能源Theglobaloilreservationwillbeexhaustedin40years,soitisaurgentmissiontodeveloptherenewableenergyMTBE将禁止使用，乙醇是最好的替代品SinceMTBEwillbeforbidden,ethanolbecomesthebestrenewableenergyE10将是下一步标准车用汽油E10willbetomorrow’sstandardautomobilefuel

国家开始了E10的区域性试点thestategovernmenthasputthenewfuelintopracticeinsomeregions:

最初是河南、黑龙江;现已推广到黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省以及湖北、山东、江苏、河北四个省的部分城市

firstlyinHenanandHeilongjiangprovince,nowthepracticeregionhasdevelopedintoagreatareaincluding:Jilin,Liaoning,Henan,HeilongjiangandAnhuiprovinceandothercitiesinHubei,Shandong,Jiangsuprovince.GuangXIlocatesinsouthChina全区属喀斯特地形BeautifulsceneryPoorsoil广西壮族自治区GuangxiZhuangAutonomousRegionNear1/5landiskarstlandforminGuangxi广西位于中国南方Casestudy1：LifeCycleAssessmentofCassavaEthanolFuelAutomobile案例1：木薯乙醇燃料汽车生命周期评估土地贫瘠风景优美大部分土地不宜种粮食，

但适宜种木薯

Mostofthesoilisnotsuitableforriceplant,howeveritiswonderfulforthegrowingofcassava广西木薯种植区域ThecassavaareasinGuangxiterritory木薯：一种生长在浅表土壤层的块茎植物Cassava:onekindoftuberplantwhichgrowsinthesurfacesoil木薯：过去苦难的象征；

今后致富的财源。木薯富含淀粉，是制造乙醇的好原料；cassavaisrichinstarch,whichisgoodmaterialtoproduceethanol过去制造酒精为了医用，市场很小，农民无法以此为生；ethanolisonlyformedicaluseinthepast,themarketisverylimited,thefarmerarenotablemakelivingfromcassava.酒精进入车用燃料市场，提供了巨大的市场空间；Sinceethanolwastreatedasafuel,ahugemarkethadappeared.

木薯不与人、畜争夺粮食和饲料，与小麦、玉米为原料的酒精相比，具有强大的竞争力。Sincecassavahasnocommonneedswithhumanordomesticanimalforliving,itisabetterchoicetoproduceethanolthanwheatandmaize.Cassava:thesymbolizationofpoorinthepast;thecashtreeinthefuture.发展木薯乙醇车用燃料，使广西农民脱贫致富

Makingmoneyfromdevelopingthecassavaethanolindustry

广西政府的战略项目

Guangxigovernmentstratagemprogram估计：Estimation使400万亩土地得到应用，促进GDP的增长，增加地方政府的财政收入；Makeuseof26.666millionhectarepoorsoil,promotetheGDP,andincreasethelocalgovernmentrevenue;使约150万农民有物可种，脱贫致富

Makesure150millionfarmershavesuitablecroptoplant,andhelpthemeliminatepoverty.解决约5000人的就业问题

Providingjobsto5000unemployedcitizens.木薯的种植与收获growingandharvestofcassava木薯的运输transportationofcassava木薯酒精生产producingofcassavaethanol

酒精的运输transportationofethanol酒精与汽油或柴油的混合mixtureofethanol,gasolineanddiesel酒精燃料的分配allocationofethanolfuel木薯—酒精燃料全生命周期评估LCAofcassava-ethanolfuel资源需求Resourcedemanding能源消耗energyconsumption环境污染environmentpollution3ELCA的第一步定义、建模

thefirststepofLCA:Definition,modeling

1）定义目标SetObjective

以广西生产的木薯为原料，生产车用燃料乙醇（99.5％），混配成E10汽油，供中国汽车使用。

Producetheethanolfuel(99.5%)forvehiclefromthecassava,thenmixitwithtraditionalfueltoprovideenergyforautomobile.2）建立模型modelingmethod肥料、除草剂、杀虫剂的生产produceoffertilizer,herbicide,insecticide肥料、除草剂、杀虫剂的运输transportationoffertilizer,herbicide.insecticide木薯的种植Cassavagrow木薯的运输cassavatransport酒精的生产ethanolproduce酒精的运输、储存transportandstorageofethanol酒精和汽油的混合mixtureofethanolandgasoline酒精和汽油的燃烧burningofethanolandgasoline石油的运输、储存transportandstorageofoil石油的开采oilexploit石油的精炼distillofoil汽油的运输、储存transportandstorageofgasoline燃料准备Fuelpreparationmanufactureofcar

汽车制造汽车行驶cardriving汽车维修carrepair汽车报废cardiscard环境模型的主要假设Themailassumptionsofenvironmentmodel忽略混合过程