环境技术
ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY
1999年　第17卷　第1期　VOL.17　NO.1　1999



环境协调性评估
黄开云
　　摘要：本文从LCA的基本概念开始，全面介绍最近二十年发展起来的LCA的组成、过程、评估方法、主要用途等。
　　关键词：环境；协调性；评估
　　中图分类号：X322　　　
　　文献标识码：A
Life Cycle Assessment
　HUANG Kai-yun
1　前言
　　环境协调性评估(Life Cycle Assessment，缩写为LCA)，又有译为寿命全程评估、寿命期评估、生态循环评估、环境影响评估、环境负担评估等。它是一种从资源、能源的消耗，废弃物排放等多方面去评价、表征某种产品或某种材料在整个寿命过程中造成的环境负荷的评价方法。LCA发展至今已有20余年历史，最近，由于环境材料和环境协调性产品的研究，使LCA得到很大的发展和完善。
2　LCA的概念
　　LCA的基本概念可以从以下LCA的技术框架图得到更好的理解［1，2］。图中方框部分所示是从原料开采到产品被废弃的全过程，被称为产品的寿命期(Life Cycle)。也就是说，在考虑某种产品的时候，首先是制造这种产品的原材料和要消耗的能量被开采出来，然后将原料加工转变成产品。这件产品被运送到使用者手中，被使用之后，其中的一部分将被投入到再生产和循环利用的过程中去，剩余部分则被作为废弃物处理掉，这时才是产品寿命的终结。由于在一个过程中要投入能源和物质，因而化石燃料、矿物资源及森林资源等地球上地质学、生态学的积蓄被消费掉，与此同时，CO2等产生温室效应的气体、形成酸雨的大气污染物质、水质污染物质等被排放出，直接或间接地对地球环境产生影响。LCA方法就是要综合地评价或解析一产品在其整个寿命周期中对地球环境产生的负担性。因此被人们形容为从“摇篮到坟墓”的全过程进行评价的方法。
　　LCA的技术框架由四个部分组成：［1，2，3］(1)确定目标和研究范围(Goal Definition and Scoping)；(2)编目或列表分析(Inventory Analysis)；(3)环境影响评价(Impact Assessment)，也称为解析；(4)环境改善评价(Improvment Assessment)，简称为改善。
　　(1)确定目标和研究范围
　　LCA评估的对象一个系统或过程。评估的目的是为了表征此过程对环境的影响(通常用一个数值来表示)。所以，评估工作首先是确定评估范围，即所要评估的过程。如果有必要，可能还需要将过程分解为多个子过程分别评估。确定了评估范围也就确定了系统的边界，即明确哪些是过程内的环节，哪些不是。由于地球物质和能量的循环是一个错综复杂，互为联系的立体过程。因此，每一种材料或产品的系统边界几乎是无尽头的。但为了评价的可操作性，LCA采用的实质上是一个简化的评价模型。必须人为地划分系统边界。但系统边界的划分应有合理性。比如，同类的材料或产品比较评估时应使用相同的系统边界等等。
　　
图1　LCA技术框架示意图
(图的上半部分为LCA技术框架的示意图，下半部分为确定目标和评估范围的示意图)
　　(2)编目或列表分析
　　编目或列表分析是对所有穿过过程(或子过程)边界而输入或输出系统的物质和能量的定量描述。这是LCA评估定量化的开始，是最终得到一个指标来表征环境负荷的基础。在确定了评估范围之后，必须选择编目或列表分析的具体项目。其具体内容取决于具体的过程和评估的目的。通常包括过程中的能源消耗、资源消耗(原材料、水等)向环境排放(固态、液态和气态废弃物等)。
　　在编排好项目之后，进行实际的数据采集和汇总计算。过程的选择和数据的质量决定于评估所要达到的目标。
　　(3)环境影响评价(解析)
　　环境影响评估是在编目和列表分析的基础上，得出一个指标来表征被评估过程造成的环境负荷。环境影响评估是联系编目和列表分析和环境负荷的纽带，可以给出被评估过程与环境之间相互影响的整体轮廓。环境影响评估的方法仍处在研究所当中，新的指标不断出现。但其基本步骤都可分为三步：分类、表征和评价。
　　分类是指对不同的环境损害类型进行分类。通常分为资源消耗(生物与非生物资源)、人类健康损害、生态环境损害(诸如全球变暖、臭氧层减少、土壤酸化等)。对于一个特定的被评估过程，根据评估的目的，选择列出相关的环境损害项目然后分析编目中每一项是否会造成这些环境损害，确定与各环境损害项目相联系的编目项目。
　　表征是将与各环境损害项相联系的编目项目进行汇总，定量计算造成的各种环境损害的大小。这个定量化过程是人为规定的，它依赖于广泛的科学知识(物理、化学、生物学等等)。
　　评价是人为规定各种环境损害的权重。与前面得到的各种环境损害大小加权求和，从而得出一个指标来表征被评估过程造成的环境负荷。
　　在分类、表征和评价过程中，人们必将涉及到大量物理、化学、生物变量的数据。但这些数据量纲千变万化，汇总和比较困难。因此给环境影响评价带来许多困难。有作者提出数据指数化的方案，增加系列量化数据的可比性。例如借助于环境科学中环境指数的概念，提出等效环境指数的新概念。所谓材料的等效环境指数，就是材料生产中的各种环境因子的负荷值与材料生产中的各种环境容许指标或标准的相对比值。这是一个无量纲的数值，其数学表达式为：
　　Ii=Ci/Si　　i=1，2，3，…n
　　式中Ii为材料的第i个等效环境指数；Ci为材料的第i个环境因子的负荷值；Si为材料的第i个环境因子的容许指标或标准。
　　通过材料的等效环境指数，可以将材料生产中的各种环境负荷量化成可比较的参数，从而解决了环境负荷的归一评价问题。然而，这种处理方法也存在一些有待进一步完善的问题。如，Si(容许指标或标准)的确定受到人们知识水平、政策要求、地域差别等的影响。此外，对于排放物(废弃物)对生态的影响，资源的地理平衡等项目难以运用等效环境指数处理。
　　(4)环境改善评估(改善)
　　环境改善评估是为了得出一个评估结论，并提出如何减小环境损害的建议，促进环境的改善。这方面的规则和方法尚未制定出来。
　　以上第(2)列表、(3)解析、(4)改善是LCA的三要素。
　　LCA的原则适用于所有的生产部门，也适用于政府制定相关的政策和商业界制定相关的发展战略。例如，把LCA的原则用于产品的生产与开发时，就有产品的环境协调性评估PLCA(Life Cycle Assessment of Products)。将LCA应用于环境材料而派生出来的材料环境协调性评估MLCA(Life Cycle Assessment of Materials)，已为国际材料科学界广泛认可。
3　LCA的评估方法
　　以重量为1.816kg高密度聚乙烯(HDPE)的洗衣粉包装桶的环境协调性评价为例，简单介绍LCA评估方法。
　　图2是聚乙烯包装桶从制造到废弃的全过程流程图。作为LCA的准备工作，首先是确定系统的边界和设定系统的流程。图2中所表示出的全部因素即为分析目标，而系统边界就是分析目标的范围。系统流程的设定是指给出作为分析目标的生产工艺各因素之间的关系，也就是材料的流程。LCA的第2个步骤是编目分析(列表)，其内容是把各个工艺对环境的负担列成表。表1就是图2中蒸馏、精炼工序的列表，其中计算数据是以每加工1000磅原油所生产的环境负担为基准，按照流程图把工序类似表格中的同类数据累加，就可以知道全部生产流程对环境造成的负担究竟有多大，或者象表2那样把各部门的有关数据列表，就可以知道哪一部门的环境负担最大。这第3个步骤就是环境影响评价或解析。例如通过表2可知，加工部门大气污染和能量消耗最大，因此要想降低产品的环境负担性则必须首先设法改进加工部门各工序的工艺。表2的最后一栏同时列出了使用纸包装袋(同样包装总容积)时的LCA结果。所以当加工工艺无法改善时，选择纸包装代替聚乙烯桶包装洗衣粉则可以降低环境负担性。象这样进行改善或作出选择的步骤被称为环境改善评价。
　　
图2　高密度聚乙烯洗衣粉包装桶流程图
表1、蒸馏、精炼工艺中的能耗和排放物
工艺中的能耗大气污染物质(磅)水质污染物质(磅)
电力5.4 (kW.h)粉尘0.06BOD0.014
天燃气285.5(立方英尺)碳化氢0.3COD0.071
　　亚硫酸气体0.2TSS0.0097
　　乙醛0.04油脂0.04
固体废弃物(磅)氨0.02铵0.0013
3.5　　铬0.0002


表2、HDPE包装桶的能耗和排放物

　　
部门、阶段大气污染物质
(磅)水质污染物质
(磅)固体废弃物
(立方英尺)能耗
(千卡)
原油开采18.33.40.11.69×105
加工62.65.63.662.92×105
运输4.70.502.39×105
废弃1.10.192.80.58×105
合计86.79.696.567.58×105
纸包装袋28.15.29.526.21×105
　注：各表中计算数据是以每加工1000磅原油所产生的环境负担为基准

4　LCA的主要用途
　　LCA的主要用途可以归纳为以下五个方面：
　　1、同类产品的比较评估
　　2、产品改进效果的评价
　　3、为达到标准、目标值而进行的产品检查
　　4、为找出改善目标而对产品现状进行的环境协调性分析
　　5、作为产品使用/再生利用的指南
5　结束语
　　环境协调性评估具有广泛的应用和重要的社会意义。今后将成为重要的社会规范和国际间普遍遵守的原则。通过LCA评估，有助于改善材料及产品在生产过程中环境负荷严重的环节，从而为环境协调材料(或产品)的生产指明方向。但目前LCA采用的仍是一个比较简单化的模型。在评估方面还存在许多问题。如环境负担数据库不完整、数据较陈旧、数据采集量大、系统边界划分难。许多环境的负担目前难于判定，以至所评估的数据结果难于比较等等。有待于进一步完善提高。
作者单位：黄开云　(广州电器科学研究所，广州 510302)
参考文献：
［1］　山本良一　工业材料［J］.昭和84年9月.(105)P97
［2］　徐金成，王天民.兰州大学学报［J］.(1996)32，P49
［3］　肖定全，王洪涛等.兰州大学学报［J］.(1996)32，P43
［4］　刘江龙，李　晖，丁培道.兰州大学学报［J］.(1996)32，P56
［5］　杨贤智，杨海真.环境评价［J］.中国环境出版社.1995
　　
(收稿日期： 1998-12-09)
