1、生命周期清单分析,Life Cycle Inventory LCI LCA第二阶段的工作,概 说,生命周期清单分析(Life Cycle Inventory 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,清单分析的内容和目的,LCI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,
2、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,清单分析的基本内容,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可以用来验证单元过程表述的有效性,清单分析的基本内容,数据类型数据来源包括测量、计算和估算的来的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；像空气的排放、向水体的
3、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,清单分析的基本内容,建立产品系统模型系统模型是表述物理系统关键要素的模型对于要建立的物理模型中的要素的选择取决于研究的目的和范围应对模型予以表述对支持模型的假定加以识别,清单分析的基本过程,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,第二节 LCI的数据收集和确认,数据收集的准备 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知的可信程度。确定数据的来
4、源和种类(括弧中) 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),数据的种类,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,数据质量指示器,评价数据质量的参数。包括以下指标可接受度 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设
5、计数据调查表,数据的收集,主要方法有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,第三节 LCI的其他步骤,数据与单元过程的关联以及数据与功能单位的关联和数据的合并 关联 根据流程图和系统边界将各单元过程互相联系，以统一的功能单元为整个系统计算能、物流，输出入建立基础 合并 对相同影响因素求和，获得该影响因素的总量 系统边界的修改 LCI是动态过程，根据数据及时调整边界,第四节 物流、能流和排放的分配,分配包括两种多产品系统的分配 热电厂同时生产热能和电力，分别计算生产单位电能和热能排放的二
6、氧化碳再循环系统的分配 物料循环的途径分配原则：输出、输入物质平衡分配程序：只对联合过程进行分配 例：氢氧化钠生产，同时产生氯和氢，是联合过程，但并非每个子过程同时产生,生命周期影响评价,Life cycle impact assessment,概 说,生命周期清单分析(Life Cycle Inventory 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
7、的数据。数据分定性和定量两类,第一节 生命周期影响评价的框架,框架中的分类,分类是将LCI的输入输出数据归纳到不同环境影响类型的过程LCA主要涉及的环境影响类型包括资源消耗、生态影响和人体健康三大类别每一大类下还可划出许多子类 生态影响类下有全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾、水体富营养化等 人体健康影响类下有中枢神经、生殖系统呼吸系统、致癌效应等,分类概念模型,影响因子及其可能影响,2 生命周期清单分析,生命周期清单分析(Life Cycle Inventory 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
8、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,第二节 计算模型,影响分析的方法分为定性法和定量法目前形成了12种影响因子的计算模型和计算方法资源的消耗 可再生能源消耗 (IRrr)i=AMTrri(1-RCi) 式中 (IRrr)I 每功能单位消耗的可再生能源影响 AMTrri 每功能单位消耗的可再生能源 RCi 资源回收或重复使用率 不可再生的能源消耗 (IRrr)i= iAMTrri(1-RCi) 式中 i 资源稀缺系数,能量的使用,包括燃料输入和
9、电力输入，即使用的一次能源和二次能源两部分之和从清洁能源评价的角度，还要考虑能源的“清洁度”来自何种能源，污染重的燃煤，污染轻的天然气和核电，无污染的水电；综合利用的垃圾发电、低热值燃料发电？,填埋空间的消耗,该指标计算固体废物、有害或放射性废物进入土地或垃圾填埋场所占用的空间消耗空间资源属于自然资源 (IRSWI)i = AMTSW / Di 式中 (IRSWI)i 每功能单位的固体废弃物的填埋影响指标 AMTSW 每功能单位的固体废弃物排放数量 Di 废弃物密度,全球变暖的影响,全球变暖潜能(GWP)该物质与二氧化碳相比对全球变暖的贡献值，三氯甲烷的GWP 11700、六氟化硫23900，
10、苯63计算公式 (ISGW)i=EFGWPAMTGG 式中 (ISGW)i每功能单位温室气体全球变暖影响指标 EFGWP i物质的GWP系数 AMTGG 每功能单位排放i物质数量,臭氧层破坏影响,影响因子ODPS相当于CFC-11的破坏臭氧层影响系数，四氟二溴乙烷ODP=6.5，哈龙1201ODP=1.4计算公式(ISOD)i=(EFODPAmtODC)i 式中(ISOD)i每功能单位与CFC有关的物质i的臭氧层破坏影响 EFODPODP相关系数 AmtODC每功能单位i物质排放到大气中的量,光化学烟雾影响,光化学氧化反应潜能因子POCP-以乙烯为参照物的光化学相关值。苯0.189，多环芳烃0
11、.761计算公式 (ISPOCP)i =(EFPOCPAmtPOC)i 式中(ISPOCP)i每功能单位的光化学影响 EFPOCP物质i的POCP相关值 AmtPOC 每功能单位产生光化学烟雾的物质i向大气的排放量,其他影响,酸化影响气溶胶(可吸入颗粒物)影响水体富营养化影响水质影响潜在健康影响慢性职业健康影响慢性公众健康影响感官影响生态毒性影响,第三节 权重,使用层次分析法(AHP)计算权重,第四节 影响评价的限制,根据美国EPA的认定，影响应当是下列各项参数的函数： 位置、介质、时间、排放率、暴露路径、环境介质的传布、环境的持续性、移动性、生物可及性、累积性、毒性、排放浓度、特定生态系统或
12、有机体的同化能力、效应的阈值,生 命 周 期 解 释,以透明的方式来分析结果、形成结论、解释局限性、提出建议并报告生命周期解释的结果,生命周期评价的应用,结合典型案例的分析和讨论,第一节 生命周期评价的应用概述,1 LCA在工业企业的应用 产品开发与设计,2 LCA在政府管理部门的应用,制定环境政策与建立环境产品标准实施生态标志计划优化政府的能源、运输和废物管理方案向公众提供有关产品和原材料的资源信息国际环境管理体系的建立绿色采购包装政策产品导向的环境政策污染预防,第二节 生命周期评价在产品中的应用,电脑显示器的生命周期分析 美国对电脑液晶显示器(FPD)和阴极射线管显示器(CRT)进行LCA
13、和比较1目的和范围 目的 用LCA方法和清洁技术替代物方法建立评价FPD和CRT的科学基准 建立LCA模型，提供改进显示器环境特性的必要信息 评价考虑与资源、能源、空气资源、水资源、固体废物、人类毒性和生态毒性有关的环境影响,产品系统和功能单元,产品系统仅考虑显示器，不考虑CPU等功能单元和阴极射线管显示器,系统边界,地理边界：使用和处置均在美国时间边界：19972000年制作技术的台式电脑显示器的整个生命周期生命周期边界：存在第一、第二甚至第三用户，在此根据厂家提供的正常使用年限作为“替代生命周期”不考虑支持生产设备的制造厂维护的环境影响，但考虑空气净化的能源消耗,LCI的数据来源,LCI的
14、输入包括显示器产品自身需要的材料、制造过程中需要的辅助材料、生产制造、使用和最终处置过程中需要的能源和其他资源LCI的输出包括产品、各种空气和水体污染物、固体废弃物。,LCI的数据类型,产品系统涉及大量的清单数据，要用数据的质量、环境、能源和功能重要性作为标准来决定数据的取舍。,LCI的数据质量,对前表的分析说明原材料提取与处理数据来自前人开发的清单数据，属于二次数据制造数据来源于27个制造厂11个生产过程所涉及的数据使用的能源消耗数据源于美国和日本统计CRT数据的43%来自实测、34%计算、13%估算、10%来自其他LCD数据的33%实际测量、23%是计算、30 %估算、14%未知,LCI的
15、数据质量,研究考虑的生命周期是显示器使用周期，对此CRT的能耗是634kWh， LCD是237kWh最终处置分配(%) ：CRT数据来源于工厂；焚烧和填埋利用钢、塑料、玻璃和铝的基础数据,生命周期影响评价(LCIA),分类 评价考虑了以下环境影响类型 可再生资源的使用，不可再生资源的使用/耗损，能源使用，固体废物填埋处理，危险废物填埋，放射性废物填埋，全球变暖，臭氧层破坏，光化学烟雾，酸化，空气颗粒物,水体富营养化，水体质量(BOD)，总悬浮颗粒，放射性，慢性人体健康影响(职业健康和公众健康)，环境美学，水体生态毒性，陆生生态毒性,生命周期影响评价(LCIA),特征化 是将清单分析结果根据分类
16、转化为相应的环境影响。此处采取三种特征化模型负载 对资源使用类，按照清单结果大小打分等价因子 利用物质当量法评价环境影响。对每一种环境影响指定一种物质作为指示物，如温室效应用CO2，酸化用SO2内在属性评分模型 利用特殊物质的评分模型进行评价，如Swanson在1997年提出的人类毒性和生态毒性CHEMS-1方法，对各种物质给出危险因子HV，可用于计算,生命周期评价特征化方法,结果和讨论,结果显示，在大部分环境影响中CRT都具有较大影响CRT和LCD，都是制造阶段产生最多的环境影响，决定大部分环境影响类型的大小 生命周期产生最大环境影响的类型数目,CRT的LCIA结果和讨论,对于CRT，大多数
17、类型环境影响仅由某种物质决定，9类影响的单一物质贡献大于50%，表明CRT LCIA对其是高度敏感的玻璃生产和LPG生产中能源使用是生命周期产生环境影响的主要决定因素燃料的大量使用影响人类健康使用阶段的电力消耗占7类影响之首电力生产产生的二氧化硫决定了慢性人体健康影响、酸化、陆生生态毒性等影响的大小,LCD的LCIA结果和讨论,LCD制造阶段对6类环境影响有最大贡献尽管使用阶段能源消耗占30%，但整体能源消耗主要来自制造阶段制造阶段产生的硫-六氟环氧丙烷（SF6）是对全球气候变暖的唯一贡献因素LPG决定总悬浮颗粒和美学景观两类影响辅助燃料LNG是不可更新能源使用和光化学烟雾两类环境影响的主要作
18、用因素,改善分析,分析的目的是改进环境影响，发现清洁生产改进机会对于CRT，重点是提高玻璃制造阶段和显示器使用阶段的能源效率；减少含铅量可以大大改善CRT显示器的环境影响对于LCD，提高制造阶段的能源利用效率可以改善显示器的环境特性；减少SF6的使用和排放，可以大大改善LCD显示器的环境影响,2 汽车催化转化器的生命周期评价,目的是评价和比较汽车催化转化器的全生命周期环境影响和减少汽车尾气污染物的环境效益研究对象是瑞典客车使用的三效Pt催化转化器。功能单元是总行程160000公里的汽车三效Pt催化转化器系统边界 地理边界：结构件产于英格兰，催化剂原料（开采、冶炼）来自南非，载体产于德国，钢材产
19、于威尔士，在瑞典安装、使用和再循环；催化剂在英格兰再生,流程图,数据来源,大部分来源于文献、专家意见和生命周期评价数据库催化器全生命周期包括许多竞争性商业领域，造成许多数据缺失使用阶段的环境影响数据,汽车催化器环境负荷的特征化结果(PGEs再循环10%),数据来源和相关分析,原料产地南非采用燃煤发电，燃煤发电环境影响和运输消耗燃料及排放，都利用生命周期评价数据库数据评价安装催化器后增加发动机排气阻力，燃料消耗将增加0.53%为有效降低尾气中污染物的含量，空燃比要调到理想配比14.7:1，此种空燃比将导致增加89%的燃料消耗燃料消耗增加也增加了尾气污染物排放,结论,环境影响 贵金属原料的稀缺性，
20、使其开采和制造过程产生严重的环境影响。需要大量的能源投入，并产生大量固体废物：没生产一个催化器产生250kg固体废物，消耗10kg的煤，产生大量二氧化碳和二氧化硫安装催化器后，在160000km服务期间内，每台汽车可以减少氮氧化物290kg、一氧化碳1500kg、碳氢化合物140kg、甲烷11kg整体改善城市空气质量，产生巨大环境效益,结论,其他意见安装尾气催化器，仍属于末端治理，不能彻底解决问题普遍使用稀缺的贵金属（每个催化器1gPt）会因采矿和加工带来生态破坏。如果考虑到采矿和加工冶炼，总环境效益可能远小于贵金属开采和非再生能源消耗造成的总环境生态影响,芬兰冶金部门的生命周期评价,冶金是芬
21、兰的重要经济产业，主要产品：钢铁、不锈钢、锌、铜、镍、铝。为响应市场需要，推进环境保护，减少生命周期环境影响，开展行业性LCIA研究目的：汇总从原材料和能源使用到金属产品在生命周期各个阶段的环境影响；从生态效益观点出发，确定环境保护的重要性。并非评价生态效益,芬兰冶金部门的生命周期评价,研究的产品：钢板、钢条、钢丝、不锈钢、锌、铜、镍、铝，共8类生命周期评价研究的功能单元是冶炼厂生产的1t金属产品系统包括原材料的采掘、加工，冶炼成品，成品及辅料的运输，能源生产。冶金系统大量使用回收废料和切屑等，对其的收集、运输和处理也列入研究系统,生命周期清单分析,对每一种金属都进行生命周期清单分析，包括从原
22、材料的提取到产品运送结束的整个生命周期的物质输入、初始能源消耗、废弃物的排放，以及水体、空气污染物的排放生命周期划分阶段：冶炼(开采和提炼)、废金属(社会收集、运输、处理)、辅料(冶炼辅料、化学品)、产品(金属的)、能量(生产场地电耗)、运输(原材料)、附加产品(多种经营和综合利用),环境影响评价,利用标准LCIA方法建立了国家影响评价模型，该模型在评价影响程度时考虑污染源的地理位置影响种类：气候变化、酸化作用、臭氧层损耗、水体富营养化影响强度的赋权： 统计37位专家对各个影响种类的赋权，平均后得到赋权因子：气候变化0.39、酸化作用0.23、臭氧层损耗0.10、水体富营养化0.28。权值越大
23、，环境影响越大,环境影响评价结论,评价表明，若冶炼的能源来自厂外，引发电造成的一次能源消耗、二氧化碳、二氧化硫的排放量等因素对发电模型非常敏感最大物流不是高产的钢材(板、条、丝)，而是铜、镍、锌等，因其矿石金属含量低，开采和冶炼过程产生大量尾矿和废渣“隐藏流”的概念。在官方统计中不出现上述物流，但对原料需求总量有重大影响不锈钢的隐藏流大于钢，后者矿石品位高,环境影响评价结论,各种金属对环境影响不同，钢铁对二氧化碳贡献大；铜、镍、锌的影响主要出在开采和提炼加工；海上运输排放大气污染物，但小于陆地运输考虑到生命周期各个阶段，芬兰冶金工业对环境的影响只相当于芬兰国内所有排放物影响的8%，而且其中约1
24、/3发生在国外；对水体富营养化的影响很小,掺粉煤灰混凝土的生命周期分析,水泥混凝土是最大宗人造结构材料，水泥生产消耗大量能源，并对大气环境造成严重影响。但是现代水泥生产又大量利用工业固体废物，如粉煤灰、矿渣、造纸黑液等，对环境有正贡献因此分析判定混凝土材料生产活动对环境的影响，改善混凝土材料生产队环境带来的副作用，实现该行业的可持续发展具有现实意义,掺粉煤灰混凝土的生命周期分析,现代混凝土材料大量使用混合材料，如减水剂、防冻剂、早强剂，以获得高性能混凝土（砼）问题的复杂性：掺入粉煤灰属于开环再循环过程，粉煤灰是发电厂生产过程的废弃物，同时又是混凝土生产过程的原材料，由此导致较复杂的分配问题问题
25、的研究目标：对掺与不掺粉煤灰的混凝土系统的环境负荷进行对比研究,掺粉煤灰混凝土生命周期流程,系统边界和清单分析,系统边界的假定：生产流程如上图。假定混凝土使用425硅酸盐水泥，吨水泥原料消耗：石灰石1.3t，粘土0.3t，石膏50kg。以生产1m3为功能单位。材料运输的车辆为5t柴油汽车，水泥和混凝土原材料运距为别为5km和10km暂不考虑混凝土的再循环利用和其他生产、建筑机械的环境污染。,生命周期影响评价结论,混凝土掺用粉煤灰后，发电厂和混凝土材料厂的环境负荷均有显著减轻按照不同的粉煤灰掺合比，煤炭的消耗可以降低8.949.0%，CO2排放量可以减少9.150.2%，SO2排放量可以减少7.
26、845.0%；固体废物、NOX排放量也有同比降低。但CO、TCH的排放量减少幅度较小，原因是掺与不掺粉煤灰时，混凝土所需原材料的运输距离和有效相差不多,生命周期改善分析,混凝土有确定的质量、性能要求，包括强度、和易行、耐久性等，为保证这些要求，发电厂应对粉煤灰进行资源化收集和处理粉煤灰处理包括分选、磨粉细化，以提供优质粉煤灰，进而增加掺入比，并获得更好的经济效益,生命周期评价在环境标志中的应用,环境标志是一种环境素质的体现经合组织定义：环境标志包括一个私营或国家机构自愿接受标志的授予，以表明一种产品符合特定的标准，该标志用于通知消费者，这一产品于其他功能相近的产品相比，对环境更加友好。环境包括
27、生态标志单因素标志和负因素标志显然，生命周期评价具有环境标志认证的功能，特别是生态标志,生命周期评价在环境标志中的应用,法国生态平衡理论丹麦定性与定量英国的简化LCA,第四节 生命周期评价在工艺选择、设计、 最优化中的应用,第五节 生命周期评价在中国的应用,发展概况,1 绿色照明产品的生命周期评价,2 硅酸盐水泥的生命周期评价,3 广汉市生活垃圾的生命周期评价,4 汽车代用燃料的生命周期评价,5 消毒柜的生命周期评价,生命周期设计,第一节 生命周期设计基本思想,第二节 生命周期方法,第三节 生命周期设计实例研究,1 牛奶包装生命周期设计,2 机油过滤器的生命周期设计,3 AT&T生命周期设计,
