（材料科学与工程专业论文）水泥工业环境与经济性能的综合度量方法.pdf

一 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 釜益 日期：7 肜台多 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的舰定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：碜矽器导师签名：日期：2 。1 0 矽、分 摘要 摘要 首先，建立水泥等基础材料的环境与经济性能综合度量方法的框架体系，探 索构建基于生命周期分析的水泥- i - t k 环境成本的系统算法，给出四项计算原则。 其次，计算得出2 0 0 2 年至2 0 0 9 年水泥工业的单位环境成本，其中2 0 0 9 年 原煤开采和运输造成的环境成本为2 1 4 元屯，电力从原材料获取到发电造成的 环境成本为0 4 5 元k w h ，石灰石的开采和运输造成的环境成本为2 3 9 元n , - t i ，利 用工业废弃物煤矸石减少环境成本9 8 8 元吨，利用粉煤灰减少环境成本1 4 4 元 吨，利用矿渣减少环境成本1 2 0 元吨，水泥工业生产过程中排放颗粒物造成人体 健康损害和清洗增加的环境成本为3 0 9 0 0 元吨，排放s 0 2 造成人体健康损害和 酸雨效应的环境成本为1 9 8 0 0 元吨，排放n o x 造成人体健康损害和光化学烟雾 的环境成本为2 6 7 0 0 元吨，排放c 0 2 造成温室效应的环境成本为2 7 2 元吨。 再次，描述水泥工业系统研究的范围和目的，对2 0 0 2 年至2 0 0 9 年中国水泥 工业清单进行分析，计算得出水泥工业的总环境成本、吨水泥环境成本、各清单 类型环境成本、水泥工业总环境成本占我国g d p 的比重、各清单类型的环境成 本对总环境成本的贡献等，分析并给出基于价值算法的我国水泥工业环境成本发 展规律和收敛值：总环境成本可能持续上升，吨水泥环境成本可能稳定在1 5 7 至 1 6 4 元吨，水泥工业总环境成本占g d p 的比重可能收敛于o 7 6 。指出了水泥 工业环境成本变化规律与技术革新之问的内在联系，吨水泥的环境成本下降的原 因可能在于水泥工业结构调整、新型干法的发展，余热发电的应用，粉磨节能和 除尘技术提高，胶凝材料从体系“水泥”向“水泥+ 粉煤狄+ 矿渣”转变，节能减 排法规和标准的陆续颁布。 最后，讨论了污染物排放标准变迁对环境成本的影响，研究结果表明，污染 物排放限值越严格，吨水泥环境成本下降幅度越大。单纯靠资源和能源累加、大 量排放污染物的传统发展方式，必须向生态型水泥工业转变。 关键词水泥工业；生命周期评价；环境负荷：环境成本 a b s t r a c t a bs t r a c t f i r s to fa l l ，t h es y s t e mo fi n t e g r a t e da s s e s s m e n to fe n v i r o n m e n t a la n de c o n o m i c p e r f o r m a n c ef o rc e m e n ta n do t h e r b a s i cm a t e r i a l sw a se s t a b l i s h e d ，a n dt h ec a l c u l a t i o n m e t h o d o l o g yw a se s t a b l i s h e dt oo b t a i nt h ee n v i r o n m e n t a lc o s to fc e m e n ti n d u s t r yo n t h eb a s i so fl i f ec y c l ea s s e s s m e n t t h ef o u rp r i n c i p l e so ft h em e t h o do fi n t e g r a t e d a s s e s s m e n to fe n v i r o n m e n t a la n de c o n o m i cp e r f o r m a n c ew e r eg i v e n s e c o n d l y , t h eu n i te n v i r o n m e n t a lc o s to fc e m e n ti n d u s t r yi nc h i n af r o m2 0 0 2t o 2 0 0 9w a sc a l c u l a t e d i n2 0 0 9 ，t h ee n v i r o n m e n t a lc o s to fc o a lw a s21 4y u a n t o n ，o f e l e c t r i c i t yw a so 4 5y u a n k w h ，o fl i m e s t o n ew a s2 3 9y u a n t o n ，o fc o a lg a n g u ew a s 9 8 8y u a n t o n ，o f f l ya s hw a s1 4 4y u a n t o n ，o f s l a gw a s1 2 0y u a r g t o n ，o f p a r t i c l e m a t t e r sw a s3 0 9 0 0y u a n t o n ，o f s 0 2w a s1 9 8 0 0y u a n t o n ，o f n o xw a s2 6 7 0 0y u a n t o n ， o fc 0 2 w a s2 7 2y u a n t o n t h i r d l y , t h es c o p eo ft h ec e m e n ti n d u s t r yw a ss e ta n dt h ep u r p o s ew a sd e s c r i b e d t h ei n v e n t o r i e so fm a t e r i a lf l o wa n dt h ee n e r g yf l o wo fc h i n e s ec e m e n ti n d u s t r yf r o m 2 0 0 2t o2 0 0 9w a sc o m p i l e d t h et o t a le n v i r o n m e n t a lc o s t ，t h ee n v i r o n m e n t a lc o s tp e r t o n ，t h ee n v i r o n m e n t a lc o s to fi n v e n t o r i e s ，t h ep e r c e n t a g eo ft o t a le n v i r o n m e n t a lc o s t a c c o u n t i n gf o rg d p , a n dt h ep e r c e n t a g eo fi n v e n t o r i e se n v i r o n m e n t a lc o s ti n t o t a l e n v i r o n m e n t a lc o s tw e r ec a l c u l a t e d t h er e s u l t sw e r ea n a l y z e dt oo b t a i nt h er u l e so f t h ee n v i r o n m e n t a lc o s to fc e m e n ti n d u s t r yi nc h i n aa n dt h ec o n v e r g e n c e t h e c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ：t h et o t a le n v i r o n m e n t a lc o s to fc h i n e s ec e m e n ti n d u s t r y w i l lp r o b a b l yr i s eu pi nt h ef u t u r e ，t h ee n v i r o n m e n t a lc o s tp e rt o nm a yb eb e t w e e n15 7 y u a na n d16 4y u a n ，t h ep e r c e n t a g eo ft o t a le n v i r o n m e n t a lc o s ta c c o u n t i n gf o rg d p m a yb eo 7 6 t h ec a u s e sf o rt h ed e c r e a s i n ge n v i r o n m e n t a lc o s tp e rt o nm a yb et h e d e v e l o p m e n to fn s p , t h ea p p l i c a t i o no fw a s t eh e a tp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m ，o fs a v i n g e n e r g yf o rg r i n d i n g ，o fi n d u s t r yw a s t e ，o ft h ed e d u s t d e s u l f u r a t i o n d e n i t r a t i o n t e c h n o l o g y , a n do f t h ee n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o nl a w sa n ds t a n d a r d s a tl a s t ，t h ei m p a c t so fc h a n g e so fp o l l u t a n t se m i s s i o nl i m i ts t a n d a r d st ot h e e n v i r o n m e n t a lc o s tw e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h es t r i c t e rt h ep o l l u t a n t s l i m i t ，t h es h a r p e rt h ee n v i r o n m e n t a lc o s tp e rt o nw i l lf a l l i ns u m m a r y , t h et r a d i t i o n a l c e m e n ti n d u s t r yw h i c h d e p e n d e do nh i g he n e r g ya n dr e s o u r c ec o n s u m p t i o n ，a n dh i g h p o l l u t a n t se m i s s i o ns h o u l dt r a n s f o h t ii n t oe c o c e m e n ti n d u s t r y k e y w o r d s c e m e n ti n d u s t r y ；l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) ；e n v i r o n m e n t a ll o a d ； e n v i r o n m e n t a lc o s t i v 目录 同三暑 日刊k 摘要i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论1 1 1 引言1 1 2 水泥工业的发展现状与未来2 1 2 1 粗放型向集约型的发展阶段2 1 2 2 生态型的发展阶段3 1 3 环境影响评价的工具生命周期评价3 1 - 3 1 生命周期评价的起源与发展3 1 3 2 生命周期评价的定义与应用5 1 3 3 生命周期评价的局限性6 1 4 论文选题依据l o 1 4 1 传统生命周期评价方法的局限性1o 1 4 2 环境与经济综合核算系统11 1 4 3 水泥等基础材料环境与经济性能的综合度量方法1 1 1 5 论文研究意义1 2 1 6 本沦文的主要工作1 2 1 6 1 论文研究框架1 2 1 6 2 论文研究内容1 3 第2 章水泥等材料的环境与经济性能的综合度量1 5 2 1 水泥等基础材料环境与经济性能综合度量方法的框架1 5 2 2 水泥等基础材料环境与经济性能综合度量方法的表述1 6 2 - 3 水泥等基础材料环境与经济性能综合度量方法的原则1 7 2 3 1 全周期原则1 7 2 3 2 假设的原则1 8 2 3 3 加总的原则1 8 2 3 4 重视计算过程的原则1 8 2 4 本章小结1 8 i 北京j h k 人学下学f 吹o 位论义 ! i = ，i 、i i ，i 一 u l l i ii i 第3 章水泥工业能源与资源环境与经济性能的度量2 1 3 1 原煤环境与经济性能的综合度量2 1 3 1 1 原煤环境与经济性能综合度量模型的建立2 l 3 1 2 原煤开采造成的环境负荷2 2 3 1 3 原煤运输造成的环境负荷2 4 3 1 4 原煤环境负荷的经济性能表征2 4 3 2 电力环境与经济性能的综合度量2 5 3 2 1 电力环境与经济性能综合度量模型的建立2 5 3 , 2 2 电力环境负荷的经济性能表征2 6 3 3 石灰石环境与经济性能的综合度量2 6 3 3 1 石灰石环境与经济性能综合度量模型的建立2 6 3 3 2 石灰石环境负荷的经济性能表征2 7 3 , 4 煤矸石环境与经济性能的综合度量2 7 3 4 1 煤矸石环境与经济性能综合度量模型的建立2 8 3 4 2 煤矸石环境负荷的经济性能表征2 8 3 5 粉煤灰环境与经济性能的综合度量2 9 3 5 1 粉煤灰的利用现状2 9 3 5 ，2 粉煤灰环境与经济性能综合度量模型的建立3 0 3 5 3 粉煤灰= e ：境负荷的经济性能表征3 0 3 6 矿渣环境与经济性能的综合度量3l 3 6 1 矿渣环境与经济性能综合度量模型的建立3 l 3 6 2 矿渣环境负荷的经济性能表征3 1 3 7 本章小结3 2 第4 章水泥工业污染物环境与经济性能的度量3 3 4 1 颗粒物环境与经济性能的综合度量3 3 4 1 1 颗粒物环境与经济性能综合度量模型的建立3 3 4 1 2 颗粒物环境负荷的经济性能表征3 4 4 2s 0 2 环境j 经济性能的综合度量3 5 4 2 1s 0 2 环境与经济性能综合度量模型的建立3 5 4 , 2 2s 0 2 环境负荷的经济性能表征3 6 i ； 七f 录 4 3n o x 环境与经济性能的综合度量3 7 4 3 1n o x 环境与经济性能综合度量模型的建立3 8 4 3 2n o x 环境负荷的经济性能表征3 8 4 4c 0 2 环境与经济性能的综合度量3 9 4 4 1c 0 2 环境与经济性能综合度量模型的建立3 9 4 4 2c 0 2 环境负荷的经济性能表征4 0 4 5 噪声环境与经济性能的综合度量4 0 4 6 污水环境与经济性能的综合度量4 1 4 7 本章小结41 第5 章水泥工业的环境负荷与环境成本分析4 3 5 1 水泥：r ：业能量流与物质流清单4 3 5 1 1 范围与目的4 3 5 1 2 清单分析4 3 5 2 水泥：r 业的环境成本4 4 5 2 1 水泥工业环境负荷项目的单位环境成本4 4 5 2 2 水泥工业环境负荷项目的总环境成本4 4 5 3 水泥工业环境成本变化的分析4 7 5 - 3 1 宏观分析4 7 5 3 2 微观分析4 8 5 4 水泥工业环境负荷项目变化的分析5 0 5 4 1 原煤环境成本的变化5 1 5 4 2 电力环境成本的变化5 2 5 4 3 石灰石环境成本的变化5 3 5 4 4 废弃物环境成本的变化5 4 5 4 5 颗粒物环境成本的变化5 5 5 4 6 废气环境成本的变化5 6 5 5 环境成本的承担者5 8 5 5 1 水泥企业和整个社会是环境成本的承担者5 8 5 5 2 水泥产品的使用者也是环境成本的承担者5 8 5 6 本章小结5 9 第6 章水泥工业污染物排放标准对环境成本的影响6 l 6 11 9 8 5 年至1 9 9 6 年的粗放型发展阶段0 1 6 21 9 9 7 年至2 0 0 5 年的集约型发展阶段o z 6 32 0 0 6 年至今的生态型发展阶段o j 6 4 本章小结6 5 结论与展望o 7 1 主要研究成果6 7 2 今后工作腱望6 8 参考文献一6 9 攻读学位期间发表的学术论文一 致谢7 5 第1 章绪论 第1 章绪论 材料科学是研究材料的成分、结构、工艺与性能之间关系的科学。材料工业 是人类社会与经济发展的基础，然而在材料生产、制备、使用及废弃的过程中， 消耗了大量能源与资源，排放了大量污染物，造成环境的恶化。传统材料的研究 忽略了材料全生命周期过程对自然环境的作用，而环境材料的研究在传统材料的 基础上加入了材料对环境影响的概念。能源高消耗、资源高消耗和污染物高排放 的传统材料产业发展模型已经不能持续发展下去，如何科学地将环境可持续发展 指标与产业可持续发展指标综合起来，作为以科学研究为基础的环境材料决策支 持系统，并在水泥工业中实践，是本论文探索的目标。 本论文着眼于水泥工业对环境的影响，分析从原材料获取、能源开采与利用 到水泥生产的全过程产生的环境负荷，用经济性能指标环境成本来表征环境负 荷。建立水泥等基础材料的环境与经济性能综合度量方法的框架体系，探索构建 基于生命周期分析的水泥二 业环境成本的系统算法，将各种环境影响因子统一单 位，计算得到以环境成本为表征的能源、资源和污染物的环境负荷。在实践应用 方面，计算得出我国水泥工业2 0 0 2 年到2 0 0 9 年的环境成本等，通过分析对环境 热点进行辨识，给出减少环境成本的方法，讨论了污染物排放标准变迁对环境成 本的影响。 1 1 引言 困际材料界在审视材料发展与资源和环境关系时发现，过去的材料研究只是 追求最大限度地发挥材料的性能和功能，而对其引起的资源与环境问题没有足够 的重视，没有充分考虑材料环境协调性的问题 1 ，2 1 。为了使材料与环境相协调， 从而实现可持续发展，自九十年代初期，国际上提出了“环境材料”的概念，中 国也同步展开了环境材料的研究【3 ，4 5 6 1 。环境材料的出现，不仅是材料产业本 身发展的需求，也是从全球大环境、社会发展、人类生存的角度出发，对材料产 业提出的要求。近年来，国际上材料科学技术工作者及相关领域人员对这一主题 高度重视，开展了广泛的研究，环境材料已逐渐成为材料科学与工程领域普遍接 受的概念i 。 目前在环境材料领域形成了以下基本共识：一，材料产业是矿产资源和能源 的主要消耗者，环境污染的主要责任者，为实现可持续发展的目标，开展环境材 料研究是必要和紧迫的课题；二，将环境意识引入材料研究，“使自然环境所受 的载荷最小”【8 】，在传统材料四要素的基础上“延伸、拓宽了材料科学与工程的 定义和内涵”【9 1 。 北京：1 ：h 扯人学t 。学坝化论文 一-ii i l li i ii i i i i i ! ! 从方法论角度看，环境材料研究强调在传统材料矽f 究的基 i i | ：上应用材料生态 设计的原则，并充分考虑环境分析的结果。因此，环境材料研究与传统材料研究 的最大区别，以及所有环境材料研究应该具有的共同特征，就是环境材料研究有 充分的环境分析。 从定义上看，环境材料研究是指根据材料生态设计原则并结合系统化和定量 化的环境分析方法，致力于改善各种材料在生命周期过程中的环境表现。该定义 中强调环境分析是环境材料研究的核心特征和基本要素，环境分析将始终为环境 材料研究的持续改进过程提供指引的作用。定义中也强调环境材料研究必须通过 材料研究手段，即对材料体系和制备工艺的优化来实现，以区别于绿色化学、产 品生态设计等相关研究【l 。 1 2 水泥工业的发展现状与未来 1 2 1 粗放型向集约型的发展阶段 水泥是重要的基础原材料，然而水泥工业消耗大量的石灰石、原煤，排放大 量的粉尘和炯尘、s 0 2 、n o x 和c 0 2 ，是典型的高能源消耗、高资源消耗和高污 染物排放型 ：业。我国水泥产量已连续2 0 年稳居世界第一，其中，2 0 0 2 年至2 0 0 9 年我国水泥产量及增长率如图1 1 所示。可以看出，我国水泥产量逐年递增，水 泥产量增长率虽然近几年有所降低，但每年水泥产量基数很大，2 0 0 9 年时己达 到1 6 34 乙吨。 图i l 中国2 0 0 2 年至2 0 0 9 年水泥产量及增长率 f i g 1 1c e m e n to u t p u ta n dg r o w t hr a t ei nc h i n af r o m2 0 0 2t o2 0 0 9 2 第1 章绪论 随着可持续发展思想的深入，水泥工业正在由最初索取资源、以立窑为主、 小企业集中的粗放型发展模式走向注重资源、能源利用效率、注重环境保护、以 新型干法为主、大集团规模化的集约型发展模式。每一阶段的技术进步都是在材 料学、工程学、环境学等相关理论的指导下实现的，水泥工业也逐渐转变为消纳 工业废弃物的大户。 对于粗放型向集约型转变的发展阶段，采用的研究方法主要是利用物质守恒 定律和经典热力学理论来计算物料平衡和热量平衡，研究对象主要是新型干法生 产线的稳定性与生产效率。而与水泥生产过程相关的颗粒物、s 0 2 、n o ；等污染 物的排放，则依据国家相关污染物排放标准分别采用相互独立的指标来计算其排 放浓度和总量，而对于c 0 2 、余热及废气的排放研究较少涉及。 1 2 2 生态型的发展阶段 未来，水泥工业将由注重节能减排的集约型发展阶段，向更高级阶段生 态型阶段转化。生态型阶段的特点是在水泥生产的整个过程中，最大限度地提高 天然资源和能源利用率、尽可能多地使用替代原燃料、尽可能少地向环境排放污 染物。 水泥生态化的目标是尽可能地降低总体环境负荷。其研究对象涉及流程、工 序、设备多个层次，考察的因素不仅仅是某一个阶段或某个单一参数，而是包括 资源消耗、能源消耗、污染物排放等多因素在内的大系统】。对于这些环境负荷， 目前采用的方法已经不能全面地综合度量，这也决定了在向生态型阶段发展的过 程中，需要建立新理论和新方法，评价并指导水泥生念化技术的开发和应用。因 此建立度量水泥工业环境评价的框架体系，给出符合水泥生产特征的环境改进方 法，是水泥工业实现生态化的重要基础。 1 3 环境影响评价的工具生命周期评价 环境材料的概念包含了生命周期的思想，即必须考虑材料在整个生命周期过 程中对环境的影响，而生命周期评价( l i f ec y c l e a s s e s s m e n t ，l c a ) 正是对环境 影响进行系统化、定量化分析和评价的首选方法。在中国，最早接触并系统研究 l c a 的团体就是环境材料的研究者，他们在l c a 理论、数据库、分析软件等方 面进行了深入研究，并成立了中国材料生命周期评价中心。 1 3 1 生命周期评价的起源与发展 1 3 1 16 0 年代末到7 0 年代初的思想萌芽阶段当时人类已经意识到资源和能 源是有限的，从保护资源和能源的角度出发，以各种方法来计算资源和能源的供 此京- 1 7 业人字产坝i ：7 外z 沦义 i i i i 应和消耗情况。例如美国能源署开展了若干诸如“能量循环”( f u e lc y c l e ) 之类 的研究。该方法着重能源特征的分析，同时也对污染物排放情况进行了评估。这 些研究对于l c a 方法，尤其是对于生命周期清单分析方法的发展，起到了推动 作用。 生命周期评价最早起源于美国公司开展的一系列针对包装品的分析、评价活 动，当时称为资源与环境状况分析( r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n tp o t e n t i a l a s s e s s m e n t ，r e p a ) 。这一时期的研究主要是工业企业的内部行为，研究结果作 为企业内部产品开发和管理的决策工具【1 2 】。1 9 6 9 年美国中西部资源研究所( m r i ) 开展了针对可口可乐公司的饮料瓶的评价研究，这是生命周期评价研究开始的标 志。该公司比较了一次性塑料瓶与可回收玻璃瓶的环境友好性程度，并肯定了塑 料瓶的环境优越性。可口可乐公司正是因为m r i 关于饮料瓶的研究比较结果， 该公司抛弃了过去长期使用的玻璃瓶，转而采用塑料瓶，并且沿用至今。可口可 乐公司还进行了类似的其他分析，决定用铝制饮料罐代替原来使用的钢制饮料 罐，因为铝制产品的可重复利用性较高。从此，l c a 方法学不断发展，成为一 种广泛应用的关于产品环境特征分析和决策的工具。 1 3 1 27 0 年代中到8 0 年代末的学术探讨阶段7 0 年代环境问题的核心是能源 问题，因此这一时期的r e p a 研究者也普遍采用了能源分析方法【l3 1 4 j 。2 0 世纪 6 0 年代术至7 0 年代初，石油危机引发了能源短缺的恐慌，人们开始关注能源节 约问题，此时，“净能量分析”( n e te n e r g y a n a l y s i s ) 发展成为一种正式的方法 学，研究者利用这一方法对不同包装材料的能源需求进行分析，并将其应用于分 析可再生能源及其产品。 然而从生产系统平衡的角度来说，如果一种方法在系统内不进行物质流的平 衡分析，就不可能进行能量流的平衡分析。于是，英国的i a n b o u s t e a d 提出了类 似清单分析的“生态衡算”( e c o b a l a n c e ) 方法，以能源和物料平衡为基础，进行 生态实验，对产品生命周期的所有输入、输出进行核算。7 0 年代术至8 0 年代中 期，出现了全球性的固体废弃物问题，上述研究方法又逐渐成为资源分析的工具， 着重于计算固体废弃物产生量和原材料消耗量。与此同时，美国国家科学基金会 支持的国家需求研究计划( r _ a n n ) ，采用了类似于清单分析的“物料一过程一 产品”模型，对玻璃、聚乙烯和聚氯乙烯等包装材料的生产过程产生的废弃物进 行了分析和比较。后来，这种方法又发展成为研究废弃物的产生、处置过程的工 具，从而为企业选择产品提供判断依据。 1 3 1 39 0 年代至今的迅速发展阶段随着可持续发展思想的普及以及可持续行 动计划的兴起，学术界提出要对产品的整个生命周期的所有环境影响进行评价， 第1 章绪沦 同时也提出要针对生命周期评价的基本方法和数据建立标准。1 9 9 0 年由国际环 境毒理学与化学学会( s e t a c ) 主持、召开了有关生命周期评价的国际研讨会， 会议上首次提出了“生命周期评价”的概念。 此后，l c a 研究发展迅速。发达国家开始推行环境报告制度，要求对产品 形成统一的环境影响评价方法和数据结构；一些环境影响评价方法，例如对温室 效应和资源消耗等环境影响定量评价的方法，也不断发展。这些研究为l c a 方 法学的发展和应用领域的拓展奠定了基础。l c a 开始有了实质性的进展，临界 体积法( c r i t i c a lv o l u m em e t h o d ) 和生态稀缺值法( e c o l o g i c a ls c a r c i t ym e t h o d ) 分别在瑞士和荷兰形成，环境优先级方法( e n v i r o n m e n t a lp r i o r i t ys t r a t e g i e s e p s ) 也在瑞典发展起来。 从2 0 世纪9 0 年代中期开始，联合国环境规划署( u n e p ) 也参与了l c a 的 研究，并于1 9 9 6 年发表了一份题为( ( l c a ：概念与方法的报告，为l c a 研究 提供了背景信息和范例。9 0 年代以后，由于环境问题渗透到国际政治、经济、 贸易和文化各个领域，在s e t a c 和欧洲生命周期评价开发促进协会( s p o l d ) 的大力推动下，l c a 在全球范围内得到较大规模的发展和应用。 美国、f i 本等国家还制定了一些促进l c a 应用的政策和法规，如“生态标 志计划”、“生态管理与审计法规 等。德国利用物质流方法( m f a ) 研究了国家 和地区范围内，典型材料和产品的物质流动和由此产生的环境负荷，并用于指导 工业生产的环境协调性发展。在亚洲，日本、韩国和印度均建立了本圜的l c a 学会，日本于1 9 9 5 年丌始对各类典型材料进行了l c a 评价，在全国范围内指导 和推进材料及其制品产业的环境协调性发展。1 9 9 6 年，幽际上正式出版了l c a 研究领域的专业刊物国际生命周期评价( t h ei n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo f l i f e c y c l ea s s e s s m e n t ) ，这表明l c a 研究在世界上已占有比较重要的位置。1 9 9 7 年 6 月，国际标准化组织颁布了i s o1 4 0 4 0 ( 环境管理一生命周期评价原则和框架) 标斛b ，1 6 , 17 1 ，在原来s e t a c 框架的基础上做了一些改动，成为指导企业界进入 i s o1 4 0 0 0 环境管理的一个国际标准。2 0 0 0 年，u n e p 与s e t a c 合作，共同研 究l c a 在当今社会及未来发展中的应用，并于2 0 0 2 年制定出详细的研究纲要和 计划。 1 3 2 生命周期评价的定义与应用 1 3 2 1 生命周期评价的定义与框架生命周期评价是一种用于评估与产品有关 的环境因素及其潜在影响的技术，其核心内容是：对产品全周期过程，包括原材 料的提取和加工、产品制造、使用、再生循环! 直至最终废弃造成的环境影响进行 判别和评估。根据i s o1 4 0 4 0 标准的定义和技术框架，l c a 分为目的与范围的确 定、清单分析、影响评价和结果解释这四个步骤。 北京一i - q i _ 人| 乏t 学顺1 - t - l 论文 一i i ii i i i i l lm m l ! ! ! ! ! ! 目的与范围的确定足l c a 的第一步，这是清单分析、影响评价和结果解释 的出发点和立足点；清单分析包括数据的收集和计算，对产品系统的有关输入和 输出进行量化，可根据l c a 目的和范f l i 需要，此刻就依据量化数据作出解释， 也可以将其作为影响评价阶段的输入部分；影口向评价是评价产品系统潜在环境影 响程度和重要性的阶段，是l c a 方法学发展的重点【1 8 j ；结果解释是根据目的和 范围对清单分析和( 或) 影响评价的结果进行归纳，以形成结论和建议的阶段。 1 3 2 1 生命周期评价的应用归纳来说，l c a 主要应用于以下三个方面。一， 应用于工业企业部门。主要应用领域可归结为产品系统的生态辨识与诊断、产品 型! 命周期影响评价与比较、产品改进效果的评价、生态产品设计与新产品开发、 循环网收管理及二 艺设计以及清沽生产审计等六个方面。二，应用于政府环境管 理部门和国际组钐l 。主要应用可归结为制定环境政策和环境产品标准、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 料的资源信息以及圈际环境管理体系等五个方面。三，应用于消费者组织。帮助 发展中国家建立生态产品基准和改进生态消费基准；帮助发展中国家通过利用清 沽生产技术保持进入国际市场的通道；广泛传播清洁生产方法论和思维过程，进 而促进社会的可持续发展。 现在，l c a 已广泛应用于国际社会的各个领域与层次，包括能源产业、农 业、森林和造纸业、食品业、纺织和皮革 _ - g k 、水系统产业、化工产业、金属材 料工业、建材： 业、包装材料、机械工业、电子工业、建筑与桥梁、运输行业、 核技术、废弃物处理等【1 9 ，2 0 , 2 1 1 。世界范围内多个l c a 组织机构的调研结果表明 【2 2 】，现今l c a 已经成为用于分析产品结构、改进环境行为，以及通过系统优化 设计形成短期或长期决策的主要工具之一。 中国在“国家8 6 3 计划”的支持下，开展了符合本国国情的材料环境协调性 评价方法和指标体系的研究，对典型材料的环境负荷数据进行了调研和分析，构 建了材料环境负荷基础数据库系统平台【2 3 】。中国“十一五”科技支撑计划 建筑材料绿色制造共性技术研究，对包括水泥、陶瓷、玻璃和墙体材料的四大建 筑材料进行了生命周期评价分析，并建立了评价指标体系。 1 3 3 生命周期评价的局限性 生命周期评价的影响评价阶段是对选定的环境问题即影响类型建立模型，并 利用类型参数来精简和解释清单分析结果。其目标是对产品系统清单分析的结果 进行评价，以便更好地理解这些结果的环境意义2 4 1 。根据i s o1 4 0 4 0 的规定，l c a 体系中影响评价阶段可分为必备要素和选择性步骤两大类。必备要素包括：影响 一一 - - _ l = _ i 一_ - - ，+ - - 一一 第1 章绪论 ! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! ! ! i ；一 i i i 鼍! ! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼曼! 曼曼 类型、类型参数及特征化模型的选择，分类和特征化：可选要素包括：归一化， 分组，加权和数据质量分析。 1 3 3 1 影响类型的选择影响类型表征了所关注的环境问题的类型。环境影向 类型的选择既可以与传统类型相一致，如温室效应、酸化效应、资源消耗等，也 可以由决策者根据实际需要用代表性的特殊问题来确定影响类型。i s o1 4 0 4 2 标 准仅仅给出了环境影响类型的一般原则，并没有给出具体的分类方案，而目前， 国际上也没有统一的影响类型分类方法。 e c o i n d i c a t o r9 9 方法【2 5 】将影响类型分为人体健康损害、生态系统质量退化和 资源耗竭三大类别，又细分为矿产资源减少、化石资源减少、区域动植物物种影 响、本地动植物物种影响、酸雨和土壤酸化、环境毒素积累、气候变化引起疾病、 臭氧层破坏、辐射致癌、呼吸道感染和导致癌症等l l 类。 s e t a c t 2 6 】4 等影n 向类型分为资源耗竭、环境污染及生态系统退化三大类，每 一大类中又分为一些具体的影响类型；在s e t a c 分类方案的基础上，美国环保 总局( e p a ) 将通常采用的环境影响类型归纳为全球变暖、臭氧层破坏、酸化效 应、光化学炯雾、富营养化、陆生生态毒性、水生生态毒性、人类健康损害、资 源消耗、土地使用和水资源利用等1 1 类。大部分l c a 的研究所遵循的分类方法 是s e t a c 提出的方案。 我国中科院生态环境研究中心针对我国的实际情况，将影响类型分为不可更 新资源消耗、全球变暖、臭氧层损耗、可更新资源消耗、酸化、水体富营养化、 光化学臭氧合成、固体废弃物、危险废弃物和烟尘及灰尘l o 类。常用的环境影 n 向类型及相关环境负荷项目如表1 1 所示。 表1 - 1 环境影响类型及相关环境负荷项目 t a b l e1 - 1e n v i r o n m e n t a li m p a c tc a t e g o r i e sa n dr e l a t i v ee n v i r o n m e n t a ll o a d