生命周期评价(life cycle assessment,LCA)是一种评价产品、工艺从原材料的采集到产品生产、使用回收和废弃的整个生命周期中能量和物质的消耗,以及对环境的损害。它是将整个生命周期中物耗、能耗和环境的影响量化,然后进行评价和分析 [9] 。生命周期评价作为环境系统评价的分支之一,它主要研究三个方面的环境影响:资源消耗、生态健康和人类健康。通过正确的生命周期评价,可以协助确定再制造性设计中环境影响的确定及参数选择。
LCA是一个环境管理工具,它能够对环境影响定量化以及对整个产品、工艺或行业生命周期的潜在影响定量化。虽然LCA早已应用于某些工业部门,但从20世纪90年代才引起广泛的重视,并被作为具有可操作性的环境影响评价决策工具。如在ISO14000环境管理系统(EMS)、环境管理、项目审计(EMAS)以及综合环境预防和控制条例(IPPC)中,都要求企业对它们的行为产生的环境后果有足够的了解,采用LCA是一种有效的方法。
再制造周期环境影响评价是指对产品在再制造过程内的能量和物质的消耗以及对环境的损害进行评价,这是生命周期评价的重要阶段。对再制造过程进行环境影响评价,可以采取传统的生命周期评价的方法来参考进行。
LCA的基本框架和程序如图2-7所示,包括四个方面的内容:评价目的和边界的确定;清单分析;影响评价;改进评价。
图2-7 LCA的基本框架和程序 [9]
1.评价目的和边界的确定
再制造周期环境影响评价的目的是评价再制造生产周期流程对环境造成的影响。通常是对整个废旧产品再制造流程系统进行的评价。评价可以在再制造执行前进行,主要对不同的再制造方案的环境影响进行评价,选择较优的方案执行再制造生产;如果是在再制造生产周期中进行评价,则目的是寻求在此种操作下对环境的最小破坏和最小影响的生产方式。再制造过程的环境影响评价目的至少应包括以下内容:①引入研究的原因;②研究的对象(产品还是工艺);③评价分析的因素和忽略的因素;④评价结果如何应用。
为了有助于突出研究重点和思路,明确研究的结果是服务于何种目的或希望得到什么样的信息,即明确目的是非常重要的。同时,研究的深度也与研究的目的有关联,在某些情况下要求有足够的深度。有时研究是为了比较工艺,有时是为了比较产品。图2-8所示为再制造周期环境影响评价分析的目标。
图2-8 再制造周期环境影响评价分析的目标
再制造周期环境影响评价的边界条件是指再制造生产工艺中各工序的哪些条件应包括在内,哪些条件应排除在外。由于多种因素相互作用,首先要明确相关因素和独立因素。在再制造过程的环境影响评价中,系统边界描述为“从废旧产品到再制造产品”,即包括从废旧产品变成再制造产品的再制造全过程中所有的环境负荷和影响,因此输入再制造系统内的是资源,包括能量、材料、废旧毛坯、新配件等。再制造系统的功能在范围定义中应具体化,并表达为再制造功能单元,作为系列递推的功能度量。
设置再制造周期环境评价系统边界时,区分内部系统和外部系统很有必要。内部系统定义为一系列直接与生产和使用过程相关联的工艺流程或单元,这种工艺流程或单元能递推出目标和范围所定义的功能单元。外部系统是那些提供能源和材料到内部系统的部门,通常经由一个共同的市场,不能区分生产企业的具体状况。确定内部系统和外部系统的差别也是重要的,对于确定使用的数据类型,内部系统可由某个具体的工艺过程数据描述,而外部系统通常由不同的生产工艺过程的混合数据代表,因此确定合适的系统边界是非常关键的一步。
2.清单分析
一个再制造生产周期环境评价的完整的清单分析包括对资源、能源和环境排放进行定量化的步骤,涵盖了原材料和能源的获取、零件的加工生产以及配件物流等。为减少再制造周期环境影响评价中清单分析的主观性,需要遵守以下一些基本的准则。
(1)定量性 所有数据应当定量化,可以用合适的质量控制所证实。任何对数据和方法的假设都必须具体化。
(2)重复性 信息和方法的来源足以描述能由同行得到的相同结论,证据要充分,可以解释产生的任何误差。
(3)科学性 数据的取得和处理方法有科学依据。
(4)综合性 应包括所使用的主要能源、材料和废弃物排放。由于数据的可靠性受时间、成本的限制,所忽略的因素应当清楚地说明。
(5)实用性 使用者在编目分析所涵盖的范围内能得出合适的结论,对使用者应用的限制条件应当清楚地注明。
(6)同行检验 倘若研究的结果被公开引用,这些结果要求同行检验过。
在清单分析阶段,要完成材料和能源的平衡分析以及环境负荷的定量化。环境负荷定义为资源的消耗和大气、水和固体废弃物排放物当量的大小。对于具体的再制造周期分析清单将提供一个定量的输入、输出目录。一旦清单分析完成和核实,其结果便可用于影响分析和改进分析阶段。再制造周期环境影响分析的结果也可用于确定一种或多种产品或工艺是否优于其他产品或工艺的选择依据,而这种依据是基于产品对环境的总的影响程度。输入和输出清单目录必须客观,主要的客观因素包括:
1)与可以选择的产品、材料或工艺进行输入/输出对比分析。
2)着眼点放在确定再制造周期或给定的工艺内所需资源和排放最有潜力的削减点。
3)有助于促进能减少总体排放的新再制造产品开发。
4)建立一个共同的比较基准线。
5)有助于提高人们对与产品或工艺有关的环境影响的关注。
6)有助于提高产品可持续利用的能力。
7)能够对影响资源的使用、回收或排放的公共政策评价提供相关信息。
3.影响评价
影响评价是对清单阶段所识别的环境影响压力进行定量或定性的表征评价,即确定产品系统的物质、能量交换对其外部环境的影响。影响评价应考虑对生态系统、人体健康以及其他方面的影响。再制造周期的环境影响评价阶段是将得到的各种排放物对现实环境影响进行定性、定量的评价,这是环境影响评价最重要的阶段,也是最困难的环节。一般可将环境影响分为三个阶段:分类、特性化和评价。
到目前为止,还缺乏公认的影响评价方法。由Heijungs等人提出的用于表征和定量了环境影响方法得到了一定应用。在这种方法中,环境负荷按照对特定的潜在环境影响,例如温室效应、酸化、臭氧层破坏等的相对贡献进行累积,如CO 2 作为确定与温室效应有关的其他气体(CH 4 、VOCs)的参照。为了构造基本模型,在研究过程中需要对整个产品或工艺给出流程图,然后对每道工序给出详细的工艺投入/产出数据图。将工序数据图综合到产品或工艺的流程图中,得到生命周期数据链图。由生命周期编目给出大量详细的信息,研究者需要选择合适的内容格式,由此就可将收集的数据转变为信息,对其进行处理和解析提供给使用者作为实际应用。提供的信息应当是综合信息,而不应过于简化。这些信息可以以图表的形式出现,至少应包括如下内容:①给出总的能耗结果;②给出工序过程的物耗、能耗情况;③给出工艺废气、废水、固体废渣的排放结果;④给出能源回收利用的情况。
4.改进评价
再制造周期环境影响评价的最终阶段是改进评价,评价目标定位于判别系统行为改进的可能性,这一阶段也称为解释。除了改进和革新建议外,还包括对于环境影响、敏感性分析和最终建议确定。在再制造周期环境影响评价中,这些附加的步骤包括在评价目的、边界定义和清单中。在进行结果解析时,应当注意数据的精度。对于同样的工艺,不同的企业可以采用相似的或不同的材料、能源结构和技术产品,且其使用效率也不尽相同。另外,不同地区或地域的企业也可能在不同的环境法规下生产,因此在使用这些数据前需要考虑这些因素。
当然,仅通过环境影响评价而不考虑经济效益以及各种制约条件(资源、资金、劳动力及社会条件等)还不能对一个再制造产品得出完整的结论,但是再制造周期环境影响评价作为各种评价手段的第一步,对保护环境、减轻污染、降低能耗无疑是十分重要的。