LCA（生命周期评价）初探-黄培-信息化博客

LCA（生命周期评价）初探
本文标签: LCA 生命周期评价

最近，从华中科技大学的同学那里了解到他们课题组正在研究的一门新兴技术LCA：生命周期评价(Life Cycle Assessment）。LCA与ISO14000、绿色制造、企业可持续发展，以及当前中国正在倡导的环境友好型社会、以及循环经济等领域有着密切关系。欧盟非常注重对制造业的环保要求，而我们到神龙汽车公司的调研表明，中国的大型制造企业已经开始关注LCA。神龙汽车已经联系两年发布了可持续发展年度报告。

我认为，LCA技术的应用对于制造企业很有战略意义。同时，该领域的发展的应用还处于初期阶段，因此，特此撰写本综述文章。文章中引用了网上的一些相关资料，在此对原文作者表示感谢。

1. 生命周期评估（LCA）的定义

国际环境毒理学和化学学会将LCA定义为：“LCA是对某种产品系统或行为相关的环境负荷进行量化评价的过程。它首先通过辨识和量化所使用的物质、能量和对环境的排放，然后评价这些使用和排放的影响。评价包括产品或行为的整个生命周期，即包括原材料的采集和加工：、产品制造、产品营销、使用、回收、维护、循环利用和最终处理，以及涉及到的所有运输过程。它关注的环境影响包括生态系统健康、人类健康和能源消耗三个领域。不关注经济或社会效益。”在该定义的基础上，最终确定了LCA方法的技术框架(图1)。

在1997年ISO制订的LCA标准(1S014040)中，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。

ISO明确定义了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。

　　LCA评价产品环境影响的主要思路是：通过收集与产品相关的环境编目数据，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。这里所说的环境编目数据，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。这里的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。

　　可以看到，LCA的评估是建立在具体的环境编目数据基础之上的，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(Goal and Scope Definition)、编目分析(Life Cycle lnventory Analysis，LCl)、环境影响评估(Life Cycle lmpact Assessment，LCIA)、解释(Life Cycle Interpretation)。

2.实施LCA的主要目的

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(interested party)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。

3. LCA的特点

与其他的行政和法律管理手段不同，LCA方法作为一种环境管理工具有着自身的特点。首先，LCA方法不是要求企业被动地接受检查和监督，而是鼓励企业发挥主动性，将环境因素结合到企业的决策过程中。从这个意义上讲，LCA方法并不具有行政和法律管理手段的强制性。尽管这样，LCA的研究和应用仍然大行其道，这一方面是由于LCA在产品环境影响评价中的重要作用，另一方面也是环境保护思想深入发展的结果。其次，LCA评估建立在LifeCycle概念和环境编目数据的基础上，从而可以系统地、充分地阐述与产品系统相关的环境影响，进而才可能寻找和辨别环境改善的时机和途径。这体现了环境保护手段由简单粗放向复杂精细发展的趋势。

4. 生命周期评价（LCA）产生的背景

生命周期评价（LCA）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。该公司在考虑是否以一次性塑料瓶替代可回收玻璃瓶时，比较了两种方案的环境友好情况，肯定了前者的优越性。自此以后，LCA方法学不断发展，现已成为一种具有广泛应用的产品环境特征分析和决策支持工具。

　最初LCA主要集中在对能源和资源消耗的关注，这是由于20世纪60年代末和70年代初爆发的全球石油危机引起人们对能源和资源短缺的恐慌。后来，随着这一问题不再象以前那样突出，其他环境问题也就逐渐进行人们的视野，LCA方法因而被进一步扩展到研究废物的产生情况，由此为企业选择产品提供判断依据。在这方面，最早的事例之一是70年代初美国国家科学基金的国家需求研究计划（RANN）。在该项目中，采用类似于清单分析的“物料——过程——产品”模型，对玻璃、聚乙烯和聚氯乙烯瓶产生的废物进行分析比较。另一个早期事例是美国国家环保局利用LCA方法对不同包装方案中所涉及的资源与环境影响所作的研究。

　　80年代中期和90年代初，是LCA研究的快速增长时期。这一时期，发达国家推行环境报告制度，要求对产品形成统一的环境影响评价方法和数据；一些环境影响评价技术，例如对温室效应和资源消耗等的环境影响定量评价方法，也不断发展。这些为LCA方法学的发展和应用领域的拓展奠定了基础。虽然当时对LCA的研究仍局限于少数科学家当中，并主要分布在欧洲和北美地区，但是那时对LCA的研究已开始从实验室阶段转变到实际中来了。

　　90年代初期以后，由于欧洲和北美环境毒理学和化学学会（SETAC）以及欧洲生命周期评价开发促进会（SPOLD）的大力推动，LCA方法在全球范围内得到较大规模的应用。国际标准化组织制定和发布了关于LCA的ISO14040系列标准。其他一些国家（美国、荷兰、丹麦、法国等）的政府和有关国际机构，如联合国环境规划署（UNEP），也通过实施研究计划和举办培训班，研究和推广LCA的方法学。在亚洲，日本、韩国和印度均建立了本国的LCA学会。此阶段，各种具有用户友好界面的LCA软件和数据库纷纷推出，促进了LCA的全面应用。

　　从90年代中期以来，LCA在许多工业行业中取得了很大成果，许多公司已经对他们的供应商的相关环境表现进行评价。同时，LCA结果已在一些决策制订过程中发挥很大的作用。

　　生命周期评价（LCA）作为一种产品环境特征分析和决策支持工具技术上已经日趋成熟，并得到较广泛的应用。由于它也同时是一种有效的清洁生产工具，在清洁生产审计、产品生态设计、废物管理、生态工业等方面发挥应有的作用。

5. 国内外汽车生命周期评价的研究现状

　　作为ISO14000系列中的一个非常重要的技术工具，汽车LCA得到国际汽午产业界、学术界的极大关注和高度重视。LCA成为20世纪90年代一个新的环境管理工具，在1993年以后，世界各国的许多研究机构都建立了工作组从事有关LCA的方法研究，力图使那些不能操作或操作性差的各类指标易于操作，现已取得了一定的进展。在近20种LCA工具或者方法中，Boustead Model是最早的LCA工具之一，该工具的数据库中大约有4000组单元数据，已经用于各种复杂的产品，尤其是在汽车行业中应用较广，但是该LCA工具无法进行环境影响评估。LCA Inventory Tool(瑞典)中的数据主要是关于制造、运输过程中的能量消耗方面的。德国的GaBi LCA是全德语化的，其数据库中含有350个典型工艺的环境信息。遗憾的是，这些工具都还存在着这样那样的问题，还需要进一步完善。

　　在汽车LCA的实践应用中，国际上大的跨国汽车公司都在积极开展汽车生命周期评价研究，以应对未来针对汽车的生态标志标准、绿色采购政策，以及进行原材料的选择和市场宣传等。奔驰汽车公司针对本公司的汽车产品开发了Daimler-Benz工具，该工具全量化而且完全具有环境影响评估功能，并且已经进行了空气清洁器的生命周期评价示范研究；菲亚特集团进行了汽车发动机生命周期评价示范研究；沃尔沃汽车公司进行了生命周期评价方法论研究，并与瑞典工业联盟和瑞典环境协会合作对沃尔沃汽车进行了生命周期评价。

　　汽车产品的生命周期评价(LCA)在中国的研究尚属于消化吸收阶段，目前LCA中比较成型的一些方法主要是依据发达国家的数据背景开发的，很难完全照搬。20世纪90年代末在欧盟国际合作项目“Eco-compatibility Of Industrial Processes for the Production Of Primary Goods”支持下，中国科学院生态环境研究中心开展了LCA理论与方法的研究。针对中国资源与环境现状，建立了一套系统评价中国产品生命周期环境影响的方法和模型。目前这套评价方法已经用于国内轿车生命周期评价研究。武汉大学环境科学系邓圣南教授等对汽车发动机连杆的粉末冶金制造和模锻制造两种工艺进行生命周期评价。

6. LCA研究在汽车生产企业的应用

　1）用于产品开发

　　第一、面向环境的设计(design for environment，DFE)。DFE是将环境因素融于设计过程的多种方法的总称。DFE寻求产品整个生命周期环境性能的优化，并融人了制造过程的污染预防和能源效率的概念。DFE概念与LCA有许多类似之处，二者关注的是同样的问题，目前LCA已经与DFE紧密联系在一起。面向环境的设计方法由于设计的着眼点不同，分为面向回收的设计、面向拆卸的设计、面向装配的设计等。国外的研究热点集中于将面向环境的设计因素集成到成熟的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)软件中。软件包括设计、设计空间的核查、生成材料清单等标准模块，使面向环境的设计因素自动成为物理设计的一部分。德国大众汽车公司已将可回收设计法应用于新一代汽车开发。德国奔驰汽车公司在汽车的整个生命周期(包括设计、制造、使用、维护和报废)都体现回收利用的概念，从汽车设计开始，就注重汽车的可回收性，在生产、使用过程中产生的废弃物、废能、废气、废液等做到全部回收，到报废时，汽车本身再拆解回收、利用。

　　第二、LCA与产品的开发及改进。对汽车运用定量和详尽的LCA需要花费许多资金、时间，另外还存在数据的可获得性问题。在初期开发阶段，使用概念性的LCA或简化的LCA更加实用。简化生命周期评价是相对于详细生命周期评价而提出来的。国外的研究表明，在汽车产品早期设计阶段由一个客观的、跨学科的专家小组，采用定性的简化生命周期评价，可以在产品的设计阶段发现大约80%-90%的有价值的设计改进措施，而且只消耗较少的时间和经费。其中代表性的简化生命周期评价工具是美国田纳西大学的Graedel等提出“环境责任评价矩阵”。

　2）用于市场宣传

　　随着环境意识的不断提高，消费者开始越来越关注产品和服务的环境形象。根据一项对中高档轿车市场的实证研究表明，“环保”、“安全”、“服务”、“时尚”等因素一同成为顾客价值驱动因素。许多汽车公司正是利用这一点来拓展市场，并将环境问题提到了公司战略的较高位置。如果企业能够向消费者提供基于生命周期评价结果的汽车环保性能宣传，将更能使消费者信服。目前至少有四种有关环境的方法用于汽车产品的市场宣传：环境标志、环境声明、环境宣言、组织部门的市场宣传。世界著名汽车制造商以及零部件制造商每年都发布公司的环境报告或环境宣言，向消费者展示公司及产品在环境保护方面的努力，提升公司的形象。在国内，神龙汽车有限公司走在了产品环境宣传的前列。该公司及产品先后获得了“绿色环保”标签、“中国环境标志产品”、“中国环境标志企业”，在产品营销中宣传产品的环境友好性能，赢得了消费者的认可。

　　3) 战略规划

　　许多跨国汽车公司都将环境问题融人战略性规划中。LCA工具是企业进行环境战略规划的重要支持工具，它使企业决策者能够了解产品和服务中整个生命周期的信息，从而作出科学决策。将环境因素融人战略规划的驱动因素有如下几点：消费者的要求、遵守法规、社会对环境改进的要求、供应安全、产品和市场计划等。

7. LCA研究在政府部门的应用

　　自1992年世界环境发展大会以后，可持续发展作为一项重要的内容进入了绝大多数政府的议程中。汽车产业的可持续发展需要政府部门的政策引导和规范。LCA作为一种战略工具可以和其他工具如风险评价、成本效益分析等一起，为政府决策提供支持。

1) 生态标志

　　“生态标志计划”是将LCA作为公共政策制定依据最普遍的领域。在欧盟，除了共同的生态标志外，许多国家还建立了自己的生态标志。目前，ISO生态标志的标准正在制定过程中。从欧盟的情况看，复杂工业产品如洗衣机、冰箱、脱水机等产品的生态标志已经制定出来，汽车产品的生态标志也会在不久的将来制定出来。跨国汽车公司已经走在汽车LCA的前沿，而中国的汽车LCA研究尚属于消化吸收阶段，因此需要针对中国资源与环境现状，建立系统评价汽车产品生命周期环境影响的方法和模型，这将有助于我国汽车产业突破发达国家设置的绿色壁垒，提高我国汽车产品的国际竞争力。

　　2) 绿色采购

　　汽车是政府部门重要而必需的采购品。将生命周期思想或生命周期评价方法应用于政府机构的“绿色”采购政策中，是LCA在公共部门的又一个应用领域。在这方面尤以美国为代表，他们通过决议要求环保局颁布和执行采购环境优先产品或服务的原则指南。美国环保局正是使用周期概念来确定采购指南的。美国国防部也把生命周期环境成本结合到采购决策中。在我国，绿色采购刚刚开始，仅限于节约资源和能源的考虑。很多地方的汽车采购更多的是出于保护本地汽车企业利益的考虑。相信在不久的将来，我国政府在采购汽车时必将与国际接轨，采购从汽车生产、销售、使用直到报废回收过程中具有更少影响人类健康和环境污染的汽车。

　　3) 清洁汽车及能源的选择

　　近年来，为了解决汽车能源和汽车尾气排放的问题，各国都在开展清洁汽车和替代能源的研究。汽车LCA可以使人们的视角从尾气排放这一点扩展到汽车整个生命周期的环境影响上。纯电动汽车、混合动力电动汽车在尾气排放方面具有良好的性能，被认为在未来的20年到30年之内能够实现商业化，取代内燃机汽车。但是根据国内一项电动汽车生命周期评价结果来看，从原材料生产、汽车制造、使用和报废回收的整个生命周期来评价电动汽车在资源利用、人体健康和生态健康方面带来的影响，纯电动汽车依然带来严重的环境影响，其发展前景依然值得商榷。在替代能源研究方面，上海交通大学进行了木薯乙醇燃料汽车生命周期分析，研究木薯乙醇作为替代能源的问题。另外还有研究机构开展了中国煤制汽车代用燃料的“经济、能源、环境研究”，考虑利用中国丰富的煤资源生产汽车燃料。这些生命周期评价都为政府机构制定清洁汽车及能源的发展政策及规划提供了决策支持。