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中国环境科学会固体废物分会政府信息网  (2009-5-5 8:16:55)  固废论文

LCA法在韩国环境标志产品评价中的应用研究

李秉勋1, 2,,邹德勋1,汪群慧1*,黄启飞3,夏训峰3

1 北京科技大学 土木与环境工程学院,北京100083
2 韩国环境部,韩国 果川 427-729
3 中国环境科学研究院,北京 100012 摘要:中国在大力发展和推广环境标志产品的同时,对环境标志产品的系统评价工作却显得薄弱,仍主要停留在能源消耗、污染物排放、废弃回收等单一因素或简单组合方式,缺乏客观性、全面性。因此借鉴国外有关先进经验,尽快建立系统的环境标志产品评价体系是很有必要的。韩国环境标志产品LCA评价的最大优点是将复杂、专业的数据转变为易于国民理解的简单形式,而有利于环境标志产品的宣传与发展。本文以LCA法在评价韩国环境标志产品中的应用为实例,系统说明其评价过程,并探讨其优势和不足,为中国相关工作的开展提供可借鉴的经验。
关键词:生命周期评价;环境标志产品;笔记本型电脑;耗电量;环境影响评价
中图分类号:X321/324 文献标识码:A

Research on the application of LCA method in the assessment of environment label product in Korea

LEE Byoung-hun1, 2,,ZOU De-xun1,WANG Qun-hui1,HUANG Qi-fei3,Xia Xunfeng3

1 Civil and Environment Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083
2 Ministry of Environment Republic of Korea, Kwacheon 427-729, Korea
3 Chinese Research Academy of Environmental Science, Beijing 100012 Abstract: The assessment to environmental label product in China still rely on single indexes like energy consumption and pollutant emission, which shows a lack of systematicness and allsidedness. Therefore it is necessary to use the advanced experiences in foreign countries for reference and set up a systemic assessment system for environmental label product. In this paper, the application cases of assessment to environmental label product in Korea are introduced as an example. LCA methods of environment label product in Korea will be the biggest advantage is complex, professional data into easy to understand the simple people, and environment label product the publicity and development. The assessment process is explained in detail, Advantages and disadvantages are also compared, which may give some help for the related study in China. Keywords: Life cycle assessment; Environmental label product; Notebook computer; Power consumption; Environmental impact statement

基金项目:“十一五”国家科技支撑计划重点项目(2007BAC16B03)
作者简介:李秉勋(1969-),男,工程师,韩国留学生,在读硕士,Email:env2008@yahoo.cn
责任作者:汪群慧 010-62332778,wangqh59@sina.com 引言
国际标准化组织(ISO)将“环境标志”定义为:印在或贴在产品或其包装容器上的宣传环境品质或特性的用语和(或)象征符号。它标明产品从生产、使用、消费到回收处置整个过程符合特定的环境保护要求,对生态环境和人体健康无害或损害极小,有利于资源再生和回收利用[1]。因此,大力宣传和推广环境标志产品不仅能够提高公民的环保意识,使其在选择、购买商品的同时而直接参与环境保护;也能通过经济和社会效应推动企业积极投身与环境保护事业。当前,中国环境标志已成为中国政府推进全社会的可持续消费以及推动循环经济发展的有效工具之一。到2006年12月共有56类产品被列入环境标志管理范围,共有1300余家企业的23000多种型号的产品获得了环境标志,有近亿个“十环”环境标志标识贴在产品上,进入千家万户,成为宣传绿色的使者[注解2]。

然而,在大力发展和推广环境标志产品的同时,对环境标志产品系统评价工作却显得薄弱。目前的评价工作仍主要采用能源消耗、环境污染物排放、废弃回收等单一因素或简单组合方式,缺乏客观性、全面性。LCA法是国外大多先进国家评价环境标志产品的主要手段,但中国学术界对环境标志产品实例的评价研究尚未见报道。本文较详细介绍了LCA法在韩国环境标志产品评价中的应用情况,并探讨其优势和不足,为中国环境标志产品的评价工作向科学性、系统性和全面性发展提供参考经验。

1 生命周期评价(LCA)概要
生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA)是一种对产品、过程以及活动的环境影响进行评价的客观过程,它是通过对能量和物质利用以及由此造成的环境排放进行辨识和量化来进行的,其目的在于评价能量和物质利用,以及废物排放对环境的影响,寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会[3]。这种评价贯穿于产品的整个生命周期,包括原材料提取与加工;产品制造、运输以及销售;产品的使用、再利用和维护;废物循环和最终废物弃置等[4]。虽然国际上对LCA的框架结构有不同的归纳,但其基本理念是相一致的。以国际标准化组织ISO14040标准为例,将LCA的基本结构归纳为4个有机联系的部分,即定义目标与范围确定、清单分析、影响评价和解释评价 [5]。 尽管对LCA的定义比较容易,但其实际操作却是非常复杂和困难的,尤其是在进行清单分析时。清单分析贯穿于产品的整个生命周期,它是对产品、工艺和活动在其整个生命周期内的能量与原材料需要量、以及对环境的排放(包括废气、废水、固体废弃物及其它环境排放物)进行以数据为基础的客观量化过程。根据清单分析结果进行生命周期影响评价可以是多方面的,包括环境影响评价、能源消耗评价、经济成本评价和社会性评价等,其中以环境影响评价为重点[6]。
在LCA理论得到迅速发展的同时,各种LCA研究机构和企业纷纷推出具有用户友好界面的LCA软件和数据库。主要LCA数据库及其软件有德国的Umberto、GaBi和Cumpan、英国的Boustead、LIMS 和PEMS、瑞士的EcoPro 、美国的Pre – LCA,荷兰的SimaPro 以及韩国的Total等。
2 LCA在韩国环境标志产品评价中的应用
韩国于1992年开展了环境标志产品认定工作,并在2001年开始采用LCA法对环境标志产品进行系统的评价[7]。目前,韩国已经基本构建完成了自己的LCA体系,并开发了相应的数据库系统和软件,同时确立了一套应用LCA评价环境标志产品的方法。下面以具有环境标志的笔记本电脑和无环境标志的普通笔记本电脑的LCA对比评价为例,来说明韩国对电器类环境标志产品的评价过程。
2.1 定义目标与范围确定
根据ISO的要求,“定义目标与范围确定”是LCA的第一步,它直接影响到整个评价工作程序和最终的研究结论。在本例中所研究的目标对象是两种类型的笔记本电脑,目的是评价环境标志的笔记本电脑相对于普通电脑在环境影响方面的优势,获得有关定量的数据,最终为宣传和推广环境标志笔记本电脑产品提供支持。虽然完整的LCA过程涉及到笔记本电脑从生产、销售、使用和废弃等各个环节,但由于各个生产厂商对其产品的保密原则,而使获得原料、生产和销售等方面的资料成为不可能。因而只能对两种电脑的使用过程进行评价,但同样在实际情况下,电脑在使用过程中除耗电量外,其他环境影响数据差距不大或极难获得。因此为了提高评价效率,评价过程仅考虑由耗电量方面的不同所导致的环境影响差异。这样,对两种笔记本电脑环境影响评价的过程实际上就转变为对电能消耗的LCA清单分析和环境影响评价。
该环境影响具体可分为资源影响、非生命生态系统影响、人类健康和生态毒性影响四个大类[6]。而韩国在有关评价中仅考虑对非生命生态系统的影响,即全球变暖、臭氧层破坏、光化学烟雾、酸沉降和水体富营养化5个方面。这几个方面被认为是最直接的环境影响指标,而且数据收集相对容易。
2.2 清单分析
在确定定义目标与范围后,清单分析将是LCA中最为重要的一步。目前韩国仅有电、饮用水、纸张和建材等基本能源或物质的LCA清单,而其他材料或物质由于生产工艺的不确定性、厂商的保密性等原因目前还没有完备的LCA清单。因此,当前LCA评价仍只能是以上述基本能源或物质的LCA清单为依据的。
根据韩国的实际情况,获取和统计出生产电能时涉及的环境因素可涉及到82项,在这82项因素中涉及到能源和矿物的消耗、污染物的排放等。作为环境影响评价的重点,非生命生态系统的影响因素的清单如表1所示。
2.3 环境影响评价
根据清单分析所提供的数据可进行生命周期环境影响评价,即对清单分析结果进行定性或定量排序。生命周期的环境影响评价主要由分类、特征化和量化三步组成。
2.3.1 分类
获得LCA清单以后即可通过计算和统计分析来进行环境影响评价,但由于清单中的因素比较多,使得后续工作变得复杂,因此,首先要对清单进行分类。分类是将生命周期清单分析中的输入和输出数据归到不同的环境影响类型的过程。因为本例中主要考虑非生命生态系统影响部分的LCA清单,其清单分类如图2所示。具体哪种环境影响因素分到哪一类型中,是根据以往的研究结果,并取得比较广泛认可的方案而确定的。例如可将清单中CO2和CH4等项分类到全球变暖类型中。而某些物质可能有多方面的危害,即可分类到多个类型,例如NOx既可能引起酸沉降又可能导致富营养化等问题,因此当对这样的物质进行分类时要特别注意。当然,不同的分类方式会导致不同的评价结果,为了达到统一且具有可比性,各国应采用相一致的标准分类表,对于非生命生态系统影响因素的分类及特征化各国一般以联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)所提供的标准为准。

表1 生产1kwh电能的生命周期清单(LCI)分析(非生命生态系统的影响部分)
Tab.1 Analysis of life cycle inventory (LCI) during one kwh of electricity production (Non-life ecosystem)


中文名称

英文名称

化学式

产生量/kg

乙醛

Acetaldehyde

CH3CHO

1.53×10-7

Ammonia

NH3

1.12×10-6

Benzene

C6H6

6.09×10-11

二氧化碳

Carbon dioxide

CO2

4.87×10-1

一氧化碳

Carbon monoxide

CO

4.85×10-5

三氟一溴甲烷

Halon-1301

CF3Br

1.14×10-12

Hydrocarbons

 

1.01×10-3

氯化氢

Hydrogen chloride

HCl

4.75×10-9

氟化氢

Hydrogen fluoride

HF

4.64×10-9

甲烷

Methane

CH4

3.53×10-4

氮氧化物

Nitrogen oxides

NOX

1.19×10-3

一氧化二氮

Nitrous oxide

N2O

1.53×10-6

铵盐

Ammonium

NH4+

3.01×10-7

化学需氧量

COD

 

9.20×10-6

硝酸盐

Nitrate

NO3-

1.75×10-7

含氮物

Nitrogenous matter

 

5.80×10-8

磷酸盐

Phosphate

PO43-

3.26×10-9


图1 生产电能LCA清单分类(韩国,非生命生态系统影响部分)
Fig. 1 Classification of life cycle inventory during electricity production (Korean, Non-life ecosystem)

2.3.2 特征化

在分类的基础上可对环境因素进行特征化。特征化是将每一个具体影响类型中的不同物质转化和汇总成为统一的单元,即选择一种衡量影响的方式,通过应用特定的评估工具,将不同的负荷或排放因子在各形态环境问题中的影响加以分析,并量化成相同的形态或是同单位的大小。目前的特征化模型主要有当量模型、负荷模型和固有的化学特性模型等。本例中采用的是当量模型。其中当量模型确定的当量系数是根据科学研究的结果而确定的,具有客观性强,几乎适用于所有国家或地区的特点。表2是根据清单物质的产生量、当量系数及影响值代入当量模型算得的生产电能LCA清单特征化结果。

表2 生产1kWh电能的LCA清单特征化结果
Tab2. Characterization result of life cycle inventory during one kwh of electricity production


环境影响类型

特征化结果

清单物质

污染物的产生量/kg

当量系数

影响值

全球变暖

4.95×10-1
kg CO2 eq./1kWh

CO2

4.87×10-1

1

4.87×10-1

CF3Br

1.14×10-12

5600

6.38×10-9

CH4

3.53×10-4

21

7.41×10-3

N2O

1.53×10-6

310

4.74×10-4

臭氧层破坏

1.37×10-11
kg CFC11 eq./1kWh

CF3Br

1.14×10-12

12

1.37×10-11

酸沉降

8.37×10-4
kg SO2 eq./1kWh

NH3

1.12×10-6

1.88

2.11×10-6

HCl

4.75×10-9

0.88

4.18×10-9

HF

4.64×10-9

1.6

7.42×10-9

NOx

1.19×10-3

0.7

8.35×10-4

富营养化

1.56×10-4
kg PO43- eq./1kWh

NH3

1.12×10-6

0.35

3.92×10-7

NOx

1.19×10-3

0.13

1.55×10-4

NH4+

3.01×10-7

0.33

9.94×10-8

COD

9.20×10-6

0.022

2.02×10-7

NO3-

1.75×10-7

0.1

1.75×10-8

含氮物

5.80×10-8

0.42

2.44×10-8

PO43-

3.26×10-9

1

3.26×10-9

光化学烟雾

3.84×10-4
kg C2H4 eq./ 1kWh

CH3CHO

1.53×10-7

0.641

9.80×10-8

6.09×10-11

0.218

1.33×10-11

CO

4.85×10-5

0.027

1.31×10-6

1.01×10-3

0.377

3.80×10-4

CH4

3.53×10-4

0.006

2.12×10-6

表2中全球变暖影响的参考物质为CO2,设其当量值为1,其他物质以CO2为基准进行计算。例如1kg CH4相当于21kg CO2所造成的温室效应,因此CH4的当量值为21。参考物质和当量值也是由IPCC确定的。通常,在LCA中采用100年的数据计算全球变暖的潜在环境影响[8]。

此外,对于分类到多个类型中的物质,在计算时要有所注意。如果能够明确该物质在不同影响类型中所占有的权重,则按照权重比例加以分配,但如果权重比例不清或数据不足时,则每一类型都要按照100%权重计算它的影响。
现在已知韩国的环境标志笔记本电脑耗电量是10W/h,而普通笔记本电脑的耗电量是30W/h,如果电脑的年使用时间是1831h,那么两种类型电脑年耗电差值就为36.6kWh[9]。这就是环境标志笔记本电脑相对于普通笔记本电脑的年省电量。因此将省电量与生产1kWh电能所导致的环境影响相结合就可得到一台环境标志笔记本电脑因节电而减少的环境影响值(表3)。

表3 1台环境标志笔记本电脑每年因节电减少的环境影响值
Tab3. Environmental impact of reduction of energy-saving each year of one environmental label laptop


影响类型(单位)

生产1kWh电能的LCA清单特征化结果

减少的环境影响值*

全球变暖潜力(kg CO2-eq/kwh)

4.95×10-1

1.81×101

臭氧层破坏潜力(kg CFC11-eq/kwh)

1.37×10-11

5.01×10-10

酸沉降潜力(kg SO2-eq/kwh)

8.37×10-4

3.06×10-2

富营养化潜力(kg PO43--eq/kwh)

1.56×10-4

5.71×10-3

光化学臭氧产生潜力(kg C2H4-eq/kwh)

3.84×10-4

1.40×10-2

*每年减少的环境影响值=生产1kWh电能的LCA清单特征化结果×两种类型电脑年耗电差值36.6

2.3.3 标准化后的最终量化

上述特征化过程将每一个具体影响类型中的不同物质转化和汇总成为统一的单元,得到了产品生命周期对环境影响潜值大小。由于特征化结果涉及的方面较多,并且比较分散,使得特征化结果仅能针对同一影响类型的不同生命周期单元或不同的产品进行比较分析,很难通过特征化结果判断哪一种产品更好或哪一个生命周期单元更优。因此,为了便于比较,可以把这些分类特征化结果进行综合,确定不同影响类型的权重大小,把所有具体影响类型的特征化结果综合成一个总的影响水平值。又由于产品生命周期影响评价各具体影响类型的特征化结果存在量纲和量级上的差异,在进行量化评价之前,有必要对特征化结果进行标准化处理,以消除它们在量纲和量级上的差异[6, 10]。标准化后的结果不应影响原有结果的性质。一般情况下,标准化基准可以选择为全球、全国或某一地区的资源消耗或环境排放总量或均量数据,例如,资源人均占有量,人均排污量等。 经特定化后,可计算出1台环境标志笔记本电脑所减少的环境影响值。因此,如果知道环境标志笔记本电脑的销售量,以及人均年排污量,就可以算出因购买环境标志笔记本电脑而减少的排污人数。例如,2006年韩国共售出522575台环境标志笔记本电脑,经计算得表4[11]。

表4 因购买环境标志笔记本电脑所减少的排污人数
Tab4. Effect of pollution reduction by using environmental label laptop


影响类型

环境影响减少值*

人均年排污量

减少排污人数

全球变暖潜力

9.46×106

kg CO2-eq/kwh

5.53×103

kg CO2-eq/kwh

1711

人/年

臭氧层破坏潜力

2.62×10-4

kg CFC11-eq/kwh

4.07×10-2

kg CFC11-eq/kwh

<1

人/年

酸化潜力

1.60×104

kg SO2-eq/kwh

1.03×101

kg SO2-eq/kwh

1550

人/年

富营养化潜力

3.0×103

kg PO43--eq/kwh

3.98×101

kg PO43--eq/kwh

75

人/年

光化学臭氧产生潜力

7.32×103

kg C2H4-eq/kwh

1.31×101

kg C2H4-eq/kwh

559

人/年

*06年韩国因购买环境标志笔记本电脑而减少的环境影响值=1台电脑每年减少的环境影响值×年销售量522575

由上表可知,提高环境标志笔记本电脑的生产和销售量,可大大减少环境的污染。LCA清单经最终量化后,可以将普通公民难以理解的科学数据,转变为其易于接受的数字形式。这对于宣传环境标志产品,使广大公民接受和购买具有积极的作用。
3 讨论与建议

通过本案例可以看出,在其LCA评价过程中有很多工作是将复杂、庞大的科学数据进行通俗化,在考虑科学性和全面性的同时也兼顾了其分析结果的可宣传性。将评价结果折合成所减少的排污人数是易于国民的理解,因此对环境标志笔记本的销售宣传以及提高国民环境意识是很有帮助的。应用LCA法评价环境标志产品在韩国也是刚刚起步,但目前已获得较好的成果,尤其是在出口贸易领域。而且韩国也建立的自有的生命周期分析专用软件系统(TOTAL,Tool for TypeⅢ Labeling and LCA)[12],极大提高了评价效率和自主性。韩国在采用LCA方法对环境标志产品进行评价时,只考虑其产品在使用过程中的耗电量问题,这使得评价过程变得比较容易。耗电量的LCA评价具有普遍性和通用性,因此也可将其用于其他各种类型用电产品的评价中,这可极大地提高评价效率。但是,该效率的提高是以牺牲某些影响指标为前提的,因此,其对产品评价的全面性不足,其最终评价的结果还可进一步综合化。产品进行LCA评价的环节及影响种类繁多,因此要预先设定明确的LCA研究目标和范围,并结合国家当前的环境状况和研究水平而进行。在实际操作时,要平衡好“全面”与“效率”,使得能够在高效率下尽可能全面的进行评价。虽然笔记本电脑等电子类产品的原料构成极为复杂,而且环境部门根本无法获得原料、生产等环境的数据。但根据某些通用规定和标准,2006年1月以后的电子类产品不应含有Pb、Cd、Cr6+、Hg、PBB等有害物质[13],并且电子类废物应由原制造商或进口商承担回收处理[14],因此仅评价电子类产品的使用环节即可。

推进环境标志产品发展,破除贸易壁垒增加出口,这些都需要中国尽快实行环境标志产品的LCA评价。而目前最紧迫的工作是建立清单分析用的基础数据库,这项工作不仅需要环境相关部门,更需要其他部门和单位协调配合才能进行。另外,可结合中国国情,分析环境标志产品与普通产品因环境影响的差异而带来的货币化差异,将更直观并更易于被公民所接受,从而使环境标志产品真正成为联结企业与公民推进环境保护事业发展的有效手段之一。

总之,在中国实施环境标志产品的LCA评价,将会带来广阔的市场空间,促进进出口贸易,同时对提高广大公民的环境意识、减少污染、保护环境具有重要的意义。

参考文献

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[4] 邓南圣, 王小兵. 生命周期评价[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003: 43-50.
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[12] Ministry of Environment Republic of Korea. Korea Eco Product Institute. Tool for TypeⅢ Labelling and LCA[S]. 2006. (in Korean)

[13] EU. Directive 2002/95/EC on the restriction of the use of hazardous substances in electrical andelectronic equipment[S]. 2002.
[14] EU. Directive 2002/96/EC on waste electrical and electronic equipment[S]. 2002
 
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