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生命週期評估:入門指南

目錄

背景

可持續發展的概念經常受到爭論,但將其付諸實踐卻更加困難。調查後必須盡快採取聲明和行動,以盡量減少對環境的破壞並改進之前的工作。但是,必須滿足三個要求:可能採取的行動,必須優先考慮備選方案,並且必須在考慮成本、環境影響和經濟約束的同時選擇最佳實踐。

生命週期評估 (LCA) 是一種決策工具,可幫助選擇和優化可滿足此需求的技術解決方案或產品。問題不在於如何解決特定的資金緊縮情況。工程已經是通用的或可能會處理它。問題是如何設置優先級。可悲的是,世界無力為一切提供資金。 LCA 補充了現代進步,因為它顯示了必須更改最多的程序。從可持續性的角度來看,LCA 非常關鍵。這是因為它涵蓋了產品或服務的生命週期。這可以防止局部改進成為導致環境影響轉移到其他地方的唯一改進。評估生態性能、原材料的實際使用和污染物排放的策略取決於系統或項目的目的,這與以前的環境評估不同。

必須在調查後開展將環境危害降至最低的實際活動。因此,必須滿足一些先決條件才能使移動有效:

  • 必須在調查後採取盡量減少環境危害的實際活動。
  • 環境影響評估,甚至可以使事情變得更好。為了一個行動是有效的。

 

什麼是生命週期評估 (LCA)?

LCA的概念

LCA的概念

LCA 是一種用於評估產品或系統從搖籃到墳墓的整個生命週期的環境影響的方法。 LCA 試圖識別和量化系統或產品的生態影響,以幫助決策者做出更可持續的決策。 LCA 是一個強大的工具,可以確定不同的產品和程序如何影響環境。它用於弄清楚汽車、建築物和食品系統如何影響環境。這是一種完整的方法,考慮了設計或產品生命週期的每一步,從獲取原材料到製造、使用和處置。

LCA 是一個複雜的過程,通常使用一個詳細的領域來比較產品和服務的環境影響。它可以用於從本地到全球的各個級別。

可以使用多種評估方法和方法。最重要的是選擇最好的方法和程序來評估產品或系統。 LCA 的結果可以告訴決策者有多麼不同的可持續選擇,並幫助他們選擇最可持續的選擇。 LCA 考慮以下因素:

  • 原料提取。
  • 產品的生產。
  • 產品的使用。
  • 運輸和能源使用。
  • 廢物管理。

什麼是生命週期評估 (LCA)?

  • LCA 可以幫助企業識別和減少環境影響。
  • LCA 可以幫助確定可持續的商業實踐。
  • 可以幫助開發更環保的技術、產品和系統。
  • 它可以幫助了解氣候變化對環境和健康的影響,並評估應對方法。
  • 它可以幫助將幾種產品、技術或未來情景與基準情景(例如,當前情況)進行比較。
  • 幫助提高技術的環境績效。
  • 回答有關環境和可持續性問題的重大問題,尤其是在與其他可持續性評估方法相結合時。
  • 它可以幫助識別產品、技術和服務中的弱點。
  • 為了消費者的利益:LCA 可以幫助消費者對他們購買的產品做出明智的決定。

什麼是生命週期評估 (LCA)?

LCA 是一種分析方法,用於了解產品從搖籃到墳墓的每個生命階段如何影響環境。 LCA 可以幫助減少產品或過程對環境的危害,並找到最環保的設計方式。它是一種分析和綜合技術,適用於從製造汽車到種植西紅柿的任何產品或過程。 LCA 試圖找出並衡量產品在其生命週期的每個階段對環境的影響,例如:

  1. 資源開采和生產。
  2. 使用和報廢。
  3. 運輸和配送。
  4. 場外環境影響(例如,排放到空氣和水、固體廢物)。

LCA 可以幫助確定產品如何影響環境以及哪種設計最適合環境。 LCA 由經過專門培訓的分析師執行,該分析師收集產品生命週期所有階段的數據,然後將該數據輸入軟件程序並為系統建模。它可以通過手工計算來完成,但這是一個耗時的過程。通常,使用 LCA 軟件可以顯著加快執行 LCA 的過程。然後,分析師查看產品生命週期的每個步驟如何影響環境並賦予每個步驟權重。權重基於階段如何影響環境以及該階段增加了產品對環境的整體影響的程度。 LCA 的輸出包括產品的環境概況和減少環境影響的建議。

LCA 研究類型

LCA 研究類型

  1. 篩選 LCA: 篩選 LCA 可以估計產品、服務或製造過程的環境友好程度。包含數千個流程和部門的生命週期清單 (LCI) 數據庫可以估算產品、服務或製造流程的整體環境績效。本研究計算並評估了多種影響,包括富營養化、酸化、人體毒性和氣候變化。使用這種方法,我們可以更好地了解與生產過程相關的不利影響。當選擇特定產品會對公司的環境狀況產生正面或負面影響時,我們可以估計負面或正面影響。此 LCA 有助於確定係統的整體環境負荷、產品、服務或技術。
  2. 產品生命週期評估: 產品 LCA 檢查產品和技術從概念到處置的環境性能。它的生產週期的每個方面都涵蓋了從提取到處置而不是被不當處置的過程。這可能會導致諸如填埋、焚燒或危險廢物處置造成的污染等問題。
  3. 比較 LCA:它考慮了產品或過程的所有方面和階段的環境影響,準確說明其影響。一種常見的 LCA 研究類型是將兩種產品或技術(例如一種技術)與另一種進行比較;然而,這種方法也可以用於其他情況(例如,比較開發路線)。

 

LCA 與環境影響評估 (EIA)

在互補的時間和地理範圍內比較 LCA 和 EIA 證明了這兩種工具的互補性。如果需要,LCA 會在全球範圍內對產品或服務從提取(搖籃)到報廢(墳墓)的整個過程進行評估。同時,環境影響評估檢查單個地點。特定地點的環境影響評估考慮特定地點的變量,例如居住在附近的人數、地點與住宅區之間的距離,以及特定生態系統的存在。

生命週期評估與環境影響評估

結論

LCA 是一種有價值的工具,可以確定產品如何影響環境以及可以改進的地方。 LCA 可以幫助公司減少其產品對環境的影響,並就如何設計產品和使用什麼材料做出更好的決策。

原料提取

開採自然資源意味著從地球上提取材料以製造或作為商品銷售。原材料是提取出來的東西,例如煤、石油、天然氣和金屬。如果不負責任地進行,提取過程可能是危險的,並對環境產生負面影響。石油和天然氣是通過鑽入地下並將燃料抽出地下來提取的。這可以使用傳統方法或水力壓裂法來完成,水力壓裂法使用高壓水破碎岩石並釋放能量。採礦涉及去除煤層上方的泥土。鑽探包括使用巨型鑽頭從地下開採煤炭。

金屬通常是通過採礦提取的。在這個過程中,從金屬礦床中挖出泥土,並使用特殊工具拉出金屬。對金屬進行清潔和處理以去除雜質。一旦準備好出售,它就會被運送到製造廠或金屬精煉廠。自然資源的開採可能是一個代價高昂且危險的過程。如果不負責任地進行,它還會危害環境。原材料的提取佔系統或產品總環境負荷的顯著負百分比。因此,在進行 LCA 時,必須仔細考慮原材料的提取階段。這也是一個複雜的過程,涉及所需的數據、評估的系統邊界、演變的子過程和使用的能量。這個階段也被稱為“墳墓”。同時,由原材料產生的產品的最終處置稱為“嚴重”或報廢 (EoL) 階段,或簡稱為廢物管理階段。

LCA 的階段

LCA 是對產品或服務在其整個生命週期中的環境影響的列表和分析。 LCA 試圖找出並衡量產品或服務從“生到死”的環境影響。這包括獲取原材料、製造產品、包裝、分發、使用和丟棄。三十多年來,LCA 一直被用於確定產品和服務如何影響環境。國際標準化組織 (ISO) 在 1990 年代發布了與 LCA 有關的標準。 LCA 已成為產品和環境評估中公認的一部分。由於 LCA 是一種環境評估工具,因此可以在產品開發的任何階段使用。 LCA 可用於:

  • 評估產品和服務的環境影響。
  • 識別和衡量產品和服務的生態效益和成本。
  • 評估產品和服務的環境績效。
  • 確定產品和服務的重要生態方面。
  • 支持有關產品和服務的決策。
  • LCA 的四個主要階段是目標和範圍——目標、範圍、評估的系統邊界和功能單元(參考單元)都已確定的階段。可用單位(例如,生產 1 千克塑料,用於以 1 千克參考單位比較另一種替代品)。或者估算1公斤的影響,再乘以總產量,就可以得到某種塑料每天、每月或每年生產的淨環境影響。清單階段——識別和量化產品或服務的環境影響。影響評估階段——確定清單階段確定的環境影響的重要性。最後,結果的解釋和交流。以下是進行 LCA 的一般步驟:

  • 確定研究的邊界(範圍)。
  • 選擇要評估的產品或服務。
  • 識別和描述環境影響類別。
  • 制定評估生態影響的方法。
  • 估計環境影響。
  • LCA 的影響評估階段通常包括以下步驟:
  • 評估產品或服務的環境影響。
  • 識別和衡量產品和服務的生態效益和成本。
  • 評估產品和服務的環境績效。
  • 確定產品和服務的重要生態方面。
  • 支持有關產品和服務的決策。
  • LCA 結果階段的解釋和交流通常涉及以下步驟:
  • 準備 LCA 報告。
  • 傳達 LCA 的結果。

生命週期影響評估 (LCIA)

LCIA是LCA必須完成的重要步驟。已經開發了 CML、ReCiPe、TRACI 和其他 LCIA 方法來評估環境。這些方法有兩個評估級別:中點和終點。

 大多數 LCIA 程序都處於中點級別。很少有人,例如 ReCiPe 方法,給出端點級別的評估。全球變暖潛能值 (GWP)、人類毒性潛能值 (HTP)、酸化潛能值 (AP)、能量耗竭、富營養化潛能值 (EP)、臭氧層消耗 (OLD) 等終點環境主題經常聚合成損害健康損害、生態系統損害和自然資源損害等類別(11 多個環境主題匯總為三大生態指標)。選擇合適的 LCIA 方法通常很棘手。對行業報告和同行評議的學術研究進行文獻研究是解決這一難題的一種方法。

環境主題:

  • 環境主題,也稱為“環境負荷”或“環境影響類別”,是從 LCIA 階段獲得的結果,例如“氣候變化”或 GWP。其他包括,例如,HTP。以下是經常使用 LCA 評估的環境主題示例。
  • 非生物元素消耗 (ADE):ADE(以 kg Sb-Eq 衡量)是自然資源開發的結果。它是整個廢物生命週期中使用的資源與資源消耗之間的差異。
  • 化石的非生物耗竭 (ADF):ADF(以 MJ 表示)與資源耗竭(例如,能源和不可再生能源,例如天然氣)有關。
  • AP:AP 影響以 kg SO 表示2 當量。它是與 SO 相比每千克材料產生的 H+ 離子的數量2.因此,它代表了材料可能引起的最大酸化量。
  • EP:以千克表示,磷當量是肥料過度施肥水和土壤的可能性。
  • 淡水水生生態毒性潛能 (FAETP):FAETP(以千克 DCB-Eq 表示)量化有毒化學品對水生生物的負面影響。
  • GWP:GWP(以 kg CO 表示2-Eq) 是眾所周知的氣候變化潛力。它是一種測量氣候變化的方法。
  • HTTP:HTP(以千克 DCB-Eq 為單位)反映了人類接觸到的化學排放物,例如重金屬。
  • 陸地生態毒性潛能 (TETP):TETP(以千克 DCB-Eq 表示)是指危險化學品對陸地生態系統的影響。

生命週期評價數據

儘管有大量的二手數據,但 LCA 數據庫中的某些過程或材料通常不可用。數據收集是進行 LCA 中最具挑戰性的部分。根據您的時間和資源,可以通過多種方式收集或估計缺失的數據。有兩類數據有助於區分:

  • 前台數據是描述系統建模所需的特定生產系統或產品系統的專用數據。
  • 背景數據:排放因子和文獻數據庫包含與製造通用材料、能源、運輸和廢物管理相關的背景數據。

生命週期清單 (LCI)

排放因子的 LCI 數據庫代表產品每個功能單元和材料在整個生命週期中對環境的影響。這些數據庫包含有關產品生產中使用的材料和能源以及在使用和處置過程中產生的廢物的信息。這些信息可以評估產品和材料在每個生命週期階段(從原材料提取到最終處置)對環境的影響。 LCI 數據庫還可以比較不同產品和材料的環境影響,並確定減少其環境影響的機會。

LCI 數據庫示例:

  • ecoinvent 數據庫:ecoinvent 數據庫是世界頂級的 LCI 數據庫,廣泛涵蓋工業國家的特定國家流程。該數據庫還包括一個冗長的程序,被歸類為中國數據或全球數據。它提供了數百個流程的詳細流程數據,允許用戶根據他們的選擇對環境的影響做出明智的決定。

 

  • IDEA for Environmental Analysis (IDEA):IDEA 是日本行業領先的 LCA 數據庫。它涵蓋了日本企業生產的大部分經濟運作。它包括基於日本標準商品分類的大約 3,800 個過程。最近,該數據庫越來越受歡迎,現在可以通過各種 LCA 工具(SimaPro 和 openLCA)訪問。

IDEA 和 ecoinvent 數據庫分別包含 3,800 個流程和 18,000 個活動。第二個,廣泛使用,經常用新方法更新。應該注意的是,流行的 LCI 數據庫,如 ecoinvent 和 GaBi Professional,以及它們的數據庫擴展,包括各種國家特定的技術,包括來自日本的技術。

LCA 四個階段的定義

LCA 的四個迭代階段

第一階段:目標和範圍定義

在目標和範圍定義中概述了 LCA 研究,並描述了調查的目標和範圍。在此步驟中確定了幾個關鍵方面:系統的功能、排放和提取所基於的功能單元以及系統邊界。討論了基本場景和選項。

第二階段:庫存分析

在清單研究中量化了對空氣、水和土壤的有害排放,以及可再生和不可再生原材料的提取。系統運行所需的資源也在這裡決定。

第三階段:影響評估

影響評估的步驟包括:

  • 建立影響類別、類別指標和表徵因素。
  • 環境後果評估(全球變暖、人類毒性、生態毒性、資源利用等)
  • 對每一類環境影響做出貢獻的排放物的分類。端點表徵根據中點將排放加權並彙總到影響類別中。
  • 損害表徵結合影響類別來創建損害類別(對人類健康、生態系統質量、資源等的損害)。
  • 可以執行額外的歸一化步驟來證明被檢查產品的貢獻作為特定類別中全球影響的一小部分。
  • 最後,可以將基於社會的權重應用於影響評估,以說明相對重要性或損害。四。解釋 對獲得的結果進行分析,並檢查不確定性。敏感性研究和不確定性傳播可以確定主要參數和改進方案。批判性分析評估指定邊界和假設的影響。最後,可以權衡環境影響與經濟或社會後果。

第四階段:解釋

解釋是解釋結果和評估不確定性的地方。關鍵分析使用敏感性研究和不確定性分析(蒙特卡羅模擬)來評估指定限制和假設的影響,以確定主要參數和改進方案。最後,環境後果可能會與經濟或社會影響進行權衡。

評價等級

在 LCA 研究的系統邊界內和特定過程的數據集中,存在三個級別的評估。這取決於數據集的類型,無論是“門到門”單元過程、“聚合”過程,還是“從搖籃到墳墓的聚合”過程,它決定了數據集中包含的內容。

  • 門到門:所有公司或站點相關的操作都從材料獲取或採購開始,並繼續完成現場的所有製造過程,直到離開站點大門之前的最後步驟。
  • 從搖籃到大門:從資源開採到離開現場大門之前的最後階段的所有操作,包括所有能源和前體生產步驟以及現場生產。
  • 門到墳墓:這個級別將操作從門級擴展到最終處置。
  • 從搖籃到墳墓(整個生命週期):從搖籃到大門延伸到產品的使用、維護和 EoL(處置、回收和再利用)。

LCA 研究中的評估水平

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