尽管衣服循环再利用在经济效益上并不占优势，但从长远来看，环保再生服装终将成为发展大势。如果一件衣服在消费者手中度过了“一生”、而回收再利用为它创造了“来生”，那么，所有衣服的“前世”都是面料，面料的特性决定着旧衣服是否能被回收循环利用。但是化纤产品可以通过旧衣回收利用的方式让其拥有“来生”，而在化纤行业里发展最快、普及最广的就是聚酯纤维。......
2023-10-18
生命周期评价技术：实现环保循环发展的必备条件
【摘要】：图1-1LCA阶段[11]目前的主要研究集中在清单分析阶段的数据处理与不确定性研究、影响评价阶段的方法研究和LCA工具与实例研究。简述如下：1.影响评价方法由于环境问题的复杂性和动态性，生命周期影响评价是LCA中难度最大的阶段，同时也是争议最多的阶段。Gonzalez B.等把模糊逻辑运用于产品生命周期评价中，提出了一种改进的方法[74]。
今天，人类已经开始从可持续发展的观点出发，系统评价产业活动对环境、经济和社会的可持续性影响，指导产品开发和工业化生产。LCA作为产品系统环境影响评价的重要量化工具得到了国内外的广泛关注与研究。
国际标准化组织把LCA的实施步骤分为目标和范围定义、清单分析、影响评价和结果解释四个阶段，如图1-1所示。
图1-1 LCA阶段[11]
目前的主要研究集中在清单分析阶段的数据处理与不确定性研究、影响评价阶段的方法研究和LCA工具与实例研究。简述如下：
1.影响评价方法
由于环境问题的复杂性和动态性，生命周期影响评价（LCIA）是LCA中难度最大的阶段，同时也是争议最多的阶段。影响评价方法目前正在发展之中，ISO和SETCA都倾向于把影响评价作为一个“三步走”的模型，即影响分类、特征化和量化评价。虽然近年来一些LCIA方法产生了较大的影响，但还没有一种普遍接受的方法。环境毒理学和化学学会（SETAC）、美国环境保护署（EPA）、加拿大标准协会（CSA）已公布生命周期影响评价的理论指南。
Jolliet O.等将中间类型与破坏类型有机结合起来，建立了一种新的影响评价方法IMPACT2002+[65]，考虑致癌物、非致癌物、摄入量、剂量反应的边界效应计算得到人类损伤；污染物向食品的转移不再基于消费调查，而是考虑农业和家畜产品水平；室内和室外空气排放可以进行比较并考虑了间歇性降雨的影响；人体和生态毒性决定于平均反应而不是保守的估计；其他的影响类型则采用Eco-indicator99和CML2002等方法进行特征化，所用的中点类型通过单位对照物质归类到身体健康、生态质量、气候变化和资源四种破坏类型。
Hauschild M.等人在丹麦技术大学产品发展研究所（IPU）研究报告中提出了基于终点类型的EDIP2003方法[66]，是对EDIP97方法的改进，扩充了大量的环境机理，对非全球影响类型（包括酸化、光化学氧化剂生产、生态毒性、富营养化、人体毒性和噪声影响等）采用了因果关系链，计算出的影响环境相关性较高，且更易于解释对环境的破坏。
美国卡内基梅隆大学的Sub S.等基于政府宏观数据的统计分析提出了投入产出生命周期评价方法（Economic Input-Output LCA，EIO-LCA）[67]；戴杜则将基于过程的LCA（PLCA）和基于投入产出的LCA（EIOLCA）结合起来，提出了一种基于混合建模的生命周期评价方法（HMLCA），采用该方法对燃油助动车和电力助动车的生命周期环境影响进行了比较分析[68，69]。
曹华军等基于工艺IPO过程模型和列昂波特相互作用矩阵，提出一种零件制造过程物料和能量消耗、环境废物排放和安全性的评价方法及其技术框架[70]。邓超等研究了LCA与LCC（生命周期成本）的整合与优化，提出了基于工艺约束的工艺方案优化模型[71]和集成评价框架与集成评价算法[72]。王贤琳等基于BP神经网络建立了制造过程环境影响评价模型，通过使用MATLAB神经网络工具箱对模型进行模拟仿真[73]。
Gonzalez B.等把模糊逻辑运用于产品生命周期评价中，提出了一种改进的方法[74]。HurT.等将LCA方法与矩阵方法结合起来提出了一种简化LCA方法（Simplified LCA，SLCA），用于快速识别产品系统中的关键环境影响问题[75]。高洋等采用简化生命周期评估方法对消费类产品进行绿色评估[76]。
2.影响类型及特征化
特征化是LCIA的必备要素和评价基础，这一过程将影响因子对环境影响的强度或程度定量化，归纳为相应指标。当前特征化模型分为负荷模型、当量模型、固有化学特性模型、总体暴露-效应模型、点源暴露-效应模型等。
ISO 14040和ISO 14044并没有限定环境影响类型及其特征化方法。不同的机构对影响类型的划分也不统一[77]。丹麦的工业产品环境设计EDIP规划中[66]，将影响类型分为环境影响、资源消耗和工作环境影响三类，并将影响类型的空间范围区分为全球、区域和局地。
Spitzley D.V.和Tolle D.A.提出了一种改进的土地占用影响评价方法，通过对三个金矿、铝矿和铜矿的实际分析，采用吨产量的面积年限等效因子表示土地占用的环境影响[78]。Wagendorp T.等则采用热力学原理评价土地占用的环境影响，可以通过测量生态系统对太阳能的散热水平来直接评价土地占用的影响程度[79]。Liu Y.等在LCA框架下，建立了中国土地使用导致的生态系统初级生产力变化模型，该方法中土地使用分土地占用和土地性质改变两种形式，通过土地使用基本量和参数与评价指数的联系，利用生态理论分别建立两种形式对应的特征化公式[80]。Müller-Wenk R.和Branda～o M.基于植被土壤与大气间的碳储存与转移，研究了土地使用对气候的影响[81]。Huijbregts MarkA.J.等应用USES-LCA模型计算摄入人口比例和3393种物质对淡水、海水和陆地环境影响因子，这些物质包括中性有机物、游离有机物和无机物，分为7种不同的排放方式，并得出对空气、土壤结构的不同划分导致了新旧两种模型计算结果的差异[82]。
VanZelm R.等提出了一种用特征因子表示可吸入颗粒物PM10和臭氧对人体健康的影响评价方法，该特征因子包括摄入因子、影响因子和破坏因子，通过研究PM10、NH3、NOx、SO2和NMVOCs5种欧洲主要空气污染物变化所引起的欧洲居民伤残调整寿命指数变化，来表示该特征因子[83]。Struijs J.则提出用特征因子表示平流层臭氧破坏物质（ODS）所导致的皮肤癌和白内障造成的人的寿命损失，该特征因子采用全球范围内的肤色、人口密度、平均年龄和寿命期望等身体与社会数据进行动态计算，利用该特征因子在2007年ODS物质排放水平下对人体寿命损失进行计算，所得到的结果高于早期的研究结果[84]。
3.环境空间特性研究
虽然在ISO 14040和ISO 14044中提出了体现环境空间特性的指导原则，在LCA研究初期也有学者对环境影响的时间和空间特性进行了关注，但由于环境与时空间关系的复杂性，所以后期研究相对较少，特别是能在LCIA方法中体现这种特性的更少。
Potting J.对欧洲地区排放物酸化影响的空间特性进行了比较研究，得出了不同酸化排放物沉积区域的影响指数[85]。Hertswich E.G.和Mckone T.E.通过对288种排放到空气、水和土地的污染物的研究，指出这些物质产生的环境影响与其空间范围和高度存在直接联系[86]。Huijbregts M.A.J.等应用USES-LCA暴露模型对污染物在西欧、澳大利亚和美国不同条件下的环境影响进行了比较研究，指出淡水与人体健康的影响指数在不同条件下具有较高的不确定性，这主要是由于不同区域的土壤侵蚀率、淡水面积、农田大小以及地下饮用水的比例不同引起的[87]。Laner D.采用LCA方法对固体废弃物填埋处理的长期环境影响进行了研究，指出对于垃圾填埋的LCA评价，忽略时空特性是造成不确定性的主要原因，并在论文中讨论了不确定性量化的有关问题[88]。
4.LCA不确定性和敏感性研究
产品生命周期评价中存在着广泛的不确定因素，包括产品系统（包括生命周期的各阶段）边界范围的确定、输入输出清单数据的获取、评价模型的建立或选择以及各种评价假设等[89]。生命周期中的不确定性研究是一个热点领域，虽然已取得了一些研究成果，但仍然是LCA研究中的一个难点问题。
目前的生命周期评价方法对所使用数据有很大依赖性，数据精度决定产品全生命周期评价结果的准确性和可靠性[90]。关于LCA数据不确定性的研究主要从定性和定量两个方面进行处理。莫华和张天柱提出了一种DQI与随机模型相结合的数据质量评价指标系统[91]。Weidema B.和Wesnaes M.提出了一种对于不精确数据和非代表性数据混杂的清单数据评估过程[92]。Finnveden G.L.L.讨论了经验法则在LCA不确定性方面的应用[93]。Benetto E.等提出了模糊集的方法在噪声影响评价中的应用[94]。很多学者应用蒙特卡罗方法（Monte Carlo）处理生命周期清单数据的不确定性[95-97]。
在有关特征化模型中的不确定性研究方面，一部分研究是通过完善特征化模型以降低这种不确定性。例如，Weber C.L.等对碳排放影响中的数据和方法论的不确定性进行了讨论[98]。Rosenbaum R.等通过矩阵方式对环境排放的多途径影响问题进行了分析[99]。Hayashi K.等对臭氧层破坏影响模型进行了扩展研究[100]。
另一部分研究是通过数学和其他方法对评价数据和过程进行处理以减少不确定性。Lloyd S.M.等对LCA特征化过程中的不确定性量化处理方法进行了综合分析[101]，包括蒙特卡罗方法、模糊集理论。Benetto E.等基于模糊处理技术提出一种改进的NAIADE方法处理LCA中的不确定性[102]。Lo S.C.和Bergin M.S.等分别将贝叶斯与蒙特卡罗方法结合起来用以减少LCA的不确定性[103，104]。
对于方案选择带来的不确定性，多数采用概率统计方法、蒙特卡罗方法、贝叶斯方法、重要性分析、回归分析以及集成方法进行研究[105-107]。
5.LCA应用研究及软件工具开发
在LCA理论得到迅速发展的同时，各研究机构和企业纷纷推出LCA软件及数据库[108]。这些软件和数据库的出现大大促进了LCA的应用。
清华大学较早在绿色设计支持工具方面进行了研究，提出了生命周期评价系统GDO-LCA软件[5]。华中科技大学开发了一种生命周期评价原型系统PLCAPS[109]，该系统包括产品建模、数据处理、计算和影响评价三个模块。张智慧等基于生命周期评价理论开发了建筑物环境影响评价系统BEPAS，从建筑设备运行、建筑材料和建筑场地3个方面来研究建筑的环境影响。D.X.开发了一种绿色产品生命周期设计工具GPLCD，将产品的配置管理集成到软件中，通过叶轮材料的选择对该软件进行了验证[110]。Her-mann B.G.等集成LCA、多目标分析和环境绩效指标，提出了一种新的分析工具COMPLIMENT[111]，用于商业行为的环境影响评价。
美国能源部、环境保护局等9个部门于2001年发起了U.S.Life-Cycle Inventory Database的项目，旨在建立美国的生命周期清单数据库及应用平台[112]。BareJ.等介绍了美国环境保护部（EPA）基于对48个州、地区数据统计所建立的归一化数据库的情况，数据库中化学数据和其他影响类型数据来自于EPA的评价工具TRACI[113]。欧洲8个LCA研究机构自2007年开始在欧盟支持下建立统一的欧洲LCA应用平台[108]。Aoki R.在文献[114]中介绍了LCA技术在日本的研究和应用情况。
在产品数据库研究方面，刘明周等提出了一种基于工艺配置的产品数据与工艺数据集成管理的方法[115]。张亚平等将数据分为产品评价数据、产品档案数据、基础材料数据和影响评价基础数据，建立了生命周期评价数据库系统[116]。
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