《材料清洁生产与循环经济》课件2-4举例.pptx

1、目 录5LCA 应用举例5 LCA 应用举例 LCA的特点 LCA面向的是产品系统（原材料采掘、原材料生产、产品制造、产品使用和产品用后处理）；LCA是对产品和服务从“从摇篮到坟墓”全过程的评价；LCA是一种系统性的、定量化的评价方法；LCA是一种充分重视环境影响的评价方法；LCA是一种开放性的评价体系。回顾材料的生命周期（材料的生命周期（MLCA)MLCA)矿石矿石 半成品半成品 成品成品 零件零件 使用使用实体层次实体层次开发利用开发利用地形、地貌和植被破坏，水土流失等环境污染地形、地貌和植被破坏，水土流失等环境污染尾砂、固体悬浮物、废气、废水等污染尾砂、固体悬浮物、废气、废水等污染选矿、

2、冶炼、加工制造、二次开发选矿、冶炼、加工制造、二次开发利用等实体层次以下开发利用利用等实体层次以下开发利用From cradle to grave回顾常用的常用的LCALCA评价模型评价模型l 输入输出法l 线性规划法l 层次分析法5 LCA 应用举例 LCALCA的应用的应用在过去的十多年中，通过ISO14000国际环境管理标准的实施，LCA的应用已遍及社会、经济的生产、生活各个方面。在材料领域，LCA用于环境影响评价更是日臻完善。到目前为止，LCA在钢铁、有色金属材料、玻璃、水泥、塑料、橡胶、铝合金、镁合金等材料方面，在容器、包装、复印机、计算机、汽车、轮船、飞机、洗衣机、其他家用电器等产

3、品方面的环境影响评价应用都有报道。下面分类列举一些 LCA应用例子。建筑瓷砖的环境影响评价5 LCA 应用举例 输入输出法案例输入输出法案例1.1.目标定义目标定义：只考察其生产过程对环境的影响2.2.范围界定范围界定：直接原料消耗和直接废物排放，不考虑原料的生产加工过程以及废水、废渣的再处理过程3.3.编目分析编目分析：如能耗可按加热、照明、取暖等过程进行编目；资源消耗可按原料配比编目；污染物可按废气、废水、废渣等进行编目分析。建筑瓷砖的环境影响评价5 LCA 应用举例 加水加水配料配料球磨球磨搅拌搅拌废水废水成形成形干燥干燥烧成烧成包装包装废渣废渣加热加热废气废气建筑瓷砖的环境影响评价5

4、LCA 应用举例 4.4.环境影响评价环境影响评价由钢渣生产瓷由钢渣生产瓷砖的过程砖的过程资源资源能源能源瓷砖瓷砖废渣废渣废水废水全球温室效应全球温室效应输入参数输入参数输出参数输出参数建筑瓷砖的环境影响评价5 LCA 应用举例 5.5.环境解释环境解释 该瓷砖生产过程的能耗和水消耗比较大；利用钢渣作原料属于再循环利用生产工艺；废渣排放量少，废水可再循环利用，温室效应大。通过对该瓷砖的生产过程的LCA评价，提出的改进工艺主要有降低能耗、降低废水排放量、减少温室气体效应影响。5 LCA 应用举例 几种典型高分子材料的生命周期评价几种典型高分子材料的生命周期评价陈红陈红 郝维昌郝维昌 石凤石凤 王

5、天民王天民.环境科学学报环境科学学报 2004 2004年年0303期期 P545-549P545-549 n塑料工业除了能给社会提供便利的服务外，也有可能给人们的生活带来负面的塑料工业除了能给社会提供便利的服务外，也有可能给人们的生活带来负面的影响。影响。n聚乙烯聚乙烯(polyethylene(polyethylene，PE)PE)、聚丙烯、聚丙烯(polypropylene(polypropylene，PP)PP)、聚苯乙烯、聚苯乙烯(polystyrene(polystyrene，PS)PS)、聚氯乙烯、聚氯乙烯(polyechloridepolyechloride，PVC)PVC)是

6、工程塑料中最典型的是工程塑料中最典型的高分子材料。高分子材料。n下面从我国的国情出发，按照下面从我国的国情出发，按照ISO14040243ISO14040243中对生命周期评价方法中对生命周期评价方法(LCA)(LCA)的定义的定义对对4 4大通用工程材料的环境影响进行较为系统的评价。大通用工程材料的环境影响进行较为系统的评价。5 LCA 应用举例 1 1 目标和范围的定义目标和范围的定义1.1 1.1 目标的确定目标的确定n 研究目标主要是采用研究目标主要是采用LCA LCA 方法比较方法比较PEPE、PPPP、PSPS、PVC 4 PVC 4 大通用工程塑料的环大通用工程塑料的环境影响境影

7、响,以便更好地选用材料，为塑料制品工业的生态设计提供参考。以便更好地选用材料，为塑料制品工业的生态设计提供参考。n为了保证不同材料环境负荷排序的可靠性，为了保证不同材料环境负荷排序的可靠性，采用不同的环境影响评价方法采用不同的环境影响评价方法对对以上材料环境负荷进行定量的评估。以上材料环境负荷进行定量的评估。5 LCA 应用举例 1.2 1.2 范围的确定范围的确定n 研究的起止点放在研究的起止点放在原油的开采、原油的运原油的开采、原油的运输、原油的提炼、聚合体的生产、废输、原油的提炼、聚合体的生产、废物处置方面物处置方面，而材料的使用阶段不在考虑之列，废物处置则选择了有关文献中认，而材料的使

8、用阶段不在考虑之列，废物处置则选择了有关文献中认为环境影响较大的填埋方式，为环境影响较大的填埋方式，而这种填埋方式也是在我国城市固体废弃物处置中而这种填埋方式也是在我国城市固体废弃物处置中被普遍采用的。被普遍采用的。n能源生产中所带来的环境排放按照各阶段的能耗比计入其中。能源生产中所带来的环境排放按照各阶段的能耗比计入其中。n评价范围选用的评价范围选用的功能单元功能单元是是1000kg1000kg，采用的是，采用的是LCA LCA 的简化模型。的简化模型。n此外，由于所研究的材料涉及到多产品系统，此外，由于所研究的材料涉及到多产品系统，将各产品系统的输入和输出数据按将各产品系统的输入和输出数据

9、按照质量比例进行了分配照质量比例进行了分配。n评价中所使用的数据来源评价中所使用的数据来源有：企业内部实际生产数据、工艺改进的设计数据、国有：企业内部实际生产数据、工艺改进的设计数据、国家环境保护部门数据；我国相关的统计年鉴、文献等公开出版物。家环境保护部门数据；我国相关的统计年鉴、文献等公开出版物。5 LCA 应用举例 2 2 编目分析编目分析2.1 2.1 工艺流程的确定工艺流程的确定 据所定义的系统边界和假设据所定义的系统边界和假设，给出，给出4 4种材料的实际工艺流程图种材料的实际工艺流程图。5 LCA 应用举例 4 4 种材料的工艺流程图种材料的工艺流程图5 LCA 应用举例 ttt

10、5 LCA 应用举例 5 LCA 应用举例 5 LCA 应用举例 3 3 环境影响评价环境影响评价3.1 3.1 分类与表征分类与表征n将材料的编目数据划分为将材料的编目数据划分为资源消耗、能源消耗、废气、废水、废渣排放资源消耗、能源消耗、废气、废水、废渣排放5 5 个方个方面面（分类）（分类）。分别针对。分别针对PEPE、PPPP、GPPSGPPS、PVC PVC 这这4 4 种材料进行了比较，结果如图种材料进行了比较，结果如图2 2图图4 4 所示。所示。5 LCA 应用举例 GPPS GPPS 在资源消耗、能源消耗、废气排放及废渣排放中影响最大。在资源消耗、能源消耗、废气排放及废渣排放中

11、影响最大。PVC PVC 在能源消耗、废气排放及废渣排放中居其次，但其废水排放在能源消耗、废气排放及废渣排放中居其次，但其废水排放量最高，资源消耗最小。量最高，资源消耗最小。PEPE与与PPPP在这在这5 5 项分类中影响相差不大。项分类中影响相差不大。这种差别不仅源于资源的消耗不同，而且还与其各自的生产工艺这种差别不仅源于资源的消耗不同，而且还与其各自的生产工艺相关。相关。（表征）（表征）5 LCA 应用举例 PE PE 与与PPPP、GPPS GPPS 同为石油化工的加工产品。由于同为石油化工的加工产品。由于PE PE 与与PP PP 的上级原料乙烯、丙的上级原料乙烯、丙烯其化学结构相似，

12、根据质量分配原理分配物耗，可知烯其化学结构相似，根据质量分配原理分配物耗，可知单位质量的乙烯和丙烯单位质量的乙烯和丙烯所消耗的原油基本相同，所消耗的原油基本相同，PE PE 和和PPPP化学结构相似，生产过程也相似化学结构相似，生产过程也相似，因而相同质，因而相同质量的量的PE PE 和和PP PP 生产中消耗的乙烯与丙烯相近，其能耗及环境排放物也相似；生产中消耗的乙烯与丙烯相近，其能耗及环境排放物也相似；而而GPPSGPPS生产中所使用的上级原料是苯乙烯，生产中所使用的上级原料是苯乙烯，苯乙烯是乙烯联产品苯乙烯是乙烯联产品C6 C6 成分的深加成分的深加工产品工产品，在质量分配中相同质量的苯

13、乙烯和乙烯消耗原油之比约为，在质量分配中相同质量的苯乙烯和乙烯消耗原油之比约为1.4:11.4:1，由此，由此可知产品质量相同时，可知产品质量相同时，GPPS GPPS 原油消耗约是原油消耗约是PE PE 的的1.4 1.4 倍。倍。5 LCA 应用举例 能耗方面，生产能耗方面，生产GPPS GPPS 时，由于其时，由于其苯乙烯生产工艺苯乙烯生产工艺(主要是能耗大的乙苯脱氢工序主要是能耗大的乙苯脱氢工序)的加入，使得的加入，使得GPPS GPPS 的能耗剧增的能耗剧增，在这，在这4 4 种材料中能耗居于首位。由于在实际生种材料中能耗居于首位。由于在实际生产中大量使用的是二次能源产中大量使用的是

14、二次能源(如电、水蒸汽等如电、水蒸汽等)，相应地由这些二次能源所带来的，相应地由这些二次能源所带来的废气、废水、废渣排放量也随之增多；废气、废水、废渣排放量也随之增多；PVC PVC 生产的主要原料是乙烯和氯气生产的主要原料是乙烯和氯气,其原料各占其生产物耗其原料各占其生产物耗43.6%43.6%和和56.4%56.4%，生生产中乙烯量的降低引起油耗的降低产中乙烯量的降低引起油耗的降低，这样使得生产相同质量的产品时，这样使得生产相同质量的产品时，PVC PVC 的原的原油消耗量显著低于其它材料。油消耗量显著低于其它材料。PVC PVC 废水排放量的突增一部分是由废水排放量的突增一部分是由氯气生

15、产及氯乙氯气生产及氯乙烯生产环节所需大量电力生产带来的废水排放烯生产环节所需大量电力生产带来的废水排放，另一部分则是由于其独特的，另一部分则是由于其独特的悬浮悬浮聚合工艺聚合工艺导致耗水量较大，因而使其整个生命周期阶段的废水排放总量在这导致耗水量较大，因而使其整个生命周期阶段的废水排放总量在这4 4 种种材料中居于首位。材料中居于首位。5 LCA 应用举例 3.2 3.2 四四种材料环境负荷值的比较种材料环境负荷值的比较（归一化归一化）n为了能使环境影响表现得更加直观为了能使环境影响表现得更加直观，采用不同的采用不同的LCALCA 方法方法将将4 4 种材料的环境影响种材料的环境影响表示为表示

16、为单一的环境负荷值单一的环境负荷值。n鉴于采用的影响因子需具有可比性鉴于采用的影响因子需具有可比性，这里选取了瑞士的这里选取了瑞士的EcopointEcopoint 97 97 方法、荷兰方法、荷兰的的CML2 baseline2000CML2 baseline2000及丹麦的及丹麦的EDIPPUMIP96 EDIPPUMIP96 方法方法。采用采用SETACSETAC LCA LCA 的思想将环的思想将环境影响进行分类境影响进行分类、表征、表征、归一化后取权重归一化后取权重，从而得到单一的环境负荷值从而得到单一的环境负荷值。5 LCA 应用举例 按照这按照这3 3 种方法计算后种方法计算后，

17、得到，得到图图5 5 结果结果。5 LCA 应用举例 n采用采用Ecopoint方法时，由于固体废弃物的归一化因子与权重的影响，使得固体废方法时，由于固体废弃物的归一化因子与权重的影响，使得固体废弃物成为决定环境负荷大小的决定性因素，从而使得废弃物排放量最大的弃物成为决定环境负荷大小的决定性因素，从而使得废弃物排放量最大的PVC 成为成为4 大材料中环境负荷最高的材料，但是由于大材料中环境负荷最高的材料，但是由于GPPS 材料生产的材料生产的CO2、SOx 的的排放及能源消耗造成的环境负荷高于排放及能源消耗造成的环境负荷高于PVC，这样使得，这样使得GPPS 的环境负荷与的环境负荷与PVC 的

18、环境负荷差别不大；的环境负荷差别不大；n当采用当采用EDIPPUMIP96 方法和方法和CML2 baseline2000 方法计算时，发现方法计算时，发现GPPS 的环的环境负荷远高于境负荷远高于PVC 的环境负荷，这是因为此时采用的归一化因子及权重系数使的环境负荷，这是因为此时采用的归一化因子及权重系数使得温室效应、人体毒害、酸化效应及资源消耗等影响因子共同决定总体环境负荷得温室效应、人体毒害、酸化效应及资源消耗等影响因子共同决定总体环境负荷的大小，由于的大小，由于GPPS 的这几项环境影响因子均高于的这几项环境影响因子均高于PVC，使得其环境负荷在这，使得其环境负荷在这4种材料中也居于首

19、位。种材料中也居于首位。5 LCA 应用举例 3.3 评价 当使用这3 种不同的方法进行环境负荷评价时，这4 种材料的排列顺序大致为：GPPS PVC PE PP。5 LCA 应用举例 4 4 结果解释结果解释（1 1）材料生产的能耗、废气、废水、废渣排放量的高低不仅取决于资源的消耗量，而且还与材料生产的能耗、废气、废水、废渣排放量的高低不仅取决于资源的消耗量，而且还与材料生产过程密切相关。材料生产过程密切相关。资源消耗量越大，工艺环节越多，则材料生产过程中的能耗以及废资源消耗量越大，工艺环节越多，则材料生产过程中的能耗以及废气、废水、废渣排放量也越高。为了降低材料生产的环境负荷，必须采取资源

20、回收利用、节气、废水、废渣排放量也越高。为了降低材料生产的环境负荷，必须采取资源回收利用、节约能源及工艺改善等措施。约能源及工艺改善等措施。（2 2）在在PEPE、PPPP、GPPSGPPS、PVC PVC 这这4 4 种高分子材料中，种高分子材料中，GPPS GPPS 与与PVC PVC 的环境负荷明显要高于的环境负荷明显要高于PEPE、PPPP。因此在确保其性能符合要求的情况下，为了保护环境因此在确保其性能符合要求的情况下，为了保护环境,建议尽量采用环境负荷值较小的建议尽量采用环境负荷值较小的PE PE 和和PPPP。5 LCA 应用举例（3 3）GPPS GPPS 的生产因为苯乙烯的生产

21、过程而导致其能耗以及废水、废渣、废气的排放量突增；而的生产因为苯乙烯的生产过程而导致其能耗以及废水、废渣、废气的排放量突增；而PVC PVC 的生产也因为氯气和氯乙烯的生产而导致其环境负荷增高，着重对其进行改善的生产也因为氯气和氯乙烯的生产而导致其环境负荷增高，着重对其进行改善,会明显降低这两种会明显降低这两种材料的环境负荷。材料的环境负荷。（4 4）运用不同的运用不同的LCA LCA 方法可以对以上方法可以对以上4 4 种高分子材料的环境负荷进行整体趋势上的评估，由于归一种高分子材料的环境负荷进行整体趋势上的评估，由于归一化因子与权重值的不同，结论会有一定的出入。化因子与权重值的不同，结论会

22、有一定的出入。具体应用时，应该运用多种具体应用时，应该运用多种LCA LCA 影响评价方法并根影响评价方法并根据实际情况进行判断。据实际情况进行判断。（5 5）值得注意的是，在工艺流程发生改变的情况下，材料的环境负荷可能发生变化。值得注意的是，在工艺流程发生改变的情况下，材料的环境负荷可能发生变化。如果废弃物处如果废弃物处置方式改为焚烧处理，置方式改为焚烧处理，PVC PVC 由于剧毒致癌物质的排放，其环境负荷可能会排在首位。由于剧毒致癌物质的排放，其环境负荷可能会排在首位。5 LCA 应用举例 LCA的其它应用举例（详见教材）聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价有色金属环境影响评价用层次分析法评价一般材料的环境影响 谢 谢