第六讲 产业生态学与生命周期评价

1. 第六讲 产业生态学与生命周期评价

2. 一 产业生态学 1、产业生态学概念的引入 2、产业生态学理论基础与思路 3、产业生态学研究领域 4、产业生态学与清洁生产和循环经济的关系

3. 1、产业生态学概念的引入 1）产业发展的困惑与前景 • 产业发展促进了人类发展，也带来了环境问题 • 公共物品的悲哀（The Tragedy of the Commons)

4. 环境压力分解 主方程（master of equation) 环境影响＝人口数量×人均GDP×(环境影响/单位GDP) (第三项变量基本上是一个技术问题，改变第三项是产业生态学的中心任务）

5. 人类大目标与环境科学 人类大目标与环境问题 环境问题与社会活动

6. 人类大目标与环境问题

7. 与关键环境问题相关联的社会活动

8. 解决问题的思路：

9. 2 ） 清洁生产的困境 • 清洁生产主要关注于具体生产工艺过程的控制，而不考虑不同生产系统之间的连接，面对日益紧迫的全球性、地区性重大环境影响的缓解则显得力不从心。 • 清洁生产关注的的生产过程，而对产品的使用和消费关注却很少，而实际上它们对环境的影响也很大。清洁生产本身缺乏足够的动力为环境友好的产品和服务还缺乏足够的推动力。 • 清洁生产主要关注产品的制造过程，极少跟踪考虑原材料的采掘过程。而目前的环境问题不仅仅是环境污染问题,自然资源,尤其是不可更新的资源的紧张压力愈来愈大。而且很多污染问题也直接来源于原材料的采掘过程。

10. 3）产业生态学的概念 • 产业生态学是一门研究产业子系统与自然生态系统整体之间相互作用关系及其可持续发展的交叉学科 • 产业生态学是用以评估和减少产业活动环境影响的科学。 • 产业生态学要求不是孤立而是协调地看待产业系统与其周围环境的关系。这是一种试图对整个物质循环过程——从天然材料、加工材料、零部件、产品、废旧产品到产品的最红处置——加以优化的系统方法。需要优化的要素包括物质、能量和资本。 • 产业生态学是一门研究人类社会经济活动中自然资源从源、流到汇再回到自然的全代谢过程的动力学机制、控制论方法及其与生命支持系统相互关系的科学。 • 产业生态学是一门技术科学，又是一门社会科学 • “Industry Ecology”的翻译：“工业生态学”与“产业生态学”

11. 2、3、产业生态学研究领域 1） 理论基础 生态学、经济学、化工、材料学、工程学等学科为基础。

12. 2） 产业生态学的思路 • 系统的思想 • 全过程思想 • 产品的服务功能思想 • 整合经济各方利益关系的观点 • 未来的和全面的时空观

13. 3 产业生态学研究的关键问题 • 产业生态学主要关心产业生态系统与地球自然系统之间的相互作用和相互影响。 • 现代技术循环是如何运作的？它们有什么环境影响？ • 人类文化系统中设计的资源的组成部分是如何运作的？它们有什么环境影响？ • 技术－环境关系将来如何演变 • 如何具体地界定和实现可持续性，它与负责任的环境表现有什么区别。

14. 2） 产业生态学研究的主要领域 • 工业系统与自然生态系统的对比研究 • 工业代谢分析 • 生命周期环境评价 • 生命周期成本评估 • 生态设计 • 面向产品的环境政策 • 生态工业园运作机理与运作模式研究

15. 1）微观层次：研究可减轻产业对环境影响的具体技术措施，包括绿色工艺、原子节约工艺、废物零排放系统、物质替代、物质渐量化和功能经济等。1）微观层次：研究可减轻产业对环境影响的具体技术措施，包括绿色工艺、原子节约工艺、废物零排放系统、物质替代、物质渐量化和功能经济等。 2）在中观层次，研究对整个产业生态过程进行分析、检测和评价方法、包括物流平衡分析、工业代谢、产品或过程的生命周期分析与评价、工业生态指标体系的建立等。 3）宏观层次，在一定的区域范围内，通过代谢分析、资源分析工具的运用，掌握区域内部的物质、能量的流动状况，研究产业系统集成方法，包括物质集成，能量集成、水集成、信息集成和数学优化模型等；通过运用分析和预测工具所获得的信息，对整个国家或区域内能源结构、经济结构和产业结构生态化研究。 除此之外，产业生态学还包括对可促进生态产业实现的制度上的措施，包括如何在市场规则、财务制度、法律法规方面做出的相应的调整以使生态产业的思想可以贯穿整个产业和生活过程。

16. 4、产业生态学与清洁生产和循环经济的关系 • 产业生态学是清洁生产和循环经济的理论基础 • 清洁生产和循环经济是产业生态学的组成部分

17. 二、 产品生命周期评价 • 环境评价和管理的新思路 • 产品生命周期 • 产品生命周期评价概念 • 产品生命周期评价框架 • 产品生命周期评价的应用

18. 1、环境评价和管理的新思路 1）工业污染控制的四种模式演变 A 不顾环境的传统工业发展模式：资源—产品—废物 B 污染末端控制模式： C 生产全过程控制模式——清洁生产 D 全生命周期控制模式

19. 实际上，单纯的末端控制和生产过程控制，往往是解决了局部的环境问题，而却给其它地方带来更大的环境问题。实际上，单纯的末端控制和生产过程控制，往往是解决了局部的环境问题，而却给其它地方带来更大的环境问题。 举例1：英国Drax发电厂是一个煤炭为燃料的功率为4000MW的发电厂，它每秒燃烧大约产生430kg的碳，产生17kg的SO2（2％）含量。为了治理大气污染，采用了湿石灰/石膏工艺除去SO2，可达90％，因此每年可减少482400t的SO2排放。 但是采用全生命周期评估后发现，如果考虑原材料提取、生产和运输过程的环境负载和生产过程中的能耗，则在整个生命周期将反而多产生900t的SO2。此外，每年多排放8200t的碳酸钙。

20. 举例2 北方的沙尘暴，如果但从对人体健康和区域社会经济发展的角度评价，对人们是百害而无一利，但从生物地球化学循环的角度评价，利大于弊！。表现如下 • 补充海洋营养，尤其是氮和磷和铁 • 沙尘及其土壤粒子中和作用使我国北方降水pH值增加了0.8－2.5，韩国和日本增加了0.5－0.2 • 沙尘暴可以将大气中的污染物聚集沉降下来。

21. 2） 产品生命周期评价概念 • 国际环境毒理学和化学学会(SETAC) 定义:是一种客观评价产品、过程或者活动的环境负荷的方法，该方法通过识别与量化所有物质和能量的使用以及环境排放，来评价由此造成的环境影响，评估和实施相应的改善环境表现的机会。 • 国际标准化组织( ISO) 定义:是一种评价与产品（包括产品、服务或活动等）相关的环境负荷和潜在影响的技术。它分三步完成：1）编制与研究系统相关的输入和输出数据清单；2）量化评价那些输入和输出伴随的潜在环境影响；3）联系研究的目标，解释清单分析和影响评价结果。 • LCA本质是检查、识别和评估一种材料、过程、产品或系统在其整个生命周期中的环境影响。

22. 3）产品生命周期评价的主要特点 • 生命周期评价面向的是产品系统 • 生命周期评价是对产品或服务“从摇篮到坟墓”的全过程的评价 • 生命周期是一种系统性、定量化的评价方法 • 生命周期评价是一种充分重视环境影响的评价方法 • 生命周期评价是一个种开放性的评价体系。

23. 2 、产品生命周期 5个阶段 • 生产前阶段 • 产品生产 • 产品运输 • 产品使用 • 翻新、再循环或最终处置

25. 3 生命周期评价框架 生命周期评价的框架 1）研究目的与范围的确定 2）清单分析 3）影响评价 4）结果解释

26. 1）确定评价目的和范围 1）研究目的 LCA的目的通常是对特定产品或过程的环境因素进行评价，以获得如何改进其环境表现的信息。 如果在设计阶段，其目的可能比较选择2个或3个替代设计方案。 如果产品已经投入生产，其目的往往是评价产品或流程的系统，即极有可能是可供选择的方法，而不是可供选择的系统，因为所能做的只能是在对当前操作造成的最低干扰和增加最小额外成本的前提下，略微地改变其环保特性而已。

27. 1）研究范围 一般确定研究范围，要回答如下问题： • 为什么要开展这项研究 • 研究结果将如何运用 • 谁将使用这些研究结果 • 需要研究具体环境问题吗 • 研究需要具体到什么程度

28. （1）生命周期范围 （2）细节标准范围 （3）自然生态系统范围 （4）时空边界 （5）边界选择

29. 2）清单分析 清洁分析是对一种产品、工艺和活动在其整个生命周期过程中的能量与原材料需要量以及对环境的排放进行以数据为基础的客观量化过程。其步骤包括。 • 制作生命周期全图 • 数据收集 • 数据核实 • 进一步完善系统边界 • 数据处理和汇总

31. 3） LCA影响分析 • 确定影响类型：根据研究的目标和范围确定影响类型。目前常用的分类体系是将影响类型分为资源耗竭、人体健康和生态系统健康三类，还可以继续细分为温室效应、臭氧层耗竭、酸化、富营养化、光化学烟雾等。 • 选择环境影响类型参数和特征化模型：对选定的环境影响类型，要量化其对环境的影响大小，就需要了解其作用机理，然后建立负荷和环境影响之间的关系模型，即特征化模型。 • 分类：分类始于由清单分析得到的物流和能流原始数据，分类就是将清单分析中所得到的数据分到不同的环境影响类型中去。

32. 特征化。特征化就是将不同的环境压力－环境影响关系综合到一个通用的框架的过程。例如用臭氧消耗潜值（ODP）指数，可以定量比较不同物质分子对臭氧层造成的影响。特征化。特征化就是将不同的环境压力－环境影响关系综合到一个通用的框架的过程。例如用臭氧消耗潜值（ODP）指数，可以定量比较不同物质分子对臭氧层造成的影响。 • 归一化：特征化得到了各种环境影响类型参数的大小，这些参数必须通过一定的方法进行转化后才能汇总。一般是将特征化结果与基准量进行比较，从而使不同影响类型的特征化结果具有可比性。基准量一般为一个区域资源总量或污染物排放总量。 • 加权。是根据有社会共识所确定的相对重要性对不同种类的环境影响赋予相应权重的过程。比如一个评估者或者一个国际标准组织可能会认为臭氧消耗影响的重要性是能见度下降的2倍，并相应地将权重系数应用到已经标准化的影响上。

34. 4） LCA解释 生命周期解释是对生命周期清单分析和/或影响评价结果进行辨识、量化、核实和评价。提出产品设计或改进建议等。

35. 举例：乙烯生产的生命周期评价 研究目的和范围 目的：本研究对2002 年我国某乙烯生产装置进行LCA 分析，得到其生命周期过程中对环境影响最重要的工艺环节和影响类别分析其产生原因，并提出合理的改进意见。 范围：研究确定的功能单位为1 t 乙烯产品，范围包括从初级资源开采、次级能源加工和乙烯生产过程，涉及到的环境负荷类别包括不可再生资源（原煤、原油和天然气）的消耗、液态污染物、固体废弃物和气态污染物的排放。

36. 清单分析

37. 影响评价

38. 结果解释

39. 5 产品生命周期评价的应用 1）在工业企业部门中的应用 • 产品开发与设计 • 环境市场 • 企业决策战略计划 2）在政府管理中的应用 • 制定环境政策与建立环境产品标准 • 实施生态标志计划 • 优化政府的能源、运输和废物管理方案 • 公众提供有关产品和原材料的资源信息 • 国家环境管理体系的建立 • 绿色采购