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发表人：yadawei |
发表时间：2011/1/4 17:47:00 |
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| 本栏论题： |
典型玻璃生产线的生命周期评价研究 [2906] |
典型玻璃生产线的生命周期评价研究
张群 龚先政 王志宏 王为 聂祚仁
（北京工业大学材料学院 环境协调性评价中心 北京 100124）
摘要：本文以华东与华中两家典型玻璃企业的350t／d和500t／d两条生产线为研究对象，采用生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）的方法对其2004年～2007年资源、能源消耗及废弃物排放等生产调研数据进行环境影响评价，计算得到4年间两条生产线不可再生资源消耗、温室效应等方面的环境负荷情况，结果表明：华东玻璃企业的两条生产线不可再生资源消耗等环境影响值整体上略有下降，但趋势不太明显。华中500t／d生产线不可再生资源消耗降低了5.78％，而光化学烟雾影响则增加了2.7 3％，酸化等环境影响基本不变。华中玻璃企业在不可再生资源消耗上要远高于华东玻璃企业，04、05年分别高275.6％、316.3％。
关键词：玻璃，LCA，环境影响评价
１引言
玻璃是一种重要的建筑材料，以其美观，实用等特点广泛应用于国民生活和生产中。目前我国是世界上生产规模最大的平扳玻璃生产国，玻璃产量逐年攀升，据统计，2007年我国平板玻璃产量达到5.32亿重量箱，相比2006年增长21.18％。其中，浮法工艺是目前主要的玻璃生产工艺，2007年浮法玻璃产量所占的比重达到了83％，比2006年上升了一个百分点。
玻璃的生产消耗大量的硅质原材料，纯碱等原材料和电力、重油及煤焦油等能源物质，随着原材料及能源价格的上涨，平扳玻璃产业的发展受到极大的挑战。今年4月份发布的平扳玻璃单位产品能源消耗限额国家标准则给平扳玻璃的节能技术改进及节能管理提出了新的要求。此外，玻璃的生产向外排出二氧化碳和氧化硫等有害气体，带来严重的环境污染，与此同时我国玻璃产业环境影响方面的研究还远远不够，尚未形成影响评价及污染控制的有效体系。
生命周期评价方法是目前国际上通用的环境管理工具，可以全面评价材料在整个生命周期内由于资源、能源的消耗及废弃物的排放而给环境带来的影响，弥补了传统材料研究中单纯追求材料性能而忽视环境协调性的不足。这在资源能源短缺，环境污染严重的今大具有相当积极的意义。应用生命周期评价方法对玻璃产业进行环境影响评价，辨识出玻璃生产中重大的环境热点问题，并据此提出减少环境影响的可行性建议，既是缓和玻璃产业的发展与资源能源紧张之间矛盾的良好举措，同时也是引导玻璃产业走向节能、环保的可持续发展道路的重要举措，具有非常重要的意义。
2．LCA概述
根据ISO14040国际标准，生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）是对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编与评价。其中，产品系统指通过物质和能量联系起来的，具有一种或多种特定功能的单元过程的集合。生命周期则指产品系统中前后衔接的一系列阶段，从原材料的获取或自然资源的生成，直至最终处置。从技术框架上看，主要包括目标与范围的确定、清单分析，影响评价与结果解释四部分，如下图1所示，分别对应了研究对象的确定、基础数据的搜集与整理、环境影响分析、结果讨论及环境热点的辨识等几个主要步骤。具体操作过程通过后面的实例给出。
3．玻璃生产的LCA评价
3.1目标与范围的确定
本文研究目标是根据具体企业玻璃生产的基础数据，按照LCA方法计算出生命周期清单，应用环境影响评价方法计算不同环境影响的相对大小，辨识出玻璃生产中环境负荷相对较大的部分，对典型玻璃企业的环境负荷进行有效评价，并给出可行的改进建议。研究对象选定为华东及华中两家典型玻璃企业（文中分别设为A厂、B厂）的特定生产线，其中A厂为350t／d与500t／d两条生产线，B厂为500t／d一条生产线。年份上A厂为2004～2007年，B厂为2004年与2005年。研究的范围为下图2中所划定的系统边界。
如图所示，将配合料制备等四个阶段设定为研究的系统边界，理由是该边界涵盖了玻璃生产中几乎全部且主要的原料能源的输入及废弃物的排放。而原材料的开采与运输及后期使用与废弃两个阶段由于数据收集相对困难而可信度不高，且目前企业通常不直接从事原料开采。为了保证评价研究的可以准确反映玻璃企业生产的实际情况，故将原材料的开采及运输等两个阶段排除在系统边界外。
3.2数据的收集与清单计算
通过设定系统边界，可以着手收集基础数据。本文中数据皆来自实际厂家调研，经过核实对照后确认可以采集的数据。原料输入包括砂岩、石灰石、长石、白云石、纯碱（芒硝用量极少，可忽略不计），能源输入主要是煤焦油、重油和电力，向外排放的废弃物有CO2、SO2等气体，可参见图2。以A厂2007年500t／d浮法线为例，得到基础数据表如表1所示。
表1 A厂2007年玻璃生产基础数据表
生命周期清单是指生产功能单位的产品所具有的输入输出项目及数量，设定功能单位为1t玻璃所具有的使用性能，则可通过基础数据和该年度的玻璃产量计算得到其输入输出清单。需要说明的是，由于企业排放物监测的滞后，大部分排放数据缺欠，需要根据经验公式予以估算。本文采用北京工业大学环境协调性中心曾做过的平板玻璃的评价研究中的通用公式进行估算，以得到排放物的近似值。此外，由于玻璃生产中消耗的重油、煤焦油及电力等都属于二次能源，是由原煤、天然气等初级能源转化而来，计算时需要考虑到生产重油等所带来的初级能源消耗及废弃物的排放，本文能源生产的部分数据参考北京工业大学狄向华和袁宝荣博士所研究的电力生命周期清单及化石能源产业的生命周期清单中的相关结果，其中，重油以燃料油的数据近似替代，煤焦油以柴油的数据近似替代。分别计算A厂两条生产线2004年～2007年及B厂2004年与2005年的输入输出清单，可得结果如下表2所示。
表２ 典型玻璃生产线的生命周期清单（单位：kg/t）
3.3玻璃生产的环境影响评价
生命周期评价方法中，环境影响评价是最重要，同时也是最复杂的一个步骤，涉及到很多环境影响类型的定性和环境负荷大小定量的判别等，带有很强的主观性。主要的步骤是首先将各种输入输出类别按照环境影响的种类进行分类，其次根据特征化因子大小来量化各物质所带来的环境负荷的大小，即进行特征化计算。然后根据归一化基准将其转化成相当一之间可比较的，无量纲的环境负荷值。最后根据一定的权重系数将各无量纲的环境负荷值计算成单一的环境影响指标值。
本文采用生态指数法（Eco-indicator）方法的分类原则，将环境影响类型分为不可再生资源消耗ADP、温室效应GWP、酸化AP、人体健康损害HT和光化学烟雾POCP五类，其中原材料消耗及能源消耗归为不可再生资源消耗，CO2带来温室效应，带来酸化的物质有NOX、SO2和SO3，带来人体健康损害的物质有NOX、SO2和粉尘，带来光化学烟雾的物质有CO、NOX。显然，有些物质带来多种环境影响，且造成影响的机制不尽一样，存在串联与并联的分配问题，如SO2在带来酸化和人体健康损害上是并联的，分配系数各为0.5，NOX在酸化和光化学烟雾之间为串联机制，这两种影响类型和人体健康损害之间均为并联机制，故分配系数皆为0.5。根据这个原则，结合北京工业大学环境协调性评价中心相关课题的研究，可给出玻璃生产的生命周期评价的特征化因子表，如下表3，表4所示。
表3 玻璃生命周期评价的特征化因子表（ADP）
表４ 玻璃生命周期评价的特征化因子表（其他）
结合表2、表3与表4的数据，输入输出类别与其相应的特征化因子相乘，可以计算得到玻璃生产的特征化结果如表5所示。
表５ 玻璃生命周期评价的特征化结果表
依据上表数据，可得到A厂350t／d及500t／d生产线各环境影响类型大小的时间序列分析图、2004年及2005年A厂与B厂500t／d生产线的各环境影响类型大小的对比图，分别如图3～图6所示。
特征化结果表示特定环境负荷值的绝对大小值，为了辨别各环境负荷的相对大小，通常需要将特征化结果用表示国家或某特定区域总体影响的归一化基准值加以转换，得到不可再生资源消耗等五种环境负荷的归一化值。此外，由于不同的环境负荷在特定区域内的重要性是不一样的，具有一定的权重值，因此需要在归一化计算的基础上，通过权重计算将各环境负荷值汇总为单一的总体环境影响，以便于比较。目前国际上常用的加权方法有专家打分法和层次分析法等。本文的归一化计算和权重分析采用北京工业大学环境协调性评价中心所做的我国平板玻璃工业的生命周期评价中相关数据和计算原则，归一化基准及权重系数表如表6所示。归一化计算的原则是特征化结果除以其归一化基准值得到归一化结果，权重计算的原则是将各归一化计算结果乘以其权重系数计算得到加权值。结合本文中的特征化结果计算得到A厂与B厂的玻璃生产线的环境影响值如表7所示，计算结果如图7所示。
表6 各环境影响的归一化基准及权重系数表
表7 各年度典型玻璃生产线的环境影响评价结果
4．结果解释与讨论
结合表3数据，从图3和图4可以看出，对于A厂，不管是350t/d生产线还是500和t/d生产线，温室效应是最主要的环境影响类型，占有绝大部分比重。从时间 |
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