安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2008,36(32):13923-13925,14049责任编辑 姜丽 责任校对 吴晓燕
生命周期评价方法体系及其对比分析
段宁
1,2
,程胜高 (1.中国地质大学环境学院,湖北武汉
1
430073;2.武汉科技大学资源与环境工程学院,湖北武汉430081)
摘要 简要概述了目前常用生命周期评价(LCA)方法体系:EDIP97、EPS2000、Ecoindicator99、CML2001、IMPACT2002+和EDIP2003体系,它们大体可将其划分为两类:面向问题的方法和损害为主的方法。最后,在此基础上对这几种评价方法体系作了论述与比较。关键词 生命周期评价;EDIP97;EPS2000;Ecoindicator99;CML2001;IMPACT2002+;EDIP2003中图分类号 X821 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)32-13923-03OutlineandContrastAnalysisofLifeCycleAssessmentMethodologiesDUANNingetal (FacultyofEnvironmentalEngineeringofChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430073)Abstract Thecurrentlifecycleassessment(LCA)methodologiesareoverviewedbriefly,suchasEDIP97,EPS2000,Ecoindicator99,CML2001,IMPACT2002+andEDIP2003,whichcanberoughlydividedintotwocategories:Problem-orientedapproachanddamage-ori-entedapproach.Atlast,thesemethodologiesarediscussedandcomparedbasedonthat.Keywords Lifecycleassessment(LCA);EDIP97;EPS2000;Ecoindicator99;CML2001;IMPACT2002+;EDIP2003
生命周期评价(Lifecycleassessment,LCA)最早出现在20世纪60年代末至70年代初的美国。对生命周期评价的定义,目前常见的有以下2种。一是国际环境毒理学和化学学会(SETAC)对LCA的定义:通过对能源、原材料的消耗及“三废”的排放的鉴定及量化来评估一个产品、过程或活动
[2]
对环境带来负担的客观方法。二是国际标准化组织(ISO)对LCA的定义:汇总和评估一个产品(或服务)体系在其整个生命周期期间的所有投入及产出对环境造成潜在影响的
[3]
方法。
1 生命周期评价的方法体系
随着生命周期评价在各行业中的应用日趋广泛,其方法体系也在不断发展。目前,国内外常用生命周期评价方法体系主要有:EnvironmentalDesignofIndustrialProducts1997(EDIP97)、EnvironmentalPriorityStrategiesinProductDevel-opment2000(EPS2000)、Ecoindicator99、CentreofEnviron-mentalScience2001(CML2001)、IMPACT2002+和Environ-[1]
mentalDesignofIndustrialProducts2003(EDIP2003)体系(表1)。
表1 生命周期影响评价方法体系Table1 Lifecycleassessmentmethodologies
方法MethodEDIP97EPS2000Ecoindicator99CML2001IMPACT2002+EDIP2003
出版情况PublicationsituationWenzel等,1997年[Steen,1999年
[5]
[6]4]
Goedkoop等,1999年Guinée等,2001年
[7]
Jolliet等,2003年[8]
Hauschild和Potting,2005年
[9]
1.1 EDIP97 EDIP97方法是20世纪90年代中期丹麦技
术大学、几个丹麦的工业公司以及丹麦环境保护局4年努力的结果,于1997年出版
[4]
。
EDIP97体系可分为全球变暖、酸化、富营养化、人体毒性、生态毒性、臭氧消耗、光化学臭氧诱导形成的潜在影响7个类型,如表2所示。
[4]
表2 EDIP97影响类型、标准化和权重
Table2 Impactcategories,normalizationandweightofEDIP97
影响类型Impactcategory
人类毒性(土壤)Humantoxicity(soil)
光化学臭氧形成,高NOhotochemicalozoneformation-highNOxPx光化学臭氧形成,低NOhotochemicalozoneformation-lowNOxPx人体毒性(空气)Humantoxicity(air)生态毒性(土壤)Ecotoxicity(soil)生态毒性(水体)Ecotoxicity(water)富营养化Eutrophication
人类毒性(水体)Humantoxicity(water)平流层臭氧消耗Stratosphericozonedepletion全球变暖(100年)Globalwarming(100years)酸化Acidification
标准化基准值Normalizationreferencevalue数值Value 12725256.09E+109.64E+53.52E+555500000.1038700
36
单位Unit
3msoil/kg
权重Weight
1.21.31.31.11.01.21.21.363.01.11.3
kg乙烯当量kg乙烯当量mair/kg
333
msoil/kgmwater/kg
-kgNO量3当mwater/kgkgCFC-11当量kgCO量2当kgSO2当量
3
1.2 EPS2000 EPS是一种环境审计方法,描述环境(变化)的影响类型有:生物多样性、产品、人类健康、资源和美学
价值。参照产品支出意愿(WTP)对这些影响指标取值以避
作者简介 段宁(1976-),女,湖北武汉人,在读博士,讲师,从事环境
评价、污染控制等方面的研究。
免对环境保护目标的负面影响,如表3所示。通过WTP来评价原材料和资源,产品设计则选择有利于原材料再生的工艺流程。ESP方法在1990年仅作为LCA的一个概念性的工具被提出
[10]
。Steen从1996年至2001年对该方法进行了研
[5,10]
发,提出了EPS2000。
、
13924 安徽农业科学 2008年
排放以及风险评价和环境影响的评价模型所需数据。EPS方法应用于LCA是利用资源和排放影响指标加权的方式,
用产品生产的单个流程的清单结果乘以相应的指标,并求和得到总的影响值。
[5]
表3 EPS保护目标、相关影响的类型和权重[5]
Table3 EPSsafeguardsubjects,relatedimpactcategoriesandweight
保护目标Safeguardsubject人类健康Humanhealth
影响清单/Impactcategory
预期寿命Lifeexpectancy严重的发病率Severemorbidity发病率Morbidity严重干扰Severenuisance
干扰Nuisance
生态系统生产能力
Ecosystemproductioncapacity
作物生长的能力Cropgrowthcapacity木材生长能力Woodgrowthcapacity
鱼类和肉类生产能力Fishandmeatproductioncapacity土壤酸化Soilacidification
灌溉用水生产能力Productioncapacityforirrigationwater饮用水生产能力Productioncapacityfordrinkingwater
生物多样性Biodiversity
物种灭绝Speciesextinction
单位Unit人/a人/a人/a人/a
人/akgkgkg摩尔H当量kg
kg-+
权重Weight8.5E+41.0E+51.0E+41.0E+4
1.0E+31.5E-14.0E-21.01.0E-23.0E-33.0E-21.1E+11
1.3 Ecoindicator99 1999年,Goedkoop和Spriensma提出
了LCA的新方法“Ecoindicator99”。该方法考虑的影响类型主要有酸化、水体富营养化、生态毒性、土地的占领、土地占用、致癌物质、气候变化、电离辐射、臭氧层损耗、呼吸系统的影响、化石燃料和矿物开采。Ecoindicator99损害因素主要指造成温室效应和臭氧层消耗的物质。损害类型分为人类健康、生态系统质量和资源3类。Ecoindicator99评价因子计算的3个步骤:①针对不同的影响清单计算污染物或资源使用的损害因素;②不同级别
损害目录中损害因素的标准化;③3种损害类型的权重和
[6]
Ecoindicator99损害因素加权的计算。1.4 CML2001 CML2001是莱顿大学环境研究中心在2001年所发表的一种方法。该方法考虑的影响被分成3个大类:材料和能源(非生物和生物资源的消耗)的消耗,污染(温室效应的加强、臭氧层耗竭、人类毒性、生态毒性、酸化、其他)和损害,如表4所示。该方法是面向问题的方法,是基于传统生命周期清单分析特征及标准化的方法,采用中间点分析减少了假设的数量和模型的复杂性。
[7]
[7]
表4 CML2001方法体系中影响类型、指标和权重
Table4 Impactcategories,indicatorandweightofCML2001
影响类型Impactcategory酸化Acidification
气候变化(100年)Climatechange(GWP100a)富营养化Eutrophication
新鲜水水生生态毒性(100年)Freshwateraquaticecotoxicity(FAETP100a)
新鲜水水生生态毒性(无限时间跨度)Freshwateraquaticecotoxicity(FAETPinfinite)新鲜水沉积物生态毒性(100年)Freshwatersedimentecotoxicity(FSETP100a)
新鲜水沉积物生态毒性(无限时间跨度)Freshwatersedimentecotoxicity(FSETPinfinite)人体毒性(100年)Humantoxicity(HTP100a)
人体毒性(无限时间跨度)Humantoxicity(HTPinfinite)土地利用Landuse
海洋生态毒性(100年)Marineaquaticecotoxicity(MAETP100a)
海洋生态毒性(无限时间跨度)Marineaquaticecotoxicity(MAETPinfinite)海洋沉积物毒性(100年)Marinesedimentecotoxicity(MSETP100a)
海洋沉积物毒性(无限时间跨度)Marinesedimentecotoxicity(MSETPinfinite)光化学烟雾(高NO)photochemicalsmog(highNOxx)光化学烟雾(低NO)photochemicalsmog(lowNOxx)
平流层臭氧消耗(稳态)Stratosphericozonedepletion(steadystate)陆地生态毒性(100年)Terrestrialecotoxicity(TAETP100a)
陆地生态毒性(无限时间跨度)Terrestrialecotoxicity(TAETPinfinite)
标准化基准值Normalizationreferencevalue数值Value3.35E+114.15E+131.32E+111.81E+122.04E+121.89E+122.46E+125.67E+13
5.71E+131.24E+141.90E+125.12E+142.40E+124.69E+149.59E+108.69E+105.15E+81.40E+112.69E+11
单位Unit
kgSO2当量/akgCO2当量/akgPO量/a4当kg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/am/akg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/akg乙烯当量/akg乙烯当量/akgCFC-11当量/akg1,4-DCB当量/akg1,4-DCB当量/a
2
注:影响类型年限通常有20、100、500年和无限时间跨度,这里由于篇幅的原因,只列出100年和无限时间跨度的情况。
Note:Impactcategoryperiodsareusually20,100and500yearsandinfinitetimespan.Aslimitedbythescopeofthisthesis,onlythe100yearsandinfinite
timespanarelisted.
[7]
1.5 IMPACT2002+ IMPACT2002+是瑞士联邦技术研究所Lausanne(EPFL)最早开发的影响评价方法
[8]
CML中间点为基础的指标和基于损害的方法Ecoindicator99。其中,人类毒性和水生及陆地的生态毒性因素采取IMACT[10]
[6]
,也是目
前提出的实施中间点/损害相结合的可行方法。它利用以。
36卷32期 段宁等 生命周期评价方法体系及其对比分析13925
由图1可知,将所有类型的生命周期清单(LCI)结果通过14个中间点类型(人类毒性、呼吸的影响、电离辐射、臭氧层消耗、光化学氧化、水生生态毒性、陆地生态毒性、土壤酸化、水产酸化、水体富营养化、土地占用、全球气候变暖、非可再生能源、矿物开采)连接到损害类型(人类健康、生态系统质量、气候变化、资源)的IMPACT2002+框架。箭头象征着已知的相关影响途径或假定其影响存在于2个对应元素之
间。不确定的中间点和损害点之间的影响路径显示为虚线箭头。“中间点”表示LCI结果和损害途径之间的中间点。
因此,需要确认1个或多个损害类型的中间点类型,损害指标代表环境的质量变化。用损害指标的量化结果来代表环境质量的变化。在实践中,确定损害指标的量化结果往往使用的是复杂情况的简化模型,其结果只能是一个粗糙的近似结果。1.6 EDIP2003 EDIP2003是EDIP97改进的方法,
增加了
图1 通过中间点类型将LCI结果连接到损害类型的IMPACT2002+总体框架[
8]
[8]
Fig.1 IMPACT2002+overallschemeoflinkingLCIresultsviathemidpointcategoriestodamagecategories
一些在空间上有区别的特征模型。相比EDIP97,EDIP2003对于所有非全球性影响的类型,大部分采用了因果关系链。
对于一些影响类型,模型还考虑了环境背景和目标体系的脆弱性。因此,计算出的影响结果,其环境相关性是较高的,即预计的结果更好地与观察到的物质的实际环境影响取得一致,而且更容易、更明确地解释对环境的破坏。对于每一个非全球性影响类型,EDIP2003开发了新的特征因素及标准化参数:酸化、陆地水体富营养化、植物光化学臭氧接触、人类光化学臭氧接触、水体富营养化、通过空气接触的人类毒性和生态毒性。另外,对于全球气候变暖及平流层臭氧损耗的全球影响的特征因素,参照联合国政府间气候变化工作小
组(IPCC)和气象组织/环境署提出最新的建议加以改进。2 生命周期评价的方法体系的对比
综上所述,概括起来LCA分为2类:面向问题(中间点)的方法和损害为主(终结点)的方法。中间点的方法是对与气候变化、酸化、富营养化、潜在的光化学臭氧生成和人类的毒性相关的环境影响进行评价,可以使用CML2001、EDIP97、EDIP2003和IMPACT2002+体系。终结点的方法是划分为各种环境主题,对每一个和人类、自然环境和资源相关的主题造成的损害进行建模。Ecoindicator99和IMPACT2002+体系可用于以造成的损害为导向的方法分析如表5所示。
[11]
。其对比
表5 生命周期评价方法体系对比
Table5 Comparisonoflifecycleassessmentmethodologies
方法MethodologiesEDIP97EPS2000
优点Advantages
缺点Disadvantages
较早提出的易于操作的生命周期评价体系,预测结果和观其因果关系链不十分完善。对于一些影响类型,模型没考虑其
察到的环境影响较一致,易于解释人类活动对环境的破坏环境背景和目标体系的脆弱性
参照产品支出意愿(WTP)来评价原材料和资源,有利于帮非生物资源加权因素,不能直接参照WTP进行估计,因为资源助企业决策者通过环境审计合理使用原材料及资源,实现枯竭是关系到子孙后代的问题。资源枯竭,提取的费用将增加,节能减排,促进可持续发展直至达到一个常数值代表“可持续生产的成本”,即在很稀释浓
[12]
度中或通过可再生的进程方式提取大量的资源引入了多介质模型,可以描述污染物在不同介质中的迁移没有给出营养物质和酸排放到水体和土壤中的破坏的因素;没转化规律,很好地预测长时间跨度的生态毒性影响有提供氯化氢、硫化氢和重要的营养物质磷酸盐等酸的损害因
素范围;在是否排放到海水中和排放到新鲜水中以相同的方式
[12]
予以处理等是基于传统生命周期清单分析特征及标准化的方法,采用氟化氢(HF)和其他无机化学物质生态毒性难以确定;毒性类型中间点分析减少了假设的数量和模型的复杂性,易于操作中缺乏氟氯化碳(CFC)排放的特性数据,也有可能导致影响评
[12]
价结果的不确定性实施中间点/损害相结合的可行方法,通过14个中间点类IMPACT2002+特性因素的不确定性没有解决。用一些简化的型将LCI结果和4个损害类型连接。用损害指标的量化结模型来量化损害指标,仅得到近似结果,误差较大果来代表环境质量的变化,降低评价的复杂性
是EDIP97的改进,对于所有非全球性影响的类型,大部分标准化的步骤存在问题,如仅考虑一年的排放量,将今天的排放采用了因果关系链,计算出的影响环境相关性较高,且更易量,加上未来排放所造成的今天的进程,然后减去过去的过程所于解释对环境的破坏造成的目前的排放量的部分,以取得标准化的数值。但结果是:
[12]
物质在未来排放的越多,标准化影响值就会越小
Ecoindicator99
CML2001
IMPACT2002+
EDIP2003
(下转第14049页)
36卷32期 王晖等 宁夏引黄灌区复种饲草潜力·效益及发展模式的研究14049
用型的适当生育期品种,采用合理密度、早播早管理、适时收获,可达到最大效益。
由表3可知,大豆和油葵品种的生育期偏短,如果种植收获灌浆末期的全株青饲青贮饲料,使用品种的生育期可以考虑再长7～10d,这样还可以增加一定的饲草产量。复种青贮玉米的饲草产量最高,这也是目前农民最易接受的复种作物模式,生产上主要存在选用的品种生育期偏长、品质差和田间管理不科学等现象。因此,首先建议加强中早熟优质青贮玉米品种的选育工作,选出生育期短于120d的优良品种,现阶段暂时选用中早熟优质的中原单32和中单9409玉米作为复种品种;其次,加强小麦早熟的措施应用,在小麦收获前7d灌水,小麦及时收获后少耕免耕抢时播种,为复种青贮玉米争取较多光热资源和较长的生长发育时间;再次,早施肥早管理,促进复种青贮玉米早生长快发育。争取青贮收获时,玉米生育进程达到生物产量最高、品质最优的灌浆末期。
表3 宁夏引黄灌区主要复种作物种植情况
Table3 PlantingsituationofmainmultiplecropsinYellowRiver
irrigatedareainNingxia
作物Crop青贮玉米Silagecorn大豆Soybean油葵Oilsunflower
7.5～10.5
1.8
1500～2100
15.0～22.5
60.0～75.0
0.5
1050～1800
7.0～10.5
万株/hm
2
从表3中还可以看出,尽管复种大豆和油葵作物饲草产量较低,但是这2种作物能生产出含高营养物质、高能量的
饲料,可部分代替精饲料粮食的饲喂。因此,需要大力发展大豆和油葵饲草的种植,在生产上主要是收获籽粒,选用了生育期较短的极早熟品种,使青饲料产量较低。建议选用中熟期的品种进行复种种植,可增加青饲料的产量,又不会很明显地降低营养品质。4 结语
在发挥现有复种作物、复种栽培的生产潜力时,还要考虑引入其他高营养品质、高效利用宁夏引黄灌区作物生长季中后期光热资源和耕地、高产稳产的新饲草专用型作物品种。鉴于宁夏引黄灌区冬小麦种植面积的不断扩大,还要开展工作,选出适合于冬小麦复种的青饲料作物品种和研究出高产优质种植技术,推进宁夏引黄灌区麦后复种青饲青贮作物的发展。参考文献
[1]桑建人,刘玉兰,郑玲.宁夏太阳能资源的气候学计算及时空分布特征
[J].宁夏工程技术,2007,6(2):108-112.[2]刘德祥,董安祥,邓振镛.中国西北地区气候变暖对农业的影响[J].自
然资源学报,2005,20(1):119-125.[3]陈善毅.我国耕地复种指数继续提高的瓶颈与对策[J].安徽农业科
学,2007,35(21):6560-6561.[4]刘亚柏,储国良,花卫华.玉米秸秆饲料饲喂羊的效果研究[J].江苏农
业科学,2008(1):179-180.[5]刘春晓,吴宏军,王晓燕.青贮玉米利用价值及对奶牛产奶量的影响
[J].内蒙古草业,2004,16(1):4-5,29.[6]杨玉莉.农业领域是吸纳农村剩余劳动力的主渠道[J].理论导刊,2005
(7):49-50,54.
Meanplantheight
2.7
kg/hm
2
t/hm
2
15.0～18.0-60.0～75.0
(上接第13925页)
3 结论
以上几种方法体系在欧美等一些国家已得到广泛应用,并建立了完善的数据库。虽然每一种方法都有其目前无法克服的缺点,但是针对不同行业或不同产品的评价却取得了令人满意的结果,给诸多行业的决策者提供了有价值的参考。而利用任何一种方法进行LCA都存在不确定性,其原因也涉及许多方面,Huijbregts等将其经典的概括为以下几点:①参数不确定性,即对LCI参数的不精确的认识(如物流和物质的属性);②LCI参数时空变异性,即不同年份、不同生产地点参数值的变化;③LCI来源(例如相同产品的不同生产工艺)的可变性,LCA评价对象的可变性;④使用模型的不确定性(例如通过多介质模型大大简化了污染物在环境中的迁移转化);⑤生命周期分析中选择的不确定性(例如应用哪种分配方法、系统边界等
[13][12]
)。如何将上述一些评价体系
进行有机结合,克服LCA方法不确定性的缺陷将成为日后LCA的主要研究方向。参考文献
[1]邓南圣,王小兵.生命周期评价[M].北京:化学工业出版社,2003.[2]JOLLIETO,BRENTA,GOEDKOOPM,etal.TheLCIAframework.
SETAC-UNEP,lifecycleinitialive[M].Swiss:SwissFederalInstituteofTechnologyLausanne,2003.[3]ISO/DIS14040.Environmentalmanagement-lifecycleassessment-part:
principlesandframework[S].1997.
[4]WENZELH,HAUSCHILDM.Environmentalassessmentofproducts[M].
Lond:ChapmanandHall,1997.[5]STEENB.Asystematicapproachtoenvironmentalprioritystrategiesin
productdevelopment(EPS)[M].Sweden:ChalmersUniversityofTechnol-ogy,1999.[6]GOEDKOOPM,SPRIENSMAR.TheEcoindicator99:Adamageoriented
methodforlifecycleimpactassessment[M].TheNetherlands:PRéCon-sultants,Amersfoort,1999.[7]GUIN EJB,GORR EM,HEIJUNGSR,etal.Lifecycleassessment:An
operationalguidetotheISOstandards[M].TheNetherlands:SpatialPlan-ningandEnvironment(VROM)andCentreofEnvironmentalScience(CML),DenHaagandLeiden,2001.[8]JOLLIETO,MARGNIM,CHARLESR,etal.IMPACT2002+:Anewlife
cycleimpactassessmentmethodology[J].IntJLCA,2003,8(6):324-330.[9]HAUSCHILDM,POTTINGJ.BackgroundforspatialdifferentiationinLCA
impactassessment:TheEDIP03methodology[M].Denmark:InstituteforProductDevelopmentTechnicalUniversityofDenmark,2005.[10]PENNINGTOND,MARGNIM,AMMANNC,etal.Multimediafateand
humanintakemodeling:Spatialversusnonspatialinsightsforchemicale-missionsinwesterneurope[J].EnvironSciTechnol,2005,39:1119-1128.[11]OSCARO,FRANCESCC,GUIDOS.Sustainabilityintheconstructionin-dustry:AreviewofrecentdevelopmentsbasedonLCA[J].Construction
andBuildingMaterials,2008,10:1-12.[12]FRISCHKNECHTR,JUNGBLUTHN,ALTHAUSH,etal.Implementation
oflifecycleimpactassessmentmethods[M].Swiss:SwissCentreforLifeCycleInventories,2007.[13]HUIJBREGTSM,STRUIJSJ,GOEDKOOPM,etal.Humanpopulation
intakefractionsandenvironmentalfatefactorsoftoxicpollutantsinlifecycleimpactassessment[J].Chemosphere,2005,61:1495-1504.