楊曉夢，孫建平，劉志佳，馬 俊，孫 文

(1.東北林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150040；2.國際竹藤中心 竹藤科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，北京 100102；3.廣西大學(xué) 林學(xué)院，南寧 530004)

我國是世界上主要產(chǎn)竹國家，竹子也是我國重要的森林資源，隨著全球森林資源逐漸減少，生態(tài)環(huán)境的危機(jī)日益突出，竹子以其獨特的優(yōu)勢也越來越突顯出它的價值[1-3]。它不僅生長快、易繁殖、生命力強(qiáng)、產(chǎn)量高，它獨特的材性也是其他材料所不可比擬的。目前我國的竹資源呈現(xiàn)明顯的增長趨勢，這對于生產(chǎn)各種竹制品，發(fā)展竹產(chǎn)業(yè)提供了非常有利的條件[4-7]。

LCA(Life Cycle Assessment)即生命周期評價，核心就是對于材料或者產(chǎn)品的整個生命流程從制造、使用、回收、廢棄與處置等全過程中的環(huán)境影響進(jìn)行綜合評價，又被稱為從“搖籃到墳?zāi)埂钡姆治鯷8]。盡管竹材一直以來被認(rèn)為是一種環(huán)保的材料，但是國內(nèi)外對它進(jìn)行定性定量的環(huán)境影響評估卻不多見，隨著生命周期評價理論的日趨完善，在竹材研究領(lǐng)域也取得了一定的進(jìn)展。目前國內(nèi)外的研究方向大多集中在竹材作為建筑材料、竹地板以及與其他材料的生命周期評價進(jìn)行對比分析，在其他具體的竹制品方面沒有過多涉及，但是作為從竹地板到竹家具的轉(zhuǎn)型和升級發(fā)展的趨勢，對于竹制家具進(jìn)行模式構(gòu)建有利于竹產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)。經(jīng)過實踐總結(jié)，模式的構(gòu)建對于后期工作的開展至關(guān)重要[9-10]。本文基于國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，對竹制品的生命周期評價模式進(jìn)行構(gòu)建，希望能對后續(xù)的研究和企業(yè)的產(chǎn)品決策提供直觀的參考依據(jù)。

根據(jù)ISO14040標(biāo)準(zhǔn)定義的技術(shù)框架，一套完整的生命周期評價評價包含目標(biāo)和范圍的確定、清單分析、影響評價和結(jié)果解釋4個階段[11]。該評價系統(tǒng)包含了產(chǎn)品或工藝的整個生命周期流程，從原材料的獲取、加工、生產(chǎn)、運輸、使用、廢棄一直到最后的循環(huán)再利用。

1 研究目標(biāo)和范圍

首先應(yīng)確定研究的目標(biāo)范圍(goal and scope definition)和功能單位，對于家具的生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行生命周期評價研究，目的在于量化各階段的關(guān)鍵影響因素，分析其原因，為采取合理的改進(jìn)措施提供可靠依據(jù)。如果是板式家具，功能單位可以定義為1 m3的板材[12]，如果對于不同材質(zhì)的兩種家具產(chǎn)品LCA進(jìn)行比較，例如兩把不同材質(zhì)的椅子，假設(shè)它們在房間內(nèi)使用了相同的時間，那兩者的功能單位就是一樣的，因為它們滿足人們的需求是相同的。

不同的產(chǎn)品會有不同的系統(tǒng)邊界，根據(jù)既定好的系統(tǒng)邊界確定研究應(yīng)該包括以下幾個系統(tǒng)(以竹材板式家具為例)：

(1)竹材從林場運到板材生產(chǎn)企業(yè)的原料堆放場地。

(2)竹集成板(竹重組材)的制造，包括選材、鋸截、粗刨、蒸煮、干燥、涂膠、膠拼、芯層刨光、整板膠合、開料、砂光和包裝入庫等各個工序。

(3)竹家具基材的運輸，從基材制造廠到家具制造廠。

(4)竹材板式家具的制造，包括開料、砂光、銑邊、鉆孔、鏤銑、精細(xì)砂磨、涂飾、五金裝配、包裝等各個工序。

(5)家具產(chǎn)品的運輸，從家具制造企業(yè)到零售商或用戶。

(6)家具的使用階段，考慮到在不同地域、不同環(huán)境下的具體使用會有千差萬別，且能耗消耗很少，暫不考慮。

(7)家具的廢棄處置和回收利用階段，大量的生命周期評價結(jié)果表明，產(chǎn)品用后處理階段的環(huán)境問題十分嚴(yán)重[13]。從歷史上看，已經(jīng)找到了普遍使用的既定的方法，例如以焚化和回收比較作為廢物的管理選項[14]。

2 清單分析

確立了目標(biāo)范圍后，要建立每個階段輸入和輸出的數(shù)據(jù)，清單分析(life cycle inventory analysis，LCI)是對產(chǎn)品、工藝或活動在其整個生命周期階段的資源、能源消耗和向環(huán)境的排放(包括廢氣、廢水、固體廢棄物及其他環(huán)境釋放物)進(jìn)行數(shù)據(jù)量化分析[15]。本文以竹家具為例的主要清單分析見表1～表3。

完整的清單數(shù)據(jù)采集除去上述3項，還應(yīng)包括企業(yè)的基本信息調(diào)查表(企業(yè)的名稱、規(guī)模、生產(chǎn)線條數(shù)及規(guī)模、主要產(chǎn)品及年產(chǎn)量等)、輔助材料消耗及修復(fù)再利用(廠房、折舊等)、工藝流程表(即從原材料開采到成品生產(chǎn)結(jié)束的具體工藝環(huán)節(jié)制品的規(guī)格、數(shù)量等)等，這要依企業(yè)生產(chǎn)的實際情況而定。

表1 竹家具企業(yè)能源及綜合利用調(diào)研表

表2 竹家具企業(yè)資源及綜合利用調(diào)研表

注明每種原料及所利用廢物的具體名稱。

表3 竹家具企業(yè)廢物產(chǎn)生及循環(huán)利用調(diào)研表

3 影響評價(Life Cycle Impact Assess-ment，LCIA)

由于各種因子對于環(huán)境影響的程度不同，根據(jù)上述的清單分析的數(shù)據(jù)需進(jìn)行影響評價，需要將清單分析的結(jié)果與相關(guān)的影響類型相結(jié)合，從環(huán)境的角度審查所研究產(chǎn)品系統(tǒng)對環(huán)境的影響潛值[12]。它是對清單階段所辨識出來的環(huán)境負(fù)荷影響進(jìn)行定量和(或)定性的描述和評價[16]。雖然目前LCA的理論研究已經(jīng)很成熟，但是評價方法卻不能很好的統(tǒng)一，國內(nèi)外常用的方法有EDIP 97、EPS 2000、Ecoindicator 99和CML 2001等。不同的評價方法將使用不同的標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)值和權(quán)重因子，因此采用適合的方法對于評價結(jié)果尤為重要[17]。本文嘗試采用中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心以EDIP方法為基礎(chǔ)所建立的評價參數(shù)[18]。

3.1 分 類

將清單中的污染物納入各種影響類型，見表4，例如CO2和CH4都屬于溫室氣體，所以歸為全球變暖類別中。

3.2 特征化

按照影響類型建立清單數(shù)據(jù)模型，將分類后的進(jìn)行匯總，以參考物為基礎(chǔ)為同一類的其他物質(zhì)的潛在影響做估算。例如各種溫室效應(yīng)氣體的環(huán)境影響，全部以CO2當(dāng)量來表示[19]，酸化的特征因子以SO2為基準(zhǔn)等。

表4 竹家具生產(chǎn)過程中污染物的環(huán)境影響類型

3.3 標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)表5中的當(dāng)量因子PF可計算出環(huán)境影響潛值：

EP(j)=∑EP(j)i=∑[Qi×PF(j)i]。

(1)

式中：EP(j)為產(chǎn)品對第j種潛在環(huán)境影響的貢獻(xiàn)；EP(j)i為第i種排放物質(zhì)對第j種潛在環(huán)境影響的貢獻(xiàn)；Qi為第i種物質(zhì)排放量；EF(j)i為第i種排放物質(zhì)對第j種潛在環(huán)境影響的當(dāng)量因子。

表5 竹家具生產(chǎn)過程中環(huán)境影響類型中主要環(huán)境脅迫因子的當(dāng)量[19]

得到上述的特征化值并不能準(zhǔn)確的判定該影響類型的重要程度，需要將特征化值除以一個標(biāo)準(zhǔn)化參考因子，得到一個無量綱的量[19]。這個標(biāo)準(zhǔn)化的因子即為我國相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)人當(dāng)量基準(zhǔn)：

ER(j)90=EP(j)90/Pop90。

(2)

式中：ER(j)90為1990年全球(或中國)人均環(huán)境影響潛值；EP(j)90為1990年全球(或中國)總的環(huán)境影響潛值；Pop90為1990年全球(或中國)人口。

表6 中國環(huán)境影響潛值標(biāo)準(zhǔn)人當(dāng)量基準(zhǔn)值和權(quán)重[20]

注：ERp為1990年各地區(qū)及全國標(biāo)準(zhǔn)化人當(dāng)量基準(zhǔn)值，WFT2000為根據(jù)2000削弱目標(biāo)確定的權(quán)重

經(jīng)計算，中國環(huán)境影響潛值標(biāo)準(zhǔn)人當(dāng)量基準(zhǔn)值見表6。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)人當(dāng)量基準(zhǔn)ER(j)90，標(biāo)準(zhǔn)化后的環(huán)境影響潛值NEP(j)為：

NEP(j)=EP(j)/ER(j)90。

(3)

3.4 加 權(quán)

不同的影響類型經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后得出相同的數(shù)值，并不意味它們的潛在環(huán)境影響一樣，需要對不同影晌類型的重要性進(jìn)行排序，即賦予權(quán)重[16]。

環(huán)境影響權(quán)重WF(j)計算公式為：

WF(j)=ER(j)90/ER(j)T2000。

(4)

經(jīng)計算，中國環(huán)境影響潛值權(quán)重因子見表6。

加權(quán)后的環(huán)境影響潛值WEP(j)為：

WEP(j)=WF(j)×NEP(j)=WF(j)×EP(j)/ER(j)90。

(5)

式中：WF(j)為j種環(huán)境影響的權(quán)重因子；NEP(j)為標(biāo)準(zhǔn)化后的j種環(huán)境影響潛值。

4 竹家具產(chǎn)品LCA的注意事項

盡管家具產(chǎn)品的LCA是比較復(fù)雜的，牽涉到的前端流程很長，涉及到很多材料、能源的加工，但是國內(nèi)材料方向的研究已經(jīng)有很大進(jìn)步，兩者之間存在著通用性的原則，加之它們都有著相同的分析流程，可以很大程度上提供借鑒和參考。

但是只靠借鑒和參考相關(guān)領(lǐng)域來彌補本領(lǐng)域的空白是不可能解決所有問題的，在對竹家具產(chǎn)品LCA進(jìn)行實際的系統(tǒng)化理論研究過程中，會遇到一些問題。

4.1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)難以調(diào)研

本研究最關(guān)鍵的是必須深入企業(yè)調(diào)研得到準(zhǔn)確的一手?jǐn)?shù)據(jù)和資料，由于企業(yè)對于內(nèi)部數(shù)據(jù)可能存在保留權(quán)，擔(dān)心數(shù)據(jù)泄漏會影響到企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，數(shù)據(jù)的可供性會是很大的一個難題。

4.2 專業(yè)檢測復(fù)雜

竹家具在生產(chǎn)過程中對環(huán)境產(chǎn)生影響的排放廢棄物主要為廢水、廢氣、固體廢棄物的排放及噪聲污染。在考慮廢水時應(yīng)檢測出廢水中含有的懸浮物、CODcr、BOD5和pH值等，固體廢棄物應(yīng)考慮邊角料、纖維和砂光粉等含量，廢氣污染物主要有SO2、NOx、煙塵和苯、二甲苯等。上述的數(shù)據(jù)收集都需要根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)運用相應(yīng)的儀器進(jìn)行檢測。每個環(huán)節(jié)都需要大量重復(fù)的數(shù)據(jù)，根據(jù)企業(yè)各生產(chǎn)部門實際測的數(shù)據(jù)及自行測量所得。其中有些數(shù)據(jù)為企業(yè)依靠相關(guān)的檢測部門，應(yīng)用各種測量儀表實時記錄數(shù)據(jù)，可靠性強(qiáng)；一部分?jǐn)?shù)據(jù)由技術(shù)人員及相關(guān)管理人員自行收集，往往比較直觀，但不可避免的具有測量誤差。

5 結(jié)束語

有了合理可行的模式構(gòu)建，分析流程做到完善，然后采集到可靠的數(shù)據(jù)，結(jié)果才能有借鑒意義。運用上述構(gòu)建的模式，可以為各種竹制品評價提供最基礎(chǔ)的參考模型，給以合理的結(jié)果解釋，有利于科學(xué)的分析竹材的環(huán)境協(xié)調(diào)性，實現(xiàn)竹材行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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