产品生命周期管理
• 生命周期：
• 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。
• 一种产品从原料采集、原料制备、产品制造和
加工、包装、运输、分销，消费者使用、回用
和维修，最终再循环或作为废物处理等环节组
成的整个过程的生命链。
1
应用于工业企业部门
• ①产品系统的生态辨识与诊断。通过从摇篮到坟墓
的分析，识别对研究影响最大的工艺过程和产品寿
命阶段。另外，也可以评估产品的资源效益，即对
能耗，物耗进行全面平衡，一方面降低能耗、物耗
从而降低产品成本；另一方面，帮助设计人员尽可
能采用利于环境的原材料和能源。
• ②产品环境影响评价与比较。以环境影响最小化为
目标，分析比较某一产品系统内的不同方案或者对
替代产品（或工艺）进行比较。例如通过分析燃油
汽车和电力汽车，发现电力汽车的环境影响并不象
通常认为的很小，而是要大于燃油汽车。
2
• ③生态产品设计与新产品开发。直接将LCA
应用于新产品的开发与设计中。
• ④再循环工艺设计。大量的LCA工作结果表
明，产品用后处理阶段的问题十分严重，
解决这一问题需要从产品的设计阶段就考
虑产品用后的拆解和资源的回收利用。
3
LCA应用于政府环境管理部门和国
际组织
• 可借助于LCA进行环境立法和制定环境标准和
产品环境标志。
• ①制定环境政策和建立环境产品标准。在环境
政策与立法上，很多发达国家已经借助于LCA
，制定“面向产品的环境政策”。
• ②实施生态标志计划。客观上促进了生态产品
的设计、制造、技术的发展，为评估和区别普
通产品与生态标志产品提供了具体的指标，客
观上也刺激了生态产品的消费。
• ③优化政府的能源、运输和废物管理方案，
LCA能够很好的支持政府的环境规划。
4
• ④向公众提供有关产品和原材料的资源信息。
与产品有关的环境数据和信息，全球尚无统一
的来源，各国都在积极开展有关的数据收集、
整理工作。
• 例如美国国家环保局开展了大量的LCA研
究，已经积累了一些主要的化学品的大量数据，
成为产品设计和使用的第一手科学背景资料。
荷兰资源环境部开展了“生态指标”计划，目
前已经提出了100种原材料和工艺的生态指标，
直接为设计人员选择原材料和生态工艺提供定
量化的支持。
5
• ⑤国际环境管理体系的建立。LAC直接促进了国际
环境管理体系的制定。以1992年联合国环境与发展
大会所通过的国际环境管理纲要为契机，国际标准
化组织（ISO）于1993年6月成立了ISO/TC207“环
境管理委员会”，开始起草ISO14000环境管理体
系标准，与已被80多个国家和地区所广泛采用的
ISO9000标准不同，ISO14000体系不仅关注产品的
质量，而且对组织的活动、产品和服务，从原材料
的选择、设计、加工、销售、运输、使用到最终废
弃物的处理进行全过程的管理。该标准旨在促进全
球经济发展的同时，通过环境管理国际标准来协调
全球环境问题，试图从全方位着手，通过标准化手
段来有效地改善和保护环境，满足经济持续增长的
需求。
6
LCA用于消费者组织
• 消费者组织主要利用LCA指导消费者进行环
境友好产品的消费以及对公众行动进行全
过程的环境评价。
7
生命周期评价方法
①目标定义和范围界定
②清单分析
③生命周期影响评价
④改善评价
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目标与范围确定
• 确定目标和范围是LCA研究的第一步。一般需
要先确定LCA的评价目标，然后根据评价目标
来界定研究对象的功能、功能单位、系统边界、
环境影响类型等等，这些工作随研究目标的不
同变化很大，没有一个固定的模式可以套用，
但必须要反映出资料收集和影响分析的根本方
向。另外，此研究是一个反复的过程，根据收
集到的数据和信息，可能修正最初设定的范围
来满足研究的目标。在某些情况下，由于某种
没有预见到的限制条件、障碍或其它信息，研
究目标本身也可能需要修正。
9
清单分析
• 清单分析的任务是收集数据，并通过一些
计算给出该产品系统各种输入输出，作为
下一步影响评价的依据。输入的资源包括
物料和能源，输出的除了产品外，还有向
大气、水和土壤的排放。在计算能源时要
考虑使用的各种形式的燃料和电力、能源
的转化和分配效率以及与该能源相关的输
入输出。
10
影响评价
• 在LCA从中，影响评价是对清单分析中所辨识
出来的环境负荷的影响作定量或定性的描述和
评价。影响评价方法目前正在发展之中，一般
都倾向于把影响评价作为一个“三步走”的模
型，即影响分类、特征化和量化评价。
① 影响分类
② 特征化
③ 量化评价
• 。
11
影响分类
• 将从清单分析得来的数据归到不同的环境
影响类型。影响类型通常包括资源耗竭、
人类健康影响和生态影响3个大类。每一大
类下又包含有许多小类，如在生态影响下
又包含有全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、
光化学烟雾和富营养化等。另外，一种具
体类型，可能会同时具有直接和间接两种
影响效应
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特征化
• 特征化是以环境过程的有关科学知识为基
础，将每一种影响大类中的不同影响类型
汇总。目前完成特征化的方法有负荷模型、
当量模型等，重点是不同影响类型的当量
系数的应用，对某一给定区域的实际影响
量进行归一化，这样做是为了增加不同影
响类型数据的可比性，然后为下一步的量
化评价提供依据。
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量化评价
• 量化评价是确定不同影响类型的贡献大小，
即权重，以便能得到一个数字化的可供比
较的单一指标。
14
改善评价
• 根据一定的评价标准，对影响评价结果做
出分析解释，识别出产品的薄弱环节和潜
在改善机会，为达到产品的生态最优化目
的提出改进建议。
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硅酸盐水泥各种生产工艺LCA方法
• 近20年来，我国水泥产量一直位居全球第一，但另
一方面，水泥生产工艺落后的问题仍然十分突出。
统计表明，2004年我国立窑工艺、湿法回转窑工艺
和新型干法工艺生产的水泥产量所占比重分别为
59.%、%和%，新型干法工艺生产水泥产量
不到总产量的1/3。巨大的水泥生产规模和落后的生
产工艺不仅加剧资源和能源紧张态势，而且排放大
量污染物。就能源消耗而言，统计表明，2003年全
国水泥工业消耗能源×108t标准煤，约占全国能
源总耗量的6%，而同年度水泥工业总产值
(×1011元)，仅占国内生产总值的%。在水
泥生产过程中，排放的污染物包括废气、废水和噪
声等，以废气尤其是颗粒物为主。
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• 水泥生产有3种典型工艺，即立窑工艺、湿
法回转窑工艺和新型干法工艺。对这三种
工艺进行生命周期评价，从而得到不同工
艺生产水泥的环境负荷，为水泥的环境性
能改善、新工艺和新技术的发展提供方向
和指导。
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目标和范围的确定
• 功能单位：1kg 等级硅酸盐水泥；
• 评价目标：确定不同工艺生产功能单位水泥的环境
负荷。
• 评价范围：基于生命周期理论，评价范围界定为水
泥产品的厂内生产过程及其周边环境。
• 其中：
• 厂内生产过程是指原料依次经过预处理、生料粉磨、
煅烧、熟料磨和水泥均化等工序，最终成为水泥产
品的生产全过程。
• 周边环境是指外部资源和能源的投入和污染物的排
放等。
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原料、能源消耗和污染物排放清单
• 原料组分：石灰石、石膏、粘土和铁粉等；在干法
生产工艺中，除这些组分外，还包括掺入粉煤灰和
矿渣等工业废渣。
• 能源消耗：各生产工序的电耗和煤耗；
• 污染物：颗粒物、SO2、NOX和CO2等。
• 在比较不同水泥生产工艺的环境影响时，未考虑不
可再生资源和颗粒物排放造成的环境影响以及污染
物对人体健康的影响。
• 根据上述评价范围和数据确定方法，可得到典型水
泥生产工艺的资源、能源消耗和污染物排放数据如
下表所示。
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项目 立窑工艺 湿法工艺 干法工艺
水泥原料
石灰石
粘土 —
石膏
铁粉
粉煤灰 — —
矿渣 — —
能源消耗
标准煤
电力/kWh
污染物排
放
颗粒物 4 4 4
二氧化硫 4 4 4
氮氧化物 3 3 3
二氧化碳
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影响评价
• 对于水泥生产来说，主要影响类别包括不
可再生资源消耗(ADP)、不可再生能源消耗
(EDP)、温室效应(GWP)、人类健康损害
(HT)、环境酸化(AP)和营养化作用(NP)等6
项。为了比较不同环境影响类别的作用程
度，必须将各环境影响类别转化为同一标
准下的量化数据，可用各环境影响类别的
环境负荷当量数与世界环境负荷的总当量
数之比值表示，称之为环境污染相对指数，
详见下表。
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单位/a 立窑工艺 湿法工艺 干法工艺
不可再生
资源消耗
(ADP)
10-14
不可再生
能源消耗
(EDP)
10-14
温 室 效 应
(GWP) 10
-14
环境酸化
(AP) 10
-14
营养化作
用(NP) 10
-14
人类健康
损害(HT) 10
-14
22
•
• 从表中数据，干法工艺水泥生产的环境影
响远低于立窑工艺和湿法工艺。考虑到现
阶段先进的干法工艺产量在我国水泥总产
量中所占比重还较低，因此通过行业结构
调整，用干法工艺替代其他工艺，是降低
我国水泥生产环境负荷的有效途径。
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四种通用工程塑料的生命周期评价
• 采用LCA方法比较PE、PP、GPPS、PVC4大通用
工程塑料的环境影响,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。
• 在评估4大材料生命周期的环境影响时，研究的起
止点放在原油的开采、原油的运输、原油的提炼、
聚合体的生产、废物处置方面，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
弃物处置中被普遍采用的。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。评价范围选
用的功能单元是1000kg。4种材料的实际工艺流程
图和每一生产过程的数据如下。
24
25
1000kgPE，PP，GPPS，PVC资
源消耗化合物 消耗的资源/kg 化合物 消耗的资源/kg
原油 原盐 原油 原盐
PE - GPPS -
PP - PVC
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1000kgPE，PP，GPPS，PVC能
耗与排放
材料 工序 CO2/kg SO2/kg 其它/kg 废水/t 废渣/kg
能耗
/MJ
聚
乙
烯
原油开采
原油运输
原油分馏
NOx：
×10-5
石脑油等
裂解
7
NOx：
2
裂解气分
离
8
PE生产
3
乙烯：
废弃填埋
NOx：
CH4：
27
材料 工序
CO2
/kg
SO2
/kg
其它
/kg
废水
/t
废渣
/kg
能耗/MJ
聚
丙
烯
原油开采
原油运输
原油分馏
石脑油等
裂解
NOx：
裂解气分
离
1
PP生产
烃类：
8
废弃填埋
NOx：
CH4：
28
材料 工序
CO2
/kg
SO2
/kg
其它
/kg
废水
/t
废渣
/kg
能耗/MJ
聚苯
乙烯
原油开采
原油运输
原油分馏
NOx：
×10-5
石脑油等
裂解
NOx：
裂解气分离
芳烃提取
乙烯和苯
烷基化
乙苯脱氢
GPPS生产 NOx：
废弃填埋
NOx：
CH4：
29
材料 工序
CO2
/kg
SO2
/kg
其它
/kg
废水
/t
废渣
/kg
能耗
/MJ
聚氯
乙烯
原油开采
原油运输
原油分馏
石脑油等
裂解
NOx：
裂解气分
离
氯气生产
Cl2：
×10-5
4
氯乙烯生
产
EDC：
CO：
6
PVC生产
VCM：
PVC：
废弃填埋
NOx：
CH4：
30
• 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5个方面。分
别针对PE、PP、GPPS、PVC这4种材料
进行了比较，结果如图所示
31
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• GPPS在资源消耗、能源消耗、废气排放及废渣排
放中影响最大，PVC在能源消耗、废气排放及废渣
排放中居其次，但其废水排放量最高，资源消耗最
小。PE与PP在这5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
产工艺相关。
• PE与PP、GPPS同为石油化工的加工产品，由于
PE与PP的上级原料乙烯、丙烯其化学结构相似，
根据质量分配原理分配物耗，可知单位质量的乙烯
和丙烯所消耗的原油基本相同，PE和PP化学结构
相似，生产过程也相似，因而相同质量的PE和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；
33
• 而GPPS生产中所使用的上级原料是苯乙烯，苯乙
烯是乙烯联产品C6成分的深加工产品，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
，由此可知产品质量相同时，GPPS原油消耗约是
PE的倍。
• 能耗方面，生产GPPS时，由于其苯乙烯生产工艺
(主要是能耗大的乙苯脱氢工序)的加入，使得GPPS
的能耗剧增，在这4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(如电、水
蒸汽等)，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
34
• 。 PVC生产的主要原料是乙烯和氯气，其原
料各占其生产物耗的%和%，生产中
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，PVC的原油消耗量显著低
于其它材料。PVC废水排放量的突增除了一部
分是由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外，另一部分则是由于
其独特的悬浮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4
种材料中居于首位。由此可见，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。
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• 为了能使环境影响表现得更加直观，采用
不同的LCA方法将4种材料的环境影响表示
为单一的环境负荷值，鉴于采用的影响因
子需具有可比性，这里选取了瑞士的
Ecopoint 97方法、荷兰的CML2
baseline2000及丹麦的EDIP/UMIP96方法。
上述3种方法均采用SETAC LCA的思想将
环境影响进行分类表征，归一化后取权重，
从而得到单一的环境负荷值。
36
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• 按照这3种方法计算后，得到如下结果：这4种
材料的排列顺序大致为GPPS>PVC>PE>PP
。
• 只是当我们采用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
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4大材料
中环境负荷最高的材料，但是由于GPPS材料
生产的CO2、SOX的排放及能源消耗造成的环
境负荷高于PVC，这样使得GPPS的环境负荷
与PVC的环境负荷差别不大；
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• 而当采用EDIP/UMIP96方法和CML2 baseline2000
方法计算时，我们发现GPPS的环境负荷远高于
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GPPS的这几项环境影响因子均高于PVC，使
得其环境负荷在这4种材料中也居于首位。考虑到
工业废渣可以回收利用，这样可以使得废渣对环境
造成的负荷值减小，由此我们可以按照
EDIP/UMIP96方法和CML2 baseline2000方法得到
的结论判断这4种材料环境负荷的高低，即
GPPS>PVC>PE>PP。
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