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产品生命周期理论在汽车制造业中的应用

2019-12-03钟东阶 王家青

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文中介绍了产品生命周期理论(LCA)的定义及其技术框架,并以天然气汽车和传统汽车在环境影响方面的分析为例介绍了LCA在汽车上的应用,对汽车制造业向着绿色方向的发展有着极其重要的指导意义。

0 前言

    汽车工业发展经历了一个多世纪,汽车工业对一个国家经济的腾飞,对人类社会的文明产生了巨大影响。汽车产品的大量生产、大量销售、大量消费可促使社会经济得以高速增长,企业获得良好的经济效益。但与此同时,也将会增加原材料和能源的消耗量,加快自然资源的开采速度,并使废旧汽车的数量迅速增加,严重地影响到地球的生态环境。我国的汽车工业正处在迅速发展的阶段,如何处理汽车制造工业的资源利用,减少汽车生产和消费过程对环境的影响,是目前汽车工业发展过程中不可忽视的重要问题。在这个全球倡导绿色、健康、安全的时代,汽车的绿色制造势在必行。

    汽车的绿色制造主要是强调采用能减轻对环境产生有害影响的制造方式:包括减少有害废弃物和排放物,降低能源消耗,提高材料利用率,增加操作安全性等。简单地讲,汽车的绿色制造在不牺牲质量、成本、可靠性、功能或能量利用率的前提下,努力减少汽车制造过程对生态环境造成的影响。要实现汽车绿色制造目标,必须使用绿色能源,采用绿色制造方法,最终生产出我们期望的绿色汽车。同时在绿色制造的过程中,也必须考虑能源利用率、绿色材料、绿色制造工艺、绿色制造设备与工艺装备、生产成本及环境影响因素等。采用产品生命周期评价技术可以很好地实现绿色制造的各种要求。

1 LCA的定义

    产品生命周期评价(life cycle assessment,LCA)是一种对产品全生命周期的资源消耗和环境影响进行评价的环境管理工具,也称为产品生命周期分析(life cycle analysis,LCA)、资源环境状况分析(resource and environmental profile analysis,REPA)。综合国内外所作的研究,LCA可理解为:运用系统的观点,对产品体系在整个生命周期中的资源消耗、环境影响的数据和信息进行搜集、鉴定、量化、分析和评估,并为改善产品的环境性提供全面、准确信息的一种环境性评价工具。产品整个生命周期包括原材料和能源的获取、原材料的加工、产品的制造、装配和包装、运输和销售、产品的使用和维护、回收和废弃物的处理全过程。环境影响包括资源耗竭、人体健康和生态影响。

    由于LCA可用于量化地评价产品全生命周期各个阶段的资源消耗和环境影响,并能提供相应的改进建议,被认为是支撑绿色设计和产品全生命周期环境管理的核心工具。LCA考察产品的整个生命周期,在进行LCA时,必须构造所评价的产品的生命周期流程图,如图1所示。

典型的产品生命周期流程图

图1 典型的产品生命周期流程图

2 LCA的技术框架分析

    一个完整的LCA技术框架包括以下4个阶段:目标定义和范围界定、清单分析、环境影响评价、解释说明。产品生命周期评价是这4个阶段不断迭代和改善的过程。

    2.1 目标定义与范围界定

    目标定义和范围界定是LCA关键的一步,直接影响后续阶段工作的内容和方法,以及评价结果的有效性。目标定义明确进行LCA的目的、原因以及应用对象。在范围界定时必须明确产品体系的功能、功能单位、产品体系便捷、培植程度、环境影响类型、数据要求、假设条件、限制条件、原始数据质量要求、结果审查类型以及评价报告的类型和形式等内容。LCA本身是一个迭代过程,允许在清单分析和影响评价时对目标和/或范围进行必要的修改和完善。

    一般地,进行生命周期评价通常可以应用于以下几种场合:

    (1)在产品开发时,把握影响产品环境友好性的关键问题。

    (2)比较不同产品方案的环境友好性。

    (3)辅助工业、政府、非政府组织等制定法规标准,进行战略规划。

    (4)绿色营销,如获得产品绿色标志或环境友好性声明等。

    LCA的评估范围应保证能满足评估目的,包括确定所评估的产品体系、系统边界、数据的要求和一些重要的假设和限制等。

    2.2 清单分析

    清单分析是对产品体系整个生命周期各个阶段的输入和输出进行数据收集、量化、分析并列出清单分析表的过程。输入包括能量输入、原材料输入、辅助材料输入、其它物理输入等;输出是指向空气、水、土壤等的废物排放。由于早期LCA主要致力于产品体系能量、原材料消耗和废物排放的定量分析,因此清单分析是4个阶段中最成熟的。

    在清单分析中必须体现物料平衡和能量平衡的基本原则,即各过程单元的输入、输出基本一致。

    2.3 影响评价

    影响评价是运用定量和/或定性的方法对清单分析结果潜在的环境影响进行评价和描述的过程。ISO将影响评价过程分为影响分类、特性化、加权计算3个步骤。

    影响分类(classification)。环境影响可分为非生物资源的利用、生物资源利用、土地的使用、全球变暖、臭氧损耗、生态毒性影响、人体毒性影响、光化学氧化剂的形成、酸雨、富营养化、工作环境影响等。影响分类要求将清单分析的数据同环境影响类别对应起来,如清单分析结果中CO2可以对应全球变暖。

    特性化(characterization)。特性化要求对清单中的每项输出的环境影响程度进行量化。一般可采用当量法。例如,某种物质的全球变暖影响可以采用/全球变暖潜势(GWP)0进行量化。GWP采用CO2作当量,设单位CO2的GWP为1。

    加权计算(weighting)。在必要和有意义的情况下,可以对特性化结果进行加权计算,求出一个总的影响值。

    2.4 解释说明

    解释说明是指对评价结果的解释,包括对评估结果与所界定的目标和范围的符合程度的评价,对评估结果的可信度进行评价,根据评估结果寻找产品中造成环境影响的重要环节,以及提出产品改进意见等过程。解释说明的结果一般以结论和建议的形式向决策者提交LCA评估报告。

3 LCA在汽车制造业的应用

    天然气汽车(naturalgasvehicle,NGV)作为一种新型的绿色汽车,受到世界各国的高度重视。我们采用LCA方法,对天然气汽车和传统汽车(本文主要以汽油汽车为例)的环境影响进行评价分析。

表1 天然气和汽油汽车环境影响对比

天然气和汽油汽车环境影响对比

    天然气和汽油汽车的环境影响对比分析如表1所示,从表中可以看出天然气汽车对生态环境的影响比汽油汽车要小得多。另外,NGV还具有更好的安全性。目前天然气能源在世界能源结构中占2191%,而NGV在汽车产量中仅占012%,因此资源相对更为丰富。对两者进行LCA分析(分析过程略)后得出,天然气汽车与汽油汽车相比具有更好的绿色性。

4 结束语

    随着全球能源紧缺和全社会对环境保护的重视,越来越多的汽车企业开始关注环境保护,倡导节约能源,宣传绿色汽车。生命周期评价突出产品从原材料采集到残余物返回环境全过程中对环境的综合影响,是一种系统的、全过程的环境影响评价。对产品的生命周期进行完整的清单分析、效益分析、改进分析可以回答很多技术和政策定位问题,对解决汽车制造业的环境问题有重要价值。

责任编辑:程玥
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