中國材料生命周期分析數(shù)據(jù)庫開發(fā)及應(yīng)用

龔先政，聶祚仁，王志宏，高 峰，陳文娟，左鐵鏞

(北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100124)

中國材料生命周期分析數(shù)據(jù)庫開發(fā)及應(yīng)用

龔先政，聶祚仁，王志宏，高 峰，陳文娟，左鐵鏞

(北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100124)

生命周期分析作為廣泛使用的環(huán)境管理工具，用于定量化評(píng)價(jià)產(chǎn)品系統(tǒng)整個(gè)生命周期內(nèi)的潛在環(huán)境影響，其具體應(yīng)用需要大量的不同層次、不同地區(qū)和不同技術(shù)水平的相關(guān)環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)方法體系數(shù)據(jù)的支撐。在系列國家科技計(jì)劃的支撐下，調(diào)研了典型材料生產(chǎn)的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)，開展了中國材料環(huán)境數(shù)據(jù)庫(SinoCenter)的研究，建立了中國材料生命周期分析數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。數(shù)據(jù)庫包含公用系統(tǒng)，典型材料(鋼鐵、建筑材料、有色金屬、高分子材料、聯(lián)接材料)等70多個(gè)數(shù)據(jù)集，近十萬條環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)，并簡要介紹了數(shù)據(jù)庫的主要功能及數(shù)據(jù)庫的技術(shù)和商業(yè)應(yīng)用。

環(huán)境負(fù)荷;生命周期分析;數(shù)據(jù)庫

1 前言

生命周期分析(Life Cycle Assessment，LCA)作為量化產(chǎn)品系統(tǒng)整個(gè)生命周期內(nèi)潛在環(huán)境影響的重要方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)、清潔生產(chǎn)審計(jì)、產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)、生態(tài)工業(yè)等領(lǐng)域，該方法的ISO技術(shù)框架包括目的與范圍的確定、編目分析(Life Cycle Inventory，LCI)、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋 4 大部分［1－2］。其中，編目分析是成熟且最重要的環(huán)節(jié)，成熟主要是指其分析與計(jì)算方法趨于完善，而重要性則是需要大量環(huán)境負(fù)荷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐，包括能源與資源消耗、環(huán)境排放等基礎(chǔ)編目數(shù)據(jù)。LCA數(shù)據(jù)涉及范圍廣泛，包括全球、地域、地區(qū)、企業(yè)、不同行業(yè)的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)。LCA數(shù)據(jù)的地域性強(qiáng)，不同國家、地域的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)差異，數(shù)據(jù)通用性較差。LCA評(píng)估實(shí)施者很難獲得全面的、最新的、精確的和適應(yīng)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)。因此，環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)成為LCA實(shí)踐的基礎(chǔ)，很多國家、研究單位和商業(yè)性咨詢公司致力于建立專業(yè)的LCA數(shù)據(jù)庫，幾乎每種材料的LCA數(shù)據(jù)庫都在建設(shè)和完善的過程中，比較著名并廣泛應(yīng)用的有十多個(gè)，如瑞士Ecoinvent、荷蘭IVAM、德國Gabi數(shù)據(jù)庫、瑞典SPINE@CPM、美國LCI數(shù)據(jù)庫、歐洲ILCA Data等［3－6］。我國在LCA數(shù)據(jù)方面的工作起步于20世紀(jì)末期，在“九五”國家“863”計(jì)劃的大力支持下，收集、整理了國內(nèi)主要材料產(chǎn)業(yè)(鋼鐵、水泥、鋁、工程塑料、建筑涂料、陶瓷等)的第一手環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)，并在北京工業(yè)大學(xué)建立了材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(SinoCenter)平臺(tái)［7－10］。在持續(xù)的“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃、國家支撐計(jì)劃和北京自然科技基金的支持下，經(jīng)過10多年的不懈努力和發(fā)展，該數(shù)據(jù)庫已具有較大的規(guī)模，積累材料生命周期分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)近10余萬條，并在技術(shù)和商業(yè)上開展了具體的應(yīng)用。

2 生命周期分析數(shù)據(jù)特征

2.1 生命周期分析數(shù)據(jù)類型

生命周期分析，就是對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)“從搖籃到墳?zāi)埂钡恼麄€(gè)生命歷程的環(huán)境負(fù)荷分析和環(huán)境影響評(píng)價(jià)，其實(shí)踐過程首先是量化產(chǎn)品的環(huán)境負(fù)荷(資源消耗、環(huán)境排放)，然后根據(jù)一定的方法體系評(píng)估產(chǎn)品系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的潛在損害程度。因此，生命周期分析需要技術(shù)領(lǐng)域、環(huán)境領(lǐng)域和數(shù)據(jù)特征3方面的相關(guān)信息［11］。

技術(shù)領(lǐng)域信息指人類活動(dòng)本身及其對(duì)環(huán)境的直接影響數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程和各流程的相互層次關(guān)系;各個(gè)流程的輸入數(shù)據(jù)(資源消耗、能源消耗)和輸出數(shù)據(jù)(產(chǎn)品、廢氣、廢液、廢棄固體排放等)的種類和數(shù)量等。技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)主要來自于各種材料/產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)(鋼鐵、水泥、涂料、陶瓷等)的環(huán)境負(fù)荷清單;ISO14040系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)執(zhí)行LCA所要求的技術(shù)信息，如目標(biāo)與范圍、功能單元等;LCA評(píng)價(jià)方法體系數(shù)據(jù)，如 Eco-Indicator，CML2000等;LCA數(shù)據(jù)交換格式SPOLD，ECOSPOLD等。

環(huán)境領(lǐng)域信息包括人類活動(dòng)的地理特征和環(huán)境特征，體現(xiàn)為環(huán)境指數(shù)，如相同的資源消耗和廢物排放在不同環(huán)境中的影響程度不一樣，影響效果通過建立環(huán)境損害類型進(jìn)行表征，表現(xiàn)為評(píng)價(jià)方法模型和數(shù)據(jù)，如Eco-indicator，CML等方法的分類與特征化、標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化及權(quán)重?cái)?shù)據(jù)。此外，在特定場(chǎng)景分析條件下，LCA通常采用相應(yīng)的環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡要分析，因此，國內(nèi)外相關(guān)環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)也是重要的環(huán)境領(lǐng)域數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)特征信息，用于描述與理解LCA數(shù)據(jù)的內(nèi)涵與外延特征，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)質(zhì)量信息，如數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)性特征、來源、文檔屬性、時(shí)間性、數(shù)據(jù)獲取方法、地理屬性和代表性等方面的數(shù)據(jù)特性。

2.2 LCA數(shù)據(jù)特點(diǎn)

LCA數(shù)據(jù)的顯著特點(diǎn)主要體現(xiàn)在2個(gè)方面:一是數(shù)據(jù)的復(fù)雜和多樣性，二是數(shù)據(jù)的地域性。

2.2.1 LCA數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和多樣性

LCA數(shù)據(jù)包括評(píng)價(jià)方法指標(biāo)數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)、相關(guān)文獻(xiàn)資訊、評(píng)價(jià)模型數(shù)據(jù)和環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)等。其中以評(píng)價(jià)方法指標(biāo)和項(xiàng)目環(huán)境負(fù)荷的數(shù)據(jù)量最大，不同評(píng)價(jià)方法指標(biāo)體系不同，相關(guān)數(shù)據(jù)不盡相同。因此環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)不同評(píng)價(jià)項(xiàng)目，自然存在更大的差異。環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)不僅涉及到資源消耗，能源投入，而且涉及到環(huán)境排放(空氣排放、水體排放、固體和土壤排放)數(shù)據(jù)。環(huán)境排放數(shù)據(jù)不僅有物質(zhì)排放，而且還有非物質(zhì)排放。

2.2.2 LCA數(shù)據(jù)的地域性

由于不同國家或地區(qū)資源分布的不平衡、科技水平的不同層次、能源消耗的不對(duì)稱，材料或產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境的影響存在很大的差異，決定了環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)的空間差異，即用當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)水平去衡量在特定條件下的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)庫框架設(shè)計(jì)與平臺(tái)

3.1 LCA 數(shù)據(jù)庫框架［11］

材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，不僅包括材料(產(chǎn)品)的環(huán)境負(fù)荷信息，同時(shí)還包括評(píng)價(jià)體系和相關(guān)的系統(tǒng)信息。數(shù)據(jù)庫總體框架，包括系統(tǒng)框架庫、評(píng)價(jià)方法庫、研究對(duì)象管理庫、標(biāo)準(zhǔn)參考庫、基礎(chǔ)物質(zhì)庫、度量單位庫、文獻(xiàn)資料庫、材料性能庫，見圖1。其中，最重要的是評(píng)價(jià)方法庫、研究對(duì)象庫和開放式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。

圖1 材料生命周期分析數(shù)據(jù)庫框架Fig.1 The framework of database for materials life cycle assessment

評(píng)價(jià)方法庫(LCA Methodology)包含評(píng)價(jià)方法及對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系數(shù)據(jù)。評(píng)價(jià)方法數(shù)據(jù)庫主要基于ISO14040框架與國際上廣泛使用的 Eco-indicator99，CML等LCA評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

研究對(duì)象庫(Project Management)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫的核心，所有的材料環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)都是基于研究對(duì)象進(jìn)行管理，也是LCA實(shí)踐和開發(fā)商業(yè)LCA數(shù)據(jù)集的基本數(shù)據(jù)源。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(Web database)包括基于SinoCenter數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)查詢與數(shù)據(jù)訪問。

3.2 數(shù)據(jù)庫平臺(tái)

數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)是基于Web服務(wù)－瀏覽器模式的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在Windows 2003平臺(tái)上安裝和配置了SQL Server 2008企業(yè)版的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，前臺(tái)通過授權(quán)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作和訪問，見圖2。

圖2 材料生命周期分析數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)Fig.2 The platform of database for materials life cycle assessment

4 材料LCA數(shù)據(jù)庫的主要內(nèi)容

4.1 數(shù)據(jù)采集方法與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

生命周期環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)的獲取方法及數(shù)據(jù)來源，是LCI數(shù)據(jù)及LCA數(shù)據(jù)庫質(zhì)量的重要保證。我們開發(fā)的LCI數(shù)據(jù)集，是在國家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃等國家支持計(jì)劃和北京重點(diǎn)基金的支持下，與主要工業(yè)及行業(yè)部門合作，在企事業(yè)單位的密切配合下，取得的材料生產(chǎn)過程環(huán)境負(fù)荷資料，并基于LCA方法，通過建立相應(yīng)的模型，開發(fā)完成的各類材料及公用系統(tǒng)的編目清單數(shù)據(jù)集。

為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，主要工作集中在原始數(shù)據(jù)的獲取方法與檢驗(yàn)，包括以下幾方面:①設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)查問卷或要收集的數(shù)據(jù)格式，到企業(yè)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研;②吸收提供數(shù)據(jù)的企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)為重要的合作伙伴;③數(shù)據(jù)調(diào)研人員實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)，主要是環(huán)境排放數(shù)據(jù);④行業(yè)、國家發(fā)布的公開數(shù)據(jù)，如各種統(tǒng)計(jì)年鑒的報(bào)表數(shù)據(jù);⑤專業(yè)領(lǐng)域工程計(jì)算數(shù)據(jù)，對(duì)于個(gè)別缺乏的數(shù)據(jù)，可以利用專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行計(jì)算獲得。

在實(shí)際數(shù)據(jù)采集過程中，綜合運(yùn)用這些方法，較好地保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量。同時(shí)，在形成最終數(shù)據(jù)集時(shí)，還分別與相關(guān)行業(yè)專家交流、討論，進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)和嚴(yán)格的數(shù)據(jù)審核，在源頭上保證數(shù)據(jù)具有較高的質(zhì)量。

4.2 公用系統(tǒng)數(shù)據(jù)集

4.2.1 電力產(chǎn)品清單［12－14］

現(xiàn)代社會(huì)里，幾乎所有的人類活動(dòng)都離不開電力，因此電力生命周期清單是開展材料產(chǎn)業(yè)乃至所有工業(yè)產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。電力清單的系統(tǒng)邊界是電力生產(chǎn)過程，包括諸如燃料燃燒、污染消除技術(shù)、電力輸送及其他與燃料相關(guān)的生命周期過程。涵蓋范圍包括化石燃料的消耗、氣態(tài)污染物、液態(tài)污染物及固體廢棄物的排放。對(duì)于火力發(fā)電，煤炭、原油和天然氣的開采和運(yùn)輸過程都包括在研究范圍中。對(duì)于核能發(fā)電，則涵蓋了鈾礦石的開采、加工與運(yùn)輸過程。相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括廠房、大壩等建筑物的建設(shè)與運(yùn)行，未包含在電力清單內(nèi)。

通過調(diào)查和收集相關(guān)的發(fā)電技術(shù)參數(shù)和消耗燃料的特性數(shù)據(jù)，建立了相關(guān)污染排放模型，并根據(jù)我國電廠自用電率和供電的線路損失率，計(jì)算得到中國單位電力生產(chǎn)和售電的生命周期排放清單，主要包括一次能源(原煤、原油、天然氣)消耗，氣態(tài)污染物(As，Zn，Pb，Hg，Cd，CH4，煙塵，NMVOC，V，Cr，SO2，CO2，CO，Ni，NOx)排放，液體污染物(廢水、COD)，固態(tài)污染物排放，放射性廢氣和廢水排放等。

4.2.2 化石能源產(chǎn)品清單［15－17］

化石能源一直是人類社會(huì)發(fā)展的主要能源，人類所需初級(jí)能量的80%以上均來自化石能源?；茉吹纳a(chǎn)和使用是整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，我國是世界第二大能源消費(fèi)國和第三大能源生產(chǎn)國。

化石能源清單的系統(tǒng)邊界為化石燃料生產(chǎn)的生命周期過程，包括開采過程的能源消耗，工藝過程直接排放，相關(guān)工業(yè)鍋爐排放，運(yùn)輸過程排放以及主要原燃料的生命周期消耗與排放。所有數(shù)據(jù)均為全國平均水平，涉及的環(huán)境性排放包括液態(tài)污染物，固體廢棄物和CO2，SO2，NOx，CH4，CO，煙塵等氣態(tài)排放物，構(gòu)成化石能源生產(chǎn)生命周期清單。

4.2.3 交通運(yùn)輸清單［18－19］

物流環(huán)節(jié)是現(xiàn)代社會(huì)的重要組成部分，材料、產(chǎn)品和服務(wù)只有經(jīng)過交通運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，才能最終達(dá)到生產(chǎn)者、使用者，實(shí)現(xiàn)商品的具體價(jià)值。但交通運(yùn)輸環(huán)節(jié)會(huì)引起大量能源消耗和污染物排放。針對(duì)國內(nèi)的主要交通運(yùn)輸類型(長江流域水運(yùn)、珠江流域水運(yùn)、公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、管道運(yùn)輸?shù)?，不同的運(yùn)輸工具(中輕型貨車、重型貨車、火車、拖船、駁船等)，不同的運(yùn)輸路況(城市道路、高速公路、鄉(xiāng)村道路等)，開發(fā)了相應(yīng)的交通運(yùn)輸清單，即功能單位(噸公里)的資源消耗、能源消耗，溫室氣體、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳和揮發(fā)性有機(jī)物等污染物。

4.3 材料清單數(shù)據(jù)集

材料環(huán)境負(fù)荷清單是中國材料生命周期分析數(shù)據(jù)庫的核心，針對(duì)量大、面廣的典型材料開展了相關(guān)的生命周期清單編制。

4.3.1 鋼鐵材料編目清單數(shù)據(jù)集［20－21］

鋼鐵材料是使用最廣泛的材料，也是大量消耗資源、能源和污染排放顯著的工業(yè)。鋼鐵材料環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)集，基于中國企業(yè)的生產(chǎn)情況和行業(yè)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，代表了不同地區(qū)、不同技術(shù)水平企業(yè)的環(huán)境負(fù)荷狀況。環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)均基于工序單元進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)集的范圍是從“搖籃到大門”的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)，針對(duì)不同的生產(chǎn)流程，以工序?yàn)榛竟δ軉卧M(jìn)行數(shù)據(jù)組織和管理，如電爐長流程生產(chǎn)鋼鐵材料，包括采礦工序、選礦工序、燒結(jié)工序、焦化工序、煉鐵工序、煉鋼工序和軋鋼工序，形成鋼鐵材料環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集僅是特定工序單元的過程數(shù)據(jù)，與能源和交通運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以得到完整的鋼鐵材料編目清單。目前，數(shù)據(jù)集包含了我國70余家主要的鋼鐵材料生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)。

4.3.2 建筑材料編目清單數(shù)據(jù)集［22－25］

建筑材料也是我國目前消耗的主要量大、面廣材料，在國家“863”計(jì)劃等支撐計(jì)劃的支持下，與水泥、玻璃、陶瓷和墻體材料4大專業(yè)協(xié)會(huì)和生產(chǎn)企業(yè)密切合作，開展了LCA研究，共收集水泥、玻璃、陶瓷、墻體材料等領(lǐng)域115個(gè)以上的代表性企業(yè)的典型生產(chǎn)工藝(流程)的原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)，按照ISO14040和ISO14044生命周期評(píng)價(jià)規(guī)范，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了生命周期清單計(jì)算和數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，得到了代表我國建材行業(yè)現(xiàn)狀的水泥、玻璃、建筑衛(wèi)生陶瓷、燒結(jié)墻體材料及其生產(chǎn)過程物質(zhì)消耗、能源消耗及污染物排放的流程清單數(shù)據(jù)，建立了基于生產(chǎn)流程的材料環(huán)境負(fù)荷清單數(shù)據(jù)集，見表1。

在生命周期評(píng)價(jià)的技術(shù)體系下，僅以水泥的生命周期清單計(jì)算為例予以說明，清單分析首先要確定研究目的與范圍，時(shí)間邊界界定為2005～2007年，系統(tǒng)邊界則選取水泥生產(chǎn)工藝中生料制備、熟料煅燒及水泥粉磨三個(gè)工序，如圖3。

表1 建筑材料環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)清單Table 1 The life cycle inventory of environmental loads for building materials

圖3 水泥生命周期清單的系統(tǒng)邊界Fig.3 System boundary of cement life cycle inventory

此外，還開發(fā)了其它建筑材料，如石膏板、木地板、復(fù)合地板、膠合板、竹地板、SBS防水材料、保溫材料的環(huán)境負(fù)荷編目清單。這些清單的完成，為開展建筑物全生命周期能源分析、環(huán)境影響分析提供了基礎(chǔ)的科學(xué)數(shù)據(jù)。

4.3.3 有色金屬編目清單數(shù)據(jù)集［26－29］

針對(duì)我國主要有色金屬(銅、鉛、鋅、鋁、鎂、錫、銀)，按照LCA的技術(shù)框架，建立了各類材料面向生產(chǎn)工藝過程的編目清單，圖4為原鎂編目清單的工藝過程和系統(tǒng)邊界。

4.3.4 高分子材料清單數(shù)據(jù)集［30－32］

基于LCA分析及LCI編制方法，開發(fā)了主要化工材料及產(chǎn)品的環(huán)境負(fù)荷清單數(shù)據(jù)集，如乙烯、聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(GPPS)、聚氯乙烯(PVC)，部分涂料，以及3類可降解塑料(聚碳酸亞丙酯、聚乳酸薄膜材料和非石油基聚碳酸酯)的環(huán)境負(fù)荷清單數(shù)據(jù)。

4.3.5 聯(lián)接材料編目清單數(shù)據(jù)集［33］

針對(duì)傳統(tǒng)錫鉛焊料(Sn37Pb)、4種典型無鉛焊料(Sn-3.8Ag-0.7Cu，Sn-3.5Ag，Sn-0.7Cu和 Sn-9Zn)，按照不同焊料形態(tài)(焊膏和焊料棒)，對(duì)它們的生產(chǎn)階段(焊料原料金屬生產(chǎn)過程和焊料生產(chǎn)過程)和應(yīng)用階段(焊接過程)的不同生命周期階段進(jìn)行清單編制，建立相關(guān)數(shù)理模型并進(jìn)行計(jì)算，建立了焊料不同生命周期階段的編目清單，為聯(lián)接材料生產(chǎn)與應(yīng)用的LCA分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖4 皮江法煉鎂工藝流程Fig.4 Technical flow of the Pidgeon process

4.4 評(píng)價(jià)方法庫［34,3］

評(píng)價(jià)方法數(shù)據(jù)庫，選擇性地分析了目前廣泛使用的LCA評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)，主要包括Eco-indicator 99，CML，和IPCC等評(píng)價(jià)體系的框架，如物質(zhì)環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)的特征化因子、損害評(píng)價(jià)類型、標(biāo)準(zhǔn)化因子和權(quán)重因子。重點(diǎn)對(duì)Eco-indicator 99指標(biāo)體系，進(jìn)行了本地化研究，結(jié)合我國的資源特點(diǎn)，建立了42種金屬礦產(chǎn)和58種非金屬礦產(chǎn)的本地化資源損害因子、歸一化因子。同時(shí)，基于我國土地資源狀況，建立了不同土地使用與轉(zhuǎn)換的土地資源損害因子和歸一化因子。

4.5 引進(jìn)的LCA環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫

目前，引進(jìn)了國外著名LCA環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫，如Simapro，Umberto，Gabi，DEAM，IVAM 和 Ecoinvent，主要涉及日用品、造紙、鋼鐵、石化、有機(jī)(無機(jī))材料、能源、運(yùn)輸和電子產(chǎn)品等方面的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)，它們也是材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，為開展我國材料/產(chǎn)品的LCA比較研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5 材料生命周期網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的功能

上述LCA清單及相關(guān)內(nèi)容，可以通過中國材料研究會(huì)環(huán)境材料分會(huì)、材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)技術(shù)中心網(wǎng)站(www.cnmlca.com)進(jìn)行查詢和訪問，以下僅以建筑材料為例對(duì)主要功能進(jìn)行簡要說明。

5.1 分類查詢

分類查詢是通過關(guān)鍵詞查詢不同行業(yè)、企業(yè)及生產(chǎn)工藝的清單數(shù)據(jù)，用戶可以通過輸入相關(guān)關(guān)鍵字查詢相應(yīng)的數(shù)據(jù)，見圖5。

圖5 分類查詢結(jié)果(水泥行業(yè))Fig.5 Inquired results by different materials classification sector(cement)

5.2 清單查詢

在分類查詢的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步得到與選定流程或全生命周期的清單數(shù)據(jù)，見圖6。

圖6 選定流程的LCI查詢結(jié)果Fig.6 Life cycle inventory results for selected flow

6 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

根據(jù)多年來的研究和積累，開發(fā)了集成中國材料生產(chǎn)環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)、公共體系數(shù)據(jù)(能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)、交通運(yùn)輸數(shù)據(jù))、中國資源環(huán)境負(fù)荷特征化因子和土地占用環(huán)境影響特征化因子的中國生命周期分析數(shù)據(jù)集，已經(jīng)在技術(shù)上和商業(yè)上得到一定程度的推廣和應(yīng)用:

(1)為國家/行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制定提供了數(shù)據(jù)和方法，如建材行業(yè)水泥、玻璃、陶瓷、墻體材料的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)制定、水泥清潔生產(chǎn)規(guī)范制定提供了數(shù)據(jù)和方法;

(2)為一系列國際合作研究項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支撐，如加拿大木業(yè)協(xié)會(huì)的“北京木結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)多層多戶式住宅建筑的生命周期分析”研究項(xiàng)目、中美加三國“鎂質(zhì)車體前端結(jié)構(gòu)研究與開發(fā)”(MFERD)項(xiàng)目等;

(3)為加拿大Athena Institute、加拿大國家資源研究院、英國Pira International機(jī)構(gòu)、APEC執(zhí)行成員JEMAI(日本產(chǎn)業(yè)環(huán)境協(xié)會(huì))等20余家國外研究機(jī)構(gòu)提供了中國LCA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持和咨詢服務(wù)，并得到他們的一致肯定和認(rèn)可;

(4)已經(jīng)形成為商業(yè)數(shù)據(jù)集，可按材料種類獨(dú)立銷售與使用。荷蘭Pré咨詢公司已經(jīng)購買了我們的中國材料環(huán)境負(fù)荷集，并將應(yīng)用于他們的LCA服務(wù)平臺(tái)Sima-Pro軟件系統(tǒng)。

中國生命周期清單數(shù)據(jù)庫的建立和應(yīng)用，將為我國節(jié)能減排、碳排放(碳足跡)分析、清潔生產(chǎn)審計(jì)等提供科學(xué)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

References

［1］ISO.ISO14040:2006，Environmental Management-Life Cycle Assessment-Principles and Framework［S］.Geneva:International Organization for Standardization，2006.

［2］ISO.ISO 14044:2006，Environmental Management-Life Cycle Assessment-Requirements and Guidelines［S］.Geneva:International Organization for Standardization［S］，2006.

［3］Swiss Centre for Life Cycle Inventories.The Ecoinvent Database［EB/OL］.(2011－03).www.ecoinvent.ch.

［4］Industrial Environmental Informatics(IMI).The SPINE@CPM Database［EB/OL］.(2010 －10).http://databases.imi.chalmers.se/imiportal/.

［5］National Renewable Energy Laboratory(NREL).The USA Life Cycle Inventory Database［EB/OL］.(2010 －10).http://www.nrel.gov/lci/.

［6］European Commission-DG Joint Research Centre.The European LCI Database［EB/OL］.(2010 －10).http://lca.jrc.ec.europa.eu/lcainfohub/index.vm.

［7］Gong X Z，Nie Z R，WANG Z H，etal.Research and Development of Chinese LCA Database and LCA Software［J］.Rare Metals，2006，25:101 －104.

［8］Gong Xianzheng(龔先政)，Zhang Qun(張 群)，Liu Yu(劉宇)，etal.建材類生命周期清單網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的研究與開發(fā)［J］.Journal of Beijing University of Technology(北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào))，2009，35(7):997－1 001.

［9］Gong Xianzheng(龔先政)，Nie Zuoren(聶祚仁)，Wang Zhihong(王志宏).典型材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫框架的研究［J］.Journal of WuHan University of Technology(武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào))，2004，26(3):12－14.

［10］Nie Zuoren(聶祚仁)，Gao Feng(高 峰)，Chen Wenjuan(陳文娟)，etal.材料生命周期的評(píng)價(jià)研究［J］.Materials Reviews(材料導(dǎo)報(bào))，2009，23(7):1－6.

［11］Gong Xianzheng(龔先政).Basic Database Researches for Life Cycle Assessment of Materials(材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的研究)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2007.

［12］Di Xianghua(狄向華).Several Fundamental Researches in The Life Cycle Assessment for Mineral Resources and Materials(資源與材料生命周期分析中若干基礎(chǔ)問題的研究)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2006.

［13］Di Xianghua(狄向華)，Nie Zuoren(聶祚仁)，Zuo Tieyong(左鐵鏞).中國火力發(fā)電燃料消耗的生命周期排放清單［J］.China Environmental Science(中國環(huán)境科學(xué))，2005，25(5):632－635.

［14］Di，X H，Nie Z R，Yuan B R，etal.Life Cycle Inventory for Electricity Generation in China［J］.The International Journal of Life Cycle Assessment，2007(5):331 －336.

［15］Yuan Baorong(袁寶榮).Measurement Method for Sustainable Development of Chemical Industry and Its Application(化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的度量方法及其應(yīng)用研究)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2006.

［16］Yuan Baorong(袁寶榮)，Nie Zuoren(聶祚仁)，Di Xianghua(狄向華)，etal.中國化石能源生產(chǎn)的生命周期清單(Ⅱ)—生命周期清單的編制結(jié)果［J］.Modern Chemical Industry(現(xiàn)代化工)，2006(4):59－61.

［17］Yuan Baorong(袁寶榮)，Nie Zuoren(聶祚仁)，Di Xianghua(狄向華)，etal.乙烯生產(chǎn)的生命周期評(píng)價(jià)(Ⅰ)目標(biāo)與范圍的確定和清單分析［J］.Chemical Industry and Engineering Progress(化工進(jìn)展)，2006，25(3):334－336.

［18］Ma Liping(馬麗萍).Study on Road Transport Localization of Material Life Cycle Assessment Basis(材料生命周期評(píng)價(jià)基礎(chǔ)之道路交通運(yùn)輸本地化研究)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2007.

［19］Zhang YuFeng(張宇峰)，Gong Xianzheng(龔先政).長江水路貨會(huì)的生命周期清單分析［J］.Science Technology and Industry(科技和產(chǎn)業(yè))，2011，11(2):64－67.

［20］Zhou Hemin(周和敏).Life Cycle Assessment on Iron and Steel Processes(鋼鐵材料生產(chǎn)過程環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)研究)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2000.

［21］Gong Xianzheng(龔先政)，Nie Zuoren(聶祚仁)，Wang Zhihong(王志宏).鋼鐵材料環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)集的研究［J］.Research on Iron and Steel(鋼鐵研究)，2006(4):49－52.

［22］Chen Wenjuan(陳文娟).The Study on Life Cycle Assessment of Float Glass Production(平板玻璃生產(chǎn)的生命周期評(píng)價(jià)研究)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2007.

［23］Li xiaoPeng(李曉鵬).The Life Cycle Assessment of Sanitary Ware in China(我國衛(wèi)生陶瓷生命周期影響評(píng)價(jià)研究)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2009.

［24］Luo Nan(羅 楠).Research on Environmental Impact of Sintered Brick Production in China(中國燒結(jié)磚制造過程環(huán)境負(fù)荷研究)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2009.

［25］Zhang Qun(張 群).The Research and Development of Life Cycle Analysis Network Database of Materials(材料生命周期分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的研究與開發(fā))［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2009.

［26］Gao Feng(高 峰).Research on Life Cycle Assessment and the Application in China Magnesium Industry(生命周期評(píng)價(jià)研究及其在中國鎂工業(yè)中的應(yīng)用)［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2008.

［27］Gao F，Nie Z R，Wang Z H，etal.Life Cycle Assessment of Primary Magnesium Production Using the Pidgeon Process in China［J］.The International Journal of Life Cycle Assessment 2009，14:480－489.

［28］Gao F，Nie Z R，Wang Z H，etal.Greenhouse Gas Emissions and Reduction Potential of Primary Aluminum Production in China［J］.Science in China，Series E:Technological Sciences，2009，52(8):2 161－2 166.

［29］Gao F，Nie Z R，Wang Z H，etal.Resource Depletion and Environmental Impact Analysis of the Magnesium Produced Using the Pidgeon Process in China［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2006，18(3):749－754.

［30］Chen Hong(陳 紅)，Hao Weichang(郝維昌)，Shi Feng(石 鳳)，etal.幾種典型高分子材料的生命周期評(píng)價(jià)［J］.Acta Scientiae Ciecumstantiae(環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào))，2004，24(3):545－549.

［31］Meng Xiance(孟憲策).Life Cycle Assessment of Lycarbonate and Poly-lactic Acid(聚碳酸酯和聚乳酸的生命周期評(píng)價(jià))［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2010.

［32］Li Yongjie(李永杰).Life Cycle Assessment of CO2－based Biodegradable Polymers(二氧化碳基聚合物生命周期評(píng)價(jià))［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2007.

［33］Wang Xiaoxia(王曉霞).Life Cycle Assessment of Lead-Free Solders(無鉛焊料的生命周期評(píng)價(jià))［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2008.

［34］Pré Consultants.The report of Eco-indicator 99［EB/OL］.(2011 －03).www.pre.nl.

Development and Application of Chinese Database for Materials Life Cycle Assessment

GONG Xianzheng，NIE Zuoren，WANG Zhihong，GAO Feng，CHEN Wenjuan，ZUO Tieyong
(College of Materials Science and Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China)

Life cycle assessment is the most efficient environmental management method to analyze the potential environmental impacts of productions across their life cycles.It needs a great deal of environmental loads data and methodology data relevant to specific levels of spatial and temporal differentiation or productivity level of different countries.Environmental loads of the main material industries were investigated under the support of some national research and development projects.The database framework of LCA and dataset were developed.LCA database named SinoCenter has about seventy LCI datasets with more than one hundred thousand environmental loads in total，and each LCI dataset is an individual one，which includes the public dataset of energy products and transportation，and materials dataset，such as iron and steel，non-ferrous materials，polymer products，building materials and solder material.Finally，key figures and applications in technical and commercial fields are briefly introduced.

environmental loads;life cycle assessment;database

X828

A

1674－3962(2011)08－0001－07

2011－04－28

國家863計(jì)劃(7150040130，2001AA320201，2007AA03Z432);國家“973”計(jì)劃(2007CB613206);國家支撐計(jì)劃(2006BAE04B09，2006BAF02A23，2007BAE42B05-4); 北京市重點(diǎn)基金(2081001);國家杰出青年科學(xué)基金(50525413)

龔先政，男，1967年生，研究員