動態生命周期評價的研究與應用現狀

陳 莎,孫中梅,李素梅,劉影影,石曉丹

動態生命周期評價的研究與應用現狀

陳 莎*,孫中梅,李素梅,劉影影,石曉丹

(北京工業大學環境與能源工程學院,區域大氣復合污染防治北京市重點實驗室,北京 100124)

生命周期評價(LCA)在理論和實際應用中存在一些局限性,包括清單和評價方法缺乏時間維度和空間維度,主要表現為缺乏對產品能源系統隨時間變化的考慮,使用靜態的過時的清單數據而非基于時間的動態生命周期清單數據,以及影響評價方面缺乏動態特征因子的選擇和計算方法.動態生命周期評價(DLCA)是針對工業和環境系統的時間和空間變化的動態建模過程的評價方法, 可大大提高傳統生命周期評價的科學性和準確性.本文從3個方面對動態生命周期評價方法進行總結和評述,即將時間信息作為不確定因素的動態建模分析;生產過程或污染物排放的實時數據的獲取;基于時間分化的動態特征因子的影響評價方法.通過目前的動態生命周期評價的研究現狀來看,其方法框架并不統一,另外缺乏科學的時間分化的LCI計算的數學模型和軟件以及生命周期影響評價的建模解決方案.因此,本文對DLCA未來的發展進行展望,以期為LCA方法的研究、應用、發展和完善提供更多的支持.

動態生命周期評價；時間信息；動態建模；動態數據；動態評價

生命周期評價(LCA)作為一種全新的預防性環境保護策略與手段,主要應用在通過定量化研究能量和物質利用及廢棄物的環境排放來評估一種產品、過程或生產活動造成的環境環節[1-3],進而辨識與量化減少環境負荷的關鍵機會,探求改善環境的方法[4-6].LCA最早應用于1969年的美國可口可樂公司飲料包裝的資源消耗和環境釋放的特征性分析[7-8].到目前為止,LCA已成為指導企業進行清潔生產,政府管理部門用于制定環境政策[9-10],引導可持續消費等的科學依據[11-15],其作用已無需再證明.然而LCA的理論和應用中仍存在一些局限性,如對經濟因素和社會因素等大多停留在定性描述,定量評價的方法和工具較少,而其中由于缺乏對時間和空間信息的考慮,其評價結果的準確性大大降低[16]是LCA最重要的問題之一.

動態生命周期評價(DLCA)方法基于傳統LCA,同時考慮時間和空間的背景,明確地將動態過程建模,動態數據的提取等融入到過程和環境系統中[17],從而大大提高了傳統生命周期評價方法的科學性和準確性.近些年,DLCA的研究與應用得以較快發展,以解決考慮系統和環境的時間相關性問題,并應用于評價具有較長壽命周期的產品或系統,比如對建筑結構的生命周期環境影響評價,淡水中金屬的生態毒性影響;也應用于對能源系統的評價以及產品生產過程的動態數據提取與更新.本文在對靜態生命周期的局限性進行總結的基礎上,就動態生命周期評價中DLCA模型與應用,動態數據的提取與清單分析,影響類別的動態評價等進行了綜述和分析.

1 靜態LCA的局限性

作為評價產品或系統從搖籃到墳墓所造成的環境影響,實現可持續發展的理想評價工具,LCA在應用過程中還存在不少問題,限制了其進一步的應用和發展,如Reap等[18]較為系統地論述目前LCA中需要解決功能單位定義,邊界選取,影響評價方法的選擇,數據質量控制等15個問題[18],而特別是在生命周期評價中缺少對時間因素和空間因素,經濟和社會方面的考慮[19-20].有關LCA各階段存在的主要問題總結見表1.

表1 LCA目前存在的問題

除了以上待解決的問題外,從環境問題和可持續發展的角度上傳統的LCA還存在評價方法的標準化和數據的可靠性問題[21],如在對某個產業進行環境影響辨識時,合并式的數據收集方式或者由于基礎數據缺失而采用單一企業樣本的生命周期評價結果的做法,不利于評價結果中對關鍵環節的識別,從而降低了決策的科學性[22].因此,傳統LCA會導致評價結果誤差較大,不同的評價者評價結果差異性大,從而使決策者難以做出正確的決策[23].

生命周期評價是對環境效應進行空間和時間集成,但是無論LCA 中的原始數據還是評估結果,都存在時間和地域上的限制[24].靜態LCA方法時間方面的限制在于它的生命周期清單階段所假設使用的參數始終是固定的或是固定的時間函數,從而忽略了對系統的時間效應和動態反應的考慮[25].但是實際情況卻是工業和環境往往是動態變化的,忽略其對時間變化相關的特征就會降低LCA結果對環境問題的真實和準確的反映[26].如隨著時間的發展,電力結構的改善,制造效率的提高,能量輸入的降低,以及溫室氣體的能量強度變化等,往往直接影響到評價結果.除此之外,污染物在環境中隨時間變化過程也會影響環境影響評價結果,例如,揮發性有機污染物白天光照條件下會產生更多的光化學氧化劑[27];O3在夏季的產生量要比在冬季產生量多[28],還有一些污染物的環境影響需要經歷長期的累積過程[29],有些環境影響結果如水體富營養化等在某些區域會出現季節性變化[30].因此,在生命周期評價過程中缺乏對時間信息的考慮對評價結果有著顯著影響,在后續的研究中需要在生命周期清單和影響評價過程加入對時間維度的考慮.

在清單分析階段和影響評價階段缺乏空間信息也會對評價結果產生很大的影響[31-33].例如有研究發現在歐洲不同區域的二氧化硫和氮氧化物的酸化因素存在顯著地區差異[34-35];田亞峻等[36]綜述了LCA區域化研究的進展,說明將空間信息數據引入LCA的必要性與可行性[36].空間信息對LCA的影響因素較單一,目前這方面的論文研究較少,而我國也正在致力于建立我國本土化的數據庫,以期提高LCA在指導我國的相關環境政策、產品標準、認證評價方面的科學性和有效性.

2 DLCA模型與應用

對于前面所提到的傳統LCA的靜態性,許多學者已開展了對DLCA的研究,主要是在傳統LCA的基礎上,考慮產品系統的動態行為,對隨時間變化的資源流和其環境影響采取動態建模[25],以提高評價結果的準確性和科學性;或者通過動態建模和模擬來預測產品或系統發展結果,提出生態設計方案,從而獲得更為科學的預測數據[37].

目前,動態建模主要應用在能源系統和技術發展,建筑和建筑材料的變化,污水處理技術進步以及新能源汽車方面進行建模評價.隨著未來技術的發展,能源系統的結構會發生改變,能源技術參數不斷提高,從而降低產品系統的能量消耗;對于外部環境,隨著環境意識增強,環保法規不斷出臺,“能效門檻”不斷提高,產品的能源利用效率會持續提高[38].例如,在能源技術參數方面,生產效率的提高,產品壽命的增加,能源轉換和燃料生產過程的發展,電力或供熱系統的改進,運輸系統的生態優化等動態過程都可能會對影響評價結果造成影響.Pehnt等[39]運用DLCA評價可再生能源技術,首先識別出生產系統和技術性能以及背景系統的可能存在的發展,并選用包括鋼鐵生產、鋁生產、電力生產、PV系統的壽命,組件效率和晶片薄度和原材料的損失等動態參數,并對這些參數2030年的狀態考慮其最優的發展狀況進行設定,最后對可再生能源進行優化參數疊加評價[39].Jun-Ki等[40]結合能源經濟模型和LCA來分析不同的能源政策對產品系統的環境影響所造成的動態影響,并建立了動態生命周期清單數據集來評價產品系統的未來生命周期環境影響[40]. Peter等[41]根據市場發展情況對太陽能集中發電技術建立了3種未來技術發展情景,并比較了3種情景下太陽能系統的成本和排放物的環境影響,其中在清單分析階段,考慮到了產品壽命的增加,電負荷的升級,儲存時間的增加,高效率應用,使用材料的降低以及背景系統的改變等動態過程對生命周期清單進行更新,并分析了每一種發展對假設情景的影響[41].

建筑物的環境影響會因其在較長壽命里隨時間變化的影響因子而發生變化,比如隨社會和經濟的進步,建筑施工技術和機器效率明顯提高,建筑材料的消耗,輸入輸出流和能源結構都隨時間發生變化;除此之外,居住者的行為變化也會使建筑物的環境影響發生變化.Su等[42]考慮了技術進步,居住者行為變化,動態特征因子和動態權重因子4個因子的動態變化,建立了建筑環境影響評估的DLCA框架,但目前還沒有應用到實例研究中[42].Collinge等[43]確定了建筑物隨時間變化的主要時間變量,即單元過程的動態建模,工業系統的時間變量,資源或排放物的時間變化和環境系統的時間變化,并分別從環境保護[43],人類健康評價[44]和生產力[45]等方面對建筑物進行動態生命周期評價.Amit等[46]基于失效概率方法和建筑物統計壽命分布對美國水泥庫存量進行動態建模評價[46].Faria等[47]將動態建模和LCA相結合對污水處理廠的6種污水處理工藝進行評價,比較了參考系統和代替系統的優缺點,從而對污水處理系統進行優化[47].

把時間和空間變化作為不確定參數,應用情景分析法評價量化工業和環境的影響也是較常應用的動態建模方法[43].情景分析法又稱前景描述法,腳本法,是將規劃方案實施前后,不同時間和條件下的環境狀況,按時間序列進行描繪的一種方式,對評價對象可能出現的情況或引起的后果做出預測的方法.它往往可以反映出不同方案情景下的環境影響結果,以及一系列主要變化的過程,便于研究、比較和決策[48].Wang等[49]針對消費者對飲用水的選擇行為假設了6種情景,并對不同情景下飲料消費習慣的環境影響進行生命周期評價[49].Jack等[50]對手機回收處理考慮了3種回收方案包括回收率的變化,評價未來不同回收情景下手機回收處理的環境影響[50].Faria等[47]利用3種平臺(BioWin?[51], Python?,Umberto?)將動態建模與傳統LCA相結合,比較了6種情景下的污水處理方案,最終得到污水處理廠的最優處理方案.吳志新等[52]在對純電動車進行生命周期評價時,分析了未來電力情景,基于往年的電力結構和電力技術水平,根據我國電力發展趨勢,包括未來我國電力格局及發電技術的發展變化,通過預測研究及專家咨詢,設定了我國2020年的電力情景,結果表明隨著電力結構的優化,電力技術進步,熱電聯產規模擴大,我國純電動汽車的減排潛力逐步釋放[52].目前有關DLCA的建模研究與應用總結見表2.

表2 動態建模研究與應用

動態建模與傳統LCA的結合,不僅可以對大量的影響參數,處理情景,以及評價目的進行模擬,從而得到產品生產的最佳工藝,生態設計的最佳方案,廢物處理的最佳方式等,也可以用來對某個行業或系統的整體趨勢進行評估.但目前動態建模用于生命周期評價的領域還不夠廣泛,僅僅用于對能源、技術、建筑物、污水處理以及新能源汽車方面等的評價,未來在新材料的開發與應用,新技術與產品的評價方面等可以進一步研究與建立科學的動態生命周期模型進行指導.

3 動態數據的提取與清單分析

LCA最為關鍵的部分就是數據清單分析,其數據質量和準確度對評價結果的可靠性具有至關重要的意義[53-55].然而傳統的LCA的數據清單大部分來自于已有的大型數據庫,而其數據往往比較分散;數據之間關聯性較差,數據更新慢,缺乏代表性等導致評價結果精確性降低[56-57];對于原料的提取,使用和排放的時間和空間特性也缺乏考慮,這大大降低了結果的環境相關性[26].因此要想保證清單數據的準確性,來自于生產過程的實時監測數據[58]顯得尤為重要.

目前,DLCA中動態實時數據提取方法的研究與應用主要集中在生產制造過程的能耗和排放數據以及建筑物內部的污染物的實時監測等.為解決實時監測數據的獲得問題,Kara提出把電力消耗分為3個等級:工廠,部門和單元過程,對其制造過程的電力消耗進行監測[59];Behrendt等[60]提出了一種先進的能源管理程序來監測實時能源消耗數據并識別每個單元過程的能源消耗[60].只有實時數據是不夠的,還需和傳統的生命周期影響評價方法相結合,Narita等[61]提出了一種結合數控控制系統從制造過程收集的動態LCI數據與背景數據庫相結合的環境負擔預測系統[61];Jiang等[62]基于LCA建立了一種制造過程的環境性能分析儀,利用制造過程中不同操作條件下的實際值形成影響矩陣來評價制造工藝方案環境性能[62].Remo等[63]提出了一種基于Web的制造過程動態生命周期清單和影響評估方法,以提高環境方面和潛在影響的數據質量和準確性.首先是應用MTConnect? standard對從機器上安裝數控系統得到的數據進行分類,并根據因特網互聯協議匯編成機器和人都能識別的語言,再通過代理軟件對收集的數據進行排列、儲存,最后通過客戶端應用程序把收集的數據與背景LCA數據庫結合,提供能源消耗和排放的LCIA結果并傳到用戶界面[63],如圖1所示.

圖1 制造過程的動態數據提取方法[63]

對建筑物進行LCA時,其實際能耗與建筑內部污染物的實時濃度也會對評價結果產生影響. Collinge等[64]在對建筑物進行生命周期評價時發現是否對建筑物的實際能耗進行監控對評價結果的準確性會產生重大影響.隨后該課題組把室內環境質量與LCA方法相結合,借鑒前人的單室模型方法加以改進,用測量得到的污染物濃度代替傳統的排放因子,并通過在研究建筑上安裝先進的能源消耗與室內空氣質量傳感器得到能源消耗(包括加熱制冷和電力使用的監測 )各類污染物濃度(CO2,PM2.5, VOCs)實際檢測數據,建立了簡化的計算模型,對室內空氣的毒性影響進行評價[65].

動態的影響評價結果是基于動態LCI數據,但是對于LCA成百上千的過程考慮其動態清單是不現實的,其耗時性及數值的龐大導致結果還不如靜態LCA準確[16],Collet等[26]建立了基于對影響的貢獻程度,來逐步選擇需要考慮動態過程的通用方法.這使一些不必要的過程采用傳統的靜態處理,大大減少了動態評價的工作量.對于時間分化的LCI用時間特征常數因子(CFs)來計算,傳統的LCI計算公式會對矩陣求逆,但這會使LCI的時間信息缺失,Beloin等[16]應用冪級展開式來解決這一問題,創造了加強結構路徑分析法(ESPA),它可以用于在整個產品系統中傳播過程相關的時間信息,即在單位過程水平定義的時間信息.ESPA方法是利用過程相關時間分布來描述基礎流和過程流獲得時間分化的動態生命周期清單,并提出新的LCI計算方法,即卷積在冪級數展開算法中的應用,使過程相關的時間信息的傳播成為可能.此方法得到的生命周期清單可以應用于Levasseur等[66]建立的環境影響評價方法,但目前仍然不能和傳統的LCA數據庫相結合.Tiruta-Barna等[67]建立了一個動態LCI方法,運用傳統生命周期評價中的技術矩陣和環境干預矩陣,對所選數據庫中每個過程定義一組時態參數,能夠處理生命周期系統中復雜的供應鏈和過程,并和傳統的LCA工具和數據庫相結合.該課題組應用此方法建立了化學,生物化學和廢棄物處理過程的時間參數.目前包含供應鏈和過程的時間參數和時間依賴的數據庫正在開發中[68].

制造過程的實時能耗以及污染物實時排放動態數據的獲取可以極大提高評價結果的準確性.盡管前人對于動態數據的提取方法有所研究,但仍沒有形成動態LCI數據庫的通用方法,而且龐大的動態數據也不利于管理.目前,動態數據的獲取應用到實例研究還很少,未來需要通過大數據的分析和管理技術,建立科學有效的數據提取管理方法,提高生命周期評價清單分析階段的精確性,建立我國生命周期清單具有時空分辨性的數據庫.

4 影響類別的動態評價

生命周期影響評價是對清單分析階段所識別的環境影響壓力進行定量或定性的表征評價,即確定產品系統的物質,能量交換對其外部環境的影響[69].其目的是通過使用與LCI結果相關的影響類型和類型參數,從環境角度審查一個產品系統,或者根據所選定的類型參數,對產品系統間進行比較.目前對于產品的生命周期影響評價國內外多采用的是SETAC在1991年建立的方法[70-71].

傳統的影響評價是對某確切的時間段進行量化,無法和時間序列的動態清單結合,或者說無法加入時間信息;Arbault等[72]在研究生態系統服務的生命周期環境影響時指出,傳統的LCIA不考慮環境機制的動態特性,導致得出的是常數特征因子,結果不具有代表性.此外,在對多個產品系統進行比較時,也存在時間框架不一致的情況,比如Levasseur等[66]應用LCA研究評價氣候變化時選用不同的時間線得到不同的評價結果.目前LCA中進行對氣候變化的影響評價時多采用國際氣候變化專門委員會 (IPCC )提出全球氣候變暖潛勢特征因子GWP.GWP為單位質量的某溫室氣體在給定的時間范圍內,相對于當量CO2的累積輻射強迫值,其數學表達式為[66]

當應用GWP評價全球變暖影響時,存在一個時間范圍不一致的情況,這是由于不同溫室氣體的壽命不同,當選擇較長時間范圍時,其計算結果會有很大不同;比較評價不同產品或系統的全球變暖影響時,也存在不能在同一個時間框架里進行比較的情況.針對這種時間范圍不一致性,通常在LCIA選用無限時間范圍來考慮總的潛在影響或者是采用折現率來比較短期與長期的排放.在美國EPA研究中,使用了3種折現率 (0,2%,3%)和3種時間范圍 (30,50,100a).在國內,也有在LCA中應用時間折扣的研究,并應用到洗碗機產品實例中[73].但是Hellweg等[74]認為在LCA中使用折現率違背了倫理價值觀.因此,需要建立一個可調整時間范圍的特征因子來對環境影響進行量化.

Levasseur課題組在全球變暖影響動態評價方面做了一系列的研究和應用工作.他們首先建立動態特征因子的數學模型,計算了以一年為跨度的瞬時動態特征因子,通過每年的數據收集,對全球變暖影響進行計算并用于評價生物燃料代替化石燃料的環境影響[66],此方法考慮溫室氣體排放的時間剖面而不是在清單分析過程對溫室氣體進行簡單整合.隨后他們將此方法來評價通過土地利用改變和造林造成的臨時碳匯項目的溫室氣體減緩效益[75],評價4種最終處理情景的環境影響[76];Yang等[77]采用此方法評價沼氣項目的全球變暖影響.盡管如此,對于很少的物質和有限的時間范圍,必須計算成千上萬的特征因子,這使得該方法應用起來非常困難.在LCA中結合污染物在環境中的傳輸模型,環境質量模型等對其環境影響進行評價也見報道,如Shah等[30]結合3種光化學空氣質量模型(CAM-MM5- SMOKE)對光化學污染物NO的形成,遷移,轉化和去除進行模擬,并建立以月為時間單位的特征因子,通過對NO在環境中的歸趨,人類和生態系統暴露水平等的解析,評價了其對環境和人類健康的影響. Fanny等[78]建立評價淡水生態毒性影響的時間特征因子并應用于農業中鋅肥的生命周期評價,但是并沒有解決非持久性有機物的環境行為,以及在實際LCA案例中復雜的具有時間變化的生命周期清單.

影響類別的動態特征因子的建立實現了對時間信息的加入,可以結合以不同時間尺度收集的數據進行評價,提高了評價的準確性.目前對于影響類別的動態評價方法建立還不夠完善,影響類別的計算方法比較復雜,目前主要還集中在全球氣候變暖的動態特征因子建立和評價上,對于其他的影響評價類別還缺少一定的研究,未來還需要致力于LCA與其他環境釋放,影響等模型的結合,建立相應的動態特征因子,尤其是在環境中長期存留以及可能發生遷移和轉化的污染物質的環境影響評價,以及對于不同物種的影響評價等,并通過特征化的指標建立通用的動態影響評價方法.

5 展望

DLCA是在傳統LCA的基礎上加入了對時間和空間的考慮,可以大大提高評價結果的準確性,科學性和針對性.目前研究主要集中在動態建模,動態數據提取以及影響類別的動態評價上.但是從目前的研究來看尚有許多需要改進之處.

動態建?？梢酝ㄟ^對大量的影響參數、處理情景以及評價目的進行動態模擬,從而得到產品生產的最佳工藝、生態設計的最佳方案、廢物處理的最佳方式,也可以對整個行業或系統的整體趨勢進行評估.但是目前的研究缺乏對動態指標的選取原則,以及缺乏差異性環境下動態指標的量化方法,未來還需進一步研究.

通過獲得實時能耗和排放數據提高清單分析階段的數據質量,在生命周期清單數據庫中加入時間信息可以使評價結果更加準確.然而對以時間為尺度的數據清單進行收集是一項很繁重的工作,需要企業或工廠對數據進行長期的收集和整理,因此需要大數據技術分析與管理,為后續LCA數據庫的建立以及LCA的評價提供有力支撐.

目前影響類別動態評價的方法并不統一,不同的影響類別有著不同的時間尺度,已建立的以年為時間尺度的全球變暖影響的動態特征因子并不適用于其他影響類別,未來還需進一步研究建立包括時間和空間因素影響評價的動態特征因子,使生命周期評價結果更具有科學性.

[1] ISO (International Organization for Standardization).ISO 14040 environmental management-Life cycle assessment-general principles and Framework [R]. Geneva, Switpolicezerland: ISO, 2006.

[2] Wioletta M B, Anna H, Beata S G. LCA application in the assessment of new technologies of industrial effluents treatment [J]. Desalination and Water Treatment, 2016,57(3):1058–1066.

[3] Thilde F, Jiri H, Thomas A. Life-cycle assessment of selected management options for air pollution control residues from waste incineration [J]. Science of the Total Environment, 2010,408(20): 4672–4680.

[4] 王玉濤,王豐川,洪靜蘭.中國生命周期評價理論與實踐研究進展及對策分析[J]. 生態學報, 2016,36(22):7179-7184.

[5] 殷仁述,楊沿平,楊 陽,等.車用鈦酸鋰電池生命周期評價[J]. 中國環境科學, 2018,38(6):2371-2381.

[6] 宋小龍,徐 成,楊建新,等.工業固體廢物生命周期管理方法及案例[J]. 中國環境科學, 2011,31(6):1051-1056.

[7] 王長波,張力小,龐明月.生命周期評價方法研究綜述——兼論混合生命周期評價的發展與應用 [J]. 自然資源學報, 2015,(7):1232- 1242.

[8] Jeroen B G, Reinout H, Gjalt H. Life cycle assessment: Past, present, and future [J]. Environment Science Technology, 2011,45(1):90-96.

[9] 孫啟宏,萬年青,范與華.國外生命周期評價(LCA)研究綜述 [J]. 世界標準化與質量管理, 2000,(12):24-25.

[10] Omar R H. Applying Life Cycle Tools and process engineering to determine the most adequate treatment process conditions. A tool in environmental policy [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2005,5(10):355-363.

[11] Stefanie H, Llorene M C. Emerging approaches, challenges and opportunities in life cycle assessment [J]. Science, 2014,344(6): 1109-1113.

[12] Thorn M, Kraus J, Parker D. Life-cycle assessment as a sustainability management tool: strengths, weaknesses, and other considerations [J]. Environment Quality Management, 2011,20:1-10.

[13] 趙明楠,孫 鋅,嚴玉廷.基于CALCA的汽車白車身生命周期分析[J]. 中國人口?資源與環境, 2017,5(27):181-185.

[14] 高曉龍,戴鐵軍.城市固體廢棄物管理(MSWM)國內外研究綜述——基于生命周期評價方法[J]. 再生資源與循環經濟, 2013,6(5):7-10.

[15] 陳 莎,崔東閣,張慧娟.建筑物碳排放計算方法及案例研究[J]. 北京工業大學學報, 2016,42(4):594-600.

[16] Beloin S P, Heijungs D R,Blanc, I. The ESPA (Enhanced Structural Path Analysis) method: a solution to an implementation challenge for dynamic life cycle assessment studies [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2014,19(4):861-871.

[17] Collinge W O, Landis A E, Jones A K. Dynamic life cycle assessment: framework and application to an institutional building [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2013,18(3):538-552.

[18] Reap J, Felipe R, Scott D. A survey of unresolved problems in life cycle assessment-Part 2: impact assessment and interpretation [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2008,13(4):374-388.

[19] 王瑞蘊,尹靖宇,李保金.水泥工業生命周期評價及其應用[J]. 中國水泥, 2018,5:120-124.

[20] Ming H. Dynamic life cycle assessment integrating value choice and temporal factors-A case study of an elementary school [J]. Energy and Buildings, 2018,158:1087-1096.

[21] Cooper J, Kahn E. Commentary on issues in data quality analysis in life cycle assessment [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2012,17:499–503.

[22] 謝明輝,白 璐,阮久莉.以晶體硅太陽能電池產業為例的產業生命周期評價初探 [J]. 環境科學研究, 2017,30(12):1970-1978.

[23] Ahmad T M, Ala Q, Abdel R M. Life cycle assessment-based selection for a sustainable lightweight body-in-white design [J]. Energy, 2012,1(39):412-425.

[24] 高 峰.生命周期評價研究及其在中國鎂工業中的應用[D]. 北京:北京工業大學, 2008:23-24.

[25] Peter S, Paul C, Barry N. A system dynamics approach in LCA to account for temporal effects—a consequential energy LCI of car body-in-whites [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2012,2(17):199–207.

[26] Collet P, Laurent L, Steyer J P. How to take time into account in the inventory step: a selective introduction based on sensitivity analysis [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2014,19(2):320-330.

[27] Graedel T E. Streamlined life-cycle assessment [J]. Prentice Hall, 1999:310.

[28] Mauzerall, D L, Narita D, Akimoto H. Seasonal characteristics of tropospheric ozone production and mixing ratios over East Asia: A global three-dimensional chemical transport model analysis [J]. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 2000,105(14):17895- 17910.

[29] Haes H, Finnveden G, Goedkoop M. Life-Cycle Impact Assessment: Striving Towards Best Practice [M]. SETAC-Press, 2002:18-25

[30] Shah V P, Ries R J. A characterization model with spatial and temporal resolution for life cycle impact assessment of photochemical precursors in the United States [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2009,14(4):313-327.

[31] Jaap S, Arjan V. Spatial- and Time-Explicit Human Damage Modeling of Ozone Depleting Substances in Life Cycle Impact Assessment [J]. Environment Science Technology, 2010,44:204–209.

[32] Reap J, Roman F, Duncan S. A survey of unresolved problems in life cycle assessment - Part 1: goal and scope and inventory analysis [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2008,13(4):290-300.

[33] 孟祥海,程國強,張俊飚,等.中國畜牧業全生命周期溫室氣體排放時空特征分析[J]. 中國環境科學, 2014,34(8):2167-2176.

[34] Potting J, Wolfgang S, Kornelis B. Comparison of the acidifying impact from emissions with different regional origin in life-cycle assessment [J]. Journal of Hazardous Materials, 1998,61(1):155–162.

[35] Tong D Q, Muller N Z, Mauzerall D L. Integrated Assessment of the Spatial Variability of Ozone Impacts from Emissions of Nitrogen Oxides [J]. Environmental Science & Technology, 2006,40(5):1395- 1400.

[36] 田亞峻,鄧業林,張 岳.生命周期評價的發展新方向:基于GIS的生命周期評價[J]. 化工學報, 2016,67(6):2195-2201.

[37] Mery Y, Ligia T B, Enrico B. An integrated “process modelling-life cycle assessment” tool for the assessment and design of water treatment processes [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2013,18(5):1062-1070.

[38] 戚贊徽,黃海鴻,劉光復.基于動態生命周期的能量分析方法 [J]. 機械工程學報, 2007,43(8):129-134.

[39] Pehnt M. Dynamic life cycle assessment (LCA) of renewable energy technologies [J]. Renewable Energy, 2006,31(1):55-71.

[40] Jun-Ki C, Paul F, Thomas A. Implications of energy on a product system's dynamic life-cycle environmental impact: Survey and model [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012,16(7):4744- 4752.

[41] Viebahn P, Lechon Y, Trieb F. The potential role of concentrated solar power (CSP) in Africa and Europe—A dynamic assessment of technology development, cost development and life cycle inventories until 2050 [J]. Energy Policy, 2011,39(8):4420-4430.

[42] Su S, Li X D, Zhu Y M. Dynamic LCA framework for environmental impact assessment of buildings [J]. Energy and Buildings, 2017,149: 310-320.

[43] Collinge W O, Landis A E, Jones A K. Dynamic life cycle assessment: framework and application to an institutional building [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2013,18(3):538-552.

[44] Collinge W O, Landis A E, Jones A K. Indoor environmental quality in a dynamic life cycle assessment framework for whole buildings: Focus on human health chemical impacts [J]. Building and Environment, 2013,62:182-190.

[45] Collinge W O, Landis A E, Jones A K. Productivity metrics in dynamic LCA for whole buildings: Using a post-occupancy evaluation of energy and indoor environmental quality tradeoffs [J]. Building and Environment, 2014,82:339-348.

[46] Kapur A, Gregory K, Alissa K. Dynamic Modeling of In-Use Cement Stocks in the United States [J]. Journal of Industrial Ecology, 2008, 12(4):539-556.

[47] Faria B D, Sperandio M, Ahmadi A. Evaluation of new alternatives in wastewater treatment plants based on dynamic modelling and life cycle assessment (DM-LCA) [J]. Water Research, 2015,84:99-111.

[48] 李珀松.能源規劃環境影響評價的技術方法與指標體系 [D]. 天津:南開大學, 2005:42-45.

[49] Wang B C, Young S B, Moona B. Hybrid modeling and simulation for complementing life cycle assessment [J]. Computers & Industrial Engineering, 2014,69:77-88.

[50] Jake M, Lucy W, Stuart P. A dynamic life-cycle energy model of mobile phone take-back and recycling [J]. Journal of Industrial Ecology, 1999,3(1):77-91.

[51] Biowin: Leading edge wastewater process simulation [OL]. Available online: https://envirosim.com/.

[52] 鄭繼虎,吳志新,王全錄.純電動車全生命周期減排潛力可期[R]. 中國汽車報網, http://energy.ckcest.cn/2017-11-10.

[53] Ping H, Jiarui C, Shen Q. Estimating missing unit process data in life cycle assessment using a similarity-based approach [J]. Environmental science technology, 2018,(52):5259-5267.

[54] Cooper J S, Kahn E. Commentary on issues in data quality analysis in life cycle assessment [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2012,17(4):499-503.

[55] 王壽兵,馬小雪,陳雅敏,等.面向生命周期評價的土地利用生態影響評價方法[J]. 中國環境科學, 2013,33(6):1141-1146.

[56] 周祖鵬,劉夫云.生命周期評價方法的幾個新研究方向 [J]. 組合機床與自動化加工技術, 2014,(9):147-148.

[57] Thorn M J, Kraus J L, Parker D R. Life-cycle assessment as a Sustainability management tool: Strengths, weaknesses, and other considerations [J]. Environmental Quality Management, 2011,3(20): 1-10.

[58] Finnveden G, Michael Z H, Tomas E. Recent developments in life cycle assessment [J]. Journal of Environmental Management, 2009, 91(1):1-21.

[59] Kara S, Bondanski G. Electricity metering and monitoring in manufacturing systems [C]. Proceedings of the 18thCIRP International Conference, 2011:1-10.

[60] Behrendt T, Zein A, Min S. Development of an energy consumption monitoring procedure for machine tools [C]. CIRP Annals, 2012, 61(1):43-46.

[61] Narita H, Kawamura H, Takashi N. Development of prediction system for environmental burden for machine tool operation [J]. JSME International Journal Series C-Mechanical Systems Machine Elements and Manufacturing, 2006,71(704):1392-1399.

[62] Jiang Z, Zhang H, Sutherland J W. Development of an environmental performance assessment method for manufacturing process plans [J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012,58(5-8):783–790.

[63] Remo A P F, Silva D A L, Eraldo J S. Dynamic system for life cycle inventory and impact assessment of manufacturing processes [J]. Procedia CIRP, 2014,15:531-536.

[64] Collinge W O, DeBlois J C, Sweriduk M E. Measuring whole- building performance with dynamic LCA: a case study of a green university building [J]. Materials & Structures, 2012,86:309-317.

[65] Collinge W O, Landis A E, Jones A K. Indoor environmental quality in a dynamic life cycle assessment framework for whole buildings: Focus on human health chemical impacts [J]. Building and Environment, 2013,62:182-190.

[66] Levasseur A, Lesage P, Margni M. Considering time in LCA: dynamic LCA and its application to global warming impact assessments [J]. Environmental Science & Technology, 2010,44(8): 3169-3174.

[67] Tiruta-Barna L, Yoann P, Tomas N G. Framework and computationa tool for the consideration of time dependency in Life Cycle Inventory: proof of concept [J]. Journal of Cleaner Production, 2016,116:198- 206.

[68] Allan S. Contribution to the development of a dynamic life cycle assessment method [D]. Chemical and Process Engineering. INSA de Toulouse, 2017.

[69] 任 葦,劉年豐.生命周期影響評價(LCIA)方法綜述 [J]. 華中科技大學學報(城市科學版), 2002,19(3):83-86.

[70] 錢 易,唐孝炎.環境保護與可持續發展[M]. 北京:高等教育出版社, 2010:280-320.

[71] 羅小勇,黃希望,王大偉.生命周期評價理論及其在污水處理領域的應用綜述 [J]. 環境工程, 2013,31(4):118-122.

[72] Arbault D, Riviere M, Rugani B. Integrated earth system dynamic modeling for life cycle impact assessment of ecosystem services [J]. Science of the Total Environment, 2014,472:262-272.

[73] 顧國剛,劉光復,張 磊.生命周期評價中的時間折扣研究 [J]. 機械設計與制造, 2012,(1):193-195.

[74] Hellweg S, Hofstetter T B, Hungerbuhler K. Discounting and the environment : Should current impacts be weighted differently than impacts harming future generations? [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2003,8(1):8-18.

[75] Levasseur A, Lesage P, Margni M. Assessing temporary carbon sequestration and storage projects through land use, land-use change and forestry: comparison of dynamic life cycle assessment with ton-year approaches [J]. Climatic Change, 2012,115(3/4):759-776.

[76] Levasseur A, Lesage P, Margni M. Biogenic carbon and temporary storage addressed with dynamic life cycle assessment [J]. Journal of Industrial Ecology, 2013,17(1):117-128.

[77] Yang J, Chen B. Global warming impact assessment of a crop residue gasification project—A dynamic LCA perspective [J]. Applied Energy, 2014,122:269-279.

[78] Fanny L, Annie L, Samson R. Development of a dynamic LCA approach for the freshwater ecotoxicity impact of metals and application to a case study regarding zinc fertilization [J]. International Journal of Life Cycle Assessment, 2014,19(10):1745-1754.

Research and application status of dynamic life cycle assessment.

CHEN Sha, SUN Zhong-mei, LI Su-mei, LIU Ying-ying, SHI Xiao-dan

(Key Laboratory of Beijing on Regional Air Pollution Control, College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)., 2018,38(12)：4764~4771

Life cycle assessment (LCA) is the most widely used tool for the environmental evaluation of system and its capabilities no need to be proved. However, there are still several limitations in its theory and application, including the lack of temporal dimension and spatial dimensionin its inventories and impact methods. These limitations mainly include ignoring the changes of products and energy systems over time; the use of static and outdated historical inventory data instead of time-based life cycle inventory (LCI) data; and lacking thechoose and calculation methods of the dynamic characteristics factors inimpact assessment. Dynamic life cycle assessment (DLCA) is an evaluation method of modeling ofdynamic processfor the industrial and environmental system with temporal and spatial dimensional change, which can accurately and scientifically improves the traditional life cycle assessment results. This paper summarized the present studies on the DLCA in three parts: dynamic modeling and analysis using time information as an uncertain factor; dynamic data extraction methods of production process or pollutant emissions based on real time; impact assessment methods of dynamic characteristic factors on the basis of time differentiation. At present, the DLCA method doesn’t have uniform framework. Besides, there is no scientific mathematical model and software for time-differentiated LCI calculation and modeling solution for life cycle impact assessment. So this paper will provide an outlook of the future development of DLCA in order to support for the research, application, development and improvement of LCA method.

dynamic life cycle assessment；temporal information；dynamic modeling；dynamic data；dynamic evaluation

X820.3

A

1000-6923(2018)12-4764-08

陳 莎(1968-),女,四川樂山人,教授;博士,研究方向為環境污染物分析與生命周期環境評價.發表論文50余篇.

2018-04-23

國家重點研發計劃國家質量基礎的共性技術研究與應用(2017YFF0211801)

* 責任作者, 教授, chensha@bjut.edu.cn