淺談綠色設計產品中的生命周期評價作用＊

鹿珂偉，孫萬意，葛 青，李寶城，孫澤明，劉 英

（國合通用測試評價認證股份公司，北京101407）

1 綠色設計產品相關政策

在中國經濟發展現階段，面對全球資源環境壓力日益突出和綠色貿易壁壘的升級，工業綠色發展既是中國建設制造強國的內在要求，也是工業領域建設生態文明的必由之路。在國務院發布的《中國制造2025》中，將綠色發展作為制造業今后發展的五大方針之一，全面推行綠色制造和強化產品全生命周期綠色管理，以綠色標準為支撐，開發綠色產品，開展綠色評價，加強試點示范企業的引領作用[1]。

為支持企業開發綠色產品，推行生態設計，顯著提升產品節能環保低碳水平，引導綠色生產和綠色消費，國家出臺了一系列相關政策，為綠色設計產品供給營造出了良好的制度環境。2013-02，工信部會同有關部門發布的《關于開展工業產品生態設計的指導意見》，明確提出建立產品生態設計標準體系框架，組織編制產品生態設計通則，研究制定生態設計標準[2]。2015-10-13，工業和信息化部節能司提出《生態設計產品評價通則》，規定了生態設計產品評價的術語、定義、評價原則和方法、生命周期評價報告編制方法。2016-07，《工業綠色發展規劃（2016—2020年）》（工信部規〔2016〕225號）提出大力開展綠色設計示范試點，加快開發綠色產品，積極推進綠色產品第三方評價和認證，發布工業綠色產品目錄；提出到2020年綠色制造標準體系基本建立，制定100項綠色設計產品評價標準，推廣普及萬種綠色產品。2016-09，《綠色制造工程實施指南（2016—2020年）》提出搭建開放的綠色標準創制公共平臺，2017-07，綠色制造公共服務平臺投入使用。

實施綠色設計和綠色制造的關鍵是要對不同設計方案的環境影響進行綜合分析和評價，而綠色設計的最終結果是否滿足預期的需求和目標，是否還有改進的潛力，如何改進等是綠色設計過程中真正關心的問題，需要對這些問題作出回答，則必須進行綠色設計產品評價。產品全生命周期評價（LCA，Life Cycle Assessment）技術作為綠色設計及綠色制造領域的前沿技術之一，也是關鍵和共性基礎技術[3]。

2 生命周期評價方法研究概況

生命周期評價是對一個產品系統的生命周期中輸入、輸出及其潛在環境影響的匯編和評價，定量計算是LCA方法的主要特征之一。通過開展材料或產品生命周期評價，可以幫助企業跳出單個工序，站在全生命周期的角度來設計產品，通過定量化分析產品生產全流程環境績效，完成綠色制造全流程優化排產，分析廢棄物再利用的環境收益。因此，綠色設計產品評價標準正是采用了指標評價和生命周期評價相結合的方法。

2.1 LCA方法概述

產品生命周期評價（LCA）的特點是系統化和定量化，研究范疇包含從“搖籃到墳墓”的產品生產全過程系統化，數據收集以單元過程為基礎，從資源、能源和環境排放定量化。根據全流程各生產工序，通過對上游供應商和下游用戶的數據采集，同時開展基礎性研究和應用性研究[4]。國外在進行LCA分析的同時，還進行經濟評價，顯現出LCA與經濟分析結合的發展趨勢。而且可持續LCA研究較受矚目，這與傳統的LCA研究不同，評價內容包括環境、經濟、社會三個方面。

根據環境毒理學與化學學會（SETAC）歸納和ISO確立的LCA技術框架，即生命周期評價的基本結構歸納為4個有機聯系的部分：①定義目的與確定范圍（goal and scope definition）。包括產品系統功能及功能單元的定義、產品系統及系統邊界的定義、系統輸入輸出的分配方法、采用的環境影響評估方法及其相應的解釋方法等。②清單分析（inventory analysis）。目前常用的面向流程的過程分析方法和基于輸入-輸出的清單分析方法。Heijungs利用線性方程系統解決清單問題，用矩陣符號描述過程和計算LCI之間的關系。這種方法限制了過程的數量，而且系統邊界的選擇都是主觀的，這就產生了不確定性。而基于輸入-輸出的清單分析方法相對于面向流程的過程分析方法的系統邊界更加完整，但是使用的數據較舊。③影響評價（impact assessment）。是LCA的核心內容，也是難度最大的部分。目前，對于產品的生命周期影響評價沒有形成統一的方法，雖然國外常用的有CML、ReCiPe和EDIP方法等，但這些評價模型并不完全匹配中國生態和工業環境，國內也一直研究影響評價方法，也有部分機構和高校開發了本土化因子，但并沒有推廣使用。④結果解釋（interpretation）。尋找減小環境影響、改善環境狀況的時機和途徑，并對改善環境途徑的技術合理性進行判斷和評價，給出與研究目標與范圍相一致的合理結論與建議[5-7]。

2.2 局限性

系統邊界選擇的主觀性導致其具有不完整、不統一的特性，數據收集與數據缺口的矛盾依然存在，且數據質量和完整性要求較高，無疑增加了人力和時間成本。

清單分析具有不確定性，清單過程的分配存在爭議并且涉及到物質平衡問題，目前的解決方法是按物理的因果關系對環境負荷在產品或功能之間進行分配。但是，以物理關系為基礎的分配仍然會產生顯著不同的結果，例如垃圾焚燒是可以根據輸入物質A的濃度或者熱值建立因果關系，顯然會導致不同的結果。

清單數據輸入的不確定性和數據的變化產生的復合效應導致清單結果具有不確定性，當前的研究人員和軟件中采用蒙特卡洛等分布區間或概率分布數學方法對清單中影響不確定性的數據進行辨識。

影響評價具有局限性，尚不存在統一的標準在清單數據和具體的潛在環境影響之間建立一致、準確的聯系。影響類型、參數和特征化模型的選擇，還有地域特征、時間尺度上的限制，同時造成評價結果的主觀性和不確定性。

2.3 LCA用于綠色設計產品評價的研究

關于LCA在綠色產品評價中的應用，國內外學者進行了大量研究，并給出了一些評價方法，對于這些方法目前還沒有統一的分類。目前綠色設計評價策略主要基于LCA的思想和方法，有些行業根據自己的行業特征制定了相應的綠色產品評價指標。

在綠色產品評價指標體系方面，德國用于綠色產品評價的綠色標志名為“藍色天使（Blue Angel）”，它強調對產品整個生命周期過程的各種環境危害進行分析評價；英國采用簡化生命周期評價法評價綠色產品，該方法不強調對產品生命周期各階段的投入產出進行定量分析，而是依據研究人員的判斷積獲得的數據來估計產品在生命周期的各階段可能產生的影響。

國內學者們對綠色產品評價做了多方面的研究，為綠色設計產品評價奠定了一定的理論基礎。張青山等人研究了制造業綠色產品評價指標體系、評價流程和評價方法，并給出了評價系統軟件開發的總體框架[8]；王躍進提出建立綠色產品全壽命周期的信息、資料知識數據庫，時間跨度可以延伸至產品的全生命周期或多生命周期，構建綠色設計產品評價體系；莊恒國等人結合中國汽車企業現狀，提出了中國新能源汽車整車綠色設計產品評價體系，為制訂新能源汽車整車統一的綠色設計產品評價標準奠定基礎[9]；姬莉等人結合鋼鐵產品的生產流程和上下游的相關產品需求，提出基于LCA清單模型輸入不同的技術參數變量，預測環境指標變量，通過模型診斷發現改進點與先進水平的差異，將設計參數轉化為環境參數[4]。2015年中國參考國際先進經驗，并充分考慮中國當前發展階段和產品生命周期評價數據基礎，建立了階段性的評價指標體系與生命周期評價相結合的方法，并制訂了《生態設計產品評價通則》，為中國建立和完善生態設計產品評價制度提供堅實的技術支撐。

3 綠色設計產品評價進展

綠色設計評價是綠色設計的重要環節之一，對指導設計過程的進行和對設計方案的完善具有重要作用。綠色設計產品需要去判定和認證，這就需要相應的標準，做到有據可依。近些年，在工業和信息化部的大力推動下，特別是《工業節能與綠色標準行動計劃（2017—2019年）》的推出和實施，催生了一大批綠色設計產品評價標準。截至2020-03工業和信息化部發布的《綠色設計產品標準清單達127項》（其中產品評價團體標準124項），已發布的4批綠色制造體系建設示范名單，其中綠色設計產品總計1 097種。

圖1綠色設計產品評價標準發布情況

通過對發布的綠色設計產品評價標準進行分析，發現盡管已發布的綠色設計產品標準數量已超過2020年的目標值（100項標準），但是其中機械行業和輕功行業分別占了21.26%和21.26%，石化行業達到了13.39%，上述行業已經占比50%以上，這與中國龐大的制造業體系相比，現有綠色設計產品標準的覆蓋面較窄，基礎有色冶煉行業和超大量建材行業總和不到10%，絕大多數工業品的生產、使用及評價依舊無標準可依。以上情況也導致中國綠色設計產品供給水平相對較低，難以滿足社會發展需求。同時根據已發布的綠色設計產品名單分析發現，其產品類別僅約占2020年目標值的10%，距離萬種綠色設計產品的目標還很遙遠。

通過分析綠色設計產品標準清單產品數量較多的種類和企業數量，已知通過綠色設計產品評價的企業337家，其中最多的產品類別依次為鉛酸電池、可降解塑料、家用電冰箱等；通過評價的綠色設計產品數量為1 097種，其中最多的產品類別依次為家用電冰箱、家用洗滌劑、房間空氣調節器等，有60多類產品沒有企業通過綠色設計產品評價。

目前各地方對綠色制造體系提出了眾多的補貼政策，但是綠色消費市場尚未形成，消費者缺乏主動購買綠色產品的積極性；企業一開始參與熱情不高，生產綠色設計產品，企業需要開展綠色設計、綠色改造、綠色采購等工作，比普通產品增加了額外投入，導致主動從事綠色生產的意愿不強。

4 評價過程中面臨的問題和建議

根據目前發布的綠色設計產品評價標準及評價現狀，首先生命周期評價作為綠色設計產品評價的必要條件，按照全生命周期思想進行環境影響評價，目的是得到產品全生命周期的原料獲取階段、產品生產、產品使用、廢棄后處理等階段的資源消耗、生態環境、人體健康的量化信息，作為產品研發設計的考慮條件之一。

但是由于生命周期評價方法具有的專業性和局限性，通過調研和參與發現部分綠色設計產品評價標準及評價過程中一些問題及建議：①首先在系統邊界的劃分上不夠清晰。通過研究對比發現，部分制定的產品標準沒有理解生態設計產品評價通則中應該根據供應鏈關系劃定，即缺少過程單元或者產品供應鏈相關的所有過程和滿足預期用途的要求，并無詳細說明評價范圍。②影響類型的選擇上，影響類型名稱參差不齊、類型參數錯誤和特征化模型混亂。建議根據具體行業和產品生產工藝特點排放特征進行影響類型的選取，影響類型名稱建議選取通則中的示例，標注所選取的影響評價方法（特征化模型），比如CML、ReCiPe或國內的影響評價方法。③LCA報告的編寫已經在相應的綠色設計產品評價標準中進行了規范，部分LCA報告沒有嚴格遵循；生命周期評價報告是否合格并沒有明確的規定，目前的參考標準是GB/T 24044，審核方面對具體產品的LCA產品種類規則相對匱乏，這就造成了報告多樣，同類產品沒有可比性。④完整的清單數據收集是很難達到的，尤其是復雜產品來說消耗大量的精力、時間和經濟成本，因而實施簡化型的LCA可能更適合于中國企業的現狀，更有利于減輕企業負擔和評價工作的順利開展；另一方面，國內現有的產品生命周期評價軟件多針對某一領域或某一類產品，操作比較復雜，且缺乏通用性。

生命周期評價過程需要對生產工藝工序、收集的數據進行確認，并且根據反饋的數據來重新評估評價范圍，建立產品的系統模型，應用生命周期評價方法（LCA）優化原料選擇、產品設計和制造方案。因此，當前要做的是建立關鍵的行業和企業數據庫及健全面向產品全生命周期的綠色設計信息數據庫，探索符合中國環境影響效應的特征化模型和影響評價方法，在此基礎上深入研究數據質量方法，未來將繼續豐富基礎數據庫的數據集類型和數量；開發、應用和推廣產品生命周期資源環境影響評價技術和軟件工具，加強本地化軟件工具的研發，推動已開發軟件的商業化應用。

5 總結

綠色設計產品評價運用生命周期評價方法，從企業生產過程中對環境的影響入手，計算分析企業生產全過程的環境負荷，能夠直觀識別出物料消耗大、能耗高及污染物產生量大的環節的環境影響信息，幫助設計人員做出正確的決策，改變企業以往經濟發展與環境保護相矛盾的觀念。本研究針對當前綠色設計產品評價進展情況及生命周期評價方法問題進行了探討和建議，在LCA方法和報告編寫上進行了分析，生命周期評價有其優勢也有其難以克服的困難，要根據產品特點及評價要求的精度選擇評價模型，做好數據質量分析，揚長避短。綠色設計產品因其優良的環境友好性更適應可持續發展的需要和市場的競爭，產品全生命周期的綠色化理念也會逐步深入，通過識別環境熱點和比較不同的替代方案，LCA將在改善環境性能和推動新興技術發展方面具有極大的潛力。