論生命周期評價在電解鋁企業的評價方法和應用

楊慧彬，徐啟浩，王躍全，李 嶸

（云南鋁業股份有限公司，云南 昆明 650502）

鋁工業屬于資本密集、技術密集與能源密集型產業，我國是全球最大的電解鋁生產和消費國，在我國有色金屬產業中，僅電解鋁所消耗的電能占整個有色金屬生產總能耗的86%以上[1]，占全國發電量的7.5%左右。電解鋁生產過程中產生氟化物、二氧化硫和顆粒物等大氣污染物，陽極炭塊與氧發生反應產生一氧化碳和二氧化碳，當發生陽極效應時會排放四氟化碳和六氟化二碳，同時產生大量的廢槽襯、碳渣和生活垃圾等固體廢棄物。

由于鋁工業生產中耗費了大量能源與資源，產生大量的環境負荷，鋁工業的節能減排對實現有色金屬乃至全國的節能減排目標具有舉足輕重的作用。因此，目前鋁行業十分注重產品的整體環境特性、強調綠色低碳的產品的附加屬性，并通過申請碳足跡認證來科學有效地量化產品的綠色度。而開展產品生命周期評價是電解鋁企業獲得碳足跡認證的重要前提。在電解鋁行業中，除了不斷地優化產品結構，提升品質，加快開發高端鋁產品之外，還采用生命周期方法對產品的環境特性進行研究，這是目前電解鋁行業提升產品核心競爭力的最熱門的研究之一。

1 生命周期評價對電解鋁企業的作用

生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）是對產品的整個生命周期——從原材料獲取到設計、制造、使用、循環利用和最終處理——定量計算、評價產品的資源和能源耗竭以及污染物排放對環境影響的技術和方法。生命周期評價既是一種環境管理工具，也是一種預防性的環境保護手段，其通過對產品“從搖籃到墳墓”的全過程所涉及的環境問題進行分析和評價，從而幫助決策者做出更優的選擇[2]。

生命周期評價方法在國內汽車、鋼鐵、建材、家用電器等領域得到了廣泛應用，對電解鋁行業的綠色發展也具有十分重要的作用，主要體現在以下幾個方面。

1.1 量化電解鋁產品的綠色度

通過運用生命周期評價方法，定量得出電解鋁產品清單的數據結果，掌握產品的資源、能源消耗和環境指標，進而明確產品的綠色度。此外，對比國內外電解鋁企業的生命周期評價結果，找出企業之間最佳值，發揮自身優勢，對標先進，找差距，補短板。

1.2 推動電解鋁企業與上下游用戶的綠色發展

由于工業綠色發展不是單個企業的孤立行為，而是滲透到產品生命周期的各個階段，輻射從生產、物流、消費、再到廢棄物循環利用的產業價值鏈上每一個環節[3]。利用產品生命周期評價方法及結果可指導電解鋁企業對石油焦、氧化鋁等上游產品的綠色采購和綠色運輸。對下游用戶，可提供電解鋁產品生命周期評價結果數據，滿足下游企業對綠色采購，綠色服務，以及綠色生產的要求。

1.3 指導電解鋁企業開展清潔生產，降低生產過程中的環境污染及影響

生命周期評價是判斷產品和工藝是否真正屬于清潔生產范疇的基本方法。該方法科學地評價清潔能源的環境優勢，挖掘出改進潛力最大的環節，并對之進行深入分析，提出合理的改進措施及清潔生產方案，通過方案的實施降低對環境的影響。

1.4 為電解鋁企業的環保技術與決策提供有力支持

對生命周期評價進行過程分析，建立產品生產模型，關注產品結構變化、節能環保技術及廢棄物循環利用等對產品環境性能的影響。研究過程中引入的不確定性環保技術模型，多方面論證環保決策的收益與風險，為企業決策提供有力支持。

1.5 為電解鋁企業溫室氣體排放管理提供保障

利用產品生命周期評價分析環境影響，研究過程中每個環節的溫室氣體排放量，找出溫室氣體排放最多的工序，挖掘降碳潛力最大的環節，進而實施天然氣等清潔能源改造、原料替代以及鋁電解生產“零效應”工藝技術研究和應用實現碳減排，為后續電解鋁行業碳排放配額履約及碳交易工作奠定基礎。

1.6 促進電解鋁企業開展產品碳足跡認證和綠色低碳相關標準的制定

生命周期評價是電解鋁產品碳足跡認證的基準，經過碳足跡認證的產品有助于市場宣傳和規避國際貿易壁壘。目前，鋁行業的低碳產品認證標準處于空白狀態，而生命周期評價有助于企業獲得準確的碳排放數據，更好參與行業綠色低碳相關標準的編制。

2 電解鋁產品生命周期評價方法

2.1 確定評價目的及范圍

2.1.1 目的

通過生命周期評價方法對電解鋁主要產品生產過程中產生的環境影響進行系統性的識別和評估，得出各個工序對環境的具體排放值，并通過分析敏感數據，結合現場工作的實際經驗有針對性的提出改進途徑，提出降低環境影響的對策措施，進而改進生產工藝，降低生產成本。

2.1.2 評價范圍

生命周期評價范圍按不同特性可分為五個階段，即原材料獲取階段、加工生產階段、包裝運輸階段、使用階段和回收處理階段。

在電解鋁企業中，其產品鋁錠生命周期評價的范圍是從資源開采開始的能源生產、原輔料生產以及運輸過程到最后的產品生產為止。可以將其劃分為兩個階段，即原材料的獲取階段和產品的生產加工階段。但在實際中是以工序來研究，將原材料的獲取階段拆開，最終確定為以下五道工序：鋁土礦開采、氧化鋁生產、陽極炭素生產、電解工藝和鑄造工藝。鋁合金定產品的生產系統邊界如圖所示（圖1）。

圖1 電解鋁（鋁合金錠）生產系統邊界圖

2.2 收據收集

數據是研究產品生命周期評價的基礎和保障，其來源決定了數據的質量，而數據的質量又決定了生命周期評價結果的可靠性。因此LCA數據收集范圍必須包括產品生命周期中的主要工藝過程，收集數據前要理順工序之間的生產關系，制定每道工序的資源、能源輸入和輸出數據表格，收集的數據基本來自生產統計和能源統計數據，原則上遵循物料平衡和能量平衡。

2.3 清單分析

清單分析是生命周期評價的初步處理階段，完整清單分析能為所有與系統相關的投入和產出提供一個總的概況，該部份的工作重點是梳理產品生命周期中的物流和能流，進一步建立產品系統的輸入與輸出清單。此外，該階段需要繪制產品鋁錠系統的生命周期/生產工藝流程圖，同時細分單元過程，進行數據收集、確認和分配。鋁合金錠產品生命周期評價涉及的輸入輸出清單如表所示（表1）。

表1 鋁合金錠產品生命周期評價輸入輸出清單

2.4 影響評價

影響評價是對清單分析中的物料消耗、能源消耗、廢棄物排放等數據進行研究、并對潛在環境影響負荷進行定量評價和定性評價。可通過定量評價來分析鋁錠在其生命周期各階段對環境影響的貢獻和關鍵重要程度，并通過情景分析按照特定的環境影響特征因子得出結果，最后對比不同方案對環境的影響，從而選出最優的方案。

2.5 結果與解釋

結果與解釋是根據規定的目的和范圍，綜合考慮清單分析和影響評價的發現，從而形成結論并提出建議，如某電解鋁產品經生命周期評價后挖掘生產工藝中的降低碳排放和污染物排放的環節，一是使用天然氣或其他清潔能源替代燃煤等；二是降低氧化鋁生產工藝中蒸發工序石灰石的使用量或用其他原料替代；三是通過鋁液電解過程進行工藝改進，減少因陽極效應產生的全氟化碳；四是通過實施電解煙氣脫硫技術，以減少二氧化硫的排放。

3 展望

生命周期評價作為重要的環境管理工具，從原材料獲取、產品生產、使用、廢棄處置等全生命周期過程中系統地評估整個生命周期內削減能源消耗、原材料使用以及環境釋放的需求與機會，直接解決關鍵工藝流程或工序環節污染問題，對于促進電解鋁行業轉型升級，形成綠色低碳循環發展新模式，具有非常重要的意義。

盡管多數企業對其應用還處于探索階段，但其作為一種先進的環保診斷評價工具，今后將為在越來越多領域得到推廣和應用。