基于LCA的PET再生紡織品環境影響分析

孫光亞,王雅君*,徐同廣,曹 馨,陳慶華,莊凌峰

基于LCA的PET再生紡織品環境影響分析

孫光亞1,王雅君1*,徐同廣1,曹 馨2,陳慶華3,莊凌峰3

(1.中國石油大學(北京)新能源與材料學院,北京 102249；2.中國石油大學(北京)經濟管理學院,北京 102249；3.福建師范大學,聚合物資源綠色循環利用教育部工程研究中心,福建 福州 350007)

為分析PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)再生紡織品的環境效益及其生產過程中的重點改進因素,基于生命周期評價(LCA)研究思路,采用經濟價值分配結合cut-off規則的方法對廢棄PET材料作為原生材料時產生的環境負荷進行分配,核算出再生技術與原生技術(所生產的產品具有相同消費功能)兩個模擬情景的環境負荷,并對再生工藝流程的LCA模型進行歸一化分析與敏感性分析.結果表明:相對于原生技術,再生技術每生產1t PET再生紡織品可減少1640kg的溫室氣體排放,并節約40400MJ的不可再生能源使用,人體毒性潛值、富營養化潛值、淡水生態毒性潛值等環境影響指標均有不同程度的下降.6個生產工藝環節中反應增容對總體環境負荷的貢獻最大,電力與甲基丙烯酸縮水甘油酯的消耗量應作為重點改進因素.

生命周期評價；碳減排核算；PET紡織品；循環再生；經濟價值分配

據統計,在中國約40%的消費者每年淘汰的衣物數量在5件以上[1],隨之產生的紡織廢棄材料高達2000萬t[2],再生利用率不足20%,造成了極大的資源浪費與環境污染.而我國作為全世界最大的紡織品生產國與消費國,65%以上[3]的原材料依賴于進口,聚酯廢料的循環利用不但對減污降碳大有裨益[4],也是緩解紡織工業原材料短缺的重要措施,有助于我國建立健全綠色低碳循環經濟體系.

為了實現真正的節能減排,在紡織廢棄材料處理技術的開發或改進過程中,除技術性問題與經濟性問題外,合理運用客觀、系統的環境影響評價方法衡量工藝技術的資源環境效率也十分重要.生命周期評價(Life Cycle Assessment, LCA)作為近年來被各個行業廣泛應用的環境影響研究方法學[5-8],其基本思路是對某項產品或技術的上游原料生產過程及其下游消費、廢棄過程進行追溯,核算其潛在的資源消耗量與污染排放量,并通過指標轉換因子[9]換算為特定的環境影響指標(全球變暖潛值、化石能源消耗、人體毒性潛值、酸化效應潛值等).

LCA已廣泛應用于紡織行業的碳減排研究、科研開發、生產加工以及固廢治理等方面,發展前景廣闊[10-13].Subramanian等[14]曾開發一種從紡織廢料中回收聚酯纖維的再生技術,由LCA分析可知減少用電量與尿素消耗量是降低該技術碳排放的關鍵因素.Yan等[15]曾對毛、棉織物進行LCA研究,發現棉織物的全球變暖潛值要低于毛織物,相對于平紋工藝,羅紋工藝具有更低的溫室氣體排放且會隨著印染顏色變淺而降低.對于消費后廢棄聚酯材料的回收再利用,Zamani等[16]提出根據廢棄物的屬性差異結合使用不同回收方案,每處理1t紡織固廢可降低約10t的溫室氣體排放和169GJ的一次能源使用.Zhang等[17]結合LCA與LCC(生命周期成本分析)對山東某工廠以廢棄聚酯材料生產毛毯的案例進行了綜合評價,結果表明優化有機化學品和蒸汽的生產過程可以大幅提高環境效益并降低經濟成本.

圖1 環境負荷在前后兩個生命周期的分配

本研究基于LCA方法學對東南輕工建材產業集聚區中的PET再生紡織品進行環境效益分析,并識別判斷再生過程中造成環境污染與資源消耗的重點改進因素.對于可再生廢棄材料作為原生材料時的環境負荷在前后兩個生命周期中的分配問題(圖1),國內外文獻多數是忽略不計第一個生命周期的環境影響(cut-off方法),或是按50%的比例進行平均分配,而更為客觀、合理的方法是根據研究目的按廢棄物的一定屬性進行比例折算.因此本研究在量化整體環境負荷時遵循經濟價值分配方法,在識別改進重點時采用cut-off方法(詳見第1.3節).

本文研究內容依照國際標準ISO 14040:2006[18]與ISO 14044:2006[19],涵蓋了目標與范圍定義、生命周期清單分析、生命周期影響評價以及生命周期解釋四個分析步驟.

1 研究方法

1.1 研究目標與范圍

本研究的研究目的是量化分析東南輕工建材產業集聚區以PET廢棄材料為原料生產的再生紡織品(通過再生技術生產)對比于具有相同消費功能的原生PET紡織品(通過原生技術生產)的環境效益,并在此基礎上識別判斷再生技術工藝流程中發生資源消耗與環境污染的重點改進因素.

通過該再生技術生產的PET再生紡織品各項物理性能與指標參數均符合國家標準,投入市場后,將對以石化資源為原料生產的原生PET產品進行有效代替,從而達到節約資源、減污降碳的技術開發目的.本研究采用LCA方法學對再生技術與原生技術造成的環境影響進行量化分析,將兩項技術的功能單位均定義為生產制造1t PET紡織產品,并將再生技術與原生技術以情景A、情景B兩個模擬情景進行區分.如圖2所示,情景A、B的系統邊界均設置為Cradle-to-Gate,包括各種原材料、大宗能源與自然資源的輸入,并按再生技術的實際生產過程將物料輸入輸出數量精確至產品出廠前的各個加工環節,包括從廢棄纖維造粒開始直至均化紡絲形成最終產品的全部生產流程.

PET再生紡織品的生命周期模型構建主要依靠于LCA專業軟件—GaBi,該軟件由德國斯圖加特大學與PE公司共同開發,是目前國際上環境影響分析工具中數據集含量最多的軟件[20-21],具有界面靈活和透明性高的特點.本研究借助于該軟件核算特征化與歸一化結果數據.

基于Gabi軟件中內嵌的CML 2001-Jan.2016核算方法,本研究擬定量化分析的環境影響指標共有8類,包括全球變暖潛值(Global Warming Potential, GWP)、非生物性化石能源消耗(Abiotic Depletion fossil, ADPf)、酸化效應潛值(Abiotic Depletion fossil, AP)、富營養化潛值(Eutrophication Potential, EP)、光化學氧化劑生成潛值(Photochemical Ozone Creation Potential, POCP)、人體毒性潛值(Human Toxicity Potential, HTP)、淡水生態毒性潛值(Freshwater Aquatic Ecotoxicity Potential, FAETP)以及海洋生態毒性潛值(Marine Aquatic Ecotoxicity Potential, MAETP).其中溫室氣體排放量以及能源消耗量是塑料、紡織行業的LCA研究中最為關注的環境影響類別,其次為生命周期過程對酸化、富營養化以及對水體與大氣的影響等[22-23].本研究共選取上述8類環境影響指標,分別用于測算PET再生紡織品的生命周期過程對氣候變化、能源消耗以及對人體健康和生態環境所造成的影響.

圖2 情景A與情景B的系統邊界

GWP為溫室氣體減排量的核算指標,以二氧化碳生成當量作為指標單位,具體數值結果由研究對象所在生命周期過程中產生的二氧化碳、甲烷、氮氧化合物以及含氟氣體等溫室氣體按固定的折算系數匯總求和而來.ADPf的單位為MJ,用于量化生命周期過程對硬煤、石油、天然氣等不可再生能源的消耗.AP是將生命周期過程中含有氮、硫、磷等酸性氣體的生成量轉化為二氧化硫生成量,并以其作為指標單位.富營養化是一種由氮、磷等植物營養物質含量過多所引起的水質污染現象,在CML 2001-Jan.2016核算方法中以EP作為量化指標,并以磷酸根生成當量作為指標單位.POCP的指標單位為乙烯生成當量,其量化結果是由生命周期過程中的非甲烷碳氫化合物、氮氧化合物、一氧化碳等折算匯總而來,其在太陽輻射(紫外線)作用下會進一步生成臭氧、二氧化氮等具有強氧化性的污染物(統稱為光化學煙霧).而HTP、FAETP以及MAETP等環境影響指標則均以1,4-二氯苯(1,4-Dichlorobenzene, DCB)生成當量作為指標單位,用于量化分析研究對象的生命周期過程對人體健康與水體生態造成的影響.

1.2 生命周期數據清單

本研究清單數據主要來源于實地調研、企業生產報告與環評報告等,由于實驗工作與企業生產的數據保密性,部分物料與能耗數據來源于行業參考文獻.

表1 PET再生紡織品工藝流程的物料數據清單

如表1所示,為方便后續開展計算機模擬并得到清晰、具體的環境影響分析結果,基于對生產過程物料流量與設備功率的調研,本研究生命周期清單統計了PET再生紡織品每個生產環節的物料輸入輸出以及能源消耗的基礎數據,PET再生紡織品的生產環節可細分為磨盤造粒、反應增容、均化造粒、擠出熔融、液相增黏以及均化直紡共6個步驟.主要原料為廢棄PET紡織纖維、廢棄PET瓶片,分別從磨盤造粒與擠出熔融環節輸入.建模過程中的主要原材料生產模型與PET材料焚燒處理模型由GaBi數據庫提供.主要能源消耗為電力使用,模型選用GaBi數據庫中國1kV-60kV混合電力模型.其他輔助原料包括甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、苯乙烯(STY)、過氧化二異丙苯(DCP)、乙二醇、色母粒與礦物油.該再生產品的生產過程不涉及污水排放,并分別在反應增容、擠出熔融、液相增粘環節中設置過濾回收裝置,對產生的PET廢絲進行回收使用,其余少量惰性廢棄物以填埋方式進行處理.

通過該綠色循環技術生產的PET再生紡織品符合國家質量標準,具有與同類型原生PET紡織產品相同的消費功能.不僅使得待處理的廢棄材料得到增值利用,也緩解了原料短缺,實現了可觀的經濟效益.

1.3 環境負荷分配

基于LCA方法學對某項技術或產品的環境負荷進行量化研究時,若一個研究對象的系統邊界涉及到多個產品(副產品)的輸出或是來自于其他對象系統邊界內部物料的輸入,通常要解決環境負荷的分配問題[24-26].如在本論文系統邊界中作為主要原料輸入的可循環廢棄材料實際上來源于其對應原生產品的生命周期,在進行循環回收處理時與前后兩個生命周期的系統邊界均存在關聯(圖1),因此如何核算可循環廢棄材料的環境負荷需要進一步討論.在紡織技術的LCA研究中較為常見的解決方式有50%/50%分配方法、cut-off方法、經濟價值分配方法等.

50%/50%分配方法[27]即分別折算50%原生材料的環境負荷到前后兩個生命周期.該方法被使用的時間最早,并得到國外相關政府部門的認可和支持[22].Cut-off方法的應用最為廣泛[28-29],該方法假設廢棄材料的環境負荷均歸屬于第一個生命周期,即在第二生命周期中廢棄材料作為零污染材料輸入,完全忽略其環境影響.而某些可循環再生材料雖然為廢棄物,卻仍具有經濟價值,廢棄物的經濟價值被第二個生命周期所利用,第二個生命周期也理應承受該部分價值所帶來的環境影響.基于該觀點,經濟價值分配方法[30-31]根據廢棄物價值所占原生材料價值的比例對原生材料的環境負荷進行分配,使得環境影響核算結果更具有說服力.而對于系統邊界為Cradle-to-Grave的生命周期模型,如何分配再生產品在第二個生命周期廢棄處理階段所產生的環境負荷同樣需要討論.

在生命周期評估方法學的國際標準ISO 14044: 2006[19]中對再使用或再生利用過程環境負荷分配較為推薦的參考依據有:物理屬性(如按照質量比例分配)、經濟價值(如根據廢料或再生利用材料的市場價值與初級材料市場價值的比值進行分配)以及再生利用材料的后續使用次數.而從嚴格意義上講,本研究中的廢棄物及其對應的再生產品并不具有相同的消費功能,廢棄材料的物理本質已發生變化,因此按照質量比例或后續使用次數進行分配并不可行.

綜上所述,結合研究對象屬性、研究目的與系統邊界(Cradle-to-Gate),本研究采用經濟價值分配結合cut-off規則的方法對廢棄材料作為原生材料時產生的環境負荷進行分配:

①為了使環境效益量化結果更加合理,在量化整體環境負荷以及與其他文獻進行數據對比時采用經濟價值分配方法,計算公式如下:

s=cut-off+virgin×AF(1)

式中:E為PET再生紡織品總體的環境負荷;cut-off為基于cut-off方法核算出的環境負荷;virgin為原生材料的環境負荷;AF為生命周期經濟價值分配系數.

式中:P為待循環廢棄材料進行回收時的市場價格;P為待循環廢棄材料作為原生材料時的市場價格;X為待循環廢棄材料作為原料進行再生利用時所占主要原料輸入量的比例.

依據工廠的原料來源地,本研究調研了中國東部與東南部(山東、浙江、福建三省)PET材料近五年(2017-2021年)的平均價格,包括原生PET纖維、廢棄PET纖維、原生PET瓶片、廢棄PET瓶片(原料進入工廠的價格,包括分揀與運輸等):

原生PET纖維:6450.29RMB/t;廢棄PET纖維:2011.45RMB/t;原生PET瓶片:7542.68RMB/t;廢棄PET瓶片:3245.20RMB/t.

根據兩種原料的輸入量比例可得:廢棄PET纖維= 0.31;廢棄PET瓶片=0.69,因此本研究再生循環技術的生命周期經濟價值分配系數AF=0.3974.

②Cut-off規則雖然過于簡化了可再生廢棄材料在Cradle階段對于總體環境負荷的影響,但工廠內部再生技術的優化與改進無法影響工廠外部廢棄材料所引入的環境負荷,且經濟價值分配法會導致工藝流程中輸入廢棄材料的環節環境負荷過高,不利于各個生產環節的對比分析.因此在識別工藝流程的改進重點時采用cut-off方法,忽略可再生廢棄材料在原生生命周期的環境影響,可以更高效的分析出工藝流程中發生資源消耗與環境污染的重點環節與改進因素.

1.4 影響評價

表2為基于經濟價值分配方法的PET再生紡織品環境效益核算表.情景A是以PET廢棄材料為原料生產再生紡織品的生命周期過程,其生命周期模型基于本文表1所示的生命周期數據清單進行建立,主要清單物料的LCA模型均可直接從軟件背景數據庫中調用,可循環廢棄材料的環境負荷按照經濟價值分配系數AF=0.3974以及式(1)、式(2)折算匯總到總體環境負荷E中.情景B則是以原生PET材料為原料生產紡織品的生命周期過程,本研究以GaBi數據庫中PET纖維平均生產模型為基礎對該情景進行建模,功能單位定義為生產1t原生PET紡織產品,系統邊界為Cradle-to-Gate,均與情景A保持一致.情景A各環境影響指標與情景B各環境影響指標的差值(環境負荷減少量),即為再生技術實施后的環境效益.此外,若從實際生產角度出發,由于再生技術的應用實施,一方面可以節約由石油化工原料加工而來的原生PET紡織品,另一方面也可使得PET廢棄材料得到綠色化處理,避免廢棄物因低效處理(焚燒后填埋)造成的二次污染,由于功能單位不統一,該部分環境效益并未體現在表2的LCA結果中,將在后續章節中進行討論.

表2 PET再生紡織品的環境負荷(特征化結果)與環境效益

表中:DCB為1,4 - Dichlorobenzene (1,4 -二氯苯)縮寫.

通過對特征化數據結果進行總體分析(圖3)可知,除酸化效應潛值外,情景A在其余各項環境影響指標均體現出可觀的環境效益,實現了節能減排、減污降碳的技術開發目的,但仍存在改進因素需要進一步的判斷分析.

由于在情景A的生產工藝流程中并不涉及污水對外排放,淡水生態毒性潛值相對于再生技術實施前下降了約72%,是環境效益最高的環境影響指標.其次是非生物性化石能源消耗與全球變暖潛值,分別下降了約44%與40%,主要原因為情景A中的再生技術相對于原生PET材料的生產制造具有更低的電力消耗.在我國,火力發電占到電力總供應量的70%[32],由此產生的二氧化碳達到全國碳排放總量的四成以上[33-34].若以該產品所在固廢利用示范基地中的年產量(2萬t)計算,技術實施后每年可降低約3.28萬t當量的二氧化碳排放,產品全生命周期節約的能源合計相當于約2.76萬t的標準煤熱值.此外,該再生循環技術在人體毒性、光化學氧化物生成以及富營養化等指標上也體現出了良好的環境效益,分別降低約33%、17%、12%.而海洋生態毒性指標僅下降了不到8%,由于PET瓶片的生產加工造成了很高的海洋生態毒性潛值,情景A按照經濟價值分配系數計入了廢棄PET瓶片的環境負荷,占比達到該情景海洋生態毒性指標的50%以上,但在情景B中并不涉及PET瓶片原料的輸入,因此在該指標中體現出的環境效益較小.廢棄PET瓶片的輸入同樣導致了情景A酸化效應潛值的升高.情景A每輸出1t的再生產品會造成8.30kg當量的二氧化硫排放,其中約68%來源于廢棄PET瓶片的輸入,造成情景A的酸化效應指標高于情景B,未體現出環境效益.

圖3 情景A的環境效益分析

由基于經濟價值分配方法的LCA分析可知,該PET紡織品再生循環技術的應用可大幅降低溫室氣體排放與資源、能源消耗,在大部分的環境影響指標中均體現出理想的環境效益.為進一步降低再生技術的環境影響,可適當降低廢棄PET瓶片在原料輸入中的所占比例,提高廢棄PET纖維的利用率.

2 分析與討論

2.1 歸一化分析

圖4 基于cut-off規則的歸一化結果

為了分析比較不同單位的環境影響指標對總體環境負荷的貢獻情況[35],本研究基于cut-off規則,以軟件中內嵌的CML2001-Jan.2016方法體系中全球環境影響基準值作為標準化因子,對不同類型的特征化結果進行無量綱處理,從而得到再生工藝流程中每個生產環節的歸一化結果(圖4).

圖5 各生產環節對總體環境負荷的貢獻

由LCA歸一化結果可知,該再生循環技術大部分的環境影響來自于全球變暖潛值、非生物性化石能源消耗與人體毒性潛值三個指標,合計占比達到該再生產品加工制造總體環境負荷的80%.在歸一化結果的基礎上,本研究進行了PET再生紡織品各生產環節對總體環境負荷貢獻的比較分析(圖5).反應增容過程造成的環境影響是其他環節的兩倍以上,對總體環境負荷的貢獻最大,應作為技術開發者重點關注的生產環節,能源消耗指標貢獻了該環節接近50%的環境負荷,因此可以從節約電力使用為出發點對該部分工藝流程進行改進優化.擠出熔融與均化直紡對總體環境影響的貢獻相當,雖然在工藝流程中前者的電力用量要高于后者,卻表現出更低的能源消耗指標,說明在均化直紡環節其他化學原料的生命周期過程中消耗了更多的能源.磨盤造粒、均化造粒與液相增粘三個生產環節只涉及能源消耗,僅在液相增黏過程中產生少量雜質,無其他化學原料輸入,因此各環境影響指標在三者環境負荷中的占比基本一致,三者對于產品生產過程環境負荷(三者歸一化結果之和)的貢獻與電力消耗量成正比例關系.

2.2 敏感性分析

LCA的敏感性分析可用于進一步識別產品工藝流程的重點改進因素[36].該分析過程需要選擇不同的清單輸入物料或能耗,使其輸入數值變化一定比例,從而考察清單物料的數據變化對環境負荷的影響.本研究選取的清單輸入變量包括電力消耗以及四種典型的化學原料(GMA、STY、DCP、乙二醇),模擬變化正負20%,分析其對全球變暖潛值、非生物性化石能源消耗以及人體毒性潛值的影響,結果如圖6所示.

圖6 GWP、ADP、HTP的敏感性分析

由于本LCA研究的分析對象類型為廢棄物再生循環技術,若基于cut-off規則,原生材料及其生產所需各種資源與化學原料的環境負荷并不計入再生生命周期.且相對于原生產品,再生紡織品使用了很少量的化學原料,因此敏感性分析中四種化學原料的輸入量變化并未對環境負荷造成較大影響.電力消耗量的變化則對環境負荷的增減起到主導作用,與歸一化分析中的觀點一致,電力消耗量應作為工藝流程中的重點改進因素,降低電力消耗是進一步提升PET再生紡織品環境效益方法中最有效率的改進措施.GMA的用量對環境負荷的影響稍高于其他化學原料,在工藝改進過程中可考慮減少該化學品的使用或替換為具有相同功能但污染更低的原材料.

2.3 與其他文獻案例對比

Shen等[37]曾對歐洲地區的PET再生紡織品生產案例進行LCA研究,構建出包括機械法、半機械法以及化學法在內的三種模擬情景.與本文情景A類似,該研究所評價的循環技術以廢棄PET瓶片為主要原料,并同樣采用經濟價值分配法對廢棄材料原生生命周期的環境負荷進行分攤.三個情景的功能單位與系統邊界均與本研究情景A一致,對比結果如表3所示.其中機械法是將PET瓶片通過熔融擠壓的物理方法直接轉化為PET纖維產品.半機械法是在機械法工藝的基礎上加入乙二醇,達到提高PET再生產品強度與質量的目的.而化學法是指通過解聚技術將PET聚合物分解為單體或低聚物,所生產的PET再生紡織品可以達到與原生材料相同的質量,同時也消耗了更多的能源與化學原料.

表3 情景A與其他PET再生循環技術環境負荷的對比

該研究的經濟價值分配系數要低于情景A,可能由兩者研究案例的空間差異性造成.我國作為PET材料的凈出口國,具有更低的原材料生產成本[38],但由于西方發達國家很早開始重視廢棄物的回收利用,擁有更成熟的社會循環系統與產業技術配套[39-40],使得中國在PET廢料的回收成本上并未體現出較大優勢[41],這也導致本研究情景A的經濟價值分配系數偏高.

就環境影響指標而言,情景A與另外三個案例在物料輸入、能源輸入的數量以及類型上各有不同,導致指標數值的大小情況也有所差異.情景A中的人體毒性潛值低于對比文獻中的所有案例,全球變暖潛值介于機械法與半機械法之間,能源消耗指標略高于半機械法.總體分析可知,相對于本研究對比的其他同類型技術,情景A再生循環技術的生命周期過程具有更低的環境影響.

2.4 研究局限性

本研究經濟價值分配系數基于對四種PET材料市場價格的調研,調研地區為山東、浙江、福建三省,時間跨度為2017年-2021年.就本研究情景A而言,該系數每升高0.01將會為再生材料的生命周期增加37.77kg的溫室氣體排放以及898.34MJ的不可再生能源消耗,在很大程度上影響著總體環境負荷.而該系數易受時間和空間的影響,因此本研究LCA結果僅代表2017年-2021年研究案例所在地區的平均水平.而2.3節所述文獻發表于2010年,同樣會導致對比結果出現誤差.

若基于研究對象所在地區的實際角度考慮,再生技術的介入可在兩個方面產生環境效益.即在再生技術應用實施前,PET廢料得不到綠色化處理(傳統處理方式為焚燒后填埋,由GaBi軟件中的LCA模型可知該方式每處理1t廢棄聚酯材料約產生2400kg溫室氣體),且消費者只能購買到從石油資源中提煉出的PET紡織品,而再生技術的介入使得上述兩項污染過程均在一定程度上得到規避,在兩方面產生環境效益.但由于功能單位與系統邊界不一致,且本LCA研究的主要研究目的是核算再生技術代替原生技術后的環境效益,因此并未考慮由于避免廢棄材料焚燒處理而減少的環境影響.此外,廢棄材料的焚燒會產生電量或熱量收益,不同發電方式的LCA排放因子不同,相同發電量所造成的環境負荷同樣具有差異[42-43],因此若計算發電收益或熱量收益仍需要進一步討論系統邊界及不同發電模型的對比例.

情景A再生循環技術的雜質處理量與原材料消耗量受原料批次影響,在本研究中均采用均值.電力消耗數據來源于實地調研與企業生產報告,并結合部分設備功率分配至各個生產環節,可能與實際生產情況有所差異.但隨著科學技術的不斷提高,一些大型生產企業已經開始應用設備能耗以及物料流量監控系統,國家也愈加重視企業環境信息的公開[44],未來的生命周期評價工作將會有更系統詳實的基礎生產數據來源,從而得出更準確、可靠的分析與研究結論.

3 結論

3.1 基于經濟價值分配方法,計算得分配系數AF=0.3974,并根據該系數對廢棄材料作為原生材料時產生的環境負荷進行分配.結果表明:該再生循環技術的生命周期過程每輸出1t再生產品將會造成2480kg的溫室氣體排放,并消耗51500MJ的非生物性化石能源.提高廢棄紡織纖維在原料輸入中的占比是進一步降低環境負荷的有效措施.

3.2 通過兩種模擬情景的設置,核算出了再生循環技術代替原生技術后的環境效益:相對于由石化資源生產加工而來的原生PET紡織品,再生紡織品分別可降低約44%和40%的非生物化石能源消耗與全球變暖潛值.若以年產量2萬t計,每年可減少3.28萬t的溫室氣體排放,并節約2.76萬t的標準煤消耗,其他大部分環境影響指標也均有不同程度的下降,實現了節能減排、減污降碳的技術開發目的.

3.3 基于cut-off規則進行了歸一化分析與敏感性分析.結果表明:反應增容在6個生產環節中對總體環境負荷貢獻最大,電力的消耗與GMA的使用是PET再生紡織品工藝流程中的重點改進因素.

3.4 通過與其他文獻LCA案例的對比分析可知:本研究再生循環技術的溫室氣體排放與人體毒性指標均低于同類型的再生技術,能源消耗指標略高于半機械法.

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Environmental impact assessment of recycled PET textile using LCA methodology.

SUN Guang-ya1, WANG Ya-jun1*, XU Tong-guang1, CAO Xin2, CHEN Qing-hua3, ZHUANG Ling-feng3

(1.College of New Energy and Materials, China University of Petroleum, Beijing 102249, China；2.School of Economics and Management, China University of Petroleum, Beijing 102249, China；3.Engineering Research Center of Polymer Green Recycling, Ministry of Education, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China).,2023,43(11)：6194～6203

Based on the rational of life cycle assessment (LCA), this paper proposes to allocate the environmental impact exerted by PET recycled products otherwise wasted and calculate the environmental loads brought by the manufacturing process using recycling technology and original technology, through using the approach of economic value allocation and the cut-off principle. Moreover, this study conducts normalization and sensitivity analysis of LCA modeling for the manufacturing process. The results show that comparing with the original technology, the PET recycling technology can bring about a reduction of 1640kg of greenhouse gas emissions and 40400MJ of non-renewable energy. Besides, environmental indicators such as Human Toxicity Potential, Eutrophication Potential and Marine Aquatic Ecotoxicity Potential was decreased respectively. Among the six fabrication processes, in-situ reactive compatibilization had the greatest contribution to the total environmental loads, and the consumption of electricity and glycidyl methacrylate should be the key factors to improve.

life cycle assessment；carbon emission reduction accounting；PET textiles；recycling and regeneration；allocation based on economic values

X820.3

A

1000-6923(2023)11-6194-10

孫光亞(1997-),男,遼寧錦州人,中國石油大學(北京)新能源與材料學院碩士研究生,主要從事再生循環材料的生命周期評價方向研究.發表論文2篇.sgy0100@126.com.

孫光亞,王雅君,徐同廣,等.基于LCA的PET再生紡織品環境影響分析 [J]. 中國環境科學, 2023,43(11):6194-6203.

Sun G Y, Wang Y J, Xu T G, et al. Environmental impact assessment of recycled PET textile using LCA methodology [J]. China Environmental Science, 2023,43(11):6194-6203.

2023-03-08

國家重點研發計劃(2019YFC1904500);國家自然科學基金資助項目(52270115);中國石油大學(北京)科研基金(2462019QNXZ05, 2462020YXZZ018);重質油國家重點實驗室自主項目

* 責任作者, 研究員, wangyajun@cup.edu.cn