可持續政策下廢舊手機回收利用的生命周期研究

摘要：當前，全球廢棄移動產品（Waste Mobile Products，WMPs）數量持續呈增長趨勢，回收率卻持續偏低。提升WMPs的回收率，選擇適宜的處理方式，有助于顯著節約資源，減少環境影響。積極開展WMPs的回收行動對于經濟、環境和資源層面的可持續發展至關重要。本文以廢舊手機為例，運用生命周期評估（Life Cycle Assessment，LCA）對WMPs的資源化回收處理過程進行量化，并與傳統的焚燒與填埋過程進行對比。研究結果表明，相較于傳統處理方式，采用循環回收方式可使環境影響和資源消耗減少約50%。其中，廢舊電路板回收處理可節約高達56.1%的資源，進而實現可持續發展。

關鍵詞：廢舊手機；可持續發展；生命周期分析；環境影響；資源節約

中圖分類號：F713.2；F426.6 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）03-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.03.019

Abstract： Currently， the number of Waste Mobile Products （WMPs） worldwide continues to grow， but the recycling rate remains low. Improving the recovery rate of WMPs and selecting appropriate treatment methods can significantly save resources and reduce environmental impact. Actively carrying out recycling actions for WMPs is crucial for sustainable development at the economic， environmental， and resource levels. Taking used mobile phones as an example， this paper uses Life Cycle Assessment （LCA） to quantify the resource recovery and treatment process of WMPs， and compares it with traditional incineration and landfill processes. The research results indicate that compared to traditional treatment methods， adopting recycling methods can reduce environmental impact and resource consumption by about 50%. Among them， the recycling and treatment of waste circuit boards can save up to 56.1% of resources， thereby achieving sustainable development.

Keywords： used mobile phones; sustainable development; life cycle analysis; environmental impact; resource conservation

隨著生活水平的提高，電子設備已經成為人們生活不可或缺的一部分。然而，不容忽視的電子垃圾數量正在快速增長。2005年以來，電子垃圾的年增長率已超過5%。數據顯示，2019年全球產生5 360萬t電子垃圾，2030年將接近7 500萬t[1]。這一數字的迅速增長令人震驚，凸顯電子垃圾問題的嚴重性和緊迫性，尤其是廢棄移動產品（Waste Mobile Products，WMPs）。然而，僅有約20%的電子垃圾得到妥善的收集和管理。其中，廢舊手機的全球回收率僅約為3%，中國更是低于1%[2]，遠遠低于其他類別電子垃圾的平均回收率。

1 廢舊手機資源化的必要性

廢舊手機由多種復雜材料構成，若不妥善處理，可能對生態環境與人體健康造成嚴重危害。典型廢舊手機的主要構成包括聚合物部件、印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）、液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）、電池和鍵盤等組件[3]。這些部件含有多種危險物質[4]，如重金屬砷、鉛、鎘、鎳以及持久性生物累積毒性物質，對環境構成嚴重威脅。同時，廢舊手機還含有大量有價金屬，如銅、鋁、銀、金等。以合理方式回收廢舊手機材料具有潛在的經濟效益。綜上所述，有效回收廢舊手機材料對于減少負面環境影響并創造經濟利益至關重要。這一行動不僅有助于緩解環境壓力，更有利于中國進一步實現可持續發展。

2 廢舊手機處理的生命周期評估

生命周期評估（Life Cycle Assessment，LCA）作為一種客觀的方法，用于評估產品生產全過程對環境造成的影響。將該方法應用于廢舊手機的回收處理過程，能夠綜合分析和定量評價產品系統各個階段的資源消耗、污染排放等指標。這為各級政府制定廢舊手機回收、利用和資源化處置的可持續管理政策提供重要數據支持。本研究選用SimaPro 9.0軟件進行數據分析。

2.1 研究對象和功能單元的確定

本文以廢舊手機為研究對象。忽略手機型號和品牌的差異，將生命周期評估的功能單元設定為智能手機，每部手機質量為218 g，這一數值是基于華為、三星和蘋果等品牌的手機平均質量[5]。

2.2 系統邊界和場景構建

本研究以生命周期系統邊界為基礎，涵蓋生產、使用以及處置階段。為了定量分析廢舊手機進行資源化回收所帶來的差異，設定兩種對比情景。情景一是傳統的填埋或焚燒。手機電池和外殼進行填埋處理，LCD和PCB則進行焚燒。情景二是資源化回收和焚燒。回收的主要材料包括PCB中的各種金屬、外殼中的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和聚碳酸酯（ABS/PC）。由于LCD的回收難度較大且經濟價值較低，選擇焚燒處理。

此外，本文對廢舊手機的處理情景做出相關假設。假設1是假定手機的使用壽命平均為2年，在使用階段日消耗電量為0.018 kW·h；假設2是本研究基于原材料和運輸消耗進行分析；假設3是本文所涉及電池和顯示屏為鋰離子電池和液晶顯示屏；假設4是僅考慮手機的4個主要組件，即外殼、液晶顯示屏、PCB和電池。

2.3 生命周期清單建立

情景1和情景2的數據來源為SimaPro數據庫，部分數據已參考相關文獻[6-7]。從廢舊手機的各組件來看，外殼質量為105.99 g（占48.62%），LCD質量為5.514 g（占2.53%），PCB質量為66.054 g（占30.30%），電池質量為40.439 g（占18.55%）。外殼的主要材料包括ABS/PC、鋼和橡膠，分別占總質量的33%和10%，回收重點為ABS/PC材料。LCD和PCB的數據來源為Ecoinvent數據庫。在PCB的回收中，有價金屬主要涵蓋銅、鋁、鎳、鈷和鋰。設定電池容量為2 500 mA·h，使用階段，每部手機的總功耗達13.14 kW·h。在情景2中，電池回收的能耗設定為0.7 kW·h，得到廢舊手機的生命周期清單。

3 結果與討論

本研究采用CML-IA模型對廢舊手機的生命周期進行環境影響評估。在兩種場景下，廢舊手機對環境的影響涉及11個指標，如表1所示。根據選定的環境效益指標，在不同情形下對廢舊手機的環境影響進行分析。正值表示不利的環境負荷，負值表示有利的環境效益。分析結果顯示，在整個生命周期中，手機造成的環境負荷主要集中在生產和處置階段，使用階段的影響可以視作次要影響。

3.1 PCB生產對環境的影響

在兩個情景中，生產階段的表征結果相同，PCB生產對環境的影響較大。生產階段，PCB生產帶來的環境負荷最為顯著，占11個影響指標總量的65%以上。特別是光化學效應指標，環境負荷值為3.60×10-3 kg C2H4 eq，約占80%，由此可見，PCB的回收利用可以大幅減少手機生產過程對環境的影響。

3.2 最終處置階段的影響

廢舊手機最終處置階段，情景1的表征結果如圖1所示，分析發現，環境主要受到PCB焚燒和外殼填埋的影響，而LCD焚燒對環境的影響較小。PCB焚燒的影響主要體現在毒性污染排放，占全部環境負荷的80%以上。碳排放方面，外殼填埋產生顯著的負面影響，而外殼的回收利用有助于我國實現碳達峰碳中和目標。從這個角度來看，傳統的廢舊手機處理方法給環境帶來沉重的負擔，并且造成大量資源的浪費。

廢舊手機最終處置階段，情景2的表征結果如圖2所示。廢舊手機的最終處理方法主要著重于回收利用，只有LCD回收難度高、利用價值低，因此選擇焚燒處理。從結果可以明顯看出，環境結果呈現負值，對環境產生顯著積極影響。經綜合分析，PCB的回收利用在各種環境影響類別中都能帶來理想的環境效益。其中，ADP和EP的環境效益分別為-2.38×10-4 kg Sb eq和8.73×10-3 kg PO43- eq，減排效果顯著。結果進一步證實，手機殼的回收能夠降低碳排放。

3.3 場景1和場景2的對比分析

當涉及循環經濟的生命周期評估時，深入剖析不同場景的結果差異至關重要。情景1和情景2的LCA結果對比如圖3所示。情景1和情景2的區別在于最終處理是否回收。經對比，情景2的總環境負荷明顯小于情景1。根據非生物性耗損污染、人體毒性物質和海洋水生生態毒性指標，約50%的資源通過廢舊手機回收利用得到節約。資源節約可通過資源節約方程進一步驗證。例如，資源節約的百分比等于回收利用導致的環境負荷變化除以情景1最終處置階段的環境負荷。初步估算顯示，回收處理PCB可帶來56.1%的資源節約。

另外，從不可再生資源消耗和全球升溫潛能的環境影響來看，由于在循環利用過程中使用一定熱能，情景2產生的環境負荷略大于情景1。結果看似與減排要求不符，但本文的生命周期評估忽略原材料開采階段的能源消耗。在實際生產中，提取制造手機所需的基本金屬需要大量的能源投入，而直接從廢舊手機中回收金屬則可以大幅減少能源消耗。研究表明，從礦石中提取1 kg鈷所需的能量是從手機中回收鈷的7～15倍。手機的銅和金含量遠高于同等質量礦石的金屬含量[8]。資源回收帶來的環境和資源效益進一步擴大，同時不可再生資源消耗和全球升溫潛能也將得到削減。

4 結語

在全球范圍內，廢舊手機已成為電子垃圾中增長最快的一類。然而，其整體回收率偏低，特別是中國，回收率僅約為1%。廢舊手機的不當處理可能導致嚴重的環境影響和資源浪費。廢舊手機含有眾多高價值物質，回收利用可節約大量資源，減少環境負擔，獲得經濟效益。生命周期評估建立兩種情景，分析結果顯示，廢舊手機的閉環處理在最終處置階段產生的環境負荷遠低于直接填埋或焚燒的線性處理方式。從11個環境影響評估指標來看，環境負荷可降低約50%。換言之，廢舊手機回收將在很大程度上促進可持續發展。

參考文獻

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2 Li J，Ge Z，Liang C，et al.Present status of recycling waste mobile phones in China：a review[J].Environmental Science and Pollution Research，2017（24）：16578-16591.

3 Kasper A C，Berselli G B T，Freitas B D，et al.Printed wiring boards for mobile phones：characterization and recycling of copper[J].Waste Management，2011（12）：2536-2545.

4 Yadav S，Yadav S，Kumar P.Metal toxicity assessment of mobile phone parts using Milli Q water[J].Waste Management，2014（7）：1274-1278.

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6 Jha M K，Kumari A，Jha A K，et al.Recovery of lithium and cobalt from waste lithium ion batteries of mobile phone[J].Waste Management，2013（9）：1890-1897.

7 Chi T D，Lee J，Pandey B D，et al.Bioleaching of gold and copper from waste mobile phone PCBs by using a cyanogenic bacterium[J].Minerals Engineering，2011（11）：1219-1222.

8 潘梁柱.過硫酸鈉-碘法回收廢舊手機元器件中金的研究[D].廣州：華南理工大學，2022：15-16.

收稿日期：2024-01-12

基金項目：山西省高等學校科技創新項目“雙碳目標下基于LCA模型的廢棄手機資源化回收評價分析”（2023L408）；山西能源學院院級科研項目“EDTA+CA復合淋洗的安全性研究”（ZB–2023009）。

作者簡介：李艷林（1997—），女，山西晉中人，碩士，助教。研究方向：環境與能源。