綠色竹制家具生命周期評價的模式構建

楊曉夢，孫建平，劉志佳，馬 俊，孫 文

(1.東北林業(yè)大學 材料科學與工程學院，哈爾濱 150040；2.國際竹藤中心 竹藤科學與技術重點實驗室，北京 100102；3.廣西大學 林學院，南寧 530004)

我國是世界上主要產竹國家，竹子也是我國重要的森林資源，隨著全球森林資源逐漸減少，生態(tài)環(huán)境的危機日益突出，竹子以其獨特的優(yōu)勢也越來越突顯出它的價值[1-3]。它不僅生長快、易繁殖、生命力強、產量高，它獨特的材性也是其他材料所不可比擬的。目前我國的竹資源呈現明顯的增長趨勢，這對于生產各種竹制品，發(fā)展竹產業(yè)提供了非常有利的條件[4-7]。

LCA(Life Cycle Assessment)即生命周期評價，核心就是對于材料或者產品的整個生命流程從制造、使用、回收、廢棄與處置等全過程中的環(huán)境影響進行綜合評價，又被稱為從“搖籃到墳墓”的分析[8]。盡管竹材一直以來被認為是一種環(huán)保的材料，但是國內外對它進行定性定量的環(huán)境影響評估卻不多見，隨著生命周期評價理論的日趨完善，在竹材研究領域也取得了一定的進展。目前國內外的研究方向大多集中在竹材作為建筑材料、竹地板以及與其他材料的生命周期評價進行對比分析，在其他具體的竹制品方面沒有過多涉及，但是作為從竹地板到竹家具的轉型和升級發(fā)展的趨勢，對于竹制家具進行模式構建有利于竹產業(yè)產品的創(chuàng)新研發(fā)。經過實踐總結，模式的構建對于后期工作的開展至關重要[9-10]。本文基于國內外的研究現狀，對竹制品的生命周期評價模式進行構建，希望能對后續(xù)的研究和企業(yè)的產品決策提供直觀的參考依據。

根據ISO14040標準定義的技術框架，一套完整的生命周期評價評價包含目標和范圍的確定、清單分析、影響評價和結果解釋4個階段[11]。該評價系統(tǒng)包含了產品或工藝的整個生命周期流程，從原材料的獲取、加工、生產、運輸、使用、廢棄一直到最后的循環(huán)再利用。

1 研究目標和范圍

首先應確定研究的目標范圍(goal and scope definition)和功能單位，對于家具的生產工藝過程進行生命周期評價研究，目的在于量化各階段的關鍵影響因素，分析其原因，為采取合理的改進措施提供可靠依據。如果是板式家具，功能單位可以定義為1 m3的板材[12]，如果對于不同材質的兩種家具產品LCA進行比較，例如兩把不同材質的椅子，假設它們在房間內使用了相同的時間，那兩者的功能單位就是一樣的，因為它們滿足人們的需求是相同的。

不同的產品會有不同的系統(tǒng)邊界，根據既定好的系統(tǒng)邊界確定研究應該包括以下幾個系統(tǒng)(以竹材板式家具為例)：

(1)竹材從林場運到板材生產企業(yè)的原料堆放場地。

(2)竹集成板(竹重組材)的制造，包括選材、鋸截、粗刨、蒸煮、干燥、涂膠、膠拼、芯層刨光、整板膠合、開料、砂光和包裝入庫等各個工序。

(3)竹家具基材的運輸，從基材制造廠到家具制造廠。

(4)竹材板式家具的制造，包括開料、砂光、銑邊、鉆孔、鏤銑、精細砂磨、涂飾、五金裝配、包裝等各個工序。

(5)家具產品的運輸，從家具制造企業(yè)到零售商或用戶。

(6)家具的使用階段，考慮到在不同地域、不同環(huán)境下的具體使用會有千差萬別，且能耗消耗很少，暫不考慮。

(7)家具的廢棄處置和回收利用階段，大量的生命周期評價結果表明，產品用后處理階段的環(huán)境問題十分嚴重[13]。從歷史上看，已經找到了普遍使用的既定的方法，例如以焚化和回收比較作為廢物的管理選項[14]。

2 清單分析

確立了目標范圍后，要建立每個階段輸入和輸出的數據，清單分析(life cycle inventory analysis，LCI)是對產品、工藝或活動在其整個生命周期階段的資源、能源消耗和向環(huán)境的排放(包括廢氣、廢水、固體廢棄物及其他環(huán)境釋放物)進行數據量化分析[15]。本文以竹家具為例的主要清單分析見表1～表3。

完整的清單數據采集除去上述3項，還應包括企業(yè)的基本信息調查表(企業(yè)的名稱、規(guī)模、生產線條數及規(guī)模、主要產品及年產量等)、輔助材料消耗及修復再利用(廠房、折舊等)、工藝流程表(即從原材料開采到成品生產結束的具體工藝環(huán)節(jié)制品的規(guī)格、數量等)等，這要依企業(yè)生產的實際情況而定。

表1 竹家具企業(yè)能源及綜合利用調研表

表2 竹家具企業(yè)資源及綜合利用調研表

注明每種原料及所利用廢物的具體名稱。

表3 竹家具企業(yè)廢物產生及循環(huán)利用調研表

3 影響評價(Life Cycle Impact Assess-ment，LCIA)

由于各種因子對于環(huán)境影響的程度不同，根據上述的清單分析的數據需進行影響評價，需要將清單分析的結果與相關的影響類型相結合，從環(huán)境的角度審查所研究產品系統(tǒng)對環(huán)境的影響潛值[12]。它是對清單階段所辨識出來的環(huán)境負荷影響進行定量和(或)定性的描述和評價[16]。雖然目前LCA的理論研究已經很成熟，但是評價方法卻不能很好的統(tǒng)一，國內外常用的方法有EDIP 97、EPS 2000、Ecoindicator 99和CML 2001等。不同的評價方法將使用不同的標準化基準值和權重因子，因此采用適合的方法對于評價結果尤為重要[17]。本文嘗試采用中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心以EDIP方法為基礎所建立的評價參數[18]。

3.1 分 類

將清單中的污染物納入各種影響類型，見表4，例如CO2和CH4都屬于溫室氣體，所以歸為全球變暖類別中。

3.2 特征化

按照影響類型建立清單數據模型，將分類后的進行匯總，以參考物為基礎為同一類的其他物質的潛在影響做估算。例如各種溫室效應氣體的環(huán)境影響，全部以CO2當量來表示[19]，酸化的特征因子以SO2為基準等。

表4 竹家具生產過程中污染物的環(huán)境影響類型

3.3 標準化

根據表5中的當量因子PF可計算出環(huán)境影響潛值：

EP(j)=∑EP(j)i=∑[Qi×PF(j)i]。

(1)

式中：EP(j)為產品對第j種潛在環(huán)境影響的貢獻；EP(j)i為第i種排放物質對第j種潛在環(huán)境影響的貢獻；Qi為第i種物質排放量；EF(j)i為第i種排放物質對第j種潛在環(huán)境影響的當量因子。

表5 竹家具生產過程中環(huán)境影響類型中主要環(huán)境脅迫因子的當量[19]

得到上述的特征化值并不能準確的判定該影響類型的重要程度，需要將特征化值除以一個標準化參考因子，得到一個無量綱的量[19]。這個標準化的因子即為我國相應的標準人當量基準：

ER(j)90=EP(j)90/Pop90。

(2)

式中：ER(j)90為1990年全球(或中國)人均環(huán)境影響潛值；EP(j)90為1990年全球(或中國)總的環(huán)境影響潛值；Pop90為1990年全球(或中國)人口。

表6 中國環(huán)境影響潛值標準人當量基準值和權重[20]

注：ERp為1990年各地區(qū)及全國標準化人當量基準值，WFT2000為根據2000削弱目標確定的權重

經計算，中國環(huán)境影響潛值標準人當量基準值見表6。

根據標準人當量基準ER(j)90，標準化后的環(huán)境影響潛值NEP(j)為：

NEP(j)=EP(j)/ER(j)90。

(3)

3.4 加 權

不同的影響類型經標準化后得出相同的數值，并不意味它們的潛在環(huán)境影響一樣，需要對不同影晌類型的重要性進行排序，即賦予權重[16]。

環(huán)境影響權重WF(j)計算公式為：

WF(j)=ER(j)90/ER(j)T2000。

(4)

經計算，中國環(huán)境影響潛值權重因子見表6。

加權后的環(huán)境影響潛值WEP(j)為：

WEP(j)=WF(j)×NEP(j)=WF(j)×EP(j)/ER(j)90。

(5)

式中：WF(j)為j種環(huán)境影響的權重因子；NEP(j)為標準化后的j種環(huán)境影響潛值。

4 竹家具產品LCA的注意事項

盡管家具產品的LCA是比較復雜的，牽涉到的前端流程很長，涉及到很多材料、能源的加工，但是國內材料方向的研究已經有很大進步，兩者之間存在著通用性的原則，加之它們都有著相同的分析流程，可以很大程度上提供借鑒和參考。

但是只靠借鑒和參考相關領域來彌補本領域的空白是不可能解決所有問題的，在對竹家具產品LCA進行實際的系統(tǒng)化理論研究過程中，會遇到一些問題。

4.1 生產數據難以調研

本研究最關鍵的是必須深入企業(yè)調研得到準確的一手數據和資料，由于企業(yè)對于內部數據可能存在保留權，擔心數據泄漏會影響到企業(yè)的產品競爭力，數據的可供性會是很大的一個難題。

4.2 專業(yè)檢測復雜

竹家具在生產過程中對環(huán)境產生影響的排放廢棄物主要為廢水、廢氣、固體廢棄物的排放及噪聲污染。在考慮廢水時應檢測出廢水中含有的懸浮物、CODcr、BOD5和pH值等，固體廢棄物應考慮邊角料、纖維和砂光粉等含量，廢氣污染物主要有SO2、NOx、煙塵和苯、二甲苯等。上述的數據收集都需要根據國家標準運用相應的儀器進行檢測。每個環(huán)節(jié)都需要大量重復的數據，根據企業(yè)各生產部門實際測的數據及自行測量所得。其中有些數據為企業(yè)依靠相關的檢測部門，應用各種測量儀表實時記錄數據，可靠性強；一部分數據由技術人員及相關管理人員自行收集，往往比較直觀，但不可避免的具有測量誤差。

5 結束語

有了合理可行的模式構建，分析流程做到完善，然后采集到可靠的數據，結果才能有借鑒意義。運用上述構建的模式，可以為各種竹制品評價提供最基礎的參考模型，給以合理的結果解釋，有利于科學的分析竹材的環(huán)境協調性，實現竹材行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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