基于GABI的液晶電視機(jī)環(huán)境影響評價

王玲 萬超 符永高 趙新 杜彬

（中國電器科學(xué)研究院有限公司 廣東珠海 510300）

隨著環(huán)境的惡化和資源的枯竭，國際節(jié)能減排的呼聲日趨激烈，這直接促使產(chǎn)品的環(huán)境影響成為當(dāng)今最熱門的研究領(lǐng)域之一。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院正在進(jìn)行制造過程碳排放的分析研究[1]，該研究在制造過程中引入公差的概念，旨在描述碳排放的統(tǒng)計值，在數(shù)據(jù)采集過程中，以電能為唯一要素。Jeswiet J等[2]以制造過程中的能耗為度量，將其與碳排放掛鉤，將電網(wǎng)的碳排放標(biāo)志定義為CES（Carbon Emission Sign），可以間接地計算出制造過程中的碳排放。孫良峰等[3]通過對產(chǎn)品機(jī)構(gòu)的分層、遞階劃分及對工藝過程碳排放的逐層提取，能準(zhǔn)確定位各層高碳排放零部件。文獻(xiàn)[4]使用生命周期評價方法結(jié)合情景分析手段研究轉(zhuǎn)爐鋼渣內(nèi)部綜合利用在消解粗鋼產(chǎn)品生命周期碳排放上的作用。

雖然關(guān)于碳排放的研究很多，但也存在不足之處：(1)多數(shù)學(xué)者將研究的焦點(diǎn)集中于碳排放方法的開發(fā)，引用的實例只是作為佐證研究方法的一種存在，結(jié)果的精確性有待商榷；(2)一般的研究方法只能針對某些特殊產(chǎn)品，局限性較大，難以推廣；(3)由于產(chǎn)品材料、結(jié)構(gòu)、工藝、人類的生活習(xí)慣等千差萬別，計算產(chǎn)品的環(huán)境影響時應(yīng)該對上述因素進(jìn)行適當(dāng)取舍；(4)碳排放是環(huán)境影響的一部分，評價范圍應(yīng)該擴(kuò)大。

本文以GABI為工具，計算液晶電視機(jī)制造過程的環(huán)境影響，為節(jié)能減排確定方向。

1 液晶電視機(jī)評價范圍的取舍

產(chǎn)品的生產(chǎn)往往伴隨著廢料、廢氣、廢水、噪聲等有害物質(zhì)的產(chǎn)生，這些有害物質(zhì)都是造成環(huán)境負(fù)擔(dān)的原因。問題在于，如何界定這些有害物質(zhì)來源的范圍。以液晶電視機(jī)為例，一般考慮其全生命周期的環(huán)境影響，即材料生產(chǎn)階段、零部件生產(chǎn)階段、運(yùn)輸機(jī)段、使用階段、回收階段。然而生命周期分析的目的在于找到對環(huán)境影響較大的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)或時間范圍，有針對性的進(jìn)行材料、結(jié)構(gòu)工藝、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)。液晶電視機(jī)使用過程的環(huán)境影響遠(yuǎn)大于其他階段，但使用階段的環(huán)境影響更多的與人們的生活習(xí)慣緊密相連，在技術(shù)改進(jìn)層面空間潛能較小。所以本文對液晶電視環(huán)境影響分析的范圍不包括使用階段。

則，液晶電視機(jī)生命周期環(huán)境影響如下表示：

式中，EMAT為材料生產(chǎn)階段的環(huán)境影響；EMAU為零部件制造過程的環(huán)境影響；ETRA為運(yùn)輸過程的環(huán)境影響；EREC為回收階段的環(huán)境影響；i為第i種排放指標(biāo)；j為第j種材料的排放量；p為生產(chǎn)第p個零件的排放量；q為第q種運(yùn)輸工具的排放量；h為第h個零件的回收排放量。

2 液晶電視機(jī)的清單分析

清單分析是進(jìn)行生命周期分析的前提和基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)清單的準(zhǔn)確性直接決定著結(jié)果的可靠與否。圖1為液晶電視結(jié)構(gòu)爆炸圖。

2.1 數(shù)據(jù)收集

區(qū)域：中國（廣東地區(qū)）；

產(chǎn)品：某企業(yè)液晶電視機(jī)；

完整性：數(shù)據(jù)差異不大；

取舍原則：將液晶電視機(jī)的使用階段排除在外，去除所占比例低于5%的材料；

時間范圍：2013~2014年度。

2.2 數(shù)據(jù)來源

液晶電視機(jī)的活動數(shù)據(jù)包括初級數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)。初級數(shù)據(jù)主要通過向企業(yè)發(fā)放問卷調(diào)查以及親自到車間采集得到；次級數(shù)據(jù)來源于GABI 數(shù)據(jù)庫，常見材料的碳排放量見表1。

2.3 數(shù)據(jù)清單

2.3.1 原材料生產(chǎn)階段。

原材料生產(chǎn)階段主要考慮鋼、鐵、銅、玻璃、塑料等材料從自然界流入人類社會所造成的環(huán)境影響。液晶電視機(jī)材料生產(chǎn)階段的數(shù)據(jù)見表2。

2.3.2 零部件生產(chǎn)制造階段

生產(chǎn)制造階段的主要考慮各零部件制造、電視機(jī)裝配、固定件安裝、測試等工藝過程的環(huán)境影響。該階段的數(shù)據(jù)主要包括每一個工藝過程的工藝設(shè)備功率以及工藝所需的時間，根據(jù)GB/T 8059，抽取三臺樣機(jī)做平均值得到的數(shù)據(jù)比較可靠。本文采用該方法收集數(shù)據(jù)，零部件制造階段的數(shù)據(jù)如表3。

2.3.3 運(yùn)輸階段

運(yùn)輸階段分為從零部件供應(yīng)廠商到生產(chǎn)企業(yè)的供貨過程、生產(chǎn)企業(yè)到產(chǎn)品銷售廠商的分銷過程、消費(fèi)者從產(chǎn)品銷售廠商進(jìn)行購買的過程和廢棄物運(yùn)輸?shù)交厥掌髽I(yè)的過程，運(yùn)輸階段數(shù)據(jù)見表4。

2.3.4 回收階段

回收階段的回收方式主要包括了破碎、焚燒填埋、材料回收和零部件回收等幾種。設(shè)定該階段的電能供應(yīng)來源于華南電網(wǎng)，產(chǎn)品的材料回收利用率為80%，回收階段數(shù)據(jù)見表5。

3 液晶電視機(jī)生命周期分析

3.1 前期計算

通過GABI軟件對液晶電視機(jī)生命周期各階段進(jìn)行分析，分析需要的數(shù)據(jù)見本文第2節(jié)。由于液晶電視機(jī)內(nèi)部零件較多，本文將液晶電視機(jī)分為外殼系統(tǒng)、液晶屏系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)四大系統(tǒng)。限于篇幅，這里僅對外殼系統(tǒng)進(jìn)行生命周期分析，見圖2。

采用CML2001-DEC，07，Experts IKP指標(biāo)，進(jìn)行環(huán)境影響分析時將液晶電視機(jī)的環(huán)境影響分為六類，即生物滅絕潛能、酸化潛能、富營養(yǎng)化潛能、全球變暖潛能、臭氧消耗潛能、光化學(xué)潛能等。不同的材料、能源、工藝方法導(dǎo)致不同的環(huán)境影響結(jié)果，見表6，圖3、圖4。

3.2 生命周期評價及解釋

生命周期影響評價是在完成清單分析和GABI 前期計算后進(jìn)行的，旨在根據(jù)產(chǎn)品的環(huán)境影響進(jìn)行評估，實質(zhì)是對清單分析的結(jié)果進(jìn)行定性或定量排序的一個過程。影響分析是LCA的核心，也是難度最大的部分。

表1 常見材料的碳排放當(dāng)量

表2 液晶電視機(jī)的材料構(gòu)成

表3 液晶電視機(jī)零部件生產(chǎn)階段數(shù)據(jù)

表4 液晶電視機(jī)運(yùn)輸階段數(shù)據(jù)

表5 液晶電視機(jī)回收階段數(shù)據(jù)

表6 液晶電視機(jī)不同系統(tǒng)環(huán)境影響（單位 kg）

從橫向來看，外殼系統(tǒng)的環(huán)境影響最大，占全生命周期61.44%。原因是外殼系統(tǒng)的重量所占比重較大，為65.42%，原材料生產(chǎn)階段的環(huán)境影響較大。此外，外殼系統(tǒng)零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝過程消耗的能量以及廢棄的材料較多；輔助系統(tǒng)因為零件數(shù)量較少，加工工藝簡單，環(huán)境影響最小，為1.29%。從環(huán)境指標(biāo)來看，生物滅絕潛能、酸化潛能、富營養(yǎng)化潛能、臭氧消耗潛能、光化學(xué)潛能所占的比例很小，分別為1.38%、1.08%、0.69%、0.00%、0.063%，液晶電視機(jī)的環(huán)境影響主要體現(xiàn)為全球變暖潛能。從縱向來看，原材料生產(chǎn)階段占的比重最大，為63.55%，材料生產(chǎn)階段，全球變暖潛能表現(xiàn)最為明顯，占到整個材料生產(chǎn)階段的98.32%。臭氧消耗潛能和富營養(yǎng)化也較為突出，二者之和占1.66%，可能是因為控制板和液晶屏中的錫和液晶材料導(dǎo)致。制造階段的富營養(yǎng)化也有所體現(xiàn)，這是因為零部件生產(chǎn)過程中，廢棄材料導(dǎo)致的?；厥针A段為負(fù)值，說明材料回收對環(huán)境影響其阻礙作用，即回收有利于降低液晶電視機(jī)的環(huán)境影響。

通過以上分析，對液晶電視機(jī)的改進(jìn)建議如下：

（1）由圖3圖4可知，外殼系統(tǒng)和材料生產(chǎn)階段產(chǎn)生的環(huán)境影響所占的比例最大，由此可以推出，改善外殼系統(tǒng)材料的環(huán)境屬性可以有效地降低液晶電視機(jī)的環(huán)境影響。

（2）由圖3可知，液晶屏和控制系統(tǒng)的臭氧消耗潛能和富營養(yǎng)化潛能表現(xiàn)突出，考慮采用新的液晶材料和PCB板的焊料。

（3）回收制造階段的廢棄材料可以降低富營養(yǎng)化潛能。

（4）液晶電視機(jī)的廢棄回收能夠積極的抑制液晶電視機(jī)全生命周期的環(huán)境影響。

4 結(jié)論

本文以液晶電視機(jī)為研究對象，對液晶電視的材料生產(chǎn)階段、零部件制造階段、運(yùn)輸階段、回收階段的環(huán)境影響做了詳細(xì)的評估和分析。結(jié)果表明，液晶電視的環(huán)境影響主要體現(xiàn)在全球變暖潛能。材料生產(chǎn)階段和外殼系統(tǒng)的環(huán)境影響較大，而液晶屏系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的生物滅絕潛能、酸化潛能、富營養(yǎng)化潛能表現(xiàn)也較明顯。為液晶電視機(jī)的綠色設(shè)計與制造提供了指導(dǎo)。

[1]AMETA G, MANI M，et al.Carbon weight analysis for machining operation and allocation for redesign [EB/OL].[2011-03-05].http://www.nist.gov/cgi-bin/view_pub.cgi? pub_id=901525, December

[2]Jeswiet J, Kara S.Carbon emissions and CESTM in manufacturing [J].CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2008, 57(l):17-20.

[3]孫良峰,裘樂淼,張樹有,伍曉榕.面向低碳化設(shè)計的復(fù)雜裝備碳排放分層遞階模型[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012, 11（18）:2381-2390

[4]陳波,楊建新,歐陽志云.鋼渣內(nèi)部綜合利用碳減排效果的生命周期評價[J].中國人口資源與環(huán)境, 2010,20(10):30-34