生命周期方法在產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)環(huán)境效益評價(jià)中的應(yīng)用
——研究進(jìn)展及問題分析

劉晶茹，嚴(yán)玉廷，聶鑫蕊，嚴(yán) 麗

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085

生命周期方法在產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)環(huán)境效益評價(jià)中的應(yīng)用
——研究進(jìn)展及問題分析

劉晶茹*，嚴(yán)玉廷，聶鑫蕊，嚴(yán) 麗

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085

近年來，產(chǎn)業(yè)共生作為產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)最具特征的領(lǐng)域引起了相關(guān)研究者的廣泛關(guān)注。當(dāng)前的研究逐漸從產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的定性描述分析轉(zhuǎn)向定量的系統(tǒng)評價(jià)上。傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)環(huán)境效益評價(jià)僅僅關(guān)注共生系統(tǒng)本身，而忽視了占環(huán)境影響20%—50%的上、下游過程及替代過程的環(huán)境影響，為了得到客觀的、系統(tǒng)的環(huán)境影響評價(jià)，將生命周期分析方法引入產(chǎn)業(yè)共生效益評價(jià)顯得尤為重要。首先回顧了生命周期分析方法在產(chǎn)業(yè)共生研究中的發(fā)展過程，接著評述了3種生命周期分析方法在產(chǎn)業(yè)生態(tài)研究中的優(yōu)劣勢。并重點(diǎn)分析了將生命周期思想引入產(chǎn)業(yè)共生效益評價(jià)方法存在的功能單位設(shè)定問題及系統(tǒng)邊界的選擇問題。最后，呼吁為避免隱形污染的轉(zhuǎn)移，必須盡快將生命周期分析的方法和管理理念引入我國生態(tài)工業(yè)園設(shè)計(jì)、規(guī)劃、評價(jià)和管理的全過程中。

產(chǎn)業(yè)共生；生命周期分析；替代效益

近年來，產(chǎn)業(yè)共生作為產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)最具特征的領(lǐng)域引起了相關(guān)研究者的廣泛關(guān)注。產(chǎn)業(yè)共生這一術(shù)語最早出現(xiàn)于1947 年的經(jīng)濟(jì)地理文獻(xiàn)，用以描述不同企業(yè)之間存在的“有機(jī)關(guān)系”[1- 2]。Marian Chertow 2000年將產(chǎn)業(yè)共生定義為：將傳統(tǒng)分散的企業(yè)通過物質(zhì)、能量、水或副產(chǎn)品的交換而產(chǎn)生的一種集群競爭優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)共生的核心是一種地理臨近性所產(chǎn)生的一種合作和協(xié)同效應(yīng)[3]。在“開展物質(zhì)、能量、水和副產(chǎn)品交換”這一理念指導(dǎo)下，以區(qū)域內(nèi)廢棄物與副產(chǎn)品的充分利用為宗旨，各國相繼開展了以生態(tài)工業(yè)園為主要形式的產(chǎn)業(yè)共生實(shí)踐，通過文獻(xiàn)梳理可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)共生的理論研究相對滯后于實(shí)踐的發(fā)展。2000年以前，相關(guān)文獻(xiàn)主要集中在對共生網(wǎng)絡(luò)的“定性描述”上，而對產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系如何減少環(huán)境影響的定量研究相對較少[4- 5]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞著產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的生態(tài)效率評價(jià)[6- 7]、可持續(xù)性評價(jià)[8- 9]、柔性評價(jià)[10]和系統(tǒng)效率評價(jià)[11- 12]等方面進(jìn)行了多種探討，物質(zhì)流分析方法、能值分析方法、能源系統(tǒng)分析方法、指標(biāo)體系法成為主要研究方法。雖然側(cè)重點(diǎn)不同，但相關(guān)研究均將產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)作為一個(gè)“黑箱”，將“相互利用副產(chǎn)品或廢棄物”的企業(yè)集合體作為研究對象，關(guān)注這個(gè)共生系統(tǒng)中由于副產(chǎn)品和廢棄物的利用而帶來的廢棄物直接減排量及資源替代量，而來自于共生系統(tǒng)上游及下游的環(huán)境影響基本被排除在外。

1 基于生命周期方法的產(chǎn)業(yè)共生環(huán)境效益評價(jià)研究進(jìn)展

2010年Shi等[13]評價(jià)了天津泰達(dá)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)中主要共生鏈的環(huán)境效益，指出，從一個(gè)較長時(shí)間的視角看，必須將那些由共生關(guān)系所產(chǎn)生的超過園區(qū)邊界的外溢效果考慮進(jìn)來。同年，Sokka等[14]在評價(jià)芬蘭林業(yè)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的環(huán)境影響時(shí)，也考慮了系統(tǒng)“上游”的影響，他們的研究發(fā)現(xiàn)，共生系統(tǒng)上游過程的環(huán)境影響對于整個(gè)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)最大，僅僅關(guān)注共生系統(tǒng)本身的環(huán)境效益，會(huì)帶來共生系統(tǒng)本身的環(huán)境影響減小、而更多的環(huán)境影響向系統(tǒng)外供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)[15]。在這種背景下，生命周期分析方法作為一種系統(tǒng)評估方法而被引入產(chǎn)業(yè)共生環(huán)境效益評價(jià)的研究中。該方法可以通過考慮完整的能源和物質(zhì)供應(yīng)鏈來評價(jià)全方面的資源利用及服務(wù)所產(chǎn)生的環(huán)境影響[16]，從而避免了環(huán)境影響問題在不同生命周期階段、不同區(qū)域和不同環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)語境下的轉(zhuǎn)變[17]。

目前應(yīng)用生命周期分析方法來評價(jià)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的案例十分有限，根據(jù)評價(jià)目標(biāo)，可以將其分為二類：第一類是對現(xiàn)有共生系統(tǒng)的評價(jià)，如Liu等[18]在2011年應(yīng)用生命周期方法對金橋生態(tài)工業(yè)園的能源共生系統(tǒng)進(jìn)行了環(huán)境影響評價(jià)，Dong 等[19]應(yīng)用混合生命周期方法核算了沈陽高新區(qū)的碳足跡。第二類是對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，即利用生命周期過程分析，輔助其他系統(tǒng)優(yōu)化方法，識(shí)別共生系統(tǒng)更多的潛在共生關(guān)系。如2007年Singh等[20]以提高共生系統(tǒng)全生命周期過程碳的轉(zhuǎn)化效率為目標(biāo)，對一個(gè)包含了甲酸、甲基胺等13個(gè)化工生產(chǎn)過程的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行了共生設(shè)計(jì)，提出了改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化方案。2009年Sokka等[21]對一個(gè)包含造紙廠、電廠和化工廠的芬蘭林業(yè)共生系統(tǒng)開展了生命周期分析，著重分析了電廠余熱利用、林業(yè)廢棄物發(fā)電等能源共生關(guān)系所帶來的直接及間接溫室氣體減排量。2010年，Sokka[14]等人對芬蘭林業(yè)共生系統(tǒng)開展了更深入的研究，提出了構(gòu)建更多共生關(guān)系的可能性，并核算了這些潛在的共生關(guān)系對減少系統(tǒng)生命周期環(huán)境影響的效果。同年，Hashimoto等[22]利用生命周期分析方法，為川崎生態(tài)城以水泥生產(chǎn)為中心的產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3種減碳共生方案。

在前人探討性研究的基礎(chǔ)上，2012年Mattila[15]等人第一次系統(tǒng)的提出了生命周期分析方法在產(chǎn)業(yè)共生環(huán)境效益評價(jià)中的技術(shù)框架及應(yīng)用范圍等問題，他們認(rèn)為生命周期分析方法在選擇不同共生方案時(shí)是十分重要的工具，只有基于生命周期視角的決策才能夠保證在建立產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系時(shí)不會(huì)忽視更重要的間接環(huán)境影響問題。在開展新的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)有必要進(jìn)行一個(gè)全面的生命周期分析，客觀、系統(tǒng)的評估各種方案的潛在優(yōu)劣勢，從而為系統(tǒng)長期的可持續(xù)發(fā)展提供最佳的設(shè)計(jì)選擇[23]。

2 產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的生命周期分析方法

生命周期分析方法是針對產(chǎn)品系統(tǒng)而發(fā)展起來的一種系統(tǒng)分析方法，隨著生命周期方法在研究領(lǐng)域和研究視角的拓展及適用于中觀及宏觀層次的混合生命周期分析方法(hybrid-LCA)的提出，為該方法應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)提供了可能性?；旌仙芷诜椒ㄓ蒘uh等人[24]在2004提出，是以過程生命周期方法(Process-LCA)為基礎(chǔ)、以投入產(chǎn)出生命周期方法(IO-LCA)做相關(guān)截止流(上游、服務(wù)、替代)的一種新方法。2009年Lenzen和Wiedman[25]指出，應(yīng)用混合生命周期分析方法的最佳路徑是先用投入產(chǎn)出生命周期方法做一個(gè)快速的分析，然后采用結(jié)構(gòu)路徑分析方法從中選擇最重要的污染物轉(zhuǎn)移路徑，再用過程生命周期方法進(jìn)行詳細(xì)分析。2010年Mattila等[26]以芬蘭林業(yè)共生系統(tǒng)為例，分別用過程生命周期方法、投入產(chǎn)出生命周期方法和混合生命周期方法對其環(huán)境效益開展了評價(jià)，由于3種方法在收集清單數(shù)據(jù)時(shí)，對 “截止流(cutoff)”的考慮不同，即系統(tǒng)邊界不同，因此3種方法所得到的各種環(huán)境影響結(jié)果會(huì)有不同程度上的差異。他們的研究結(jié)論是：投入產(chǎn)出生命周期方法跟混合生命周期方法結(jié)果更接近，因此可以作為量化產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)環(huán)境影響的首選方法。他們同時(shí)對3種方法所需要的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)來源及方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的比較(表1)，這是目前唯一一個(gè)將3種方法同時(shí)應(yīng)用與一個(gè)共生系統(tǒng)的研究案例。

表1 應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的3種生命周期方法

3 開展產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)生命周期分析的關(guān)鍵問題

雖然生命周期分析方法在產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)系評價(jià)中的應(yīng)用意義非常明顯，但在實(shí)際操作中，依然面臨著很大的困難。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的生命周期分析方法是針對單個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)而建立的，這里的“產(chǎn)品系統(tǒng)”要相對獨(dú)立，從而其系統(tǒng)的輸入輸出會(huì)比較明確，便于數(shù)據(jù)獲取。而產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是子系統(tǒng)之間存在的“共生關(guān)系”，因此，將傳統(tǒng)應(yīng)用于單個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期分析方法引入產(chǎn)業(yè)共生研究中仍然存在一定的挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)的選取、系統(tǒng)邊界的設(shè)定、技術(shù)參數(shù)的選擇等，其中最主要的兩個(gè)問題是功能單位及參照系統(tǒng)的設(shè)定問題，這是開展共生系統(tǒng)評價(jià)的前提。

3.1 功能單位設(shè)定問題

功能單位是生命周期分析中作為參照單位的產(chǎn)品系統(tǒng)性能，它的基本作用就是為有關(guān)的輸入和輸出提供參照基準(zhǔn)。產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)是一類經(jīng)濟(jì)體，其主要功能仍然是提供以產(chǎn)品為主要形式的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。因此，從目前的研究案例看，功能單位主要是產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)一年經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)量(貨幣為單位)及產(chǎn)品量(重量為單位，product mix)[14]。選擇經(jīng)濟(jì)量作為功能單位，便于建立產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)之間“關(guān)聯(lián)”，使得生命周期分析的“中游”與使用投入產(chǎn)出分析方法的“上”、“下”游單位一致。但該方法不能體現(xiàn)“產(chǎn)業(yè)共生”系統(tǒng)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)技術(shù)的特殊性，因?yàn)橥度氘a(chǎn)出方法本身是建立在假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)部同一產(chǎn)業(yè)部門“技術(shù)均衡”的前提下的。當(dāng)選擇物質(zhì)量作為評價(jià)單位時(shí)，共生系統(tǒng)“當(dāng)?shù)?on-site)”的環(huán)境影響可以用“至下而上”的過程生命周期分析方法進(jìn)行核算，該方法的優(yōu)點(diǎn)是所有參數(shù)均來自共生系統(tǒng)，從而能夠客觀的反應(yīng)共生系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)技術(shù)水平。但該方法存在兩個(gè)不確定性，一是所有產(chǎn)品產(chǎn)出需要轉(zhuǎn)換為貨幣量后才能與投入產(chǎn)出表建立“關(guān)聯(lián)”，二是過程生命周期分析方法與投入產(chǎn)出生命周期分析方法的系統(tǒng)邊界不同，兩個(gè)方法所獲取的數(shù)據(jù)在進(jìn)行對比時(shí)，會(huì)存在口徑的不一致問題，從而影響了數(shù)據(jù)的可比性。

3.2 參考系統(tǒng)的設(shè)定問題

圖1 產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)(1)和假設(shè)的參考系統(tǒng)(2)[26]Fig.1 Industrial symbiosis (1) and hypothetical reference (2)[26]

開展產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)評價(jià)的根本目的是對比分析“共生”與“不共生”情況下兩個(gè)系統(tǒng)的環(huán)境影響，因此，設(shè)定一個(gè)與共生系統(tǒng)具有可比性的參照系統(tǒng)(reference system)是十分必要的。設(shè)定參照系統(tǒng)時(shí)最關(guān)鍵的問題是系統(tǒng)邊界的確定，圖1所示的是一種最簡單的包含兩個(gè)過程的共生系統(tǒng)，其中(1)為共生系統(tǒng)，(2)為參照系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)具有相同的產(chǎn)出(電和紙漿)，具有可比性。在對系統(tǒng)開展生命周期分析時(shí)，共生系統(tǒng)(1)中產(chǎn)出的“電和紙漿”的生產(chǎn)原料和生產(chǎn)技術(shù)來自共生系統(tǒng)，參照系統(tǒng)(2)的產(chǎn)出“電和紙漿”反映的是國家生產(chǎn)電力和紙漿的平均水平。通過對比，可知共生系統(tǒng)生產(chǎn)單位電力和紙漿所產(chǎn)生的環(huán)境影響與國家平均生產(chǎn)水平的區(qū)別，這個(gè)“區(qū)別”既可認(rèn)為是“共生”效益。

但這是一個(gè)最簡單的過程，被Mattila[15]稱為歸因法(attribution)，即假設(shè)這個(gè)共生系統(tǒng)在當(dāng)前或是短期內(nèi)不會(huì)對國家尺度的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，因此，可以直接利用現(xiàn)有的投入產(chǎn)出表核算“截止流”。當(dāng)評價(jià)一個(gè)城市尺度或國家層次的共生系統(tǒng)時(shí)，上面的假設(shè)是不成立的。此時(shí)需采用結(jié)果法(consequence)，這種方法考慮了共生系統(tǒng)長期的影響結(jié)果，認(rèn)為共生系統(tǒng)所發(fā)生的替代過程會(huì)通過市場和技術(shù)的作用而逐步改變整個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)[27]，此時(shí)開展生命周期分析所設(shè)定的系統(tǒng)邊界就是與投入產(chǎn)出表相關(guān)的整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，而不僅僅是產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)，并需要輔助反推法等系統(tǒng)分析工具來進(jìn)行替代效應(yīng)的評價(jià)。

4 評述與展望

生命周期方法正在朝著一個(gè)多視角、多主體、多維度的系統(tǒng)整合方向發(fā)展，已逐漸發(fā)展成為一種中、宏觀決策支持的“可持續(xù)”(SLCA)的系統(tǒng)評價(jià)方法[28]。生命周期分析是對產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)進(jìn)行全方位“溯蹤”的過程，既包含產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)本身，又包括為產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)運(yùn)行提供支撐和服務(wù)的上游及下游過程。由于生命周期方法本身所具有的全過程性、客觀性和系統(tǒng)性，使其必將成為產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃和評價(jià)的重要工具之一，但如何將這一針對產(chǎn)品系統(tǒng)而開發(fā)的工具應(yīng)用于復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是該方法面臨的挑戰(zhàn)之一。

生態(tài)工業(yè)園的研究和實(shí)踐在國內(nèi)蓬勃發(fā)展，但我國的產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、規(guī)劃和評價(jià)時(shí)，均停留在強(qiáng)調(diào)控制園區(qū)內(nèi)直接污染排放的層次，這會(huì)導(dǎo)致生態(tài)工業(yè)園將間接的污染過程向園區(qū)外轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。為客觀的評價(jià)我國生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)成果，我們認(rèn)為必須盡快引入生命周期分析的方法和管理理念，將生命周期分析、生命周期評價(jià)、生命周期設(shè)計(jì)與生命周期管理貫穿在生態(tài)工業(yè)園設(shè)計(jì)、規(guī)劃、評價(jià)和管理的全過程中。

2010年國際生命周期參考數(shù)據(jù)系統(tǒng)(ILCD)在其發(fā)布的生命周期技術(shù)指導(dǎo)手冊中為該方法如何應(yīng)用于中觀和宏觀層次的決策支持提供了指導(dǎo)準(zhǔn)則，這為產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的生命周期分析提供了一個(gè)通用的研究框架[29]。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國學(xué)者在生命周期分析方法、典型產(chǎn)品分析、生命周期清單數(shù)據(jù)庫等方面取得了長足進(jìn)展[30]，為國內(nèi)開展產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)生命周期分析提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。隨著生命周期分析方法的發(fā)展，必將成為產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)設(shè)計(jì)、評價(jià)和管理的基本方法和系統(tǒng)框架。

[1] Frosch R. The Industrial Ecology of the 21st century. New York: Scientific American, 1995: 178- 181.

[2] 石磊, 劉果果, 郭思平. 中國產(chǎn)業(yè)共生發(fā)展模式的國際比較及對策. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(12): 3950- 3957.

[3] Chertow M R. Industrial symbiosis: Literature and taxonomy. Annual Review of Energy and the Environment, 2000, 25(1): 313- 337.

[4] Lambert A J D, Boons. Eco-industrial parks: stimulating sustainable development in mixed industrial parks. Technovation, 2002, 22(8): 471- 484.

[5] Boons F, Spekkink W, Mouzakitis Y. The dynamics of industrial symbiosis: a proposal for a conceptual framework based upon a comprehensive literature review. Journal of Cleaner Production, 2011, 19(9/10): 905- 911.

[6] 商華, 武春友. 基于生態(tài)效率的生態(tài)工業(yè)園評價(jià)方法研究. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào): 社會(huì)科學(xué)版, 2012, 28(2): 25- 29.

[7] Bai L, Qiao Q, Yao Y, Guo J, Xie M H. Insights on the development progress of National Demonstration eco-industrial parks in China. Journal of Cleaner Production, 2014, 70: 4- 14.

[8] 元炯亮. 生態(tài)工業(yè)園區(qū)評價(jià)指標(biāo)體系研究. 環(huán)境保護(hù), 2003, (3): 38- 40.

[9] 黃方, 卓問, 劉余. 工業(yè)生態(tài)園綜合評價(jià)模型的建立. 四川環(huán)境, 2007, 26(1): 55- 58, 76- 76.

[10] 王艷麗, 周美華. 生態(tài)工業(yè)園柔性模型的建立及評價(jià). 東華大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2006, 32(6): 47- 50.

[11] 鄧偉根, 陳林. 投入產(chǎn)出表在生態(tài)工業(yè)園中的應(yīng)用. 東北財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, (2): 58- 60.

[12] 孫曉梅, 崔兆杰, 朱麗, 劉雷. 生態(tài)工業(yè)園運(yùn)行效率評價(jià)指標(biāo)體系的研究. 中國人口·資源與環(huán)境, 2010, 20(1): 124- 128.

[13] Shi H, Chertow M, Song Y Y. Developing country experience with eco-industrial parks: a case study of the Tianjin Economic-Technological Development Area in China. Journal of Cleaner Production, 2010, 18(3): 191- 199.

[14] Sokka L, Lehtoranta S, Nissinen A, Melanen M. Analyzing the environmental benefits of industrial symbiosis. Journal of Industrial Ecology, 2010, 15(1): 137- 155.

[15] Mattila T, Lehtoranta S, Sokka L, Melanen M, Nissinen A. Methodological aspects of applying life cycle assessment to industrial symbioses. Journal of Industrial Ecology, 2012, 16(1): 51- 60.

[16] Baumann H, Tillman A -M. The Hitch Hiker′s Guide to LCA: An Orientation in Life Cycle Assessment Methodology and Applications. Lund, Sweden: Studentlitteratur AB, 2004.

[17] Finnveden G, Hauschild M Z, Ekvall T, Guinée J, Heijungs R, Hellweg S, Koehler A, Pennington D, Suh S. Recent developments in life cycle assessment. Journal of Environmental Management, 2009, 91(1): 1- 21.

[18] Liu Q, Jiang P P, Zhao J, Zhang B, Bian H D, Qian G R. Life cycle assessment of an industrial symbiosis based on energy recovery from dried sludge and used oil. Journal of Cleaner Production, 2011, 19(15): 1700- 1708.

[19] Dong H J, Geng Y, Xi F M, Fujita T. Carbon footprint evaluation at industrial park level: A hybrid life cycle assessment approach. Energy Policy, 2013, 57: 298- 307.

[20] Singh A, Lou H H, Yaws C L, Hopper J R, Pike R W. Environmental impact assessment of different design schemes of an industrial ecosystem. Resources, Conservation and Recycling, 2007, 51(2): 294- 313.

[21] Sokka L, Pakarinen S, Melanen M. Industrial symbiosis contributing to more sustainable energy use-an example from the forest industry in Kymenlaakso, Finland. Journal of Cleaner Production, 2011, 19(4): 285- 293.

[22] Hashimoto S, Fujita T, Geng Y, Nagasawa E. Realizing CO2emission reduction through industrial symbiosis: A cement production case study for Kawasaki. Resources, Conservation and Recycling, 2010, 54(10): 704- 710.

[23] Lim S R, Park J M. Interfactory and intrafactory water network system to remodel a conventional industrial park to a green eco-industrial park. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2009, 49(3): 1351- 1358.

[24] Suh S, Huppes G. Methods for life cycle inventory of a product. Journal of Cleaner Production, 2005, 13(7): 687- 697.

[25] Wiedmann T O, Lenzen M, Barrett J R. Companies on the scale. Journal of Industrial Ecology, 2009, 13(3): 361- 383.

[26] Mattila T J, Pakarinen S, Sokka L. Quantifying the total environmental impacts of an industrial symbiosis-a comparison of process-, hybrid and input-output life cycle assessment. Environmental Science & Technology, 2010, 44(11): 4309- 4314.

[27] Ekvall T, Assefa G, Bj?rklund A, Eriksson O, Finnveden G. What life-cycle assessment does and does not do in assessments of waste management. Waste Management, 2007, 27(8): 989- 996.

[28] Curran M A. Life Cycle Assessment Handbook: A Guide for Environmentally Sustainable Products. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2012.

[29] ILCD (International Reference Life Cycle Data System). General Guide for Life Cycle Assessment-Detailed Guidance. Ispra, Italy: Joint Research Centre: Institute for Environment and Sustainability, 2010.

[30] Nie Z R. Development and application of life cycle assessment in China over the last decade. International Journal of Life Cycle Assessment, 2013, 18(8): 1435- 1439.

The application of life cycle assessments to the evaluation of the environmental benefits of industrial symbioses: research progress and challenges

LIU Jingru*,YAN Yuting, NIE Xinrui, YAN Li

ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

As one of the most popular areas of research in industrial ecology, industrial symbiosis has received a great deal of attention from researchers in recent years. Environmental benefits, including efficient resource recycling and waste utilization, are the primary factors that distinguish industrial symbiosis from other economic systems, and are considered the objectives of achieving the successful development of ecological industries. Thus, research has gradually shifted from the qualitative description of industrial symbiosis to its quantitative and systematic evaluation, which incorporates material flow analyses, energy analyses, and the structuring of index systems. However, there are several drawbacks to these traditional methods: 1) the symbiosis is treated as “black box”, which ignores the mutual effects of internal processes, and 2) these methods usually focus on the system itself, but neglect upstream, downstream, and replacement processes that account for 20% to 50% of the overall environmental impact. This increases the risk of producing emissions that are then transferred to supply chains outside of the system under examination. In order to avoid the problem of environmental impact transferred in different life cycle stages, life cycle assessment (LCA) is introduced to the field in benefits evaluation of industrial symbiosis to gain more objective and systematic results of environmental impact assessment. In light of this, this paper first reviews the process of developing life cycle assessments intended for use in the study of industrial symbiosis. These can take two different approaches: the evaluation of existing industrial symbioses in order to facilitate the identification of potential symbiotic relationships that could be developed further, and the outright planning and design of industrial symbiosis systems, in order to optimize plans and ensure that they are environmentally friendly prior to construction. In these different case studies, life cycle assessments have proven vital to the analysis of the benefits of symbiosis. In this paper, previous reviews are used to analyze and compare the three established methods of life cycle analysis: process-LCA, IO-LCA, and hybrid-LCA. These strategies primarily differ with respect to methods, range, and the data resources available for inventory collection. Nevertheless, when introduced to the study of industrial symbiosis, certain key issues with applying traditional life cycle assessments to a single product system remain unresolved: 1) set of functional unit：there are two choices of function unit, one is economic quantity (currency) produced by the symbiosis system within a year, the other is product quantity-the product mix (weight) produced by the symbiosis system within a year and 2) the selection of system boundaries: when studying symbiotic relationships, a hypothetical reference system should be used, within which the subsystem is mutually independent. The selection of system boundaries should ensure that the two systems under comparison produce the same output; there are two methods of achieving this, attributional process nad consequencial process, which depends on the scale of the research being conducted. Finally, to conduct a more objective evaluation of the benefits of developing industrial symbioses in our country, we propose that the concepts of life cycle assessment and management should be incorporated into the entirety of the planning process, evaluation, and management of ecological industrial parks.

industrial symbiosis; life cycle assessment; alternative benefits

國家自然科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(71173209)；國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(71033005)

2014- 11- 03;

2016- 03- 08

10.5846/stxb201411032156

*通訊作者Corresponding author.E-mail: liujingru@rcees.ac.cn

劉晶茹，嚴(yán)玉廷，聶鑫蕊，嚴(yán)麗.生命周期方法在產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)環(huán)境效益評價(jià)中的應(yīng)用——研究進(jìn)展及問題分析.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(22):7202- 7207.

Liu J R,Yan Y T, Nie X R, Yan L.The application of life cycle assessments to the evaluation of the environmental benefits of industrial symbioses: research progress and challenges .Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7202- 7207.