膠合板產(chǎn)品生命周期(LCA)評價分析

王軍會，楊秦丹

(1.陜西省林產(chǎn)品開發(fā)貿(mào)易總公司，西安 710003；2. 陜西省樓觀臺國有生態(tài)實驗林場，陜西 周至 710400)

我國人均森林面積和蓄積量只有世界人均水平的1/4和1/7,木材資源匱乏，長期供不應求、依賴進口，并有逐年增加趨勢，2016年我國木材進口量9347萬立方米，而國內(nèi)木材產(chǎn)量僅為6680萬m3，對外依存度高達58.4%。其中，我國的造紙、木質(zhì)家具和人造板行業(yè)的木材消耗量已名列世界第一[1]，這些行業(yè)對環(huán)境影響的廣度和深度不容忽視。在人們對包括自身在內(nèi)的環(huán)境健康日益重視的情況下，科學評價林產(chǎn)品加工與利用對資源、人體健康、生態(tài)等潛在影響，對實現(xiàn)林產(chǎn)品低碳出口認證及林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2-3]。膠合板是家具常用材料之一，亦可用于飛機、船舶、火車、汽車、建筑和包裝箱等。然而由于當前我國木材資源緊缺，且木材利用率不高，生產(chǎn)過程中大氣、廢水、噪聲污染和固廢量大[4]，使用中有害氣體釋放量超標等，膠合板生產(chǎn)和利用對人體健康和生態(tài)環(huán)境已構成嚴重危害。因此需要探究其生產(chǎn)過程中所用原材料、生產(chǎn)工藝等，對其產(chǎn)品進行生命周期研究，推進膠合板綠色生產(chǎn)。然而目前國內(nèi)少有膠合板生產(chǎn)生命周期過程中的溫室氣體清單分析。

生命周期評價(Life Cycle Assessment，LCA) 是評估一個產(chǎn)品或其整個生產(chǎn)過程對環(huán)境影響的一種工具，20世紀60年代末70年代初，最初應用于資源和環(huán)境狀況分析，后期發(fā)展成對產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的評價方法[5-6]。因此，基于該方法在源頭上預防環(huán)境污染，而不是先污染再尋找解決途徑的優(yōu)點，用以指導企業(yè)進行相應的清潔生產(chǎn)、開發(fā)綠色產(chǎn)品和材料環(huán)境協(xié)調(diào)性設計等，在許多國家已成為評估產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的優(yōu)先采用方法[7-8]。近年來，全國對LCA進行了全面的推廣使用，尤其是在木材工業(yè)領域, 并取得了不少研究成果，但針對膠合板生產(chǎn)中的資源與環(huán)境影響評價不多，為此我們采取LCA方法，對典型膠合板生產(chǎn)生命周期中對資源耗竭潛力、酸化效應、初級能源消耗、富營養(yǎng)化潛值、全球溫室變暖潛力和可吸入無機物進行了定量化計算，以期探明我國膠合板生命周期中的環(huán)境影響基本情況，并為我國本土化膠合板LCA數(shù)據(jù)庫的建立和發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持和研究基礎。

1 研究方法與數(shù)據(jù)

本研究主要考慮膠合板產(chǎn)品從“搖籃”到“大門”過程中的清單數(shù)據(jù)，對溫室氣體造成的全球變暖潛力(GWP)進行清單分析[9-13]。本研究數(shù)據(jù)來源于對我國典型企業(yè)的現(xiàn)場調(diào)研。

1.1 系統(tǒng)邊界

本研究設定的膠合板生命周期系統(tǒng)邊界如圖1所示，從原輔料生產(chǎn)及運輸、能源生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)到產(chǎn)品出廠(從“搖籃”到“大門”)為止[14]，包括：原木、膠粘劑等原輔材料的生產(chǎn)；電力等能源的生產(chǎn)；主要原輔材料的運輸過程和膠合板的生產(chǎn)過程。膠合板的后續(xù)使用及廢棄回收等階段由于受目前技術水平、數(shù)據(jù)缺失等限制，本研究并未納入。

圖1 膠合板生產(chǎn)生命周期系統(tǒng)邊界

膠合板制作工藝流程主要經(jīng)過：原木→原木鋸斷→木段蒸煮→木段剝皮→木段旋切→單板干燥→單板整理→涂膠組胚→預壓→熱壓→裁邊→砂光→貼面等過程，隨后制得成品膠合板。膠合板生產(chǎn)工藝流程圖[15-17](對應能源輸入和環(huán)境影響)如圖2。

1.2 企業(yè)數(shù)據(jù)與背景數(shù)據(jù)收集

通過對我國典型膠合板企業(yè)的現(xiàn)場調(diào)研，獲得了膠合板生產(chǎn)所用的原輔材料與能源的生產(chǎn)和運輸階段原始數(shù)據(jù)，其中電力作為能源的主要組成部分。生產(chǎn)功能單位產(chǎn)品需要能源量為電力36.5 kWh、柴油0.9 kg、蒸汽120 kg；木材原料運輸距離為15 km。背景數(shù)據(jù)主要來源于國內(nèi)外公開的數(shù)據(jù)庫，原輔材料、電力和公路運輸?shù)谋尘斑^程數(shù)據(jù)主要來源于北京工業(yè)大學數(shù)據(jù)庫[18]和四川大學CLCD數(shù)據(jù)庫，木材原料、固化劑和膠粘劑的背景過程數(shù)據(jù)主要來源于Eco-invent數(shù)據(jù)庫。根據(jù)原輔材料使用量以及相應的運輸過程和能源使用量，得到產(chǎn)品的生命周期影響清單、所有資源、能源輸入數(shù)據(jù)如表1。

2 結果與討論

從根據(jù)資源、能源數(shù)據(jù)以及eBalance軟件模型進行的特征化計算結果(表2)可以看出，膠合板生命周期各環(huán)境影響因子重要性排序由大到小依次為：初級能源消耗(PED) >全球溫室變暖潛力(GWP)>酸化效應(AP)>可吸入無機物(RI)>富營養(yǎng)化潛值(EP)>資源耗竭潛力(ADP)。

圖2 基于生命周期評價的膠合板生產(chǎn)工藝流程圖

表1 1 m3膠合板資源能源輸入

表2 膠合板主要生產(chǎn)的特征化結果

從根據(jù)原材料、輔助、能源進行的環(huán)境影響相應貢獻計算結果(表3)可以看出，膠合板生產(chǎn)過程中貼面用木材對各類環(huán)境的影響大，尤其是能源消耗(PED)影響最大(98.76%)。對各環(huán)境影響類型影響最大的原料、輔料、能源分別為資源耗竭潛力(ADP)是合成樹脂(7.45%)，酸化效應(AP)是固化劑(16.69%)，初級能源消耗(PED)是柴油(0.43%)，富營養(yǎng)化(EP)是固化劑(13.12%)，全球溫室變暖潛力(GWP)是固化劑(14.94%)，可吸入無機物(RI)是固化劑(10.20%)。由此可發(fā)現(xiàn)，我國膠合板生命周期對環(huán)境影響排在前兩位的原材料、輔料、能源等是貼面用木材和固化劑。

4 結論與建議

本文通過對人造板的主要產(chǎn)品膠合板進行了LCA評價，完善了人造板LCA評價面。得出如下主要結論和建議：

(1)運用LCA方法進行我國典型膠合板生命周期各階段對環(huán)境影響最大的是貼面用木材的消耗。

(2)整個膠合板材料生產(chǎn)中，貼面用天然木制裝飾單板原材料消耗造成的環(huán)境影響較大，對資源耗竭潛力、酸化效應、初級能源消耗、富營養(yǎng)化潛值、全球溫室變暖潛力和可吸入無機物，其貢獻率分別為86.53%、77.63%、98.76%、78.23%、76.41%和82.85%。

表3 膠合板壽命期環(huán)境影響評價結果

(4)膠合板生命周期環(huán)境影響主要是貼面用天然木制裝飾單板生產(chǎn)和固化劑，這是由膠合板生產(chǎn)工藝決定的。但隨著全球環(huán)境意識和國內(nèi)生態(tài)意識的增強，膠合板以及人造板生產(chǎn)不能再走過去高能耗、高污染的老路，必須嚴格管控全過程環(huán)境質(zhì)量。因此，升級改造膠合板生產(chǎn)工藝，使用環(huán)境影響小的固化劑，逐步降低生產(chǎn)環(huán)境負荷，推動產(chǎn)業(yè)升級轉型，對膠合板產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著重要的意義。