淺談綠色設(shè)計產(chǎn)品中的生命周期評價作用＊

鹿珂?zhèn)?，孫萬意，葛 青，李寶城，孫澤明，劉 英

（國合通用測試評價認(rèn)證股份公司，北京101407）

1 綠色設(shè)計產(chǎn)品相關(guān)政策

在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)階段，面對全球資源環(huán)境壓力日益突出和綠色貿(mào)易壁壘的升級，工業(yè)綠色發(fā)展既是中國建設(shè)制造強國的內(nèi)在要求，也是工業(yè)領(lǐng)域建設(shè)生態(tài)文明的必由之路。在國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》中，將綠色發(fā)展作為制造業(yè)今后發(fā)展的五大方針之一，全面推行綠色制造和強化產(chǎn)品全生命周期綠色管理，以綠色標(biāo)準(zhǔn)為支撐，開發(fā)綠色產(chǎn)品，開展綠色評價，加強試點示范企業(yè)的引領(lǐng)作用[1]。

為支持企業(yè)開發(fā)綠色產(chǎn)品，推行生態(tài)設(shè)計，顯著提升產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保低碳水平，引導(dǎo)綠色生產(chǎn)和綠色消費，國家出臺了一系列相關(guān)政策，為綠色設(shè)計產(chǎn)品供給營造出了良好的制度環(huán)境。2013-02，工信部會同有關(guān)部門發(fā)布的《關(guān)于開展工業(yè)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計的指導(dǎo)意見》，明確提出建立產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系框架，組織編制產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計通則，研究制定生態(tài)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[2]。2015-10-13，工業(yè)和信息化部節(jié)能司提出《生態(tài)設(shè)計產(chǎn)品評價通則》，規(guī)定了生態(tài)設(shè)計產(chǎn)品評價的術(shù)語、定義、評價原則和方法、生命周期評價報告編制方法。2016-07，《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》（工信部規(guī)〔2016〕225號）提出大力開展綠色設(shè)計示范試點，加快開發(fā)綠色產(chǎn)品，積極推進(jìn)綠色產(chǎn)品第三方評價和認(rèn)證，發(fā)布工業(yè)綠色產(chǎn)品目錄；提出到2020年綠色制造標(biāo)準(zhǔn)體系基本建立，制定100項綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)，推廣普及萬種綠色產(chǎn)品。2016-09，《綠色制造工程實施指南（2016—2020年）》提出搭建開放的綠色標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)制公共平臺，2017-07，綠色制造公共服務(wù)平臺投入使用。

實施綠色設(shè)計和綠色制造的關(guān)鍵是要對不同設(shè)計方案的環(huán)境影響進(jìn)行綜合分析和評價，而綠色設(shè)計的最終結(jié)果是否滿足預(yù)期的需求和目標(biāo)，是否還有改進(jìn)的潛力，如何改進(jìn)等是綠色設(shè)計過程中真正關(guān)心的問題，需要對這些問題作出回答，則必須進(jìn)行綠色設(shè)計產(chǎn)品評價。產(chǎn)品全生命周期評價（LCA，Life Cycle Assessment）技術(shù)作為綠色設(shè)計及綠色制造領(lǐng)域的前沿技術(shù)之一，也是關(guān)鍵和共性基礎(chǔ)技術(shù)[3]。

2 生命周期評價方法研究概況

生命周期評價是對一個產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯編和評價，定量計算是LCA方法的主要特征之一。通過開展材料或產(chǎn)品生命周期評價，可以幫助企業(yè)跳出單個工序，站在全生命周期的角度來設(shè)計產(chǎn)品，通過定量化分析產(chǎn)品生產(chǎn)全流程環(huán)境績效，完成綠色制造全流程優(yōu)化排產(chǎn)，分析廢棄物再利用的環(huán)境收益。因此，綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)正是采用了指標(biāo)評價和生命周期評價相結(jié)合的方法。

2.1 LCA方法概述

產(chǎn)品生命周期評價（LCA）的特點是系統(tǒng)化和定量化，研究范疇包含從“搖籃到墳?zāi)埂钡漠a(chǎn)品生產(chǎn)全過程系統(tǒng)化，數(shù)據(jù)收集以單元過程為基礎(chǔ)，從資源、能源和環(huán)境排放定量化。根據(jù)全流程各生產(chǎn)工序，通過對上游供應(yīng)商和下游用戶的數(shù)據(jù)采集，同時開展基礎(chǔ)性研究和應(yīng)用性研究[4]。國外在進(jìn)行LCA分析的同時，還進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價，顯現(xiàn)出LCA與經(jīng)濟(jì)分析結(jié)合的發(fā)展趨勢。而且可持續(xù)LCA研究較受矚目，這與傳統(tǒng)的LCA研究不同，評價內(nèi)容包括環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會三個方面。

根據(jù)環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)學(xué)會（SETAC）歸納和ISO確立的LCA技術(shù)框架，即生命周期評價的基本結(jié)構(gòu)歸納為4個有機聯(lián)系的部分：①定義目的與確定范圍（goal and scope definition）。包括產(chǎn)品系統(tǒng)功能及功能單元的定義、產(chǎn)品系統(tǒng)及系統(tǒng)邊界的定義、系統(tǒng)輸入輸出的分配方法、采用的環(huán)境影響評估方法及其相應(yīng)的解釋方法等。②清單分析（inventory analysis）。目前常用的面向流程的過程分析方法和基于輸入-輸出的清單分析方法。Heijungs利用線性方程系統(tǒng)解決清單問題，用矩陣符號描述過程和計算LCI之間的關(guān)系。這種方法限制了過程的數(shù)量，而且系統(tǒng)邊界的選擇都是主觀的，這就產(chǎn)生了不確定性。而基于輸入-輸出的清單分析方法相對于面向流程的過程分析方法的系統(tǒng)邊界更加完整，但是使用的數(shù)據(jù)較舊。③影響評價（impact assessment）。是LCA的核心內(nèi)容，也是難度最大的部分。目前，對于產(chǎn)品的生命周期影響評價沒有形成統(tǒng)一的方法，雖然國外常用的有CML、ReCiPe和EDIP方法等，但這些評價模型并不完全匹配中國生態(tài)和工業(yè)環(huán)境，國內(nèi)也一直研究影響評價方法，也有部分機構(gòu)和高校開發(fā)了本土化因子，但并沒有推廣使用。④結(jié)果解釋（interpretation）。尋找減小環(huán)境影響、改善環(huán)境狀況的時機和途徑，并對改善環(huán)境途徑的技術(shù)合理性進(jìn)行判斷和評價，給出與研究目標(biāo)與范圍相一致的合理結(jié)論與建議[5-7]。

2.2 局限性

系統(tǒng)邊界選擇的主觀性導(dǎo)致其具有不完整、不統(tǒng)一的特性，數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)缺口的矛盾依然存在，且數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性要求較高，無疑增加了人力和時間成本。

清單分析具有不確定性，清單過程的分配存在爭議并且涉及到物質(zhì)平衡問題，目前的解決方法是按物理的因果關(guān)系對環(huán)境負(fù)荷在產(chǎn)品或功能之間進(jìn)行分配。但是，以物理關(guān)系為基礎(chǔ)的分配仍然會產(chǎn)生顯著不同的結(jié)果，例如垃圾焚燒是可以根據(jù)輸入物質(zhì)A的濃度或者熱值建立因果關(guān)系，顯然會導(dǎo)致不同的結(jié)果。

清單數(shù)據(jù)輸入的不確定性和數(shù)據(jù)的變化產(chǎn)生的復(fù)合效應(yīng)導(dǎo)致清單結(jié)果具有不確定性，當(dāng)前的研究人員和軟件中采用蒙特卡洛等分布區(qū)間或概率分布數(shù)學(xué)方法對清單中影響不確定性的數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識。

影響評價具有局限性，尚不存在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)在清單數(shù)據(jù)和具體的潛在環(huán)境影響之間建立一致、準(zhǔn)確的聯(lián)系。影響類型、參數(shù)和特征化模型的選擇，還有地域特征、時間尺度上的限制，同時造成評價結(jié)果的主觀性和不確定性。

2.3 LCA用于綠色設(shè)計產(chǎn)品評價的研究

關(guān)于LCA在綠色產(chǎn)品評價中的應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，并給出了一些評價方法，對于這些方法目前還沒有統(tǒng)一的分類。目前綠色設(shè)計評價策略主要基于LCA的思想和方法，有些行業(yè)根據(jù)自己的行業(yè)特征制定了相應(yīng)的綠色產(chǎn)品評價指標(biāo)。

在綠色產(chǎn)品評價指標(biāo)體系方面，德國用于綠色產(chǎn)品評價的綠色標(biāo)志名為“藍(lán)色天使（Blue Angel）”，它強調(diào)對產(chǎn)品整個生命周期過程的各種環(huán)境危害進(jìn)行分析評價；英國采用簡化生命周期評價法評價綠色產(chǎn)品，該方法不強調(diào)對產(chǎn)品生命周期各階段的投入產(chǎn)出進(jìn)行定量分析，而是依據(jù)研究人員的判斷積獲得的數(shù)據(jù)來估計產(chǎn)品在生命周期的各階段可能產(chǎn)生的影響。

國內(nèi)學(xué)者們對綠色產(chǎn)品評價做了多方面的研究，為綠色設(shè)計產(chǎn)品評價奠定了一定的理論基礎(chǔ)。張青山等人研究了制造業(yè)綠色產(chǎn)品評價指標(biāo)體系、評價流程和評價方法，并給出了評價系統(tǒng)軟件開發(fā)的總體框架[8]；王躍進(jìn)提出建立綠色產(chǎn)品全壽命周期的信息、資料知識數(shù)據(jù)庫，時間跨度可以延伸至產(chǎn)品的全生命周期或多生命周期，構(gòu)建綠色設(shè)計產(chǎn)品評價體系；莊恒國等人結(jié)合中國汽車企業(yè)現(xiàn)狀，提出了中國新能源汽車整車綠色設(shè)計產(chǎn)品評價體系，為制訂新能源汽車整車統(tǒng)一的綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)[9]；姬莉等人結(jié)合鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)流程和上下游的相關(guān)產(chǎn)品需求，提出基于LCA清單模型輸入不同的技術(shù)參數(shù)變量，預(yù)測環(huán)境指標(biāo)變量，通過模型診斷發(fā)現(xiàn)改進(jìn)點與先進(jìn)水平的差異，將設(shè)計參數(shù)轉(zhuǎn)化為環(huán)境參數(shù)[4]。2015年中國參考國際先進(jìn)經(jīng)驗，并充分考慮中國當(dāng)前發(fā)展階段和產(chǎn)品生命周期評價數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，建立了階段性的評價指標(biāo)體系與生命周期評價相結(jié)合的方法，并制訂了《生態(tài)設(shè)計產(chǎn)品評價通則》，為中國建立和完善生態(tài)設(shè)計產(chǎn)品評價制度提供堅實的技術(shù)支撐。

3 綠色設(shè)計產(chǎn)品評價進(jìn)展

綠色設(shè)計評價是綠色設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一，對指導(dǎo)設(shè)計過程的進(jìn)行和對設(shè)計方案的完善具有重要作用。綠色設(shè)計產(chǎn)品需要去判定和認(rèn)證，這就需要相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，做到有據(jù)可依。近些年，在工業(yè)和信息化部的大力推動下，特別是《工業(yè)節(jié)能與綠色標(biāo)準(zhǔn)行動計劃（2017—2019年）》的推出和實施，催生了一大批綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)。截至2020-03工業(yè)和信息化部發(fā)布的《綠色設(shè)計產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)清單達(dá)127項》（其中產(chǎn)品評價團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)124項），已發(fā)布的4批綠色制造體系建設(shè)示范名單，其中綠色設(shè)計產(chǎn)品總計1 097種。

圖1綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布情況

通過對發(fā)布的綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)盡管已發(fā)布的綠色設(shè)計產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量已超過2020年的目標(biāo)值（100項標(biāo)準(zhǔn)），但是其中機械行業(yè)和輕功行業(yè)分別占了21.26%和21.26%，石化行業(yè)達(dá)到了13.39%，上述行業(yè)已經(jīng)占比50%以上，這與中國龐大的制造業(yè)體系相比，現(xiàn)有綠色設(shè)計產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋面較窄，基礎(chǔ)有色冶煉行業(yè)和超大量建材行業(yè)總和不到10%，絕大多數(shù)工業(yè)品的生產(chǎn)、使用及評價依舊無標(biāo)準(zhǔn)可依。以上情況也導(dǎo)致中國綠色設(shè)計產(chǎn)品供給水平相對較低，難以滿足社會發(fā)展需求。同時根據(jù)已發(fā)布的綠色設(shè)計產(chǎn)品名單分析發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)品類別僅約占2020年目標(biāo)值的10%，距離萬種綠色設(shè)計產(chǎn)品的目標(biāo)還很遙遠(yuǎn)。

通過分析綠色設(shè)計產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)清單產(chǎn)品數(shù)量較多的種類和企業(yè)數(shù)量，已知通過綠色設(shè)計產(chǎn)品評價的企業(yè)337家，其中最多的產(chǎn)品類別依次為鉛酸電池、可降解塑料、家用電冰箱等；通過評價的綠色設(shè)計產(chǎn)品數(shù)量為1 097種，其中最多的產(chǎn)品類別依次為家用電冰箱、家用洗滌劑、房間空氣調(diào)節(jié)器等，有60多類產(chǎn)品沒有企業(yè)通過綠色設(shè)計產(chǎn)品評價。

目前各地方對綠色制造體系提出了眾多的補貼政策，但是綠色消費市場尚未形成，消費者缺乏主動購買綠色產(chǎn)品的積極性；企業(yè)一開始參與熱情不高，生產(chǎn)綠色設(shè)計產(chǎn)品，企業(yè)需要開展綠色設(shè)計、綠色改造、綠色采購等工作，比普通產(chǎn)品增加了額外投入，導(dǎo)致主動從事綠色生產(chǎn)的意愿不強。

4 評價過程中面臨的問題和建議

根據(jù)目前發(fā)布的綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)及評價現(xiàn)狀，首先生命周期評價作為綠色設(shè)計產(chǎn)品評價的必要條件，按照全生命周期思想進(jìn)行環(huán)境影響評價，目的是得到產(chǎn)品全生命周期的原料獲取階段、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品使用、廢棄后處理等階段的資源消耗、生態(tài)環(huán)境、人體健康的量化信息，作為產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的考慮條件之一。

但是由于生命周期評價方法具有的專業(yè)性和局限性，通過調(diào)研和參與發(fā)現(xiàn)部分綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)及評價過程中一些問題及建議：①首先在系統(tǒng)邊界的劃分上不夠清晰。通過研究對比發(fā)現(xiàn)，部分制定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有理解生態(tài)設(shè)計產(chǎn)品評價通則中應(yīng)該根據(jù)供應(yīng)鏈關(guān)系劃定，即缺少過程單元或者產(chǎn)品供應(yīng)鏈相關(guān)的所有過程和滿足預(yù)期用途的要求，并無詳細(xì)說明評價范圍。②影響類型的選擇上，影響類型名稱參差不齊、類型參數(shù)錯誤和特征化模型混亂。建議根據(jù)具體行業(yè)和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點排放特征進(jìn)行影響類型的選取，影響類型名稱建議選取通則中的示例，標(biāo)注所選取的影響評價方法（特征化模型），比如CML、ReCiPe或國內(nèi)的影響評價方法。③LCA報告的編寫已經(jīng)在相應(yīng)的綠色設(shè)計產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了規(guī)范，部分LCA報告沒有嚴(yán)格遵循；生命周期評價報告是否合格并沒有明確的規(guī)定，目前的參考標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 24044，審核方面對具體產(chǎn)品的LCA產(chǎn)品種類規(guī)則相對匱乏，這就造成了報告多樣，同類產(chǎn)品沒有可比性。④完整的清單數(shù)據(jù)收集是很難達(dá)到的，尤其是復(fù)雜產(chǎn)品來說消耗大量的精力、時間和經(jīng)濟(jì)成本，因而實施簡化型的LCA可能更適合于中國企業(yè)的現(xiàn)狀，更有利于減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)和評價工作的順利開展；另一方面，國內(nèi)現(xiàn)有的產(chǎn)品生命周期評價軟件多針對某一領(lǐng)域或某一類產(chǎn)品，操作比較復(fù)雜，且缺乏通用性。

生命周期評價過程需要對生產(chǎn)工藝工序、收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，并且根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)來重新評估評價范圍，建立產(chǎn)品的系統(tǒng)模型，應(yīng)用生命周期評價方法（LCA）優(yōu)化原料選擇、產(chǎn)品設(shè)計和制造方案。因此，當(dāng)前要做的是建立關(guān)鍵的行業(yè)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫及健全面向產(chǎn)品全生命周期的綠色設(shè)計信息數(shù)據(jù)庫，探索符合中國環(huán)境影響效應(yīng)的特征化模型和影響評價方法，在此基礎(chǔ)上深入研究數(shù)據(jù)質(zhì)量方法，未來將繼續(xù)豐富基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)集類型和數(shù)量；開發(fā)、應(yīng)用和推廣產(chǎn)品生命周期資源環(huán)境影響評價技術(shù)和軟件工具，加強本地化軟件工具的研發(fā)，推動已開發(fā)軟件的商業(yè)化應(yīng)用。

5 總結(jié)

綠色設(shè)計產(chǎn)品評價運用生命周期評價方法，從企業(yè)生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響入手，計算分析企業(yè)生產(chǎn)全過程的環(huán)境負(fù)荷，能夠直觀識別出物料消耗大、能耗高及污染物產(chǎn)生量大的環(huán)節(jié)的環(huán)境影響信息，幫助設(shè)計人員做出正確的決策，改變企業(yè)以往經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相矛盾的觀念。本研究針對當(dāng)前綠色設(shè)計產(chǎn)品評價進(jìn)展情況及生命周期評價方法問題進(jìn)行了探討和建議，在LCA方法和報告編寫上進(jìn)行了分析，生命周期評價有其優(yōu)勢也有其難以克服的困難，要根據(jù)產(chǎn)品特點及評價要求的精度選擇評價模型，做好數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，揚長避短。綠色設(shè)計產(chǎn)品因其優(yōu)良的環(huán)境友好性更適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需要和市場的競爭，產(chǎn)品全生命周期的綠色化理念也會逐步深入，通過識別環(huán)境熱點和比較不同的替代方案，LCA將在改善環(huán)境性能和推動新興技術(shù)發(fā)展方面具有極大的潛力。