王雅君，孫光亞，安 攀，曹 馨，陳慶華

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)新能源與材料學(xué)院，北京 102249；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 102249；3.福建師范大學(xué)聚合物資源綠色循環(huán)利用教育部工程研究中心，福建 福州 350007)

輕工產(chǎn)業(yè)在我國(guó)發(fā)展歷史悠久，已經(jīng)成為支撐我國(guó)外匯出口的第一大產(chǎn)業(yè)[1]，其利潤(rùn)總額達(dá)到全國(guó)工業(yè)的20%以上，輕工產(chǎn)品中的塑料、紡織品、皮革、建材家具等百余種產(chǎn)品的產(chǎn)量均居世界第一．如此龐大的生產(chǎn)與消費(fèi)規(guī)模在消耗各種原料資源的同時(shí)也必然導(dǎo)致大量廢棄產(chǎn)品需要處理，在可持續(xù)發(fā)展以及我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的大背景下，對(duì)現(xiàn)有高污染、高耗能的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改良升級(jí)以及采用高效、綠色的回收方式對(duì)廢棄產(chǎn)品進(jìn)行循環(huán)利用已成為必然趨勢(shì)，各企業(yè)單位、科研院所的廢棄產(chǎn)品再生循環(huán)技術(shù)不斷推陳出新．而當(dāng)對(duì)一項(xiàng)新產(chǎn)品或新技術(shù)進(jìn)行環(huán)境影響分析時(shí)，如何評(píng)定該產(chǎn)品或技術(shù)的潛在資源環(huán)境影響；對(duì)比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，如何量化新技術(shù)所產(chǎn)生的環(huán)境效益等成為不可避免的話題．合理運(yùn)用客觀、系統(tǒng)、全面的環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法顯得尤為重要．

如圖1所示，人類所生產(chǎn)的所有產(chǎn)品均會(huì)經(jīng)過(guò)“資源開(kāi)采→各種中間原料/能源生產(chǎn)→最終產(chǎn)品生產(chǎn)→廢棄/循環(huán)”的過(guò)程，該歷程被國(guó)際環(huán)境毒理與化學(xué)學(xué)會(huì)(SETAC)定義為某產(chǎn)品的生命周期[2]，并于1993年正式提出生命周期評(píng)估(LCA)的概念．

圖1 紡織產(chǎn)品的生命周期Fig.1 Life cycle of textile products

若從LCA角度出發(fā)，生產(chǎn)過(guò)程中某一個(gè)環(huán)節(jié)或某一種污染物的零排放并不等同于低碳綠色，各種資源環(huán)境問(wèn)題都應(yīng)放到產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中考慮．LCA研究的基本思路是對(duì)某產(chǎn)品上游材料的生產(chǎn)過(guò)程與其下游的消費(fèi)、廢棄過(guò)程進(jìn)行追溯[3-4]，并通常細(xì)分為生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用以及廢棄4個(gè)生命周期階段[5-6](搖籃到墳?zāi)?，進(jìn)而分析、核算某類產(chǎn)品潛在的資源消耗量與污染物排放量．生命周期評(píng)估可以幫助技術(shù)開(kāi)發(fā)者識(shí)別并量化[7]不同物料或生產(chǎn)環(huán)節(jié)所導(dǎo)致的不同類型的環(huán)境影響，并避開(kāi)了當(dāng)一種新的技術(shù)方案替代現(xiàn)有生產(chǎn)方案時(shí)資源環(huán)境影響在不同階段、不同類型之間發(fā)生轉(zhuǎn)移的問(wèn)題．

總之，LCA可以用于分析各種產(chǎn)品或技術(shù)在生命周期全過(guò)程中潛在的資源環(huán)境影響，是系統(tǒng)化、全面化、定量化分析資源環(huán)境效率問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)方法．本文將從LCA基本思想框架出發(fā)，探討近年LCA在我國(guó)輕工領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展對(duì)生命周期評(píng)價(jià)研究的發(fā)展方向進(jìn)行展望．

1 LCA方法框架與建模工具

1.1 LCA的基本方法框架

1997年，第一個(gè)LCA方法國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 14040[8]正式發(fā)布，標(biāo)志著LCA方法成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，由各個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)共同批準(zhǔn)，也被各個(gè)國(guó)家所采用．如在中國(guó)，ISO 14040 LCA標(biāo)準(zhǔn)被等同轉(zhuǎn)化為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24040．

盡管LCA方法標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)了一系列的發(fā)展(圖2)，但LCA方法框架基本保持不變，分為以下4部分[9].

圖2 持續(xù)發(fā)展的LCA國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Fig.2 Development of LCA international standards

第一部分：目標(biāo)與范圍定義(goal and scope definition),即在軟件建模和開(kāi)展生命周期評(píng)估前需要確定的工作目標(biāo)和范圍．對(duì)于LCA而言，首先需要確定研究對(duì)象(包括產(chǎn)品或技術(shù))，明確開(kāi)展LCA研究的原因、應(yīng)用目的以及想要解決的問(wèn)題等．其次，清晰的系統(tǒng)邊界是準(zhǔn)確核算LCA指標(biāo)結(jié)果的先決條件，需要考量研究對(duì)象的生命周期過(guò)程與資源環(huán)境影響類型這兩個(gè)維度的具體范圍．

第二部分：生命周期清單分析(life cycle inventory analysis，LCI),實(shí)景數(shù)據(jù)的收集與使用數(shù)據(jù)庫(kù)建立完整的LCA模型是LCI中最主要的工作，也是LCA研究過(guò)程中工作量比較大的部分．通過(guò)數(shù)據(jù)收集，LCA模型可量化描述產(chǎn)品生命周期每個(gè)過(guò)程發(fā)生的各項(xiàng)資源消耗與污染排放，各個(gè)階段匯總求和可以得到產(chǎn)品生命周期的環(huán)境負(fù)荷總量，稱為生命周期清單結(jié)果，也稱為L(zhǎng)CI結(jié)果，是后面進(jìn)一步分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)．

第三部分：生命周期影響評(píng)價(jià)(life cycle impact assessment，LCIA),目的是把各種資源消耗、環(huán)境排放整合在一起，根據(jù)不同行業(yè)特點(diǎn)轉(zhuǎn)換為研究者最關(guān)心的資源環(huán)境影響類型指標(biāo)．例如全球變暖潛勢(shì)(碳足跡[10-11])、水足跡、化石能源消耗指標(biāo)、酸化指標(biāo)、富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)等(表1)，稱為特征化指標(biāo)，也稱為L(zhǎng)CIA指標(biāo)．LCIA指標(biāo)與LCI結(jié)果統(tǒng)稱為L(zhǎng)CA結(jié)果．

第四部分：生命周期解釋(life cycle interpretation),對(duì)LCA結(jié)果進(jìn)行分析并得出結(jié)論，包括總結(jié)造成環(huán)境影響的主要因素或來(lái)源、探討不同技術(shù)方案的優(yōu)劣、說(shuō)明數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果等等，進(jìn)而識(shí)別技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)并提出優(yōu)化建議．

上述4部分稱為L(zhǎng)CA方法框架，體現(xiàn)了LCA方法的基本思路．若研究對(duì)象的建模模型完整，則該生命周期過(guò)程中任何潛在的資源消耗或污染排放均會(huì)體現(xiàn)在LCA數(shù)據(jù)結(jié)果中，進(jìn)而量化出人類在生產(chǎn)、使用某一產(chǎn)品過(guò)程中付出的資源環(huán)境代價(jià)．故LCA結(jié)果可作為資源環(huán)境效率指標(biāo)，為描述人類生產(chǎn)消費(fèi)活動(dòng)與自然環(huán)境之間的復(fù)雜關(guān)系以及提高產(chǎn)品的資源環(huán)境效率提供可靠依據(jù)．

1.2 LCA軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)

國(guó)外早在20世紀(jì)60年代即開(kāi)展LCA方法的研究與應(yīng)用，為提高研究人員的工作效率，建立了系統(tǒng)詳實(shí)的LCA專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，幫助科研人員對(duì)研究實(shí)例進(jìn)行建模與數(shù)據(jù)核算．如德國(guó)斯圖加特大學(xué)與PE公司共同開(kāi)發(fā)的GaBi數(shù)據(jù)庫(kù)、瑞士Ecoinvent數(shù)據(jù)庫(kù)、荷蘭IVAM數(shù)據(jù)庫(kù)以及美國(guó)LCI數(shù)據(jù)庫(kù)等等．日本的LCA體系由兩家單位合作開(kāi)發(fā)，日本產(chǎn)業(yè)環(huán)境管理協(xié)會(huì)(JEMAI)開(kāi)發(fā)了MiLCA軟件，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(AIST)則負(fù)責(zé)整理日本IDEA數(shù)據(jù)庫(kù)．

我國(guó)生命周期評(píng)估的數(shù)據(jù)庫(kù)建立與軟件開(kāi)發(fā)起步較晚，北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院[12]曾在“973”、“863”等國(guó)家科技計(jì)劃的支撐下，采集并整合了我國(guó)10余萬(wàn)條LCA環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)，建立了中國(guó)材料環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)(sino center)，其中包括大宗能源、工業(yè)資源、交通運(yùn)輸、有機(jī)及無(wú)機(jī)材料、金屬材料等等，并成功實(shí)現(xiàn)商用，為我國(guó)生產(chǎn)技術(shù)評(píng)價(jià)、節(jié)能減排事業(yè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐．此外，四川大學(xué)王洪濤團(tuán)隊(duì)[13]還基于其自主研發(fā)的CLCD本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)了在線生命周期評(píng)估平臺(tái)eFootprint，同樣在我國(guó)產(chǎn)品或技術(shù)的環(huán)境影響分析中得到廣泛使用．

雖然LCA在全球范圍均有廣泛應(yīng)用，但目前只有德國(guó)GaBi(GaBi軟件、GaBi數(shù)據(jù)庫(kù))、中國(guó)億科(eFootprint軟件、CLCD數(shù)據(jù)庫(kù))同時(shí)開(kāi)發(fā)了通用專業(yè)軟件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成了獨(dú)立的LCA體系．截止至2020年，除歐洲、日本、中國(guó)的LCA體系之外，其他國(guó)家都沒(méi)有建立自己的LCA體系，包括美國(guó)、加拿大、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家也普遍在使用歐洲的LCA數(shù)據(jù)庫(kù)．目前數(shù)據(jù)庫(kù)比較完善且得到國(guó)內(nèi)外研究人員普遍認(rèn)可的軟件有GaBi、SimaPro、OpenLCA、Umberto等[14-15]．

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，LCA軟件已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)如特征化指標(biāo)、歸一化結(jié)果(即去單位化，用于衡量某項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生的影響)、敏感性分析[16](可找出對(duì)LCA結(jié)果影響最大的關(guān)鍵清單數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù))等基礎(chǔ)指標(biāo)核算和高級(jí)數(shù)據(jù)分析，能夠幫助LCA研究人員高效地完成科研任務(wù)．隨著LCA體系框架的發(fā)展以及軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)的完善，生命周期評(píng)估愈加成為系統(tǒng)科學(xué)的資源環(huán)境評(píng)價(jià)方法，應(yīng)用于越來(lái)越多的行業(yè)和領(lǐng)域[17-18]．

2 LCA在輕工行業(yè)中的應(yīng)用

我國(guó)生產(chǎn)的皮革占世界總產(chǎn)量的20%以上，紡織品加工量更是超過(guò)了全球總加工量的50%．作為我國(guó)輕工領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)，紡織、制革以及其他輕工材料的生產(chǎn)制造均在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位．但在輕工產(chǎn)品的加工過(guò)程中直接或間接消耗的原料資源數(shù)量龐大且種類繁多，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了巨大影響．在我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的大背景下，從全生命周期角度對(duì)輕工產(chǎn)品的資源環(huán)境效率進(jìn)行評(píng)價(jià)將對(duì)促進(jìn)節(jié)能減排、減污降碳大有裨益．

國(guó)內(nèi)外學(xué)者為分析紡織、皮革等輕工產(chǎn)品的資源環(huán)境影響進(jìn)行了大量LCA研究，對(duì)生產(chǎn)工藝改進(jìn)、相關(guān)政策制定提供了必要的數(shù)據(jù)支撐與決策思路．

2.1 紡織行業(yè)

全球變暖潛勢(shì)(碳足跡)是目前紡織領(lǐng)域LCA研究人員重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)境影響指標(biāo)．東華大學(xué)工業(yè)碳足跡項(xiàng)目組[19]曾開(kāi)發(fā)出專用于服裝紡織產(chǎn)品的LCA核算軟件—DHU，并基于同一款印花布產(chǎn)品的數(shù)據(jù)清單在DHU軟件及另外兩款LCA軟件上進(jìn)行建模與數(shù)據(jù)對(duì)比分析，結(jié)果表明每米產(chǎn)品的全球變暖潛勢(shì)在不同軟件上相差50 g CO2eq.以上．由于不同軟件特征化因子[20]、排放系數(shù)上的差異，同一研究對(duì)象在不同軟件上建模所得到的環(huán)境影響結(jié)果也不盡相同，因此研究者在進(jìn)行生命周期評(píng)估時(shí)，應(yīng)結(jié)合研究對(duì)象的性質(zhì)以及研究目的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)及建模軟件進(jìn)行合理選擇．GaBi軟件在數(shù)據(jù)集數(shù)量上擁有很大優(yōu)勢(shì)，軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)彼此獨(dú)立，對(duì)于用戶而言靈活度較高，但操作也相對(duì)復(fù)雜．趙年花等[21]通過(guò)GaBi軟件對(duì)滌綸產(chǎn)品的生命周期過(guò)程進(jìn)行建模，依照ISO 14040標(biāo)準(zhǔn)從滌綸產(chǎn)品的生命周期過(guò)程(圖3)中選取了包括長(zhǎng)絲生產(chǎn)、織造、染整在內(nèi)的6個(gè)環(huán)節(jié)作為系統(tǒng)邊界并進(jìn)行碳足跡分析，從而核算出不同環(huán)節(jié)對(duì)碳排放指標(biāo)的貢獻(xiàn)率，結(jié)果表明約60%的碳排放來(lái)自于紡織物的染整工序，應(yīng)作為重點(diǎn)改進(jìn)環(huán)節(jié)．SimaPro軟件則整合了不同數(shù)據(jù)庫(kù)，軟件數(shù)據(jù)來(lái)源清晰，操作指令簡(jiǎn)單易學(xué).李戎等[22]使用該軟件核算了貢緞在不同生命周期環(huán)節(jié)的碳排放貢獻(xiàn)率，分析出原料加工過(guò)程對(duì)碳足跡的貢獻(xiàn)最大，其次為污水處理，因此生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)盡量購(gòu)買純棉原料，減少用水量并降低污水的COD值．利用LCA方法可對(duì)同一類產(chǎn)品的不同生命周期階段進(jìn)行特定指標(biāo)的排放影響貢獻(xiàn)率研究，亦可實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同產(chǎn)品[23]的環(huán)境影響對(duì)比分析，如Yan等[24]將毛織物和棉織物細(xì)分為13種產(chǎn)品類型，對(duì)其進(jìn)行LCA研究，結(jié)果表明毛類織物的碳排放量明顯高于棉類織物，平紋工藝比羅紋工藝具有更高的碳排放且會(huì)隨著顏色加深而升高，其中電力消耗是紡織面料工業(yè)碳足跡的主要來(lái)源，對(duì)于普通消費(fèi)者而言，選擇棉紡織品、輕質(zhì)材料并減少毛紡織品的使用將有助于降低溫室氣體的排放．

圖3 滌綸紡織品的生命周期過(guò)程(從搖籃到大門)Fig.3 Life cycle process of polyester textiles (cradle-to-gate)

生命周期評(píng)估廣泛應(yīng)用于全球變暖潛勢(shì)的量化核算[25-28]，除該指標(biāo)外，LCA還可用于分析紡織產(chǎn)品生命周期過(guò)程的水足跡[29]、化石能源消耗、人體毒性等多項(xiàng)環(huán)境影響指標(biāo)[30-31]．有國(guó)外學(xué)者曾提出當(dāng)研究對(duì)象的生命周期涉及農(nóng)業(yè)、林業(yè)(如土地自然培育的生物基紡織品——棉花、木質(zhì)纖維等)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注水足跡、土地利用等指標(biāo)，使得LCA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更加詳實(shí)全面．Sandin等[32]通過(guò)LCA方法核算了棉花與木質(zhì)纖維等相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)水資源和土地利用的影響，結(jié)果表明產(chǎn)品加工的地理位置是影響水足跡的主要因素.因?yàn)閺乃Y源相對(duì)匱乏的環(huán)境中獲取水將造成更大的環(huán)境負(fù)荷，而土地利用評(píng)價(jià)則涉及環(huán)境影響的轉(zhuǎn)移分配問(wèn)題，需要進(jìn)一步探討研究．此外，指標(biāo)類型全面的LCA研究結(jié)果還可用于企業(yè)、工廠的環(huán)境評(píng)估報(bào)告或產(chǎn)品綠色宣傳，如Levi’s公司[33]曾在2013年對(duì)該公司生產(chǎn)的牛仔褲產(chǎn)品進(jìn)行生命周期評(píng)估，核算了牛仔褲在纖維生產(chǎn)加工、物流運(yùn)輸直至淘汰廢棄等若干環(huán)節(jié)的環(huán)境負(fù)荷(表2)，環(huán)境影響類型包括全球變暖潛勢(shì)、富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)以及非生物性資源消耗指標(biāo)等等，為該公司進(jìn)一步制定綠色生產(chǎn)計(jì)劃及相關(guān)政策提供了數(shù)據(jù)支持．

表2 Levi’s公司牛仔褲產(chǎn)品環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果Tab.2 Results of environmental impact assessment indicators for Levi’s jeans

我國(guó)每年產(chǎn)生超過(guò)2 000萬(wàn)噸的廢舊紡織產(chǎn)品，再生利用率卻僅有15%，若采用高效綠色的再生技術(shù)對(duì)廢舊紡織品進(jìn)行回收利用，必然會(huì)產(chǎn)生很高的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益[34]．紡織品廢棄后的常規(guī)處理方式共有4種：填埋、焚燒、再生循環(huán)以及二次使用(簡(jiǎn)單翻新)．其中二次使用可延長(zhǎng)紡織品的生命周期，對(duì)環(huán)境影響最小[35]．其次是再生循環(huán)，施樂(lè)榮等[36]曾對(duì)深圳市生活垃圾中廢舊紡織品的“單獨(dú)分揀再生循環(huán)、混合其他垃圾填埋、混合其他垃圾焚燒”3種處理模式(圖4)進(jìn)行LCA對(duì)比分析，結(jié)果表明若對(duì)廢紡進(jìn)行再生循環(huán)可減少5%以上的二氧化碳排放當(dāng)量．Zamani等[37]核算了廢棄紡織品的不同回收技術(shù)所造成的環(huán)境影響，包括廢紡材料的再利用、使用化學(xué)溶劑分離纖維素以及聚酯的化學(xué)回收，通過(guò)LCA分析可知，若根據(jù)不同功能特點(diǎn)對(duì)3種回收技術(shù)進(jìn)行整合使用，每處理1 t廢紡可減少10 t CO2排放當(dāng)量和169 GJ的一次能源消耗．Subramanian等[38]開(kāi)發(fā)了一種可將棉滌紡織廢料轉(zhuǎn)化為PET纖維并副產(chǎn)葡萄糖的生物循環(huán)技術(shù)，并基于LCA方法識(shí)別出紡織品生物回收工藝流程(圖5)中潛在環(huán)境影響發(fā)生的重點(diǎn)環(huán)節(jié)．

圖4 深圳市生活垃圾處理LCA邊界Fig.4 LCA system boundary of Shenzhen municipal solid waste disposal

圖5 棉/聚酯廢紡生物循環(huán)回收技術(shù)的工藝流程Fig.5 Process flow of the bio-recycling method for cotton/polyester waste spinning

LCA工作在紡織行業(yè)已廣泛用于科學(xué)研究、企業(yè)實(shí)際應(yīng)用以及城市環(huán)境治理等方面，發(fā)展前景廣闊．在工業(yè)技術(shù)層面，借助于專業(yè)建模軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)，LCA可核算紡織產(chǎn)品從棉花種植(或石油開(kāi)采、動(dòng)物養(yǎng)殖)直至廢棄或回收循環(huán)[39]各生命周期階段的環(huán)境負(fù)荷，為技術(shù)開(kāi)發(fā)者提供數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而識(shí)別改進(jìn)重點(diǎn)、優(yōu)化工藝流程．在產(chǎn)品消費(fèi)層面，碳足跡和碳標(biāo)簽可以為消費(fèi)者提供欲購(gòu)買產(chǎn)品的深層信息，方便消費(fèi)者選擇更環(huán)保的消費(fèi)模式，推動(dòng)全社會(huì)走向綠色低碳．此外，中國(guó)作為世界上最大的紡織產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，紡織品的LCA研究對(duì)國(guó)內(nèi)溫室氣體的排放管理、低碳信息交流和相關(guān)國(guó)際貿(mào)易談判等均具有重要意義．

2.2 制革行業(yè)

我國(guó)制革工業(yè)生產(chǎn)的皮革占世界總產(chǎn)量的1/4，是我國(guó)輕工業(yè)中的重要組成部分．將LCA應(yīng)用于制革行業(yè)，可對(duì)比不同生產(chǎn)工藝的環(huán)境負(fù)荷、分析造成不同環(huán)境影響的潛在因素并識(shí)別制革過(guò)程中的重點(diǎn)改進(jìn)環(huán)節(jié)．丁紹蘭、單晨等[40-42]曾對(duì)浙江某PU革企業(yè)以及山東某牛皮革企業(yè)進(jìn)行生命周期清單分析，并基于SimaPro軟件中的Eco-indicator 99模型完成了PU革與牛皮革的LCA對(duì)比研究，結(jié)果表明雖然PU革在酸化指標(biāo)、富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)以及礦石資源消耗指標(biāo)等方面均低于牛皮革，但就總體環(huán)境影響而言牛皮革卻優(yōu)于PU革，由此可見(jiàn)在進(jìn)行LCA對(duì)比研究時(shí)應(yīng)盡可能全面的考慮環(huán)境影響指標(biāo)類型．

皮革生產(chǎn)過(guò)程涉及使用大量的水和化學(xué)藥品，李玉紅等[43]將皮革生產(chǎn)階段的6個(gè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及污水處理過(guò)程納入系統(tǒng)邊界(圖6)，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)歸一化與敏感性分析，結(jié)果表明鉻鞣劑在潛在的環(huán)境影響中起主導(dǎo)作用，并且間接導(dǎo)致了鞣制和復(fù)鞣兩個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境影響占總環(huán)境影響的65%以上．四川大學(xué)袁琳琳等[44]曾在eFootprint在線平臺(tái)對(duì)鉻鞣黃牛革進(jìn)行建模分析，同樣提出了應(yīng)減少鉻鞣劑使用的建議，并在此基礎(chǔ)上考慮采用鋯-鋁-鈦鞣工藝[45]替換鉻鞣工藝，結(jié)果表明采用替換后的無(wú)鉻技術(shù)在全球變暖潛勢(shì)、酸化指標(biāo)、初級(jí)能源消耗指標(biāo)等方面均有明顯下降．國(guó)外學(xué)者也同樣認(rèn)為應(yīng)減少或替換[46-47]皮革鞣制過(guò)程中鉻鞣劑的使用，如Mahdi等[48]通過(guò)SimaPro建模工具對(duì)鋁鞣、植鞣以及植物/鋁組合鞣制3種工藝進(jìn)行了環(huán)境影響評(píng)價(jià)，并參考Eco-indicators 99方法對(duì)比研究了不同情景下10余種環(huán)境影響指標(biāo)，結(jié)果表明植物鞣制工藝比其他兩種工藝減少20%～50%的環(huán)境影響．類似的LCA研究中與傳統(tǒng)鉻鞣技術(shù)對(duì)比的還有改性戊二醛鞣工藝[49-50]、氧化海藻酸鈉(OSA)鞣制工藝[51]等，均展現(xiàn)出顯著的節(jié)能減排效果．盡管人們?cè)絹?lái)越重視無(wú)鉻皮革的生產(chǎn)，但由于缺乏能夠提供相同質(zhì)量皮革的替代品，世界上80%～90%的制革廠仍然在生產(chǎn)濕鉻鞣皮革．基于此，有國(guó)外學(xué)者提出應(yīng)采用高效綠色的回收工藝對(duì)含鉻物料進(jìn)行循環(huán)再利用[52]，如采用化學(xué)混凝、堿沉淀和硫酸溶解等方法對(duì)制革廢水中的鉻進(jìn)行回收，均可實(shí)現(xiàn)降低鉻鞣皮革生命周期的環(huán)境負(fù)荷．

圖6 皮革加工過(guò)程的LCA系統(tǒng)邊界Fig.6 LCA system boundary of leather processing

在綠色工藝改進(jìn)方面，我國(guó)也曾有學(xué)者[53]提出將皮革生產(chǎn)過(guò)程中脫灰階段所使用的硫酸銨替換為甘氨酸，并進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)．結(jié)果表明選擇無(wú)銨脫灰劑可以大幅減少制革廢水中的NH3-N污染和脫灰劑生產(chǎn)過(guò)程造成的環(huán)境影響，主要原因在于新型甘氨酸的使用為制革廢水引入了額外的碳源，使廢水中總有機(jī)碳(TOC)與總氮(TN)的含量與比例為好氧生物降解污水中的有機(jī)物提供更適宜的環(huán)境，經(jīng)過(guò)好氧生物處理24 h后，與使用硫酸銨脫灰工藝相比，甘氨酸脫灰工藝產(chǎn)生的制革廢水中NH3-N、TOC以及TN濃度均有明顯下降．此外，為減少制革過(guò)程中的環(huán)境影響，降低其他高污染化學(xué)品的使用也很有必要，如在牛毛去除環(huán)節(jié)中以酶促脫毛工藝代替化學(xué)脫毛工藝[54]、在皮革脫水環(huán)節(jié)以新型連續(xù)處理系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)滾筒脫水系統(tǒng)[55]等，均可實(shí)現(xiàn)可觀的環(huán)境效益．

LCA也被用于研究產(chǎn)業(yè)共生的環(huán)境效益．意大利托斯卡納大區(qū)是歐洲著名的牛皮皮革原料供應(yīng)地，Daddi等[56]曾針對(duì)該地區(qū)皮革企業(yè)的產(chǎn)業(yè)共生集群進(jìn)行LCA案例分析，案例系統(tǒng)邊界定義為從動(dòng)物飼養(yǎng)直至皮革成品出廠，調(diào)查了制革、污水處理、污泥回收、鉻回收、毛廢料回收等各環(huán)節(jié)的實(shí)景數(shù)據(jù)．基于此，核算并對(duì)比了包括“已實(shí)施產(chǎn)業(yè)共生(情景1)”、“無(wú)或較少產(chǎn)業(yè)共生(情景2)”等共4種情景的環(huán)境效益(表3)，結(jié)果表明在全球變暖潛勢(shì)方面，情景1比情景2改善了將近22%，是實(shí)現(xiàn)最佳環(huán)境效益的指標(biāo)類型，即采用產(chǎn)業(yè)共生模式每生產(chǎn)1 m2皮革將減少4.3 kg的二氧化碳排放當(dāng)量．此外，在情景1的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)還考察了從共生模式的污水處理單元中循環(huán)利用20%廢水和循環(huán)利用40%廢水2種情景的環(huán)境影響，發(fā)現(xiàn)隨著廢水循環(huán)利用率的提高并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)更理想的環(huán)境效益，這說(shuō)明對(duì)水足跡影響的主要因素或環(huán)節(jié)大概率存在于皮革生命周期的上游過(guò)程．

表3 托斯卡納大區(qū)制革企業(yè)情景1對(duì)比于情景2的環(huán)境效益Tab.3 Comparison of environmental benefits between Scenario 1 and Scenario 2 in Tuscan tanneries

LCA可用于判斷皮革生產(chǎn)過(guò)程中造成環(huán)境影響的主要因素，也可基于皮革產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)識(shí)別重點(diǎn)改進(jìn)環(huán)節(jié)．雖然LCA在制革工業(yè)中的研究與應(yīng)用稍晚于其他行業(yè)，但在皮革全產(chǎn)業(yè)鏈中的各個(gè)階段均有學(xué)者在進(jìn)行生命周期相關(guān)研究，包括動(dòng)物飼養(yǎng)屠宰、脫灰、水洗、鞣制、染色、廢棄物循環(huán)回收以及地區(qū)的產(chǎn)業(yè)共生等等，已為該行業(yè)的節(jié)能減排積累了大量的實(shí)用數(shù)據(jù)，對(duì)行業(yè)政策制定者、技術(shù)開(kāi)發(fā)者以及從事LCA研究的相關(guān)人員均具有很高的參考價(jià)值．且隨著2018年4月份歐盟皮革環(huán)境足跡法規(guī)的正式頒布，LCA方法已成為皮革行業(yè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)最正式、標(biāo)準(zhǔn)的方法之一[57]，正在被國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者接受與認(rèn)可．

2.3 其他輕工行業(yè)

除紡織行業(yè)及皮革行業(yè)，LCA也廣泛應(yīng)用于包裝材料、綠色建材等其他輕工行業(yè)．隨著我國(guó)快遞業(yè)的蓬勃發(fā)展，快遞包裝廢料的處理過(guò)程是否低碳環(huán)保同樣值得重點(diǎn)關(guān)注[58]．來(lái)源于生物質(zhì)的聚乳酸(PLA)作為一種新型環(huán)保材料，廢棄后可完全降解且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，史玉等[59]以PLA快遞包裝為研究對(duì)象，將廢棄包裝的處理過(guò)程按填埋、焚燒、回收的不同比例組合分為5個(gè)情景，結(jié)果表明“焚燒47%，填埋13%，回收40%”的處置情景所產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷最低，也有國(guó)外學(xué)者針對(duì)塑料固體廢棄物的處理過(guò)程進(jìn)行過(guò)類似的LCA研究[60]．孫丹妮等[61]使用e-Footprint平臺(tái)對(duì)牛皮淋膜包裝袋與聚乙烯包裝袋進(jìn)行了生命周期對(duì)比研究，并評(píng)估了指標(biāo)數(shù)據(jù)的不確定度和靈敏度，由分析結(jié)果可知，雖然牛皮淋膜包裝袋對(duì)比聚乙烯包裝袋降低了將近80%的二氧化碳排放當(dāng)量，但在水足跡與一次能源的使用方面卻遠(yuǎn)高于牛皮淋膜包裝袋，為進(jìn)一步降低包裝材料的環(huán)境負(fù)荷，生產(chǎn)企業(yè)可考慮提高廢水的回收利用率并盡量使用清潔能源．此外，基于LCA方法的環(huán)境影響評(píng)價(jià)在石油基[62]、紙塑鋁[63]、淀粉基[64]等材料制成的包裝產(chǎn)品中都有應(yīng)用，在包裝材料生產(chǎn)企業(yè)的綠色管理、綠色制造等領(lǐng)域也有涉及[65]．

在綠色建材方面，陶明等[66]曾依托來(lái)源于實(shí)際生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)景數(shù)據(jù)對(duì)生態(tài)凝膠產(chǎn)品進(jìn)行生命周期評(píng)估，對(duì)指標(biāo)結(jié)果應(yīng)用了基于蒙特卡羅方法的特征化中點(diǎn)分析與歸一化中點(diǎn)分析，進(jìn)而核算出分析結(jié)果的不確定性以及不同環(huán)境影響類型的物質(zhì)貢獻(xiàn)率，而后又與普通硅酸鹽水泥產(chǎn)品進(jìn)行了LCA對(duì)比研究，結(jié)果表明生態(tài)凝膠產(chǎn)品在碳足跡以及生態(tài)毒性指標(biāo)均實(shí)現(xiàn)了大幅下降．龔健沖等[67]基于LCA方法建立了3種墻體保溫材料的能耗計(jì)算模型，并通過(guò)eFootprint平臺(tái)對(duì)清單數(shù)據(jù)進(jìn)行了靈敏度分析，識(shí)別出生產(chǎn)過(guò)程中的重點(diǎn)改進(jìn)環(huán)節(jié)以及不同變量對(duì)能耗回收期的影響．劉洪濤等[68]曾基于“投入產(chǎn)出-生命周期模型”綜合分析了透水鋪裝路面的環(huán)境影響，分析結(jié)果表明： 與普通路面對(duì)比，透水鋪裝路面在建設(shè)過(guò)程中會(huì)排放更多的溫室氣體，但由于該路面在運(yùn)營(yíng)階段具有雨水收集功能，每年會(huì)減排二氧化碳300 kg以上，故長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看將具有很高的環(huán)境效益．

在廢棄材料的高值化利用方面，Shen等[69]評(píng)估了廢棄PET瓶回收循環(huán)生產(chǎn)再生纖維的環(huán)境影響，考慮到回收物在生命周期中的特殊性質(zhì)，在評(píng)價(jià)過(guò)程中探討并使用了“cut-off”規(guī)則、“系統(tǒng)擴(kuò)展”以及“廢物估價(jià)”3種分配方法.圖7為該研究基于“cut-off”規(guī)則的“機(jī)械回收”“半機(jī)械回收”“低聚物回收”“單體回收”4種回收再生方式與原生纖維生產(chǎn)過(guò)程的LCA分析結(jié)果，由統(tǒng)計(jì)圖可知幾種回收方式各有優(yōu)劣，但大部分均低于原生PET纖維的環(huán)境影響，可考慮針對(duì)回收材料的性質(zhì)特點(diǎn)對(duì)不同回收方法進(jìn)行整合．來(lái)源于冶煉廠的礦渣廢棄物可作為多種建材產(chǎn)品的原料，資源化價(jià)值高.宋小龍等[70]分析了由回收煉鐵爐渣生產(chǎn)的新型水泥對(duì)比于傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的環(huán)境效益，建模所用的背景數(shù)據(jù)來(lái)源于GaBi數(shù)據(jù)庫(kù)以及中國(guó)能源生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù).由GaBi建模結(jié)果可知新型水泥節(jié)能減排效果顯著．此外，生命周期評(píng)估在塑料垃圾管控[71]、材料降解[72]、海洋廢棄物資源化利用[73]等領(lǐng)域也都有應(yīng)用．

圖7 采用不同回收技術(shù)的PET纖維LCA歸一化結(jié)果Fig.7 Normalized LCA results of PET fibers in different reuse systems

3 總結(jié)與展望

LCA可以幫助研究人員在進(jìn)行綠色工藝開(kāi)發(fā)以及環(huán)境影響評(píng)價(jià)過(guò)程中用系統(tǒng)全面的量化分析代替主觀片面的定性判斷．作為系統(tǒng)、全面、科學(xué)的環(huán)境影響分析方法，LCA在不同工藝方案的對(duì)比評(píng)價(jià)、環(huán)境效益核算以及廢棄物的循環(huán)再生研究等方面均得到了廣泛的認(rèn)可與應(yīng)用．就某一類產(chǎn)品或生產(chǎn)技術(shù)而言，LCA的基礎(chǔ)分析結(jié)果包括但不局限于全球變暖潛勢(shì)(GWP)、化石能源資源耗竭當(dāng)量(ADP)、酸化效應(yīng)(AP)、光化學(xué)臭氧生成當(dāng)量(POCP)、人體毒性(HTP)等環(huán)境影響指標(biāo)．基于此可以對(duì)同一產(chǎn)品在不同生產(chǎn)技術(shù)下的環(huán)境效益進(jìn)行核算，為選擇更低碳綠色的工藝技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持,也可用于分析不同生產(chǎn)原料的環(huán)境影響貢獻(xiàn)率，識(shí)別發(fā)生資源消耗與環(huán)境污染的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，從而為技術(shù)開(kāi)發(fā)者提供節(jié)能減排的改進(jìn)思路．此外，人類的發(fā)展需要維持龐大的生產(chǎn)與消費(fèi)規(guī)模，也必然會(huì)造成負(fù)面的資源環(huán)境影響，而資源環(huán)境效率問(wèn)題與各個(gè)行業(yè)決策者的決定息息相關(guān)，LCA可以為這些決策者提供科學(xué)的評(píng)價(jià)方法以及必要的參考依據(jù)．

從國(guó)內(nèi)外輕工產(chǎn)業(yè)的LCA發(fā)展來(lái)看，大部分學(xué)者都認(rèn)為L(zhǎng)CA的方法框架是科學(xué)的、合理的．為進(jìn)一步提高生命周期評(píng)估數(shù)據(jù)的精確性和結(jié)論的可靠性，在LCA的實(shí)際操作層面可以嘗試從以下幾個(gè)方向進(jìn)行考慮：LCA可結(jié)合技術(shù)可行性分析與經(jīng)濟(jì)可行性分析，基于環(huán)境效益、產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益3個(gè)角度解決問(wèn)題，從而提出更全面、更有建設(shè)性的評(píng)估結(jié)論或技術(shù)改進(jìn)建議；為提高背景數(shù)據(jù)與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)的適配度，數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)者應(yīng)與實(shí)際生產(chǎn)單位開(kāi)展長(zhǎng)期合作，不斷更新完善背景數(shù)據(jù)庫(kù)，并提高生產(chǎn)企業(yè)在LCA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供方面的參與度，以消除軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中個(gè)別物料數(shù)據(jù)在空間上或時(shí)間上的限制；各家LCA體系數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估方法不盡相同，應(yīng)建立科學(xué)統(tǒng)一的LCA數(shù)據(jù)質(zhì)量定義與數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估方法，進(jìn)而提高LCA數(shù)據(jù)的可信度．此外，為促進(jìn)形成綠色消費(fèi)模式，應(yīng)提高消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品碳足跡、水足跡等指標(biāo)以及產(chǎn)品潛在環(huán)境影響的認(rèn)知度．

生命周期評(píng)估的廣泛開(kāi)展促進(jìn)全社會(huì)走向低碳綠色，在推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用，LCA方法的不斷成熟及其普遍應(yīng)用，也是人類可持續(xù)發(fā)展工作不斷精細(xì)化、專業(yè)化的必然趨勢(shì)．