生命周期評價在木材產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用研究綜述

沈 建，林文樹，吳金卓

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

全球經(jīng)濟的迅猛發(fā)展已經(jīng)造成了人類生活環(huán)境的極度惡化，從更深的層次來說，現(xiàn)在所取得的在經(jīng)濟上的重大成就是以犧牲環(huán)境為代價的。如今，全球性生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，它不僅制約著目前經(jīng)濟的發(fā)展狀況，而且在很長一段時間內(nèi)將威脅著人們的生活乃至生存。特別是近幾十年來，工業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致了一系列的嚴重后果，如資源耗竭、臭氧層破壞、能源危機、全球變暖等一系列環(huán)境問題，使得全球的環(huán)境問題日漸突出。在面對當今人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展帶來的一系列尖銳矛盾，我們需要重新認識環(huán)境問題與人類活動方式以及消費模式之間的關(guān)系，從而通過制度創(chuàng)新，技術(shù)進步以及管理變革來協(xié)調(diào)人與自然之間的關(guān)系，促進人類社會的可持續(xù)發(fā)展[1]。

針對全球性生態(tài)危機以及我國所面臨的生態(tài)環(huán)境問題，胡錦濤同志在黨的“十八大”報告明確提出“面對資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴峻形勢，必須樹立尊重自然、順應(yīng)自然、保護自然的生態(tài)文明理念，把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，融入經(jīng)濟建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)各方面和全過程，努力建設(shè)美麗中國，實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展”[2]。當人類社會由農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明邁向生態(tài)文明時，工業(yè)發(fā)展由不顧環(huán)境的傳統(tǒng)模式、末端治理模式正向清潔生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。環(huán)境保護現(xiàn)已深入人心，綠色的浪潮席卷全球?？沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)成為世界各國尋求發(fā)展的共同道路。正是在這種歷史背景下，作為人類生產(chǎn)活動的一種新的思想原則和工具—生命周期評估(Life Cycle Assessment，以下簡稱LCA)得以形成和發(fā)展，并且成為當今材料或產(chǎn)品環(huán)境性能分析廣泛應(yīng)用的重要方法[3]。因此，本文將對國內(nèi)外LCA應(yīng)用于木材產(chǎn)品生產(chǎn)的研究成果進行歸納總結(jié)，并指出我國目前存在的不足，以期能夠進一步拓展和完善生命周期評價在我國木材產(chǎn)品生產(chǎn)發(fā)展領(lǐng)域中的運用。

1 生命周期評價

1.1 生命周期評價的概念

生命周期評價(LCA)在歷經(jīng)多年的研究發(fā)展后，已經(jīng)逐步變得完善和系統(tǒng)，在學(xué)術(shù)上關(guān)于LCA的定義也有多種說法，當然在這其中以國際環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(SETAC)以及國際標準化組織(ISO)的定義最具權(quán)威性，盡管這兩者分別是從不同的方面對LCA進行概述[4]。

生命周期評價(LCA)是一種用于評估產(chǎn)品在其整個生命周期中，即從原材料的獲取、產(chǎn)品的生產(chǎn)直至產(chǎn)品使用后的處置，對環(huán)境影響的技術(shù)和方法[5]。簡言之，LCA就是對某一個物體從其產(chǎn)生到消亡以及消亡后所產(chǎn)生的效應(yīng)進行全過程的綜合評價。

1.2 生命周期評價的意義

根據(jù)LCA的定義，可以看出LCA特別注重產(chǎn)品在其生產(chǎn)過程中的各種能耗以及生產(chǎn)過程中造成的對環(huán)境的影響，使得人們在生產(chǎn)產(chǎn)品的過程中更加追求高效率、低能耗、低排放、低污染等方面技術(shù)的改進，同時也大大的推進了清潔生產(chǎn)的步伐。從長遠的利益來說，將LCA運用于我國的工業(yè)化大生產(chǎn)中能夠大大提高生產(chǎn)的效率，減輕對環(huán)境危害的影響，有助于企業(yè)的發(fā)展以及我國社會主義經(jīng)濟健康發(fā)展的進程。

2 生命周期評價發(fā)展

近年來，生命周期評價成為國內(nèi)外可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護領(lǐng)域新的研究熱點之一。生命周期評價(LCA)始于20世紀70年代左右，源于美國開展的針對包裝品的分析和評價。1969年美國中西研究所(Midwest Research Institute)開展的針對可口可樂公司飲料包裝瓶的評價研究，是公認的生命周期評價研究開始的標志。1984年，“瑞士聯(lián)邦材料測試與研究實驗室”為瑞士環(huán)境部開展了一項有關(guān)包裝材料的研究，該研究首次采用了健康標準評估系統(tǒng)，引起了國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并被許多研究采用。1992年，國際標準化組織(ISO)開始籌劃包括生命周期評估標準在內(nèi)的ISO14000 環(huán)境管理系列標準的制定。1993年國際標準化組織開始起草ISO14000國際標準，正式將生命周期評價納入該標準體系[5]。

隨后國際環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)學(xué)會以及國際標準化組織分別對LCA的定義及技術(shù)框架做出規(guī)定，進一步推動了LCA在國際范圍內(nèi)的發(fā)展。1996年，國際上正式出版了第一本有關(guān)生命周期評價研究的專業(yè)刊物《國際生命周期評價學(xué)報》(The International Journal of Life cycle Assessment)，表明生命周期評價研究在國際上已占有很重要的位置。1997年，ISO發(fā)布了第一個生命周期評價國際標準ISO14040《生命周期評價原則與框架》，此后又相繼發(fā)布了該系列的其他幾項標準和技術(shù)報告。生命周期評價法分析必須包括目標與范圍的確定、清單分析、影響評價和改善評價等4個相關(guān)的步聚[6]。

3 生命周期評價在我國木材產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 LCA應(yīng)用進展

自20世紀90年代起，生命周期評價在我國已開展相關(guān)研究。1998年，我國開始全面引進ISO14040系列標準，將其等同轉(zhuǎn)化為國家標準，相應(yīng)國家標準代號為GB/T24040系列。進入21世紀以來，隨著我國環(huán)境投入和環(huán)保意識的提高，生命周期評價成為了國內(nèi)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護領(lǐng)域新的研究亮點之一[7]。

3.2 LCA應(yīng)用于木材生產(chǎn)的研究

孫啟祥于2001年從生命周期的角度，分析了木材的環(huán)境友好性，并通過實驗結(jié)果指出，木材從來源、加工、使用、回用到廢棄和再生都具有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性，是一種環(huán)境材料或環(huán)境功能性材料，論證了木材產(chǎn)品是綠色產(chǎn)品[8]。

3.3 LCA應(yīng)用于木質(zhì)和非木質(zhì)復(fù)合材料上的研究

2007年薛擁軍、向仕龍等以中密度纖維板作為研究對象，運用了生命周期評價方法并結(jié)合相關(guān)經(jīng)濟、技術(shù)，性能指標，分析了我國現(xiàn)階段中在纖維生產(chǎn)和使用過程的資源利用、能源消耗、污染物的產(chǎn)生、廢棄物的利用等因素對環(huán)境的影響，印證了生命周期評價法在中密度纖維板生產(chǎn)過程中的確能夠降低對環(huán)境的影響。他們的研究以選取南方幾家纖板企業(yè)為代表，以進口連續(xù)平壓生產(chǎn)線和中纖板為具體的研究對象，并采用我國頒布的統(tǒng)一標準GBTP14040來鑒定。在清單分析中，研究者從原材料消耗、能源消耗、環(huán)境排放清單等方面進行分析。環(huán)境排放清單中又從廢水排放、廢氣排放、固體廢棄物排放以及噪聲污染方面進行具體說明，建立了中纖維生命周期評價的理論框架，為我國在中纖維上的持久發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[9-10]。

2008年燕鵬飛將收集得到的膠合木、定向刨花板和規(guī)格材3種木材產(chǎn)品的實際數(shù)據(jù)，通過LCA在國際上規(guī)定的評價技術(shù)框架基礎(chǔ)上，并采用歐美工業(yè)產(chǎn)品的環(huán)境設(shè)計方法，建立了建筑材料生命周期環(huán)境影響評價模型。并利用此模型來具體分析3種木材產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中對環(huán)境造成的影響負荷，并得出此3種木材產(chǎn)品對環(huán)境造成的影響負荷依次降低[11]。

3.4 LCA應(yīng)用于竹木地板上的研究

2007年王愛華將LCA方法引入林業(yè)產(chǎn)業(yè)，并將國際上先進的SimaPro6.0環(huán)境影響評價軟件運用在竹地板產(chǎn)品和實木地板產(chǎn)品的生命周期評價中，依據(jù)列舉的清單和最終的評價結(jié)果找出最大環(huán)境負荷因子。在具體的研究中，他們選擇了生產(chǎn)技術(shù)水平較高和規(guī)模較大的廠竹地板產(chǎn)品作為對象，根據(jù)研究得出在整個生命周期評價中環(huán)境負荷中影響從大到小依次為的是生產(chǎn)階段、板坯生產(chǎn)、地板成品生產(chǎn)和使用階段，資源損害是生產(chǎn)階段中的最大損害項，在實木地板的生命周期評價研究中，實木地板的生產(chǎn)階段環(huán)境損害最大，其次為廢棄階段和使用階段，再者能源消耗是最大環(huán)境影響類型，資源損害是最大損害類型，研究還顯示竹地板和實木地板對環(huán)境的影響依次降低[12]。

2011年余翔也應(yīng)用了SimaPro6.0 LCA評價軟件，并將生命周期評價(LCA)應(yīng)用在竹集成材地板與竹重竹材地板的比較研究上。同時根據(jù)我國現(xiàn)有的實際情況對竹地板整個生命周期中的各個環(huán)節(jié)進行分析總結(jié)，得出其對環(huán)境負荷的影響值，為加快我國LCA應(yīng)用于竹地板上的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)[13]。

3.5 LCA應(yīng)用于農(nóng)作物秸稈人造板上的研究

2009年李曉平和周定國等對農(nóng)作物秸稈人造板全生命周期運用生命周期評價法進行環(huán)境特性的定性評價，并通過與木質(zhì)人造板的環(huán)境特性比較分析，旨在解析和了解農(nóng)作物秸稈人造板的環(huán)境特性，他們通過農(nóng)作物秸稈人造板的整個生命周期中的主要五個階段即生產(chǎn)線建設(shè)、生產(chǎn)加工、銷售(包括包裝與運輸)、使用和廢棄后處理方面進行考慮，而且每一個階段里面又包含了各自不同的加工工藝程序，通過上面的五個全生命周期過程和列舉的清單分析得出農(nóng)作物秸稈人造板比木質(zhì)材料生產(chǎn)人造板有可能產(chǎn)生的積極因素的結(jié)論，而且在保護森林資源和土地資源等方面都有很大的優(yōu)勢，并最終提出在農(nóng)作物秸稈人造板方面應(yīng)該使人造板生產(chǎn)的機械更加標準化，相應(yīng)的提高企業(yè)各方面的管理水平以及對環(huán)境的環(huán)保意識等措施來改善木材產(chǎn)品的LCA評價[14]。

目前，我國在生命周期評價指標的選取上和國外許多發(fā)達國家一致大多采用了USEPA定義的8種環(huán)境影響指標：全球氣候變化、平流層臭氧消耗、酸雨化、光化學(xué)煙霧、富營養(yǎng)化、人體毒性、生態(tài)毒性以及資源消耗。當然對于具體的林產(chǎn)品評價，需要針對該產(chǎn)品實際生產(chǎn)過程選取合適的評價指標。

從上述LCA在國內(nèi)林產(chǎn)品研究中的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，LCA已經(jīng)被越來越廣泛的應(yīng)用到了我國林產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程的評價中。但是，國內(nèi)在LCA應(yīng)用方面仍然存在一些不足，諸如理論和方法上的不足、研究結(jié)果代表性不明確、數(shù)據(jù)質(zhì)量不高等問題都有待在日后的研究發(fā)展中進一步的完善。

4 生命周期評價在國外木材產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 歐美國家木材產(chǎn)品LCA的應(yīng)用研究

在國外，生命周期評價己經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，國際上對紙類產(chǎn)品、金屬、塑料等其他產(chǎn)品的生命周期研究已經(jīng)有了一定的成果，并有相關(guān)的論文發(fā)表，如國際上著名的生命周期評價研究：布質(zhì)和易處理嬰兒尿布的比較，塑料杯和紙杯的比較，以及漢堡包聚苯乙烯和紙包裝盒的比較等。但將生命周期評價法用于木材產(chǎn)品方面的研究還較少。

1992年，F(xiàn)orintek研究機構(gòu)成立了木質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)LCA項目研究組，之后的兩三年歐共體成立的調(diào)查小組又提出了關(guān)注木材產(chǎn)品的制造過程，在這個相同的時期又有歐美其他地區(qū)的研究所投身于木材產(chǎn)品的LCA研究。在1996年，Cote 等人從森林加工、運營和廢棄產(chǎn)品過程中所產(chǎn)生的碳渣，著手探究林地的碳跡，并在隨后幾年的研究中提出了把直接填埋和作為能源作為廢棄物處理的處理方式，并通過這兩種差異性的廢棄物處理方式整理得出了木材產(chǎn)品是具有環(huán)境友好型的可長久發(fā)展產(chǎn)業(yè)。1998年，來自歐盟研究所的Jamie將LCA應(yīng)用到了木制面板和鐵質(zhì)面板的生產(chǎn)過程中，通過兩種不同材質(zhì)面板加工生產(chǎn)各個方面對環(huán)境不同影響參數(shù)的對比，得出鐵質(zhì)面板相比也木質(zhì)面板對環(huán)境的負荷影響更大[15-16]。

2000年，幾個美國的木材生產(chǎn)企業(yè)、研究機構(gòu)與組織、政府部門開始利用生命周期評價來研究可再生的建筑材料，并逐漸形成了一個共同體(Consortium for Research on Renewable Industrial Materials，CORRIM)。 該機構(gòu)主要是建立在生產(chǎn)和使用可再生材料時的能源消耗和環(huán)境影響。Bergman 和Puettmann等人利用生命周期清單分析法分析美國硬木、軟木的板材以及實木地板生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響進行了研究[17-22]。他們研究了在這些林產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中的空氣、水、固體廢棄物的污染，物質(zhì)流、能源和資源的消耗問題。研究得出在能源消耗中，軟木鋸材的耗能大約是硬木和實木地板的一半。每生產(chǎn)1 m3的軟木鋸材，消耗355兆焦耳(MJ)電和2 730 MJ 熱能，而在硬木鋸材生產(chǎn)中，則消耗608 MJ電和5 800 MJ 熱能。與化石燃料相比，利用木質(zhì)生物作為主能源可有效地減少對環(huán)境帶來的污染。2005年，Wilson和Dancer利用生命周期清單方法分別研究了單板層積材和膠合板生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響[23-24]。為了比較美國闊葉木與其他材料在保護環(huán)境方面的作用，2010年，美國闊葉木外銷委員會(AHEC)啟動了闊葉木LCA的研究[25]。該研究成果為美國硬木板材和單板提供了“環(huán)保產(chǎn)品申報”指標，并給美國硬木材料提供了一個第三方認證的“生態(tài)標簽”證明，也便于設(shè)計師識別哪種材料更符合綠色建筑定額體系的標準。

4.2 日本在木材產(chǎn)品LCA方面的應(yīng)用研究

日本將LCA應(yīng)用于木材產(chǎn)品方面研究的步伐緊緊稍晚于歐美國家，相比于我國在這方面的起步要早很多，當時日本主要將木質(zhì)材料、木材資源利用、木材生產(chǎn)及其運輸作為了調(diào)研發(fā)展的對象，為今后他們在木材產(chǎn)品LCA方面的研究提供了充實的動力來源。

1997年，日本成立了LCA協(xié)會，并在隨后的工作中首先將LCA運用到了有關(guān)木質(zhì)橋梁的研究中[26]。同年，服部順昭將LCA運用到了木質(zhì)家具的研究中。2005年，長谷川子，稻木清貴等人對木結(jié)構(gòu)房屋的LCA應(yīng)用進行了研究，發(fā)現(xiàn)所用本地的木材所建造的木結(jié)構(gòu)房屋各項階段中對環(huán)境負荷量影響程度大小依次為建造階段、采伐階段、再造林和原木市場[27]。2006年，日本的數(shù)家人造板廠成立了日本纖維板工會，并將LCA運用到了軟質(zhì)纖維板、中密度纖維板等制品的生產(chǎn)過程中，并通過實踐數(shù)據(jù)分別得出了它們對環(huán)境的影響[28]。2008年，古吳寬隆，由田茂一等人對愛媛和高知地區(qū)的森林中有關(guān)原木生產(chǎn)過程及其帶來環(huán)境負荷量之間的關(guān)系進行了深入的研究，并最終得出在原木的生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的二氧化碳與整地機械和地理條件密切相關(guān)，而與樹木的培育和數(shù)量幾乎沒有關(guān)聯(lián)[29]。2009年，大城賢等人對日本本國同國外進口的原木、鋸材等木材產(chǎn)品在生產(chǎn)運輸中所產(chǎn)生的環(huán)境負荷量進行的比較，通過數(shù)據(jù)證實在運輸木材產(chǎn)品中所造成的對環(huán)境的危害量是生產(chǎn)木材產(chǎn)品時產(chǎn)生量的一大半[30]。

5 結(jié)束語

通過對生命周期評價在木材產(chǎn)品中的應(yīng)用研究綜述，可以清晰的認識到歐美等國家不僅從理論上已經(jīng)建立起了相對完備的框架，而且已經(jīng)將LCA運用到了絕大多數(shù)的木材產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。當然，我國在這方面的研究也正在逐步發(fā)展壯大中，已經(jīng)在木材產(chǎn)品生產(chǎn)的多個領(lǐng)域有所涉及。但是，應(yīng)正確的認識到我國在將LCA應(yīng)用于木材產(chǎn)品方面的研究還存在著諸多的不足，為了促使LCA能夠更深入、更廣泛的應(yīng)用于我國木材工業(yè)，筆者建議可以從以下幾個方面進行改進：

(1)建立完備的本地LCA數(shù)據(jù)庫。本地數(shù)據(jù)庫的標準化將在很大程度上決定木材產(chǎn)品LCA評價結(jié)論的準確性，由于地區(qū)氣候等因素的巨大差異，以及生產(chǎn)結(jié)構(gòu)模式的不同，我國本土的木材產(chǎn)品在LCA評價中依據(jù)國外的LCA基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫并不能精確的得出最終的結(jié)論，這樣導(dǎo)致的后果就是無法從木材產(chǎn)品生產(chǎn)的整個過程中得出它的各種能耗及其生產(chǎn)后對環(huán)境負荷的影響，所以，必須加快建設(shè)適用于我國本土的LCA數(shù)據(jù)庫，這樣將會給我國在木材產(chǎn)品生產(chǎn)中運用LCA帶來積極的效應(yīng)。

(2)豐富LCA在木材產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，我國在木質(zhì)和非木質(zhì)復(fù)合材料、膠合木、定向刨花板和規(guī)格材、農(nóng)作物秸稈人造板、家具這一系列方面有所涉及甚至小有成果。但是，卻有廣而不精，需要在這每一種類型中多做應(yīng)用，并通過大量的實踐得出的數(shù)據(jù)成果形成適合于我國木材生產(chǎn)工藝LCA的評價模型。這樣做不僅可以使研究成果更具代表性而且也能夠大大的提高我國在LCA木材產(chǎn)品應(yīng)用上的精確性。

(3)開發(fā)自主LCA評價軟件。依據(jù)上面的前兩點，在建立完備的本地LCA數(shù)據(jù)庫和豐富LCA在木材產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)之上，需要研制開發(fā)適合于我們自己發(fā)展運動的LCA評價軟件，如果還是一味的依賴國外的評價軟件，將不利于我國LCA應(yīng)用在木材產(chǎn)品上產(chǎn)上的長期發(fā)展。

只有通過各方面的改進，才能夠在最大程度上體現(xiàn)出LCA在木材產(chǎn)品生產(chǎn)中給環(huán)境影響帶來的巨大優(yōu)越性，并且最大的減小環(huán)境負荷，也可以更好的促進我國經(jīng)濟和環(huán)境的發(fā)展，為LCA在我國取得長遠的發(fā)展做好鋪墊。

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