9.2: Оцінка життєвого циклу

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28958

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Вступ

«Те, що вимірюється, робиться» - це часто цитується приказка (приписується багатьом особам), яка намагається захопити важливу роль кількісної оцінки, щоб зрозуміти систему, вирішити проблему, просунути причину або встановити політику. У цьому тексті висуваються, цитуються та обговорюються найрізноманітніші вимірювання у зв'язку з конкретними поняттями, включаючи зміну клімату, економіку, соціальне благополуччя, інженерну ефективність та звички споживачів. Цей розділ присвячений спеціальній колекції методів, вимірювань, інструментів, показників та індексів, які використовуються для оцінки порівняльної стійкості серед потенційних і часто конкуруючих варіантів, конструкцій або рішень, а також для вимірювання прогресу в досягненні цілей сталого розвитку з часом.

Розділ починається в Модулі 11.2 з короткого обговорення промислової екології, нової науки, яка зосереджена на розумінні матеріальних і енергетичних потоків до різних видів створених людиною систем і через них. Таке розуміння має важливе значення для формування проблем, які потрібно вирішувати цілісно. Промислові екологи вивчають такі теми, як утилізація та повторне використання матеріалів, енергоефективність, організаційні структури, ланцюги поставок, соціальні наслідки рішень, економіка розвитку продукції. Його назвали «наукою сталого розвитку» (Graedel, 2000).

Одним з основних інструментів промислової екології, який обговорюється в цьому розділі, є оцінка життєвого циклу (ДМС), всебічний набір процедур для кількісної оцінки впливу, пов'язаних з енергією та ресурсами, необхідними для виготовлення та доставки товару чи послуги. ДМС проводяться з двох основних причин: (а) проаналізувати всі етапи в ланцюжку продукції та побачити, які використовують найбільшу кількість енергії та матеріалів або виробляють найбільше відходів, і (б) забезпечити порівняння між альтернативними продуктами або ланцюгами поставок та побачити, який з них створює найменший вплив на навколишнє середовище. У концепції ДМС закладено поняття компромісів — визнання того, що в кінцевому світі вибір одного продукту, шляху або способу життя має наслідки для екологічного та соціального благополуччя. Звичайно, вибір повинен бути зроблений, але метою кількісної оцінки наслідків наших дій якомога цілісніше є уникнення наслідків, які є «ненавмисними».

Хоча оцінка життєвого циклу виросла з потреб промисловості в кращому проектуванні продукції та розумінні наслідків їхніх рішень, системний спосіб формування проблем, на яких базується ДМС, пронизує широкий спектр областей, стимулюючи те, що можна назвати «життєвим циклом мислення» у кожному з їх. Поняття життєвого циклу субколекції в цьому розділі містить модулі, присвячені презентаціям ряду способів вираження впливу людини на навколишнє середовище. Вони походять від принципів життєвого циклу і почерпнуті з галузей екології, термодинаміки та науки про навколишнє середовище. Вони включають «сліди» та кілька показників стійкості, всі з яких кількісно оцінюють вплив людини з точки зору споживання ресурсів та виробництва відходів у розширеному географічному діапазоні та/або протягом часових рамок, що виходять за межі безпосереднього. Модуль 11.3.6 представляє комплексний підхід до оцінки не тільки екологічної стійкості, але й голоду та бідності, освіти, гендерної рівності, дитячої смертності, материнського здоров'я, хвороб та глобальних партнерств - всі елементи сталого розвитку чітко викладені у звіті Брундтланда. Нарешті, ця глава завершується модулем про сталий розвиток та бізнес.

Оцінка життєвого циклу

Вирішення проблем для сталого розвитку

Відтепер має бути зрозуміло, що прийняття рішень та вирішення проблем на підтримку більшої стійкості створених людиною систем та їх впливу на природне середовище є складною справою. Часто в сучасному житті наші рішення та проекти керуються єдиною метою або завданням (наприклад, більшою грошовою рентабельністю, використанням меншої кількості енергії, проектуванням на коротший час у дорозі, генерацією менших відходів або зменшенням ризику), але в більшості випадків вирішення проблем стійко вимагає більш цілісного підходу в які функціонування багатьох частин системи повинні оцінюватися одночасно, а кілька цілей повинні бути інтегровані, коли це можливо. Крім того, як зазначається у звіті Брундтланда (або див. Розділ 3), часто наші рішення вимагають визнання компромісів - існує багато видів впливу на навколишнє середовище, і більшість рішень, які ми приймаємо, створюють більше одного впливу одночасно. Звичайно, вибір повинен бути зроблений, але краще, якщо вони будуть зроблені з більш повним знанням масиву впливів, які будуть відбуватися. Історія деградації навколишнього середовища засмічена рішеннями та рішеннями, які призвели до ненавмисних наслідків.

Наочним прикладом ролі сталого розвитку у вирішенні проблем є питання біопалива — перетворення рослинної речовини в корисну енергію (переважно рідке паливо на основі вуглеводнів). Якщо розглядати здалеку і з єдиною метою, «енергетична незалежність», використання наших значних сільськогосподарських ресурсів для перетворення сонячної енергії за допомогою фотосинтезу в корисне паливо, щоб ми могли зменшити нашу залежність від імпортованої нафти, здається досить привабливим. США є найбільшим виробником зерна і лісової продукції в світі. Він впровадив нові технології для підтримки та навіть підвищення продуктивності сільського господарства, а також має широкі можливості переробки для створення штучних добрив та перетворення біомаси на сільськогосподарську продукцію (див. Модуль 10.4.1.4). І, врешті-решт, така затія є і «побутовою», і «природною» — атрибутами, які схиляють багатьох, спочатку принаймні, бути сприятливо розпоряджатися. Однак при детальному розгляді цей напрямок не настільки однозначно позитивний, як ми могли подумати. Так, можна перетворити зерно в етанол і рослинні олії в дизельне паливо, але переважна більшість цих ресурсів історично використовувалася для годування американців і тварин, яких вони споживають (і не тільки американців; США є найбільшим в світі експортером сільськогосподарської продукції). Зі збільшенням попиту ціни на багато сільськогосподарської продукції зросли, а це означає, що деяка частина бідних людей у світі більше не може дозволити собі стільки продуктів харчування. Більше маргінальних земель (які краще використовувати для інших культур, випасу чи інших видів використання) були внесені під обробіток під зброджувані зерна, і паралельні «непрямі» наслідки у всьому світі мали місце - оскільки світові ціни на сільськогосподарські товари зросли, інші країни почали відволікати землю від існуючі види використання для сільськогосподарських культур, а також. Крім того, сільськогосподарський стік від штучних добрив сприяв понад 400 регіональних епізодів гіпоксії в лиманах по всьому світу, включаючи узбережжя Мексиканської затоки США та Чесапікську затоку.

У відповідь на такі проблеми Конгрес США прийняв у 2007 році Закон про енергетичну незалежність та безпеку, який обмежує кількість зерна, яке може бути перетворено на біопаливо на користь використання целюлози сільськогосподарського походження, головної складової клітинних стінок рослин. Це породило велику науково-технічну програму досліджень та розробок для розробки економічних способів переробки целюлозних матеріалів в етанол, а також паралельні зусилля з дослідження нових целюлозних систем обрізки, які включають, наприклад, нативні трави. Таким чином, здавалося б, просте рішення про розвиток нашої галузі біопалива у відповідь на політичну мету мало ненавмисні політичні, фінансові, дієтичні, соціальні, землекористування, якість навколишнього середовища та технологічні наслідки.

Озираючись назад, численні наслідки біопалива стали зрозумілими, і завжди є надія, що ми зможемо навчитися на таких прикладах. Але ми також можемо запитати, чи є спосіб заздалегідь передбачити всі або хоча б деякі з цих впливів, і скорегувати наші проекти, процеси та політику, щоб врахувати їх та приймати більш обґрунтовані рішення не лише щодо біопалива, але й для складних соціальних проблем подібного характеру. Цей підхід є сферою промислової екології та основою для інструменту оцінки життєвого циклу (ДМС), методології, яка була розроблена для виконання цілісного аналізу складних систем.

Промислова екологія

Багато систем, розроблених людьми, зосереджені на максимізації прибутковості для фірми, бізнесу чи корпорації. У більшості випадків це означає збільшення виробництва для задоволення попиту на продукцію або послуги, що надаються. Нещасливим побічним продуктом цього є створення великої кількості відходів, багато з яких мають значний вплив, якщо вони потрапляють у навколишнє середовище. Малюнок\(\PageIndex{1}\) являє собою діаграму загального призначення типового виробничого процесу, що показує вхідні матеріали та енергію, виробництво продукції та утворення відходів (вміст «виробничої коробки» є загальним і не призначений для зображення будь-якої конкретної галузі - це може бути шахта, а завод, електростанція, місто або навіть університет). Що багато хто вважає дивним, так це велика невідповідність між кількістю відходів, що утворюються, та кількістю доставленого продукту. Таблиця\(\PageIndex{1}\) надає таку інформацію у вигляді співвідношення відходів до продукту для кількох поширених галузей.

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Людина-розроблена промисловість Загальне представлення людської індустрії.Джерело: Theis, T.

Те, що промислові системи, призначені для максимізації виробництва та/або прибутку при ігноруванні відходів, повинні бути настільки матеріально неефективними, не дивно. Як зазначається в Модулі 4.4, вплив відходів на здоров'я людини та навколишнє середовище історично ігнорувався або сильно занижувався, так що мало стимулів обмежувати виробництво відходів. Зовсім недавно були прийняті закони, які намагаються змусити осіб, відповідальних за викиди відходів, до більш відповідного обліку (див. Глави 9 та 10 для більш повного поводження з законами, правилами та практиками, що використовуються для включення витрат суспільства у виробничий ланцюг). Після того, як реалістичні витрати покладені на сектор відходів, виробники швидко впроваджують інновації та досліджують шляхи їх усунення.

Таблиця\(\PageIndex{1}\) співвідношення відходів до продукту для обраних галузей промисловості: Таблиця показує співвідношення відходів та продуктів для шести поширених галузей промисловості. Джерело: Тейс, Т.
Промисловий сектор	Співвідношення відходів до продукту
Автомобілі	2/1 (до 10/1, якщо споживач включений)
Папір	10/1
Основні метали (наприклад, сталь та алюміній)	30-50/1
Хімічні речовини	0,1-100/1
Наноструктуровані матеріали (наприклад, комп'ютерні чіпи)	700-1700/1
Сучасне сільське господарство	~4/1

У 1989 році Роберт Фрош і Ніколас Галлопулос, які працювали в дослідницькій лабораторії General Motors, опублікували важливий аналіз цієї проблеми в Scientific American (Frosch and Gallopoulos, 1989). Їхня стаття мала назву «Стратегії виробництва»; в ній вони поставили критичне питання: Чому розроблені людиною виробничі системи настільки марнотратні, але системи в природі виробляють мало, якщо такі є, відходів? Незважаючи на те, що було проведено багато досліджень щодо способів мінімізації або запобігання відходів, це було першим, хто шукає системне розуміння того, що принципово відрізняється від систем людини на відміну від природних систем. Стаття широко приписується нересту нової галузі промислової екології, прикладної науки, яка вивчає матеріальні та енергетичні потоки через промислові системи. Промислова екологія стосується таких речей, як закриття матеріальних циклів (утилізація та повторне використання), технологічна та енергоефективність, організаційна поведінка, системні витрати та соціальний вплив товарів і послуг. Основним інструментом промислової екології є оцінка життєвого циклу.

Основи оцінки життєвого циклу

ДМС - це системна методологія для складання та оцінки інформації про матеріали та енергію, оскільки вони протікають через виробничий ланцюг продуктів або послуг. На початку 1960-х років він виріс з потреб промисловості, щоб зрозуміти виробничі системи, ланцюги поставок та поведінку ринку, а також зробити вибір серед конкуруючих конструкцій, процесів та продуктів. Він також застосовувався для оцінки утворення та викидів відходів від виробничої діяльності. Протягом 1970-х і 1980-х років загальний інтерес до ДМС для екологічної оцінки знизився, оскільки країна зосередилася на контролі токсичних речовин та рекультивації небезпечних відходів (див. Глави 4 та 9),

але зростаюча стурбованість глобальними впливами, особливо пов'язаними з викидами парникових газів, відновила інтерес до розробки методології ДМС та більш широких застосувань.

ДМС є хорошим способом зрозуміти сукупність впливу на навколишнє середовище і переваги продукту або послуги. Метод дозволяє дослідникам і практикам побачити, де вздовж ланцюга продукції матеріал і енергія найбільш інтенсивно витрачаються і утворюються відходи. Це дозволяє порівнювати зі звичайними продуктами, які можуть бути витіснені в торгівлі новими продуктами, і допомагає виявити економічні та екологічні компроміси.

ДМС може полегшити повідомлення про ризики та вигоди зацікавленим сторонам та споживачам (наприклад, «вуглецевий слід» окремих видів діяльності та способу життя). Мабуть, найголовніше, ДМС може допомогти запобігти ненавмисним наслідкам, таким як створення рішень проблем, які призводять до перенесення екологічних навантажень з однієї області в іншу або від одного виду впливу на інший.

Повна оцінка ДМС визначає систему як складається з чотирьох загальних етапів продуктового або сервісного ланцюга, кожен з яких може бути додатково розбитий на підетапи:

Придбання матеріалів (шляхом видобутку ресурсів або перероблених джерел)
Виробництво, переробка та виготовлення
Використання споживачами
Закінчення терміну експлуатації (спалювання, звалище, компостування, переробка/повторне використання)

Кожен з них передбачає транспортування матеріалів в межах або між етапами, а транспортування має свій власний набір впливів.

У більшості випадків впливи, спричинені кожним етапом ДМС, нерівномірні, тобто один або два етапи можуть домінувати в оцінці. Наприклад, при виготовленні алюмінієвих виробів це придбання матеріалів (видобуток), очищення руди та хімічне відновлення алюмінію в метал, що створює вплив на навколишнє середовище. Подальше використання алюмінієвих виробів споживачами сприяє дуже мало впливів, хоча полегшення переробки алюмінію є важливим кроком у уникненні споживання первинних матеріалів та енергії. На відміну від цього, для автомобілів, що працюють на внутрішньому згорянні, використання споживачами створює 70-80% наслідків життєвого циклу. Таким чином, не завжди потрібно, щоб ДМС включав всі етапи аналізу; у багатьох випадках цікавить лише частина ланцюжка продукту/послуг, і часто інформації для включення всіх етапів все одно не вистачає. З цієї причини існують певні характерні термінології для різних «областей» ДМС, що з'явилися:

Колиска до могили: включає весь матеріальний/енергетичний цикл продукту/матеріалу, але виключає переробку/повторне використання.
Колиска до колиски: включає весь цикл матеріалів, включаючи переробку/повторне використання.
Коляска до воріт: включає придбання матеріалу, виробництво/переробку/виготовлення (заводські ворота), але виключає використання продукту та закінчення терміну служби.
Ворота до воріт: частковий ДМС, дивлячись на один доданий процес або матеріал в ланцюжку продуктів.
Well-to-Wheel: особливий тип ДМС, що передбачає застосування паливних циклів до транспортних засобів.
Втілена енергія: Аналіз від колиски до воріт енергії життєвого циклу продукту, включаючи приховану енергію в матеріалах, енергію, що використовується під час придбання матеріалу, та енергію, що використовується у виробництві проміжних та кінцевих продуктів. Втілена енергія іноді називається «енергія», або сукупний попит на енергію (CED) продукту або послуги.

Методика ДМС

З часом методологія проведення аналізу життєвого циклу (LCA) була вдосконалена та стандартизована; вона, як правило, описується як відбувається у чотири етапи: обскування, інвентаризація, оцінка впливу та інтерпретація. Перші три з них є послідовними, тоді як крок усного перекладу є постійним процесом, який відбувається протягом усієї методології. Малюнок\(\PageIndex{2}\) ілюструє це в загальному вигляді.

Рисунок\(\PageIndex{2}\) Загальні рамки оцінки життєвого циклу Чотири кроки оцінки життєвого циклу та їх зв'язок один з одним. Джерело: Mr3641 через Вікіпедію

Сфера видимості

Обсяг є, мабуть, найважливішим кроком для проведення ДМС. Саме тут чітко формується обгрунтування проведення оцінки, де визначаються межі системи, де вказуються кількість даних, якість, джерела, і де викладені будь-які припущення, що лежать в основі ДМС. Це критично важливо як для якості результуючого аналізу, так і для порівняння між LCA для конкуруючих або альтернативних продуктів.

Аналіз запасів

Етап аналізу запасів передбачає збір інформації про використання енергії та різних матеріалів, що використовуються для виготовлення товару або послуги на кожній частині виробничого процесу. Якщо це правда, що скопінг є найважливішим кроком у ДМС, то інвентаризація, ймовірно, є найбільш нудною, оскільки вона включає пошук, придбання та оцінку якості даних та визначення джерел невизначеності, які могли виникнути. Для виробів, які вироблялися протягом тривалого часу і для яких добре відомі виробничі процеси, такі як виготовлення сталі, бетону, паперу, більшості пластмас та багатьох машин, дані легко доступні. Але для нових продуктів, які знаходяться в стадії розробки або під патентним захистом, дані часто вважаються власними і, як правило, не поділяються у відкритих джерелах. Невизначеність може виникнути через відсутні або погано задокументовані дані, помилки у вимірюванні або природні зміни, спричинені зовнішніми факторами (наприклад, погодні умови можуть спричинити значні зміни у виході сільськогосподарських систем або способи використання споживачами продуктів та послуг, які можуть спричинити варіативність викиди забруднюючих речовин і утилізація продукту в кінці терміну служби). Часто виробничий ланцюг процесу включає багато етапів, що призводить до детального аналізу запасів. На малюнку\(\PageIndex{3}\), наприклад, показаний виробничий потік для бруска мила (ця схема призначена для виготовлення кускового мила з використанням омилення - гідролізу тригліцеридів з використанням тваринних жирів і лугу). Інвентаризація вимагає матеріальних та енергетичних входів та виходів для кожного з цих кроків, хоча може виявитися, що деякі кроки мало сприяють аналізу кінцевого впливу. Наприклад, інвентаризації, пов'язані з капітальним обладнанням для виробничого процесу, тобто машини, які замінюються через тривалі проміжки часу, так що їх вплив в короткостроковій перспективі мінімальний, часто опускаються з аналізу.

Є два додаткові аспекти ДМС, які також повинні бути розглянуті під час аналізу запасів: функціональна одиниця порівняння та розподіл кількості запасів між побічними продуктами або послугами. Функціональна одиниця є основою для порівняння двох або більше продуктів, процесів або послуг, які забезпечують рівність поставленої функції. Це може здатися простим завданням. Наприклад, для мила, виробленого процесом «Рисунок»\(\PageIndex{3}\), можна вибрати «один брусок мила» як функціональну одиницю порівняння. Але тоді як би було проведено порівняння ДМС з, скажімо, рідким милом для рук або засобом для миття тіла (який поєднує в собі функціональність мила та шампуню)? Можливо, кращим вибором буде «кількість промивань», або, можливо, концентрація поверхнево-активної речовини, доступною для середнього використання (в останньому випадку потрібно визначити «середню дозу»). Крім того, мило має інші добавки та атрибути, такі як аромати, лосьйони, кольори та навіть функціональність форми - фактори, які можуть не вплинути на ефективність очищення, але, безумовно, впливають на переваги споживачів, а отже, і кількість проданих. Оскільки цілком імовірно, що по суті все мило, придбане споживачами, в кінцевому підсумку буде змито в каналізацію, такі фактори товарності дійсно можуть мати вплив на навколишнє середовище.

Дані інвентаризації практично завжди шукаються для загального ланцюга постачання-виробництва-споживача-використання, а не для окремих продуктів, тому, коли той самий ланцюг виробляє кілька продуктів, необхідно розподілити між ними матеріали, енергію та відходи. Знову ж таки, посилаючись на Рисунок\(\PageIndex{3}\), потенційно є кілька побічних продуктів виробництва: сало та інші продукти тваринного походження, лісова продукція, картон та папір, а також товарний лом. Як правило, існує три способи розподілу матеріалів та енергії серед супутніх продуктів: маса, обсяг та економічна цінність. Масові та об'ємні розподіли є найбільш простими, але можуть не захоплювати ринкові сили, які важливі для залучення матеріалів у навколишнє середовище. Розподіл за допомогою економічної оцінки зазвичай відображає вартість енергії та будь-яку «додану вартість» до сировини, але може пропустити вплив самих матеріалів. Крім того, ринкові цінності можуть коливатися з часом. У кінцевому підсумку важливим аспектом будь-якої процедури виділення є те, що вона була повністю задокументована.

Детальна схема системи для барного мила — Малюнок\(\PageIndex{3}\) Детальна схема системи для кускового мила Виробничий потік для бруска мила (ця схема призначена для виготовлення кускового мила з використанням омилення - гідролізу тригліцеридів з використанням тваринних жирів і лугу). Джерело: (Агентство з охорони навколишнього середовища США, 2006)

Оцінка впливу

Оцінка впливу на життєвий цикл (LCIA) приймає дані інвентаризації використаних матеріальних ресурсів, споживаної енергії та відходів, що викидаються системою, та оцінює потенційний вплив на навколишнє середовище. На перший погляд, враховуючи, що інвентаризація може включати тисячі речовин, може здатися, що кількість потенційних впливів дивно велика, але проблема стає більш зрозумілою завдяки застосуванню системи класифікацій впливу, в рамках якої різні кількості запасів можуть бути згруповані як що мають подібні наслідки для здоров'я людини або навколишнього середовища. Іноді інвентаризовані кількості в загальній категорії впливу походять з різних частин життєвого циклу і часто мають дуже різні хімічні/біологічні/фізичні характеристики. LCIA групи викидів на основі їх загальних впливів, а не на їх хімічних або фізичних властивостей, вибираючи еталонний матеріал, для якого вплив на здоров'я добре відомий, як основна одиниця порівняння. Ключовим аспектом є перетворення впливів різних речовин в еталонну одиницю. Це робиться за допомогою факторів характеристики, деякі з яких добре відомі, такі як потенціал глобального потепління та потенціал руйнування озонового шару, і LC50 (концентрація речовини, при якій вбивається п'ятдесят відсотків опроміненої популяції), а інші все ще знаходяться в стадії розробки. У таблиці\(\PageIndex{2}\) представлено кілька категорій впливу, які часто використовуються в LCIA разом з їх посиланнями. Категорії, перераховані в таблиці, не\(\PageIndex{2}\) є вичерпними - нові типи категорій впливу, такі як землекористування та соціальні наслідки - і продовжують розроблятися.

Таблиця\(\PageIndex{2}\) загальних категорій впливу та їх посилання: Кілька категорій впливу, які часто використовуються в LCIA разом з їх посиланнями. Джерело: Приклад допоможе проілюструвати тип інформації, яка є результатом T. Theis, адаптована з (Агентство з охорони навколишнього середовища США, 2006)
Здоров'я людини (рак)	Кг бензолу екв/одиниця
Здоров'я людини (без раку)	LC ₅₀ екв з моделювання експозиції
Глобальні зміни клімату	Кг СО ₂ екв/одиниця
евтрофікація	Кг азоту екв/одиниця
Екотоксичність, водна, наземна токсичність	Кг 2,4 D екв/одиниця LC ₅₀ екв з моделювання експозиції
підкислення	Кг H ⁺ /одиниця
Формування смогу	Кг Етан екв/одиниця
Стратосферне руйнування озонового шару	Кг ХФУ-11 екв/одиниця

Приклад допоможе проілюструвати тип інформації, яка є результатом інвентаризації життєвого циклу та оцінок впливу. У цьому випадку досліджується система, яка виробляє біологічно отриманий пластик - полілактид. (ПЛА). PLA був запропонований як більш стійка альтернатива пластмасам, виробленим з нафти, оскільки він виготовлений з рослинних матеріалів, в даному випадку кукурудзи, але має властивості, схожі на пластмаси, виготовлені з нафти. \(\PageIndex{4}\)На малюнку показана схема системи, яка представляє собою оцінку від колиски до воріт. Як і будь-який пластик, PLA можна перетворити на різноманітні кінцеві продукти, і кожен матиме різні характеристики LCA від колиски до могили. Виробництво PLA передбачає вирощування кукурудзи, збирання та переробку зерна, а також полімеризацію молекул молочної кислоти, одержуваних в результаті бродіння. На кожному етапі використовуються або виробляються різноманітні хімічні речовини та енергія. Саме ці виробничі матеріали сприяють аналізу впливу. Інвентаризаційні кількості були розподілені серед основних біопродуктів масово.

Схема обробки для виготовлення полілактиду (PLA) — Рисунок Схема\(\PageIndex{4}\) обробки для виготовлення полілактиду (PLA) Виробництво PLA включає вирощування кукурудзи, збирання та обробку зерна та полімеризацію молекул молочної кислоти, отриманих в результаті бродіння. На кожному етапі використовуються або виробляються різноманітні хімічні речовини та енергія. Саме ці виробничі матеріали сприяють аналізу впливу. Джерело: Ландіс, А.Е. (2007)

Серед інвентаризаційних даних, отриманих в даному випадку, є викопне паливо життєвого циклу, яке використовується системою, здебільшого для живлення сільськогосподарської техніки («Сільське господарство»), кукурудзи мокрого млина («CWM»), чани теплового бродіння («Фермент») та полімеризації («Полім»). Також включена транспортування проміжних продуктів від джерел до обробного центру. \(\PageIndex{5}\)На малюнку показано викопне паливо, яке використовується для виготовлення PLA, порівняно з викопним паливом, що використовується для виготовлення декількох пластмас на основі нафти. \(\PageIndex{6}\)На малюнку показаний аналіз впливу потенціалу глобального потепління. Як і слід було очікувати, викопне паливо, яке використовується для виготовлення PLA, трохи менше, ніж для пластмас, отриманих з нафти, на рівній масовій основі (функціональна одиниця - один кілограм пластику). Інвентар PLA також показує джерела викопного палива, що використовуються для кожного кроку по виробничому ланцюгу, причому етап ферментації є найбільш інтенсивним користувачем. Що може бути не очевидним, так це те, що загальна кількість парникових газів (ПГ), що виділяються в процесі, на еквівалентній основі вуглекислого газу (CO2), як правило, вище для біополімеру порівняно з нафтовими полімерами, незважаючи на меншу витрату викопного палива. Коли дані уважно вивчаються, це пов'язано з сільськогосподарським кроком, який споживає, генерує відносно мало викопного палива, але відповідає за непропорційну кількість викидів парникових газів, переважно у вигляді закису азоту, потужного парникового газу (310 разів потенціал глобального потепління CO2) що є побічним продуктом внесення добрив на поля. Цей приклад також ілюструє неінтуїтивні результати, які часто генерують LCA, основна причина, чому важливо їх проводити.

Викопне паливо, що використовується для виробництва PLA проти продуктів на основі нафти — Рисунок Використання\(\PageIndex{5}\) викопного палива для виготовлення PLA проти пластмас на основі нафти Кількість викопного палива, що використовується при виготовленні PLA, трохи менша в порівнянні з виготовленням декількох продуктів на основі нафти. (примітка: PS-GPPS - полістирол загального призначення; HDPE - поліетилен високої щільності; ПЕТ - поліетилентерефталат; LDPE - поліетилен низької щільності; ПП - поліпропілен). Джерело: Landis, A.E. використовуючи дані з: PLA-L, PLA-L2, (Landis, A.E., 2007); PLA-V, (Вінк та ін., 2003); PLA-B, (Bohlmann, 2004); PLA-P, (Patel та ін., 2006).

Рисунок **Аналіз потенційного впливу\(\PageIndex{6}\) глобального потепління** Вплив глобального потепління для PLA порівняно з кількома іншими пластиками, отриманими від нафти. *Джерело: Ландіс, А.Е. (2007)*

тлумачення ДМС

Крок інтерпретації ДМС відбувається протягом усього аналізу. Як зазначалося вище, питання, пов'язані з обґрунтуванням проведення ДМС, визначенням системи та встановленням її меж, визначенням потреб у даних, джерелами та якістю, а також вибором функціональних одиниць, процедур розподілу та відповідних категорій впливу повинні вирішуватися в міру розгортання ДМС. Існує, по суті, дві формальні причини проведення ДМС: (а) ідентифікація «гарячих точок», де використання матеріалів та/або енергії та викиди відходів, як кількість, так і тип, є найбільшими, щоб зусилля могли бути зосереджені на вдосконаленні ланцюга продукції; і (б) порівняння результатів між іншими LCA в щоб отримати уявлення про бажаний продукт, послугу, процес або шлях. В обох випадках існують застереження, які стосуються інтерпретації результатів.

припущення

Зазвичай для того, щоб здійснити ДМС, повинні бути зроблені різні припущення. Іноді це незначні, наприклад, виключення елементів дослідження, які явно не мають помітного впливу на результати, а іноді і більш критичні, наприклад, вибір одного набору системних кордонів над іншим. Вони повинні бути чітко вказані, а кінцеві результати слід інтерпретувати з урахуванням зроблених припущень.

Якість даних, невизначеність та чутливість

В ході проведення ДМС зазвичай буває так, що будуть використовуватися різноманітні джерела даних. У деяких випадках це може бути від повномасштабної роботи процесу, в інших джерело - з невеликого масштабу або навіть лабораторного масштабу, в інших випадках може знадобитися імітація інформації з літературних джерел. Така неоднорідність неминуче призводить до невизначеності кінцевих результатів; існує кілька статистичних методів, які можуть бути застосовані для їх врахування. Важливим аспектом завершеного ДМС є ступінь чутливості, яку відображають результати при порушенні ключових змінних. Високочутливі кроки в ланцюжку мають більшу потребу звузити невизначеність, перш ніж робити висновки з упевненістю.

У комунікабельності

Іноді категорії впливу ДМС, такі як наведені в таблиці\(\PageIndex{1}\), перекриваються в тому сенсі, що один і той же забруднювач може сприяти більш ніж одній категорії. Наприклад, якщо дана оцінка має високі бали як для водної токсичності, так і токсичності людини від, скажімо, використання пестицидів, то один може бути виправданий у використанні обох цих категорій, щоб зробити висновки та зробити вибір на основі результатів ДМС. Однак більш типово підвищені бали виявляються для категорій, які безпосередньо не можна порівняти. Наприклад, видобуток, переробка та використання нафти генерують високий бал для глобального потепління (через викид ПГ), тоді як ланцюжок продуктів для біопаливного етанолу має високий бал за евтрофікацію (через виділення азоту на етапі землеробства). Яка проблема гірша — зміна клімату чи прибережна гіпоксія? Суспільство цілком може вибрати курс дій, який сприяє одному напрямку над іншим, але в цьому випадку головною цінністю ДМС є виявлення компромісів та інформування нас про наслідки, а не говорити нам, який курс є «правильним».

Оцінка ризиків та регулювання

Одним з властивих ДМС меж є його використання для оцінки ризику. Оцінка та управління ризиками, як описано в Модулі 4.1 та 9.1, є формальним процесом, який кількісно визначає ризики для відомої популяції в певному місці, що піддається впливу певної хімічної речовини протягом певного періоду часу. Він генерує значення ризику з точки зору ймовірності відомого наслідку внаслідок послідовності подій, які безпосередньо порівнянні, і за якими можуть бути і приймаються рішення щодо стандартів якості води, землі, повітря та їх порушення. ДМС - це метод оцінки впливу відходів на здоров'я людини і навколишнє середовище з точки зору ланцюжка продукту/послуг, а не конкретного населення. Він може бути використаний для виявлення джерел забруднення та загального впливу на навколишнє середовище — свого роду «де шукати» керівництво для регулювання, але його безпосереднє використання в процесі екологічного регулювання на сьогоднішній день було досить обмеженим. Одна із заяв для ДМС, яка була запропонована для регуляторного використання, полягає в оцінці впливу мандатів на біопаливо на практику землекористування в США та інших регіонах, однак жодних нормативних стандартів щодо землекористування ще не запропоновано.

Інструменти для проведення ДМС

На щастя, ряд баз даних та інструментів у вигляді комп'ютерного програмного забезпечення доступні для надання допомоги у проведенні ДМС. Це активна область розвитку, в цьому розділі описані деякі з найбільш відомих і широко використовуваних інструментів.

Парникові гази, регульовані викиди та використання енергії в транспортній моделі (GREET)

GREET - це база даних на основі електронних таблиць, розроблена Національною лабораторією Аргонна, яка пов'язує використання енергії з викидами на основі життєвого циклу. Ранні версії були обмежені парниковими газами, але в міру вдосконалення моделі було додано багато інших типів забруднюючих речовин. Хоча він широко використовується для порівняння варіантів транспортування та палива (звідси і його назва), GREET використовується для багатьох інших застосувань, які мають значну енергетичну складову, включаючи сільське господарство, розробку матеріалів та продуктів, а також стратегії переробки.

Сіма Про

SimaPro був розроблений PRé Консультантами в Нідерландах. Це інструмент на основі процесів для аналізу продуктів і систем на предмет їх використання енергії та впливу на навколишнє середовище протягом їхнього життєвого циклу. Він містить низку баз даних для моделювання процесів, проведення інвентаризацій, складання виробів і систем, аналізу результатів та оцінки впливу життєвого циклу, а також модулів для виконання аналізу невизначеності та чутливості.

Інструмент для зменшення та оцінки хімічних та інших впливів на навколишнє середовище

TRACI - це інструмент для проведення аналізу впливу на життєвий цикл, розроблений Агентством з охорони навколишнього середовища США. Він використовує дані інвентаризації як вхідну інформацію для виконання аналізу впливу «середньої точки» з використанням категорій, таких як наведені в таблиці\(\PageIndex{1}\). Аналіз середньої точки оцінює вплив на основі результатів у загальній точці ланцюжка ризиків, наприклад, потенціал глобального потепління, оскільки наступні оцінки впливу на кінцеву точку вимагають декількох припущень та вибору вартості, які часто відрізняються від випадку до випадку. Значення для різних категорій впливу, наведені в таблиці\(\PageIndex{1}\), є посиланнями на середину.

Оцінка життєвого циклу виходу економічного введення (EIO-LCA)

EIO-LCA (http://www.eiolca.net/) використовує інший підхід до розробки оцінки життєвого циклу. У порівнянні з дещо складним підходом «знизу вгору», описаним вище, EIO-LCA використовує більш агрегований, матричний підхід, в якому економіка складається з декількох сотень «секторів», кожен пов'язаний з іншим за допомогою ряду факторів. Вперше EIO був розроблений в 1950-х роках Василем Леонтьєвим (1905-1999), який був удостоєний Нобелівської премії з економіки за свою роботу. EIO виявився дуже корисним інструментом для національного та регіонального економічного планування. Потім розробники EIO-LCA пов'язали основну економічну модель з низкою впливів на навколишнє середовище. EIO-LCA використовує економічні заходи для обурення системи; наприклад, якщо завод прагне збільшити свою продукцію на десять відсотків, то агреговані витрати по всій економіці повинні будуть збільшитися на десять відсотків. Звичайно, деякі входи з деяких секторів збільшаться дуже мало, якщо взагалі, тоді як інші будуть нести основний удар збільшення випуску за рахунок збільшення вхідних даних. В EIO-LCA частина нових виходів буде мати підвищені навантаження забруднюючих речовин в навколишнє середовище.

EIO-LCA має ряд переваг у порівнянні з підходом «знизу вгору». Не потрібно займатися визначенням системних кордонів, тобто «межею» є вся економіка Сполучених Штатів (або субрегіону), яка включає всі матеріальні та енергетичні входи та виходи. Дані, що використовуються в EIO-LCA, здебільшого вже зібрані федеральним урядом, тим самим уникаючи втоми стадії інвентаризації. Нарешті, моделі програмного забезпечення легко доступні для проведення аналізу. Хоча «знизу вгору» ДМС може зайняти місяці або навіть роки, щоб завершити, EIO-LCA зазвичай займає кілька годин.

Звичайно, на такому рівні агрегації втрачається багато інформації, особливо про те, як насправді функціонує система. Наприклад, «енергетичний» сектор економіки включає вироблену електроенергію, але не розрізняє ядерні, викопні або відновлювані джерела. І якщо хтось стурбований функціональними причинами того чи іншого результату, EIO-LCA буде використовувати обмежене. Часто підходи «знизу вгору» та EIO-LCA поєднуються («гібридний» підхід).

Висновки

Підхід життєвого циклу є корисним способом прийти до розуміння матеріалу та енергії, необхідних для виготовлення продукту або надання послуги, побачити, де утворюються відходи, і оцінити подальший вплив, який ці відходи можуть мати на навколишнє середовище. Це хороший спосіб поліпшити ланцюжок продуктів, сформулювати компроміси та зробити порівняння між альтернативними процесами та продуктами. У цих контекстах ДМС полегшує прийняття рішень менеджерами, дизайнерами та іншими зацікавленими сторонами. Найголовніше, ДМС - це спосіб комплексного та систематичного формування варіантів політики.

Посилання

Больманн, Г.М. (2004). Оцінка життєвого циклу біорозкладної упаковки. Екологічний прогрес, 23 (4), 49-78. doi: 10.1002/ep.10053
Фрош, Р. & Галлопулос, Н. (1989). Стратегії виробництва. Американський науковий, 261 (3), 144-152.
Ландіс А.Е. Екологічні та економічні наслідки виробництва на біологічній основі. Неопублікована докторська дисертація, Університет штату Іллінойс в Чикаго.
Патель, М., Кранк, М., Дорнбург, В., Герман, Б., Роес, Л., Хуеслінг, Б., та ін. (2006, вересень). Середньострокові та довгострокові можливості та ризики біотехнологічного виробництва сипучих хімічних речовин з відновлюваних ресурсів - Потенціал білої біотехнології: Проект BREW. Утрехтський університет, Нідерланди: Програма зростання Європейської комісії (DG Research).
Агентство з охорони навколишнього середовища США (2006). Оцінка життєвого циклу: принципи та практика. (Публікація EPA №. ЕПА/600/Р-06/060). Відділення системного аналізу, Національна науково-дослідна лабораторія управління ризиками. Цинциннаті, штат Огайо. www.epa.gov/nrmrl/laccess/pdfs/600r060.pdf.
Вінк, Е.Т., Рабаньо, К.Р., Гласснер, Д.А., Грубер, П.Р. (2003). Застосування оцінки життєвого циклу до виробництва полілактиду NatureWorks (PLA). Полімерна деградація та стабільність 80 (3), 403-419. doi: 10.1016/S0141-3910 (02) 00372-5

Переглянути питання

Використовуючи інформацію в\(\PageIndex{1}\), заповніть числові значення, на одиницю виробу, для схеми на рис\(\PageIndex{1}\). Одна діаграма для кожного промислового сектора.
Які деякі з причин використовувати оцінки життєвого циклу?
Які основні етапи продуктового або сервісного ланцюжка служать основою для оцінки життєвого циклу?
Які кроки беруть участь у проведенні оцінки життєвого циклу?
Назвіть кілька характерних областей оцінок життєвого циклу.
Що таке «втілена енергія»?
Назвіть кілька категорій оцінки впливу та еталонні одиниці, які зазвичай використовуються для їх вираження.
Назвіть кілька інструментів аналізу впливу життєвого циклу та їх основні характеристики.
Які обмеження оцінок життєвого циклу?
Знайдіть і прочитайте завершену оцінку життєвого циклу в Інтернеті. Подумайте, чи призведе широке прийняття суспільством до помітного зниження впливу на навколишнє середовище? Якщо так, то який? Які можуть бути перешкоди? Чи є компроміси, пов'язані з усиновленням, тобто деякі наслідки можуть бути зменшені, але інші можуть погіршитися?)

Глосарій

виділення

Для ланцюжка, який виробляє кілька продуктів або послуг, поділ кількості запасів між цими побічними продуктами або спільними послугами.

оцінка життєвого циклу виходу економічного введення (EIO-LCA)

Агрегований підхід до ДМС, в якому вплив продукту або послуги на навколишнє середовище визначається шляхом аналізу повної економіки.

функціональний блок

Основа для порівняння двох або більше продуктів, процесів або послуг, що забезпечує рівність поставленої функції.

промислова екологія

Прикладна наука, яка займається матеріальними та енергетичними потоками через промислові системи.

оцінка життєвого циклу (ДМС)

Метод кількісної оцінки матеріалів та енергії, необхідних для виготовлення або доставки продукту або послуги, яка оцінює вироблені відходи та потенційний вплив на навколишнє середовище по всій або частини продуктового ланцюга.

оцінка впливу на життєвий цикл (LCIA)

Етап ДМС, на якому розраховується вплив на навколишнє середовище, пов'язане з виробництвом та доставкою, використанням та утилізацією продукту.

інвентаризація життєвого циклу (LCI)

Етап ДМС, на якому збирається інформація про використання енергії та різних матеріалів, що використовуються для виготовлення товару або послуги на кожній частині виробничого процесу.

обскування

Етап ДМС, на якому обґрунтування проведення оцінки є явним, де визначені межі системи, де вказуються кількість даних, якість та джерела, і де викладені будь-які припущення, що лежать в основі ДМС.