生命周期评价研究及其在中国镁工业中的应用

生命周期评价(LCA)作为一种重要的环境管理工具,不仅对产品全生命周期所涉及的环境问题进行评价,更重要的价值在于运用生命周期思想为可持续发展决策提供依据,促使产品、行业甚至整个产业链的行为更符合可持续发展的原则。然而,生命周期评价方法本身还有待于进一步的完善,该体系的方法论中还存在着一些争议,如不可再生资源的特征化模型及其因子集受到系统边界范围的限制,而呈现出极强的地域性。在生命周期评价方法的实际应用方面,必须与国家的工业技术水平和经济发展阶段等具体情况相结合,才能够充分发挥出该方法的现实作用。 矿产资源的耗竭问题一直是生命周期评价体系中最具争议的部分。基于对资源耗竭问题的不同理解,国际上产生了不同理论基础的评价资源耗竭的特征化方法和模型。本文选取目前国际上应用比较广泛的“品位-能量”法和CML法进行案例分析和结果评价。依据我国矿产资源特征和基础数据的统计特点,对两种模型的重要参数进行了修正。采用修正的CML模型,计算得到了对我国国民经济具有重要作用的14种金属、26种非金属和3种能源矿产资源耗竭的特征化因子,并在此基础上计算出我国矿产资源耗竭的归一化基准为2.14×1010kg锑当量,确立了该模型与国际接轨的基础。 在生命周期评价的应用方面,论文选取我国的优势资源金属镁作为研究对象,研究范围包括原镁生产、镁产品加工制造、镁产品的使用和消费、镁废弃物的处置等生命周期各主要阶段。通过构建镁资源及其产品的物质流分析方法和模型,确定并量化了我国宏观层次镁金属材料物质代谢的数量、结构和特征,计算出皮江法炼镁的非生物资源投入量和生态包袱。物质流分析结果表明,我国原镁生产阶段的物质投入量巨大,在为世界镁产量提供70%份额的同时,却将80%以上的生态压力留在了国内,对我国的环境造成了严重的冲击。 论文采用面向工艺过程的LCA分析方法对镁的全生命周期进行分阶段研究。首先从原料生产入手,对直接燃煤型皮江法炼镁工艺过程的环境负荷进行了分析,确定了生产阶段的主要环境压力。通过对原镁生产三种能源利用方案的分析,编制了从“摇篮到大门”各阶段的环境排放清单和总体生命周期清单。根据影响评价结果,确定了皮江法炼镁环境负荷的主要责任者,为原镁生产的节能减排工作提供了改进意见和决策支撑。 根据我国镁合金生产、使用和回收的实际情况,论文以AZ91镁合金为例,对熔剂保护和气体保护镁合金生产工艺进行环境负荷分析,并计算了镁铝系合金生产的累积环境负荷。通过构建废料收集和回收的运输模型,比较分析了两种不同载荷车型公路运输的环境排放。以熔解法回收镁合金废料生产AZ91合金为例,比较了原生镁合金和再生镁合金的环境影响。结合普通车用钢、铝、镁等材料在汽车零部件上的应用,综合比较了这几类材料全生命周期的温室效应,揭示了镁及其产品在其生命周期内的环境表现。 铝是镁铝系合金的重要添加元素。在研究镁铝系合金生产的环境影响时,需要考虑原铝生产的累积环境负荷。因此论文立足我国铝工业现状,采用生命周期评价方法对原铝生产的资源、能源消耗和污染物排放的基本状况进行评估。比较了我国原铝生产与世界平均水平的差异,分析了我国铝工业节能减排的潜力以及功能单位原铝与原镁的环境影响特征化结果。该清单不仅为铝及其加工产品以及镁铝系合金材料产品的总体环境负荷评价提供了基础数据支持,而且能为我国铝工业开展节能减排等工作提供技术支持和决策支撑。 最后,论文在总结研究成果的基础上,对LCA理论与方法学、我国基础性生命周期清单的编制以及镁基材料LCA扩展研究等方面的内容提出了建议和展望。