绿色竹制家具生命周期评价的模式构建

杨晓梦，孙建平，刘志佳，马 俊，孙 文

(1.东北林业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040；2.国际竹藤中心 竹藤科学与技术重点实验室，北京 100102；3.广西大学 林学院，南宁 530004)

我国是世界上主要产竹国家，竹子也是我国重要的森林资源，随着全球森林资源逐渐减少，生态环境的危机日益突出，竹子以其独特的优势也越来越突显出它的价值[1-3]。它不仅生长快、易繁殖、生命力强、产量高，它独特的材性也是其他材料所不可比拟的。目前我国的竹资源呈现明显的增长趋势，这对于生产各种竹制品，发展竹产业提供了非常有利的条件[4-7]。

LCA(Life Cycle Assessment)即生命周期评价，核心就是对于材料或者产品的整个生命流程从制造、使用、回收、废弃与处置等全过程中的环境影响进行综合评价，又被称为从“摇篮到坟墓”的分析[8]。尽管竹材一直以来被认为是一种环保的材料，但是国内外对它进行定性定量的环境影响评估却不多见，随着生命周期评价理论的日趋完善，在竹材研究领域也取得了一定的进展。目前国内外的研究方向大多集中在竹材作为建筑材料、竹地板以及与其他材料的生命周期评价进行对比分析，在其他具体的竹制品方面没有过多涉及，但是作为从竹地板到竹家具的转型和升级发展的趋势，对于竹制家具进行模式构建有利于竹产业产品的创新研发。经过实践总结，模式的构建对于后期工作的开展至关重要[9-10]。本文基于国内外的研究现状，对竹制品的生命周期评价模式进行构建，希望能对后续的研究和企业的产品决策提供直观的参考依据。

根据ISO14040标准定义的技术框架，一套完整的生命周期评价评价包含目标和范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释4个阶段[11]。该评价系统包含了产品或工艺的整个生命周期流程，从原材料的获取、加工、生产、运输、使用、废弃一直到最后的循环再利用。

1 研究目标和范围

首先应确定研究的目标范围(goal and scope definition)和功能单位，对于家具的生产工艺过程进行生命周期评价研究，目的在于量化各阶段的关键影响因素，分析其原因，为采取合理的改进措施提供可靠依据。如果是板式家具，功能单位可以定义为1 m3的板材[12]，如果对于不同材质的两种家具产品LCA进行比较，例如两把不同材质的椅子，假设它们在房间内使用了相同的时间，那两者的功能单位就是一样的，因为它们满足人们的需求是相同的。

不同的产品会有不同的系统边界，根据既定好的系统边界确定研究应该包括以下几个系统(以竹材板式家具为例)：

(1)竹材从林场运到板材生产企业的原料堆放场地。

(2)竹集成板(竹重组材)的制造，包括选材、锯截、粗刨、蒸煮、干燥、涂胶、胶拼、芯层刨光、整板胶合、开料、砂光和包装入库等各个工序。

(3)竹家具基材的运输，从基材制造厂到家具制造厂。

(4)竹材板式家具的制造，包括开料、砂光、铣边、钻孔、镂铣、精细砂磨、涂饰、五金装配、包装等各个工序。

(5)家具产品的运输，从家具制造企业到零售商或用户。

(6)家具的使用阶段，考虑到在不同地域、不同环境下的具体使用会有千差万别，且能耗消耗很少，暂不考虑。

(7)家具的废弃处置和回收利用阶段，大量的生命周期评价结果表明，产品用后处理阶段的环境问题十分严重[13]。从历史上看，已经找到了普遍使用的既定的方法，例如以焚化和回收比较作为废物的管理选项[14]。

2 清单分析

确立了目标范围后，要建立每个阶段输入和输出的数据，清单分析(life cycle inventory analysis，LCI)是对产品、工艺或活动在其整个生命周期阶段的资源、能源消耗和向环境的排放(包括废气、废水、固体废弃物及其他环境释放物)进行数据量化分析[15]。本文以竹家具为例的主要清单分析见表1～表3。

完整的清单数据采集除去上述3项，还应包括企业的基本信息调查表(企业的名称、规模、生产线条数及规模、主要产品及年产量等)、辅助材料消耗及修复再利用(厂房、折旧等)、工艺流程表(即从原材料开采到成品生产结束的具体工艺环节制品的规格、数量等)等，这要依企业生产的实际情况而定。

表1 竹家具企业能源及综合利用调研表

表2 竹家具企业资源及综合利用调研表

注明每种原料及所利用废物的具体名称。

表3 竹家具企业废物产生及循环利用调研表

3 影响评价(Life Cycle Impact Assess-ment，LCIA)

由于各种因子对于环境影响的程度不同，根据上述的清单分析的数据需进行影响评价，需要将清单分析的结果与相关的影响类型相结合，从环境的角度审查所研究产品系统对环境的影响潜值[12]。它是对清单阶段所辨识出来的环境负荷影响进行定量和(或)定性的描述和评价[16]。虽然目前LCA的理论研究已经很成熟，但是评价方法却不能很好的统一，国内外常用的方法有EDIP 97、EPS 2000、Ecoindicator 99和CML 2001等。不同的评价方法将使用不同的标准化基准值和权重因子，因此采用适合的方法对于评价结果尤为重要[17]。本文尝试采用中国科学院生态环境研究中心以EDIP方法为基础所建立的评价参数[18]。

3.1 分 类

将清单中的污染物纳入各种影响类型，见表4，例如CO2和CH4都属于温室气体，所以归为全球变暖类别中。

3.2 特征化

按照影响类型建立清单数据模型，将分类后的进行汇总，以参考物为基础为同一类的其他物质的潜在影响做估算。例如各种温室效应气体的环境影响，全部以CO2当量来表示[19]，酸化的特征因子以SO2为基准等。

表4 竹家具生产过程中污染物的环境影响类型

3.3 标准化

根据表5中的当量因子PF可计算出环境影响潜值：

EP(j)=∑EP(j)i=∑[Qi×PF(j)i]。

(1)

式中：EP(j)为产品对第j种潜在环境影响的贡献；EP(j)i为第i种排放物质对第j种潜在环境影响的贡献；Qi为第i种物质排放量；EF(j)i为第i种排放物质对第j种潜在环境影响的当量因子。

表5 竹家具生产过程中环境影响类型中主要环境胁迫因子的当量[19]

得到上述的特征化值并不能准确的判定该影响类型的重要程度，需要将特征化值除以一个标准化参考因子，得到一个无量纲的量[19]。这个标准化的因子即为我国相应的标准人当量基准：

ER(j)90=EP(j)90/Pop90。

(2)

式中：ER(j)90为1990年全球(或中国)人均环境影响潜值；EP(j)90为1990年全球(或中国)总的环境影响潜值；Pop90为1990年全球(或中国)人口。

表6 中国环境影响潜值标准人当量基准值和权重[20]

注：ERp为1990年各地区及全国标准化人当量基准值，WFT2000为根据2000削弱目标确定的权重

经计算，中国环境影响潜值标准人当量基准值见表6。

根据标准人当量基准ER(j)90，标准化后的环境影响潜值NEP(j)为：

NEP(j)=EP(j)/ER(j)90。

(3)

3.4 加 权

不同的影响类型经标准化后得出相同的数值，并不意味它们的潜在环境影响一样，需要对不同影晌类型的重要性进行排序，即赋予权重[16]。

环境影响权重WF(j)计算公式为：

WF(j)=ER(j)90/ER(j)T2000。

(4)

经计算，中国环境影响潜值权重因子见表6。

加权后的环境影响潜值WEP(j)为：

WEP(j)=WF(j)×NEP(j)=WF(j)×EP(j)/ER(j)90。

(5)

式中：WF(j)为j种环境影响的权重因子；NEP(j)为标准化后的j种环境影响潜值。

4 竹家具产品LCA的注意事项

尽管家具产品的LCA是比较复杂的，牵涉到的前端流程很长，涉及到很多材料、能源的加工，但是国内材料方向的研究已经有很大进步，两者之间存在着通用性的原则，加之它们都有着相同的分析流程，可以很大程度上提供借鉴和参考。

但是只靠借鉴和参考相关领域来弥补本领域的空白是不可能解决所有问题的，在对竹家具产品LCA进行实际的系统化理论研究过程中，会遇到一些问题。

4.1 生产数据难以调研

本研究最关键的是必须深入企业调研得到准确的一手数据和资料，由于企业对于内部数据可能存在保留权，担心数据泄漏会影响到企业的产品竞争力，数据的可供性会是很大的一个难题。

4.2 专业检测复杂

竹家具在生产过程中对环境产生影响的排放废弃物主要为废水、废气、固体废弃物的排放及噪声污染。在考虑废水时应检测出废水中含有的悬浮物、CODcr、BOD5和pH值等，固体废弃物应考虑边角料、纤维和砂光粉等含量，废气污染物主要有SO2、NOx、烟尘和苯、二甲苯等。上述的数据收集都需要根据国家标准运用相应的仪器进行检测。每个环节都需要大量重复的数据，根据企业各生产部门实际测的数据及自行测量所得。其中有些数据为企业依靠相关的检测部门，应用各种测量仪表实时记录数据，可靠性强；一部分数据由技术人员及相关管理人员自行收集，往往比较直观，但不可避免的具有测量误差。

5 结束语

有了合理可行的模式构建，分析流程做到完善，然后采集到可靠的数据，结果才能有借鉴意义。运用上述构建的模式，可以为各种竹制品评价提供最基础的参考模型，给以合理的结果解释，有利于科学的分析竹材的环境协调性，实现竹材行业的可持续发展。

【参 考 文 献】

[1]江泽慧.世界竹藤[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

[2]傅懋毅，杨校生.我国竹类研究展望和竹林生境利用[J].竹子研究汇刊，2003，22(2)：1-8.

[3]吴智慧，李吉庆，袁 哲.竹藤家具制造工艺[M].北京：中国林业出版社，2009.

[4]陈 勇.中国竹产品市场现状及发展趋势[J].世界竹藤通讯，2003，1(4)：10-15.

[5]徐有明，郝培应，刘清平.竹材性质及其资源开发利用的研究进展[J].东北林业大学学报，2003，31(5)：71-77.

[6]辉朝茂，杨宇明，郝吉明.论竹子生态环境效益与竹产业可持续发展[J].西南林学院学报，2003，23(4)：25-29.

[7]吴 岩，李玉顺，葛贝德，等.改性竹材的应用与前景[J].森林工程，2008，24(6)：68-71.

[8]刘江龙.材料的环境影响评价[M].北京：科学出版社，2002.

[9]霍李江.纸模包装生命周期评价模式构建[J].中国包装工业，2003(2)：36-39.

[10]薛拥军，向仕龙，刘文金.纤维板生命周期评价模式的构建[J].中国人造板，2006，13(11)：29-32.

[11]ISO International Standard14040.Environmental management-Life cycle assessment-Principles and framework.International Organization for Standardization(ISO)[S]，Geneva，1997.

[12]薛拥军.板式家具产品的生命周期评价[D].长沙：中南林业科技大学，2007.

[13]任 辉.食品生命周期评价研究与实证分析[D].长春：吉林大学，2007.

[14]Selmes D G.Towards sustainability：direction for life cycle assessment [D].Edinburgh：Heriot Watt University，2005.

[15]马倩倩，卢宝荣，张清文.基于生命周期评价(LCA)的纸产品碳足迹评价方法[J].中国造纸，2012，31(9)：57-62.

[16]霍李江.纸模包装生命周期评价模式构建[J].中国包装工业，2003(2)：36-39.

[17]段 宁，程胜高.生命周期评价方法体系及其对比分析[J].安徽农业科学，2008，36(32)：1392.

[18]杨建新，徐 成，王如松.产品生命周期评价方法与应用[M].北京：气象出版社，2002

[19]李方义，李剑峰，颜利军，等.产品绿色设计全生命周期评价方法研究现状及展望[J].现代制造技术与装备，2006(1)：8-13.

[20]郭颖杰.城市生活垃圾处理系统生命周期评价[D].大连：大连理工大学，2003.