CN106845047A

CN106845047A - 电解铝产品的lca量化工具包及其开发方法

Info

Publication number: CN106845047A
Application number: CN201710248891.6A
Authority: CN
Inventors: 洪静兰; 李相芝; 叶利萍
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2017-06-13

Abstract

一种电解铝产品的LCA量化工具包，是基于ISO14040系列标准、中国本土化生命周期环境影响评价模型、基于企业生产过程的原始数据集合基础上的中国生命周期清单基础数据库而建立的，其特征在于，包括：目录模块、电解铝产品清单模块、电解铝计算模块、电解铝LCA分析结果模块、环境影响类别模块和和流程贡献分析模块。本发明所述工具包能够快速地开展电解铝产品的生命周期环境影响定量，易于推广规范的生命周期评价技术，具有流程清晰、操作简便、评价准确性高的有益效果。

Description

电解铝产品的LCA量化工具包及其开发方法

技术领域

本发明涉及一种电解铝产品的LCA量化工具包及其开发方法，属于环境管理的技术领域。

背景技术

铝产品是全世界最广泛应用的一种有色金属，在化学工业和日常生活中，以及建筑、包装等行业有着重要用途，其在全球的生产及消费都数量庞大，特别是在中国，电解铝的生产和消费量均居全球之首。而铝产品加工制造是一项高能源资源消耗、高污染的行业。电解生产过程中，需要消耗大量的电力，排放的气体污染物中的氟化物量大，采用氧化铝干法净化工艺去除氟化物后，电解铝企业周边的环境中氟化物的浓度仍严重超标，同时气体污染物二氧化硫、二氧化碳、多环芳烃等，对周边地区环境和居民健康产生危害。生产过程中还有大量的以赤泥为主的固体废弃污染物的产生。因此，全面评估评估电解铝行业的环境影响，识别产生污染的关键影响因子，进而减少电解铝行业的污染排放和节约其能源资源的使用是迫切需要的。

生命周期评价(LCA)作为国际公认的开展绿色产品环境足迹量化管理方法，已在国际上得到广泛的应用。在中国，LCA也已应用到城市固体废弃物管理、污水污泥处置、发电、水泥工业、金属工业、塑料等方面。但是，现有研究，因本土化数据库与本土化生命周期环境影响评价模型的局限，评估结果难以真实地反映出我国的国情。国际上现有的LCA评价数据库集中在欧美，例如瑞士的Ecoinvent、美国的NREL LCI数据库，目前的LCA计算软件应用较多的是德国的GaBi，荷兰的SimaPro。这些数据库及软件已经明显成熟完善，但是其背景数据却不适用于中国的产品LCA评价。一是欧美的数据库及软件的背景数据是欧美地区的背景及生产数据，这与中国的实际情况不符合；二是其中的一些数据库的数据多是取自20世纪90年代，到现在已经超过20年，背景及生产数据都相当老化了，不符合现代的环境背景情况以及生产工艺。如果直接采用国外的数据库及计算模型直接对中国的产品进行生命周期评价的相关工作，其结果势必会产生较大的误差。因此，逐步建立中国化的生命周期评价基础数据库以及适用的模型，才能切实地开展对本地产品的生命周期评价。

LCA分析需严格地执行ISO14040系列标准。因清单收集、系统边界划分、数据分配、影响评价模型筛选等一系列工作，LCA研究通常是繁重、耗时的，且专业性要求高，不仅需要专业人员进行相关操作分析，而且仍需花费较长的时间来完成一个产品的LCA分析工作，这对产品的快速认证是。因此，LCA分析工作还面临着提高分析效率，缩短分析周期的挑战，才能更有效地为产品认证等需要做出贡献。

发明内容

针对上述现有应用的中国生命周期评价技术中的缺陷，基于中国本土化生命周期环境影响评价模型(SDU)和基于企业生产过程的原始数据集合基础上的中国生命周期清单基础数据库(Chinese Process-based Life Cycle Inventory Database，CPLCID)，本发明提供一种快速的电解铝产品的LCA量化用自动分析工具包。

本发明还提供一种如上述工具包的开发方法。

本发明克服生命周期评价复杂的计算分析流程以及产品生命周期评价中的本土化数据缺失问题，将清单收集、系统边界划分、数据分配、影响评价模型筛选的结果，融入计算模块中，使得业内专业人员/非专业人员快速地实现中国本土化电解铝产品的LCA量化分析与对比，从而在中国推广国际上广泛开展的生命周期评价技术。本发明所述工具包及其开发方法具有流程清晰，操作简便，评价准确性高的有益效果。

本发明的技术方案如下：

一种电解铝产品的LCA量化工具包，是基于ISO14040系列标准、中国本土化生命周期环境影响评价模型(SDU)、基于企业生产过程的原始数据集合基础上的中国生命周期清单基础数据库(CPLCID)而建立的，其特征在于，包括：目录模块、电解铝产品清单模块、电解铝计算模块、电解铝LCA分析结果模块、环境影响类别模块和流程贡献分析模块；

所述电解铝计算模块利用所述电解铝产品清单模块计算分析出分流程的电解铝LCA结果，并关联所述电解铝LCA分析结果。利用本发明所述电解铝产品的LCA量化用自动分析工具包量化电解铝产品的生产流程对环境的影响的贡献，大大提高了评价准确性和直观性。

根据本发明优选的，所述电解铝产品的LCA量化工具包还包括汇总模块。

一种如上述工具包的开发方法，包括：

所述目录模块用于列出：上述所有模块的列表、所有模块的列表之间操作行为关系；

所述电解铝产品清单包括：导入电解铝产品在基于从工厂到工厂(gate to gate)的系统边界内投入与产出的清单数据；整合生产功能单元产品所需的能源消耗、原材料使用和废弃物处置与排放的数据；清单中所录入的物质数量单位与模型规定单位保持一致；

所述电解铝计算模块与所述的电解铝产品清单模块关联：所述电解铝计算模块对电解铝产品清单数据按照一系列流程进行计算分析，包括：清单归类、生命周期环境影响评价、归一化处理，输出用于指导计算各个生产过程对不同环境影响类别的环境影响的评价基础功能数据，即分流程的电解铝LCA分析计算功能系数和归一化系数。

所述清单归类：将前述的清单物质，依据环境影响进行归类，即将清单归类到SDU模型的14种环境影响类别中，用以构建符合中国国情的电解铝产品环境影响类别；将前述的清单物质结果按此清单归类的方法，分别计算出所有清单物质对各项环境影响类别的分配结果；

所述生命周期环境影响评价：由于清单物质指标太多，经过前述清单归类的计算分析，结合SDU模型中的特征化因子，进而得出本工具包的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果，即电解铝LCA特征化结果；将该结果按流程划分后得到分流程的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果；

所述本工具包提供了上述计算分析过程经过直接量化后的系数结果，即分流程的电解铝LCA分析计算功能系数。该系数结果反映了电解铝产品生产的不同流程对14种环境影响类别的影响。

根据本发明优选的，所述投入与产出的清单数据包括生产每万吨电解铝产品时对应的系统边界内的能源消耗、原材料使用量和废弃物排放量。

根据本发明优选的，为了帮助判断主要环境影响类别，将电解铝LCA特征化结果进行归一化处理，利用归一化系数进行计算，得到无量纲的电解铝LCA归一化结果，并根据产生影响的来源将结果分成直接影响和间接影响；所述电解铝LCA特征化结果是指本工具包的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果。所述的直接影响是指企业运营过程中产生的环境影响，如，生产及生活用水，直接的废气、废水和废渣的排放等过程的环境影响；所述间接影响是指原材料及能源生产和运输过程中产生的隐含环境影响，如，铝土矿生产，电力生产，废弃物外协处置等的环境影响。本工具包将归一化系数提供在本模块。生成表格和图形格式的电解铝LCA分析结果。此设计以多形式呈现电解铝产品LCA量化分析结果。

根据本发明优选的，所述电解铝LCA分析结果包括：分流程的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果、电解铝LCA特征化结果、电解铝LCA归一化结果。工具开发者可对分流程的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果进行筛选，并将其分别与环境影响类别模块进行选择性关联，以便用户在使用到此工具包时能直观地看到电解铝产品和电解铝产品生产的不同流程部分对环境影响类别的具体分析数据和图表。

根据本发明优选的，所述环境影响类别包括：致癌性；非致癌性；淡水生态毒性；全球变暖；土地占用；陆地酸化；水体富营养化；呼吸性无机物；呼吸性有机物；电离辐射；臭氧层消耗；水资源消耗；金属消耗；化石枯竭。

根据本发明所优选的，所述环境影响类别模块与所述电解铝LCA归一化结果关联。用于以多形式显示受电解铝产品生产影响的主要环境影响类别。

根据本发明优选的，所述流程贡献分析模块分别与电解铝LCA分析结果模块和环境影响类别模块关联。用于以多种形式显示对环境影响类别产生关键影响的电解铝产品生产流程。

根据本发明优选的，所述汇总模块用于汇总电解铝产品清单模块、环境影响类别模块和流程贡献分析模块的数据和图形。用于以多形式显示电解铝的LCA结果与分析。

本发明的优点在于：

本发明属于环境管理领域，涉及一种电解铝产品的生命周期评价量化用自动分析工具包，包括：目录模块；电解铝产品清单模块；电解铝计算模块；电解铝LCA分析结果模块；环境影响类别模块；流程贡献分析模块；汇总模块。电解铝计算模块提供的功能系数，是基于ISO14040系列标准、中国本土化生命周期环境影响评价模型(SDU模型)和基于企业生产过程的原始数据集合基础上的中国生命周期清单基础数据库(CPLCID)所得，是快速定量评价我国电解铝产品生命周期环境影响的关键。该工具包能够快速地开展电解铝产品的生命周期环境影响定量，易于推广规范的生命周期评价技术，具有流程清晰、操作简便、评价准确性高的有益效果。

本发明可识别主要环境影响类别。在归一化结果中，能够直接比较电解铝产品对不同环境影响类别的影响值，从数值大小和图形上直观地识别主要环境影响类别。

本发明可识别关键流程。在电解铝LCA分析结果中，能够通过图形识别电解铝产品对环境影响最大的几个关键流程，及其所占的贡献比例。

本发明可仅需输入电解铝产品清单模块中的数据，即可在5秒内迅速地自动得到电解铝产品的生命周期环境影响分析结果。本工具将生命周期评价计算流程进行了精简化处理，将繁复的分析流程隐含在里计算模块当中，且结果随着清单的变化而不断调整。用户只需要完成清单的输入，即可快速得到最终的生命周期影响评价结果。

本发明可得出的生命周期环境影响评价结果，是基于本土化模型与数据库(SDU和CPLCID)，能够较真实地反映中国本土化的产品环境影响情况，避免了国外生命周期评价模型和/或数据库对中国本土产品的评价误导。

附图说明

图1为本发明中电解铝产品的LCA量化工具包的结构示意图；

图2为本发明中电解铝LCA环境影响类别结果图。图2横坐标是各个环境影响类别，纵坐标是相应的归一化值。

从图2中可以直观看到产品对各个环境影响类别的归一化影响结果的值，便于识别主要环境影响类别；还将每个环境类别所受影响的来源-直接影响和间接影响所贡献的比例呈现出来，得到更详细的分析结果。

图3为本发明中电解铝生命周期评价关键流程贡献分析图。图3横坐标是各个环境影响类别，纵坐标是电解铝产品的各个流程对相应环境类别产生的影响贡献的百分比。

从图3中可以直观看到产品分流程的对各个环境类别的影响，可快速识别出起关键环境影响贡献的流程，并且能够看到其对环境类别产生的影响的贡献百分比。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

本发明所述的工具包是在1万吨电解铝为功能单元的基础上进行开发的，对不同产量的电解铝企业，都可以将生产数据除以产量，将数据化成1万吨功能单元的清单数据来进行计算分析和产品评价，最后将评价结果根据实际产量按比例进行输出，这些都属于本发明保护范围。

实施例1、

实施例2、

如实施例1所述的一种电解铝产品的LCA量化工具包，其区别在于，所述电解铝产品的LCA量化工具包还包括汇总模块。

实施例3、

一种如实施例1所述工具包的开发方法，包括：

所述投入与产出的清单数据包括生产每万吨电解铝产品时对应的系统边界内的能源消耗、原材料使用量和废弃物排放量。

为了帮助判断主要环境影响类别，将电解铝LCA特征化结果进行归一化处理，利用归一化系数进行计算，得到无量纲的电解铝LCA归一化结果，并根据产生影响的来源将结果分成直接影响和间接影响；所述电解铝LCA特征化结果是指本工具包的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果。所述的直接影响是指企业运营过程中产生的环境影响，如，生产及生活用水，直接的废气、废水和废渣的排放等过程的环境影响；所述间接影响是指原材料及能源生产和运输过程中产生的隐含环境影响，如，铝土矿生产，蒸汽制备，电力生产，废弃物外协处置等的环境影响。本工具包将归一化系数提供在本模块。生成表格和图形格式的电解铝LCA分析结果。此设计以多形式呈现电解铝产品LCA量化分析结果。

所述电解铝LCA分析结果包括：分流程的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果、电解铝LCA特征化结果、电解铝LCA归一化结果。工具开发者可对分流程的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果进行筛选，并将其分别与环境影响类别模块进行选择性关联，以便用户在使用到此工具包时能直观地看到电解铝产品和电解铝产品生产的不同流程部分对环境影响类别的具体分析数据和图表。

所述环境影响类别包括：致癌性；非致癌性；淡水生态毒性；全球变暖；土地占用；陆地酸化；水体富营养化；呼吸性无机物；呼吸性有机物；电离辐射；臭氧层消耗；水资源消耗；金属消耗；化石枯竭。

所述环境影响类别模块与所述电解铝LCA归一化结果关联。用于以多形式显示受电解铝产品生产影响的主要环境影响类别。

所述流程贡献分析模块分别与电解铝LCA分析结果模块和环境影响类别模块关联。用于以多种形式显示对环境影响类别产生关键影响的电解铝产品生产流程。

实施例4、

一种如实施例3所述工具包的开发方法，其区别在于，所述电解铝计算模块，包括：所述分流程的电解铝LCA分析计算功能系数。该系数结果的得出涉及到一系列计算过程：以二氧化碳为例，作为一种温室气体只将其归类到全球变暖这一环境影响类别，随后依据IPCC-2013-GWP-100a模型，选定1千克二氧化碳为基准物质(清单物质中二氧化碳以外的温室气体)，根据模型公式计算得出二氧化碳的当量值，使用特征化因子，得到二氧化碳对全球变暖的中间点贡献值。其他清单物质的计算方法相同。合并清单物质对各个环境影响类别的中点值贡献结果，得到了电解铝生命周期环境影响评价中点值结果，即电解铝LCA特征化结果。

所述归一化系数，是利用该系数将特征化结果进行归一化处理，以得到无量纲的归一化结果。

实施例5、

如实施例2所述电解铝产品的LCA量化工具包的开发方法，包括：所述汇总模块用于汇总电解铝产品清单模块、环境影响类别模块和流程贡献分析模块的数据和图形。用于以多形式显示电解铝的LCA结果与分析。

应用例、

如本发明所述电解铝产品的LCA量化工具包的应用如下：

步骤一、打开电解铝产品的LCA量化工具包，进入sheet1，即电解铝产品清单模块，将产品数据在功能单元为1万吨的设定下进行单位化并转换成该模块中各个类别的目标单位后，依次向其中输入电解铝产品清单中的数据；

步骤二、待清单输入完毕，直接转至sheet6，即LCA汇总模块，该模块中输出显示最终的电解铝生产清单、多形式的主要环境影响类别、多形式的关键流程贡献等分析结果，即形成了应用本工具包导出的中国本土化电解铝产品的LCA量化分析结果。

Claims

1.一种电解铝产品的LCA量化工具包，其特征在于，包括：目录模块、电解铝产品清单模块、电解铝计算模块、电解铝LCA分析结果模块、环境影响类别模块和流程贡献分析模块；

所述电解铝计算模块利用所述电解铝产品清单模块计算分析出分流程的电解铝LCA结果，并关联所述电解铝LCA分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种电解铝产品的LCA量化工具包，其特征在于，所述电解铝产品的LCA量化工具包还包括汇总模块。

3.根据权利要求1所述的一种电解铝产品的LCA量化工具包，其特征在于，所述投入与产出的清单数据包括生产每万吨电解铝产品时对应的系统边界内的能源消耗、原材料使用量和废弃物排放量。

4.一种如权利要求1—3任意一项所述工具包的开发方法，其特征在于，所述开发方法包括：

所述电解铝产品清单包括：导入电解铝产品在基于从工厂到工厂的系统边界内投入与产出的清单数据；

5.如权利要求4所述工具包的开发方法，其特征在于，为了帮助判断主要环境影响类别，将电解铝LCA特征化结果进行归一化处理，利用归一化系数进行计算，得到无量纲的电解铝LCA归一化结果，并根据产生影响的来源将结果分成直接影响和间接影响；所述电解铝LCA特征化结果是指本工具包的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果。

6.如权利要求3所述工具包的开发方法，其特征在于，所述电解铝LCA分析结果包括：分流程的电解铝生命周期环境影响评价中点值结果、电解铝LCA特征化结果、电解铝LCA归一化结果。

7.如权利要求3所述工具包的开发方法，其特征在于，所述环境影响类别包括：致癌性；非致癌性；淡水生态毒性；全球变暖；土地占用；陆地酸化；水体富营养化；呼吸性无机物；呼吸性有机物；电离辐射；臭氧层消耗；水资源消耗；金属消耗；化石枯竭。

8.如权利要求3所述工具包的开发方法，其特征在于，所述环境影响类别模块与所述电解铝LCA归一化结果关联。

9.如权利要求3所述工具包的开发方法，其特征在于，所述流程贡献分析模块分别与电解铝LCA分析结果模块和环境影响类别模块关联。

10.如权利要求3所述工具包的开发方法，其特征在于，所述汇总模块用于汇总电解铝产品清单模块、环境影响类别模块和流程贡献分析模块的数据和图形。