Лекция 1 Введение в оценку жизненного цикла основы методы и принципы
 Скачать 6.36 Mb.
|
ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛАСтаростина В.Ю2017Лекция № 1 Введение в оценку жизненного цикла – основы методы и принципы1. Оценка жизненного цикла – основы, принципы и методыОдним из самых перспективных направлений науки и техники является оценка продукции с точки зрения ее экологической опасности.Эта оценка может быть использована для изучения экологического воздействия либо при производстве продукции, либо воздействия продукции при ее использовании и последующей утилизации.«от колыбели до могилы» (from cradle to grave)Чтобы такая оценка "от колыбели до могилы" стала возможной, был разработан научный и объективный метод, известный под названием "экобаланс" или "оценка жизненного цикла" – Life Cycle Assessment (LCA).Ключевыми элементами оценки жизненного цикла (ОЖЦ) являются:
В России данная методика приобрела известность только с принятием в период с 1999 по 2002 гг. ГОСТ Р ИСО 14040 - ГОСТ Р ИСО 14043 на ОЖЦ.1.2 Концепция ОЖЦ (LCA – Life Cycle Assessment)Принцип оценки жизненного циклаОценка Жизненного ЦиклаОценка жизненного цикла - это процесс оценки экологических воздействий, связанных с продуктом, процессом или другим действием путем определения и количественного вычисления:
Границы ОЖЦ продукта (вертикальный анализ) по сравнению с ОЖЦ твердых бытовых отходов (горизонтальный анализ)Сравнение применения ОЖЦ для продукции и для системы управления отходами
Определения
ВАЖНО!!!!! ОЖЦ представляет собой аналитический инструмент, направленный на поддержку принятия решений, а не инструмент принятия решений. Области практического применения ОЖЦ
ВыводыОЖЦ - это исследование воздействия, оказываемого продуктом на окружающую среду, на всех стадиях жизненного цикла. Оценка проводится с целью получения исчерпывающей оценки экологического воздействия, которая дает более надежную информацию для принятия экономических, технических и социальных решений.2. Структура ОЖЦСогласно ISO 14040 оценка жизненного цикла состоит из четырех этапов:
Этапы оценки жизненного цикла3. Два подхода к моделированиюПрямое моделирование Косвенное моделирование Лекция №2 Методика проведения оценки жизненного цикла1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ (Definition of the goal and scope) (ISO 14041, 2006a)Цель (Goal)Состоит в формулировании задач намечаемого исследования, причин его проведения, возможностей применения полученных результатов.Область исследования (Scope)При определении области применения исследования следует установить:
1. Функция и функциональная единица (The function – The functional unit)Функция - для чего нужна эта продукция или услуга (сравниваться могут только системы с одинаковой функцией).Функциональная единица – единица измерения функции (для ее определения необходимо установить количество продукции, необходимое для выполнения функции).Пример 1Функция – упаковка 1000 л молокаФункциональная единица –1000шт на 1л 40шт на 1л(24 использования)Пример 2Пример 2
Пример 2- Окрашивание половФункциональная единица (?)Пример 2
Функциональная единица (?)Пример 2- Окрашивание половФункциональная единица (?)-100 кв.м – на 20 летПример 2- Окрашивание половФункциональная единица (?)-100 кв.м – на 20 летКраска А = 50 банок (каждые 4 года 10 банок)Краска В = 32 банки (каждые 5 лет 8 банок)Для этого количества и сравниваем все входные и выходные потокиПример 3Бумажные полотенца и электрические сушки для рук.Что будет функцией ?Пример 3Функция – сушка рук!!!!Пример 3 Функция – сушка рук!!!! А что будет функциональной единицей? Количество пар рук, осушенные обеими системами Пример 3Для каждой системы можно определить базовый поток, например среднюю массу бумаги или средний объем горячего воздуха для однократной сушки рук.Во входных потоках будет?Результат ОЖЦ напрямую зависит от выбора функциональной единицыОЖЦ системы управления отходамиДля ОЖЦ системы управления отходами функциональная единица исследования может включать информацию о (Hauschild and Barlaz, 2011):
2. Определение границы системы (system boundaries)Продукционная система: совокупность единичных процессов (подсистем), связанных между собой потоками полуфабрикатов, выполняющих одну или более заданных функций.
Пример продукционной системыПодсистема «Производство сырья»Подсистема «Производство»Подсистема «Транспорт»Подсистема «Использование/Переработка отходов»На основании каких критериев можно выделить единичные процессы, которые обязательно должны включаться в ОЖЦ?
Продукционная система производства попкорнаПроблема – безграничности продукционной системыГлавное правило при определении границ системы – включать только важные вещи. 3. Охватываемый период времени (Time scale)Пределы исследований должны выражаться не только в пространственном, но и во временном масштабе - необходимо уточнять в течение, какого времени наши выводы на основе проведенной ОЖЦ будут достоверны.Результаты должны быть действительны минимум 10 лет, в зависимости от типа включенных в систему технологий.2. Инвентаризационный анализ жизненного цикла (Life cycle inventory analysis) (ISO 14041, 2006a)Схема инвентаризационного анализа жизненного цикла2.1 Сбор данныхПроблемы:
Способов получения данных несколько:Качество данныхНаилучшее данные - это те данные, которые были рассчитаны при помощи массового баланса для определенного процесса выполненном на имеющемся оборудовании для исследуемого процесса.Использование баз данныхПрограммные средства:Simapro (www.pre.nl), GaBi (www.gabi-software.de), LCAiT (www.lcait.com), Umberto(www.umberto.de) and TEAM (www.ecobilan.com/uk team.php).Программы для моделирования и оптимизации ОЖЦ управления отходами: EASEWASTE (www. easewaste.dk), EPIC/CSR (iwm-model.uwaterloo.ca), WRATE (www.environment-agency.gov.uk).2.1 Методы распределения (allocation) и расширения системы (system expansion)Материальные и энергетические потоки, и связанные с ними эмиссии в окружающую среду, должны быть распределены между различными продуктами на основе четко определенных процедур.Принципы распределения ISO 14041, 2006 b
Шаг первый 1. Избежание распределения.Процесс производства гидроксида натрияПроизводство муки, шелухи, зародышей и отрубейШаг первый (минимизация) . 2. Расширение границы системы
Расширение границы системыСистема расширенияПринцип системы расширения или замены для получения равноценных систем в ОЖЦ отходовШаг второй. 1. Физический метод распределенияШаг второй 2. Экономический метод распределенияПример экономического распределенияПрименение различных систем распределения на примере молочной промышленностипродукционная система производства молока Как разделить экологическую нагрузку между основным и побочным продуктом?
100% нагрузки пороизводства молока2. Биологическое распределение85%нагрузки от производства молока, 15%- мяса3. Экономическое распределение92% от производства молока, 6% от говядины и 2% от телят4. Расширение границ системы?Процедура расширения границ системыпродукционная система производства мяса Данные для двух систем
Потоки при расширении системы производства молокаКак различные методы распределения оценивают вклад молочного производства в потенциальное изменение климата?
Оценка потенциального изменения климата при различных методах распределенияОценка потребления энергии в молочной промышленности различными методами распределенияMJ/т молока Оценка использования земной поверхности в молочной промышленности различными методами распределенияМ2/ т молока в год Процедура распределения при повторном использовании отходов или рециклингеДва вида продукционных систем:Открытая - продукт в такой системе перерабатывается в другой, который удаляется после использования из системыЗакрытая - применяется к материалам, которые могут быть переработаны в тот же самый продукт повторно.Открытая и закрытая систему переработки отходовРаспределение в случае открытой системы3. Оценка воздействия жизненного циклаLife Cycle Impact Assessment (ISO 14042)3.1 Причинно-следственные связи воздействия на ОСПричинно-следственные связи воздействия на ОС пестицидовЦель оценки воздействияВоздействие различных эмиссий, которые попадают из продукционной системы в окружающую среду.Интерпретация результатов инвентаризации, с точки зрения влияния на окружающую среду!!!Области защиты – что мы хотим защитить с помощью выполнения и использования ОЖЦ Область защиты
Или же «области защиты» можно представить следующим образом: Категории воздействия(Environmental Impact Categories) или Конечная точка (Endpoint)Глобальное воздействие:
Региональное воздействиеЛокальное воздействиеГлобальное потепление или «изменение климата» Это климатические изменения, которые происходят в результате увеличения концентрации в атмосфере парниковых газов, которые пропуская солнечные лучи, задерживают отраженное от поверхности Земли инфракрасное излучение. Парниковые газы: CO2; CH4; N2O Разрушение озонового слоя Истончение озонового слоя происходит в результате ускоренного разрушения озона в стратосфере, которое происходит за счет миграции и фотолиза газов содержащих хлор и бром. Образование фотохимического смога Образование фотохимического смога происходит в приземном слое тропосферы при окислении ряда летучих органических соединений и оксида углерода с участием оксидов азота (NOx) в присутствии солнечного света. Закисление Оксиды серы и азота техногенного происхождения в результате взаимодействия с атмосферными осадками вызывают их подкисление. Обогащение питательными веществами - Эвтрофикация Азот и фосфор являются питательными элементами для высших растений и водорослей, поэтому увеличение содержания этих веществ приводит к принудительному удобрению естественных экосистем, не только повышая производительность, но и изменяя видовой состав. Экотоксичность Под экотоксикантами понимают вещества или отходы, которые в случае попадания в окружающую среду представляют или могут немедленно или со временем представлять угрозу для окружающей среды в результате биоаккумулирования и/или оказывать токсическое воздействие на биотические системы. Токсичность для человека Целый ряд химических соединений, попадая в организм человека вызывает в нем патологические изменения, которые приводят к временной потере работоспособности, заболеванию или гибели человека. Использование земной поверхности В ОЖЦ физическое нарушение среды обитания, как правило, входит в категорию воздействия «использование земной поверхности» и рассматривается в зависимости от размера пораженного участка, длительности воздействия на этот участок и изменения качества среды в результате этого воздействия. Промежуточное звено (midpoints)Изменение физических или химический свойств окружающей среды, которые влияют на конечное звено воздействия эмиссий.Причинно-следственная связь 3.2 Четыре этапа оценки воздействия
3.2.1 Выбор категории воздействия и классификацияСуществуют сложности в определении категории воздействия и проведении оценки жизненного цикла:
Environmental exchanges Areas of protection Midpoints Endpoints Increased radiative forcing Climate change A Climate change B Climate change C Increased chlorine content of stratosphere Stratospheric ozone depletion Conversion releasing protons Exposure of leaves Deposition on soil or water Decreasing pH Photochemical ozone formation Smog episodes Increasing tropospheric ozone conc. Eutrophication of aquatic systems Nutrient enrichment of terr. systems Loss of crops and wood Loss of fish catch Loss of materials Damage to humans (YLL, YLD) Damage to wildlife and plants Increased algal growth Oxygen depletion near bottom Reduced light input Altered species composition Sedimentation of dead algae Loss of habitats Loss of biodiversity Interaction with primary receptor e.g. human gene Ecotoxicological impact A (type/species) Mobilisation of metals Resources (ores, land, cultural values Ecosyste m health Interaction at higher level, e.g. human organ Non-human effects of UV-radiation Increased UV-B radiation Ecotoxicological impact B (type/species) CO 2 HCFC22 Cadmium N 2 O Acrylo- nitril SO 2 NO x Toluene CO NH 3 PO 4 3- Interaction at cellular level of humans Increased human exposure Increased environmental exposure Particles Human health Ecotoxicological impact C (type/species) Классификация – на что влияют загрязнения?3.2.2 Определение характеристик или расчет показателя категории (подсчет влияния фактора)Отвечает на вопрос – какова доля данной эмиссии при воздействии на ОС?Необходимые компоненты для каждой категории воздействий включают:- Идентификацию конечного звена категории воздействия, или же нескольких звеньев.- Определение показателя категории.- Идентификацию соответствующих результатов ИАЖЦ, которые могут быть отнесены к данной категории воздействия с учетом выбранного показателя категории и идентифицированного конечного звена категории.Характеристика - определение показателя категорииВоздействия на окружающую среду, которые влияют на одну конкретную категорию, должны быть выражены количественно в одинаковых единицах, что позволит применить единый показатель категории.Для этого применяется коэффициент пересчета (characterization factor).Показатели категории
Коэффициент пересчета (characterization factor)Под коэффициентом пересчета понимают потенциальное воздействие вещества в отношении эталонного, который был выбран специально для данной категории воздействия.Эквивалент – сколько граммов эталонного вещества имеют такое же воздействие на окружающую среду как один грамм рассматриваемого вещества.ПримерКатегория воздействия - Глобальное потеплениеПоказателем категории - Интенсивность инфракрасного излучения.Коэффициент пересчета - Глобальный потенциал потепления (GWP100) который исчисляется в СО2 эквиваленте.Коэффициенты перерасчета для некоторых парниковых газов, способствующих глобальному потеплению
EР(j)i = Qi× EF(j)EР(j)i - потенциальный вклад эмиссии в категорию воздействия;Qi – величина эмиссии вещества (i);EF(j)i, - характеризующий субстанцию коэффициент пересчета для категории воздействия (j) ;Общий вклад всей системы продукта может быть рассчитан путем сложения вкладов всех отдельных эмиссий.EР(j)i = ∑ EР(j)i = ∑ Qi× EF(j)Подсчитанная оценка совместно для всех категорий воздействий составляет экологический профиль продукта.Расчет показателя категорииХарактеристика воздействияХарактеристика помогает уменьшить число сравниваемых факторов, но при этом категории воздействия нельзя сравнивать между собой Цель нормализации - обеспечить лучшее понимание относительной значимости каждого значения показателя исследуемой продукционной системы.Мы знаем воздействие – но много это или мало?Как сравнить между собой разные категории воздействия?Необходимо выбрать эталон с которым можно сравнивать все воздействия Отличные друг от друга потенциалы воздействия и потребления ресурсов связываются общим эталоном для облегчения сравнения категорий воздействия между собой, чтобы понять какая из них больше. Категории воздействия помещаются в общую шкалу и связываются одним общим эталоном. ЭталонПотенциал воздействия делиться на значение выбранного эталона. Эталоном может быть:
Человек-эквивалент - воздействие от среднего европейца
Нормализация для ресурсовВоздействия на окружающую среду от выщелачивание из шлака (tox. = категории воздействия – экотоксичность и токсичность для человека) основаны на периоде выщелачивания - 100 лет. NEP(j) = EР(j)/ ER(j)NEP(j) - нормализованный потенциал воздействия для категории воздействия j;EР(j) - потенциальный вклад эмиссии в категорию воздействияER(j) - эталоном нормализации для j воздействия;НормализацияНормализация3.4 Взвешивание - WeightingЗадача - перед тем как допустить прямое сравнение различных потенциалов воздействия необходимо вначале сравнить серьезность этих потенциалов друг с другом.
Ответить на вопрос: важно ли это воздействие или существуют другие – более значимые для данной местности Взвешивание - WeightingWP(j) = WF(j) × NEP(j)WP(j)-взвешенный потенциал воздействия или потребляемый ресурс;WF(j)-коэффициент взвешивания для категории воздействия или потребляемого ресурса (j);NEP(j)-нормализованный потенциал воздействия.а) Взвешивание потенциала воздействия на окружающую средуВесовой коэффициент для воздействия на окружающую среду должен отражать важность категории воздействия по отношению к другим категориям, которые рассматриваются в рамках ОЖЦ.Определение весовых факторов должно включать в себя:
При анализе важности должны быть рассмотрены следующие пункты:
б) Взвешивание потребления ресурсовЭто взвешивание должно отражать, почему потребление данного ресурса является проблемой.«Горизонт запаса»: Этот тип весового коэффициента отражает дефицит ресурсов по отношению к их потреблению.Не возобновляемые ресурсы: это количество лет, за которые при сохранении нынешнего уровня потребления все известные и экономически пригодные запасы невозобновляемых ресурсов будут полностью истощены.Возобновляемые ресурсы: это количество лет, которые пройдут до исчерпания этого ресурса при сохранении нынешних темпов использования и восстановления.1 SH(i) WF(i) = = Полная восстановительная способность ресурса i (на человека) Ежегодное(потребление минус восстановление) ресурса i (на человека) Ежегодное потребление ресурса i (на человека) Содержание ресурса i (на человека/ или... Содержание ресурса i (на человека/ Ежегодное потребление ресурса i (на человека) SH(i) = SH(i) – горизонт запаса / WF(i) – коэффициент взвешивания Классификация: “На что эти эмиссии влияют?”
Характеристка: “Как сильно это воздействие?”Нормализация: “Это много или нет?”Valuation: “Это важно?”INTERPRITATION (ISO 14043)4. Интерпретация жизненного циклаИнтерпретацияЭто процедура, в которой результаты инвентаризационного анализа жизненного цикла и оценки воздействий жизненного цикла обобщаются и обсуждаются в качестве основы для заключений, рекомендаций и принятия решений в соответствии с целями и областью исследований.На стадии интерпретации должны быть рассмотрены такие вопросы как:
4.1 Анализ чувствительностиАнализ чувствительности является неотъемлемой частью фазы интерпретации. Он определяет ключевые фигуры ОЖЦ – тех смоделированных предположений, процессов и изменений окружающей среды, которые оказывают наибольшее влияние на результаты исследования.
То есть – некоторые параметры недостаточно изучены могут быть проведены дополнительные исследования, или же при оценки изменить один из параметров и оценить влияние этого изменения!В управлении отходами, в частности, может быть важным оценить чувствительность в отношении:
4.2 Ограничения методаСложность процесса ОЖЦ и большое количество данных, необходимых для его завершения, приводят к некоторым ограничениям:
4.3 Отчетность и критический обзорКак SETAC так и ISO требуют, чтобы доклад был прозрачным, с достаточной информацией, которую можно найти в:
Области применения ОЖЦ
|