关于全生命周期思维

项目背景

生命周期评价是从原料从地球提取时起,至产品生命结束和报废处理时止,对于生产系统和生产活动所带来的环境负担和影响协助进行量化和评价的一种手段。生命周期评价得到各行各业、政府以及环境组织的越来越广泛的使用,协助这些组织做出有关环境策略和材料选择的决定。

生命周期评估的初始阶段包括定义研究目标和研究范围,以及收集和计算生命周期清单数据。生命周期清单数据是对一个功能系统(例如,1千克热轧卷材的制造系统)涉及的材料、能量和排放的量化。这一阶段过后,就是生命周期影响评价阶段(LCIA),该阶段是按照生态影响的相关性,将生命周期清单数据进行分类、定性和评估。第四阶段(也是最后一个阶段)是解释阶段,该阶段是按照研究范畴和研究目标,分析生命周期清单数据和生命周期影响评价数据,以及评价研究结论的质量。

不过,生命周期评价通常是一个反复过程,每个阶段都与其他阶段存在一定关系。

上世纪90年代,世界钢铁协会理事会启动“钢铁行业产品生命周期清单研究”全球性项目,帮助钢铁行业理解钢铁产品带来的环境影响,确保钢铁行业在处理这一问题上保持一致性。之后,世界钢铁协会分别于2000年、2010年、2017年以及2018年更新了相关数据。

作为该项目的首要目标之一,世界钢铁协会希望通过对代表性会员企业进行抽样,为“从摇篮到大门”的钢铁产品生命周期清单数据搭建一个数据库,并且开发一种全球通用的方法系。然后,在该数据库的基础上,再继续扩大系统边界范围,按照完整的产品生命周期实施全面的生命周期评价。

该项目的宗旨如下:

  • 生成全球范围的钢铁产品生命周期清单数据
  • 协助实施行业对标和环境改良计划
  • 为实施影响评估提供基础
  • 取得客户需要的生命周期信息
  • 支持行业利益方之间进行沟通
  • 针对不利于钢铁行业的环境诉求,支持钢铁行业做出响应
  • 在生命周期评价领域,培训行业人才
关于本项研究

世界钢铁协会已定义和运作了四个数据收集项目:最初的研究在1995年开始实施,后又分别于1999、2000、2010年及2017年更新。最近一次数据更新于2018年发布,共包含44个数据集。

最初研究的实施机构是独立咨询公司Ecobilan,该公司是一家世界级生命周期评价研究公司,曾在塑料、纸张和钢铁等许多材料行业实施过研究项目。后续的四次数据更新研究项目则由世界钢铁协会完成。

为审核前三次研究的方法系、数据质量以及数据展示方式,我们成立了一支由公认的独立专家组成的批判性评议小组。对于2017年发布的第四次研究,由于该研究项目使用的方法系与前一次相比没有太大变化,因此只有一个外部评议员进行评议,2018年发布的研究与2017年相比没有太大变化,因此没有进行专门的评议。

由于生命周期清单研究是“从摇篮到大门”的研究,因此生命周期清单数据库也包括上游行业数据(例如,铁矿石开采、发电等)。大部分上游行业数据来自于商业数据库GaBi。另外,还尽量从其他行业协会收集数据,例如,国际铝协会和国际锌协会。

生命周期清单包括:

  • 所有非质量输入(包括电、蒸汽、压缩空气和水等);
  • 超过98%的钢铁厂材料输入(包括原料、能量和消耗品以及可能造成重大环境负担的次要输入)。对于这些输入的98%以上,上游生产都有统计。

交通运输作为钢铁厂的主要输入和现场交通进行统计。

世界钢铁协会的生命周期清单研究是针对一种材料实施的最全面、最严格的生命周期清单研究之一,并且很可能也是按照生命周期评价ISO标准(ISO 14040系列)最先完成的研究之一。本项研究极为详尽,参与本项研究的钢铁企业提供了大约2万个数据项,并且还要为上游工序创建各种模型和计算办法。因此,本项研究带来的数据分析、趋势分析、对标分析以及环境影响调查范围极为庞大。

对于数据更新研究,我们重复并改良了研究方法,纳入了关键的上游工序。数据质量非常好:数据都是最新数据,数据来源可靠,并且整体上,数据范围和数据方差都较小。每个数据项都有文件证据,并且可以验证。另外,我们还采取措施,检验明显的矛盾之处并且确保研究方法的一致性,包括提供培训和技术支持,确保调查问卷的正确填写。

数据库还包括相关数据是否为实测数据、计算数据还是估算数据等信息。生命周期清单的生成过程透明,有广泛的文件证据,因此可以重复。最后,每项研究都经过独立严谨的评议。

世界钢铁协会的生命周期清单研究对17种钢铁产品的加工过程中的资源使用、能源和环境排放进行了量化,这些产品包括从地下开采原料到钢厂大门(“从摇篮到大门”),以及通过高炉/碱性氧气转炉和电弧炉路线生产的产品。本研究涉及的17种产品为:热轧卷材、酸洗热轧卷材、冷轧卷、成品冷轧卷、镀锡钢板、无锡钢板、热浸镀锌、 电镀钢、有机涂层板、板材、钢筋、线材、工程钢、UO管、焊管、无缝管及型钢。这些产品占钢铁产量的80%以上。

目前共有115个工厂参与了本次的数据更新,更多的工厂和公司加入了这个项目。这些工厂分散在世界上大部分地区,这些公司约占全球粗钢产量的24%。

研究结果

首先,世界钢铁协会生命周期清单研究生成的是一组“从摇篮到钢铁厂大门”的钢铁产品生命周期清单数据。我们同时提供全球平均值和地区平均值(当前仅有欧洲、亚洲和拉丁美洲);不过作为前提,每种产品应当至少有三处工厂贡献数据。另外,还提供废钢的生命周期清单——这些数据可用于统计生产过程中使用的废钢,还可帮助计算“从摇篮到大门”数据,包括从产品生命终点的数据。

世界钢铁协会将这些数据提供给客户,以及其他实施含钢产品生命周期评价研究的第三方。

对于主要的物料流,按照资源用量(包括能量和水)、空气排放、水排放、副产品和废料进行量化和分类。不同钢铁厂提供的数据的范围反映了不同的炼铁和炼钢实践、能源头、效率、国家电力组合和效率,以及精整工序的复杂性等。

生命周期清单研究的数据输入质量非常优秀(参见第2.3节)。鉴于数据透明度是本项研究的一个基础问题,因此我们采取各种措施,按照ISO标准采纳公平的假设和分配原则。我们做出的方法系假设、系统边界以及分配原则都是透明的,并且有充分的文件证据。

因此,所有研究结果都可完全验证和复制。

本项研究旨在表现钢铁生产工艺路线与环境的真实相互作用,并且避免不健全的理论情境。更为重要的是,系统扩充法不会导致钢铁行业的生命周期清单出现不公平的有利结果或不具代表性的结果。此外,软件提供了分析的灵活性,并在必要时,可关闭特定情境以及/或者替换成备选的功能系统。软件让我们可以对不同情境进行敏感性分析,并且可以根据需要,针对未来的数据输入或假设进行改造。

不过,对于这种量级的生命周期评价研究,数据库仍然存在一定改进空间,包括改进上游数据和副产品数据;尤其,当采用的通用数据库不能代表相关地区/本地实践时,更加需要改进。通过延伸或更明确地定义钢铁厂数据收集需求,可提升物料流类别数据的质量,例如,用水量、水性排放物、空气颗粒排放物等。对于特定产品,如果有更多钢铁厂参与,那么这将带来更加可靠的平均值,提高统计信心,并且数据库也将因此受益。为持续改进和更新数据库,世界钢铁协会的生命周期评价专家组管理着大量计划工作。

无论是转炉路线还是电炉路线,钢铁的循环利用无疑是有益的,可以节省原料和其他资源。转炉和电炉循环利用的废钢铁有效地置换了初级铁生产(主要是高炉)带来的能源消耗和排放物。

 “从摇篮到大门”的数据纳入了产品的生命终点,这也证明钢铁循环利用的优势。

钢铁可以百分百循环利用。全球大约35%的钢铁产量来自废钢,循环利用废钢的基础设施建设良好。钢铁的循环利用并没有级别限制,钢铁可以反复循环利用,并且品质不会下降。

废钢在高炉—转炉以及电炉工艺路线都可使用。外部废钢或制造业废钢(相对于内部自产的废钢而言)可能含有铜和锡等残余元素(杂质)。炼钢企业会在采购废钢时进行筛选,管理不同质量废钢的输入,以及使用各种工艺,消除或降低杂质元素的水平。这种处置方法是炼钢工序的正常组成部分,可确保所有回收废钢都被重新制造成新钢材。

电炉和转炉都能提供核心的废钢铁循环利用能力,并且这两种工艺路线在将废钢转化成钢材的过程中,带来的影响也相似。

按照目前的钢铁产品需求水平,废钢铁供应还不足以满足需求。因此,还有必要利用原始材料生产钢铁。就生命周期而言,最重要的是优化钢铁循环利用,减少原始材料用量,并且实现两条工艺路线的互补。

研究成果的使用

生命周期清单研究是一种“从摇篮到大门”的研究。关于生命周期清单研究收集的数据的牵涉关系,最好通过完整的生命周期评价研究进行评价,完整的生命周期评价研究包括下游活动研究(使用阶段和生命终点阶段)以及生命周期影响评估研究;现在,生命周期清单研究提供的数据可进行这方面的研究。

如同其他行业的工艺过程以及许多人为活动一样,想要充分规避环境影响,除了不断努力提高能源效率、采用“清洁”工艺以及探索可再生能源之外,并没有简单或单一的解决方法。全球钢铁行业投入巨资,采取各种措施提高钢铁厂的能量效率,在过去15-20年间,平均能耗降低了20-25%。钢铁行业还引进环境管理体系,越来越多的钢铁企业已经通过或正在办理ISO 14001认证。

另外一个关键问题是钢铁产品在可持续发展中的应用问题。生命周期评价研究使得钢铁行业开启了与客户的对话,促进钢铁行业改良提供给客户的系列钢铁产品,并且因此帮助客户设计出满足环境需求的含钢产品。

世界钢铁协会理事会于1995年通过了生命周期评价政策声明,世界钢铁协会根据该政策声明执行生命周期评价工作。该政策声明警告称,如果简单地利用生命周期清单或生命周期评价来比对不同材料,这可能存在风险。因此,生命周期清单研究并不是为了比对不同材料。不过,第三方可利用生命周期清单数据比对不同材料;钢铁行业也希望支持这种比对研究,并在适当时候,响应其他行业对钢铁做出的断言。

生命周期清单研究不仅搭建了一个包含海量数据的数据库,而且在数据质量、严格性、广泛覆盖性以及遵守ISO 生命周期评价标准(ISO 14040系列)等方面,形成了代表当前技术水平的分析方法。我们向世界钢铁协会会员企业提供数据,不过完整的数据库由世界钢铁协会拥有;每年增加和更新数据。

不过,作为本项研究的重要目的之一,我们将通过提供数据,促成含钢产品的生命周期评价研究。为此,从事生命周期评价研究的第三方既可向世界钢铁协会索取清单数据,也可直接通过GaBi和SimaPro软件取得该数据。

Updated in February 2019.