关于全生命周期思维

项目背景

生命周期清单是生命周期评价其中的一个阶段。

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。

另外相关的表述还包括生命周期成本(LCC),主要评估产品对经济生命周期的影响;社会生命周期评价(SLCA),主要涵盖生命周期评价对社会的影响,以及生命周期可持续评价(LCSA),主要评估产品或服务在其全生命周期内的整体可持续性发展。

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、2018年以及2019年更新了相关数据。世界钢铁协会每年定期对数据进行更新。

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
  • 了解钢铁行业对环境的影响
  • 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六个数据收集项目:最初的研究在1995年开始实施,后又分别于1999、2000、2010年、2017年及2018年更新。最近一次数据更新于2019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(利用其TEAM LCA软件),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。第一次数据更新也是由TEAM软件实施完成,后续的四次数据更新研究项目则由世界钢铁协会利用GaBi LCA软件实施完成。

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,但是,这次审核是方法系和研究报告首次作为单独报告发表的情况下实施的。从1999年到2017年,随着时间的推移,每一次关键的审核,都有助于改进方法系的开发。

2018年和2019年发布的研究报告都采用2017年的方法系,数据自2017年以来在收集过程中都没有发生太大变化,因此没有进行专门的评议。每年的数据都发布了一份研究报告。

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%。

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。

对大多数生命周期评价研究而言,共生产品的处理是方法论的一个关键问题。由于在钢铁生产过程中会产生工艺煤气、炉渣以及许多其他共生产品,因此共生产品的处理对世界钢铁协会的生命周期清单研究尤其重要。那么,如何考虑这些有用的共生产品,并且单纯只获取钢铁的生命周期清单数据就成了一个非常重要的问题。

目前,共生产品的处理方法主要有两种:分配法和系统扩展法。

所谓“分配法”,就是根据物体质量、原料能量,或者货币价值等参数,按照一定比例将该过程的输入/输出分配给该产品及其共生产品。

例如,如果要使用质量分配法:假设转炉生成3个质量单位的钢材和1个质量单位的可回收炉渣,那么每个转炉输入/输出的四分之三将分配给钢材,其余四分之一则会分配给炉渣。

所谓“系统扩展法”,是假设共生产品拥有一定收益,由于该收益的存在,没有必要再通过其他手段生产功能相同的产品。例如,对于输出并用于发电的工艺煤气,假设该工艺煤气代替了发电所用煤的开采和燃烧。然后,根据不同的情况,将煤炭与工艺煤气燃烧的环境负荷差异被抵扣或增加到钢材的生命周期清单数据。

世界钢铁协会之所以在研究中应用系统扩展法,是因为国际标准组织推荐使用系统扩充法,并且尽量避免使用分配法。另外,一般认为,钢铁生产过程中输入/输出的分配并没有科学合理的参数。鉴于上述及其他相关因素,世界钢铁协会认为系统扩展法是可用于统计大多数钢铁共生产品的最科学、最合理的方法。

更重要的是,系统扩展法不会导致钢铁行业的生命周期清单数据出现不公平的有利结果或者不具代表性的结果。

钢铁生命周期清单是一项“从摇篮到钢铁厂大门”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,铁矿石开采行业、发电行业等)。大部分上游行业数据来自GaBi的商业数据库。,该研究尽可能采用其他行业协会的数据,,例如,国际铝业协会和国际锌协会。

钢材的生命周期清单数据包括:

  • 所有非质量输入(包括电、蒸汽、压缩空气和水);
  • 98%以上的钢铁厂原料输入(包括原材料、能量和消耗物,以及可能造成重大环境负荷的微量输入物)。其中98%以上的输入,上游生产都包含其中。

运输的影响包含了钢铁厂的主要输入的运输和场内运输。

研究结果

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、共生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、能源效率、国家电力组合和效率,原材料质量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共生产品数据;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。

此外,钢铁生产过程中使用的所有废钢都被指定为具有环境负担。因此,在计算回收利用的效益时,只有在产品寿命结束时回收的废钢的净量才被记入贷方(回收的废钢量减去用于生产产品的废钢量)。

 “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。

虽然从摇篮到钢铁厂大门,通过电炉工艺路线生产钢铁比转炉路线消耗更少的能源和资源,产生更少的排放,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60年间,平均能耗降低了50%。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。

世界钢铁协会最近启动了一项新的“能效升级”项目,旨在改善钢铁厂的能源强度。

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免费索取清单数据,也可直接通过GaBi和SimaPro软件取得该数据。

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数据来比对不同材料,这可能存在风险。世界钢铁协会及其成会员公司将利用这些数据了解钢材应用于不同产品所产生的影响,从而了解哪些方面可以带来好处,以及可以进行哪些改进。不过,第三方可利用生命周期清单数据比对不同材料;钢铁行业因此需要支持这种比对研究,并在适当时候,响应其他行业对钢铁做出的断言。

生命周期清单研究的目的之一是生成全球性的钢铁产品生命周期清单数据,开发并使用通用的方法论,从而实现全行业的基准对标和有效比对。尽管如此,确保数据的透明度和质量,也可以使用其他的方法论。

不过,我们必须运用专业能力,同时又要谨慎操作,确保世界钢铁协会的方法论或任何变更后的方法论兼容外部研究所使用的方法论。为此,世界钢铁协会鼓励会员公司参与第三方项目研究,并且与相关研究单位保持联系。钢铁行业旨在鼓励会员公司建立良好的生命周期评价实践,并尽量使用ISO 14040系列国际标准。

虽然世界钢铁协会使用回收受益法来考虑产品寿命结束时的废钢循环,但是使用该数据的用户并非必须使用该方法。。我们不仅提供从“摇篮到钢铁大门”的生命周期清单数据,还可以按照世界钢铁协会方法论报告附件10中所述的循环方法论提供回收阶段的净收益。

世界钢铁协会进行的生命周期清单研究,是为了在钢铁行业范围内,进一步推动钢铁人对于生命周期问题的认识,协助推进全球钢铁行业的基准对标和环境改善项目。生命周期清单研究的初衷并不是希望被用作竞争工具。

生命周期清单数据库由世界钢铁协会持有,是一项长期持续扩展和更新生命周期清单数据的项目。

尤其是,更多的世界钢铁协会会员企业将希望帮助他们收集与其相对应的生命周期清单数据,并且将这些数据纳入世界钢协的数据库。另外,参与企业还与供应商合作,以改善上游业务运营数据的质量。再者,参与企业还将根据情况重复实施生命周期清单数据研究,以确保数据的长期质量,以及提供一定时期内的改进信息。目前,我们建议每年更新数据一次。

世界钢铁协会可持续发展项目主管将负责这项工作。

当然会有这种情况,即根据特定标准,钢材被认定为并非是某一特定应用的首选材料。如果钢材被认定为不合适的理由是基于环保因素,那么生命周期评价研究能够就改善其环境绩效的优先次序,为本行业提供非常明确的指导。
 

在实践中,客户会基于一系列标准综合选材,例如,技术性能、成本效益、环境和安全方面的考虑。这些复杂的问题不可能归结为单一的答案,而是促使客户与供应商之间的持续对话。

更新于2020年4月