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环境价值链条解析的信息模型

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-05-10 04:14:59 来源: 作者:用户80006    浏览次数:0    
摘要

产品的环境影响是产品在其生命周期的某个阶段或全过程对环境造成危害的一种定性或定量的统计,是一个相对概念,并且这种影响往往是负面的。 在产品寿命周期过程中,对环境造成影响的不仅只是生产制造阶段,还包括产品的材料供应阶段、使用阶段和回收处理阶段。Alting提出了产品全生命周期的概念,即从环境系统的角度出发,产品的生命周期包括原材料的获取、产品设计、产品制造、运输、使用与维护以及产品回收的全过程。如何...

产品的环境影响是产品在其生命周期的某个阶段或全过程对环境造成危害的一种定性或定量的统计,是一个相对概念,并且这种影响往往是负面的。

在产品寿命周期过程中,对环境造成影响的不仅只是生产制造阶段,还包括产品的材料供应阶段、使用阶段和回收处理阶段。Alting提出了产品全生命周期的概念,即从环境系统的角度出发,产品的生命周期包括原材料的获取、产品设计、产品制造、运输、使用与维护以及产品回收的全过程。如何控制、评价产品生命周期的环境影响,改善产品生命周期环境性能是环境科学与工程、产品设计与制造等研究领域内的研究热点。

产品设计决定了产品全生命周期过程的环境性能。将环境意识集成到产品设计、过程设计与产品制造的策略主要包括环境意识设计DFE( Design for Environment,也称为绿色设计)与生命周期分析LCA( Life Cycle Analysis)两方面。

DFE继承了DFX的设计概念,包括多种设计工具,如DFD( De- sign for Disassembly )、DFR ( Design for Recyc- ling)、DFM ( Design for Manufacturing)、DFA ( De- sign for Assembly)等。LCA用于分析与评价一个特定系统的资源消耗与污染排放物,主要包括目标及范畴定义、清单分析、影响评估和改进分析4个阶段。此外,产品生命周期的环境管理也是一个重要的研究内容,包括绿色供应链管理、废旧产品的回收体系研究、环境管理体系等。概括地说,当前的研究主要集中在三方面:利用LCA评价产品生命周期的环境性能,识别对环境造成危害的重要因素与重要生命周期阶段。

通过绿色单元技术的研究改善产品在生命周期过程中的环境性能,包括设计阶段DFX工具的应用,制造阶段的清洁生产技术,以及产品的回收技术等。通过绿色标志、环境管理体系、绿色供应链等实现产品生产、经营、使用、回收全过程的环境管理。

上述研究对社会、经济和环境的协调持续发展起到了重要作用,但也存在着系统性不强、可操作性较差的问题。为了系统地从全生命周期角度研究产品的环境性能、减小产品的环境危害,本文在环境影响定量分析的基础上,利用环境价值度量环境影响,并提出环境价值链的概念,应用环境价值链分析来提高产品环境价值。

1环境影响定量分析环境影响分析以产品生命周期全过程为研究对象,将其划分为原材料供应(零部件供应)阶段、制造装配阶段、包装运输阶段、使用维护阶段以及回收处理阶段共5个阶段;以每个阶段中的作业单元为基本单位进行影响分析。作业单元依据每个生命周期阶段的特点进行划分,如在制造装配阶段,以制造工艺为基本作业单元;在包装运输阶段,则以整个阶段作为基本单元。作业单元的环境影响分析模型如所示。

废弃物包括固体废弃物、液体废弃物等;排放物包括CO 2、各种废气、有毒气体物质等;同时分析模型还包括材料消耗、能源消耗与自然资源消耗分析。产品生命周期过程中的这些伴生物对环境造成影响的形式可以归纳为:自然资源损耗、能源损耗、全球变暖潜力(GWP)、臭氧层破坏潜力( ODP)、光化学臭氧产生潜力( POCP)、以及酸化潜力(AP)、富营养化潜力(N EP)、持久毒性、生态毒性、固体废物堆积等。对每个作业单元,这些不同的影响形式对环境造成的影响可以用下式表示:I =∑n i= 1 i E i(1)式中:i表示第i种环境影响形式的权; E i表示第i种影响形式的环境影响定量值,E i =∑m i j= 1 i j x j(2)m i表示产生第i种环境影响的物质种类数; x j表示第j种环境影响物质的总量;i j表示第j种单位影响物质对第i种影响形式的环境影响定量值。

于是每个生命周期阶段的环境影响与产品全生命周期环境影响EI表示为EI =∑5 i= 1 EI i =∑5 i= 1∑l i j= 1 I j(3)式中, EI i =∑l j= 1 I j; l为作业单元个数。

2环境价值链2. 1环境价值自然环境作为一种难以替代的可再生资源,随着环境问题的出现使环境本身具有了价值。环境价值核算与环境经济评价是研究的主要问题之一。在环境研究领域,环境价值可以分解为有形的资源价值和无形的生态价值。环境价值的计量包括资源价值的计量、生态价值的计量、环境容量价值的计量以及资源产品价值的计量等方面。环境价值核算主要包括污染损失估价、绿色GDP核算、各种环境资源的价值核算等。环境经济的评价以生命周期思想为理论基础,综合考虑工艺或活动中技术、经济与环境3个主要因素,在国内外已经出现多种评价方法或体系,如环境费用会计、全费用会计、总费用会计、总费用评价等。

这些对环境价值的研究均从经济学的角度,将环境影响货币化,从而在评估建设项目的环境价值、评估资源价值、计算污染损失等方面取得重要成果。

本文定义的环境价值则是产品在生命周期过程中产生各种污染物所带来的环境影响的估算。产品生命周期环境影响越小,其环境价值越大。产品环境价值EV与产品生命周期环境影响EI成反比关系:EV∝1/ EI(4)由上式可得,提高产品环境价值的惟一措施是降低产品生命周期的环境影响。为量化环境价值EV,设EV为产品在其生命周期过程中的理想环境影响与实际环境影响的比值。在假设采用先进的原材料开采技术、清洁生产技术与回收技术后,生命周期过程的资源能源利用率*高,产品废弃后完全回收的前提下,可以计算出理想环境影响EI min,这个环境影响应比实际影响小,且在生态环境能够容忍的范围之内。于是有:EV = EI min / EI( 5)从式( 5)可以看出, 02. 2环境价值链Porter

于1985年首先提出价值链的概念,认为供应商价值链、企业价值链、渠道价值链以及买方价值链构成整个价值系统。环境价值是产品环境影响的度量;环境价值链是指产品的环境价值在全生命周期过程中的流动,是从供应商开始,直到产品回收结束的一系列环境价值改变活动及相应的流程。环境价值链以减小产品全生命周期环境影响为目标,通过设计过程的环境价值链分析,提高产品环境价值。

3环境价值链分析产品设计决定了产品生命周期经济成本的70%~80% ,同时也决定了产品的生命周期环境价值。环境价值链分析的目标是在产品设计阶段,通过绿色供应商的选择、制造工艺分析以及回收过程分析,从材料、结构与工艺等方面改进产品设计方案,减小产品生命周期环境影响,提高产品环境价值。环境价值链分析的前提是识别构成环境价值链的相关角色,并构建环境价值链分析的信息共享平台。

3. 1环境价值链角色环境价值链分析的首要任务就是识别构成产品环境价值链的相关角色,明确链中每个角色的任务及其对产品环境价值的影响与贡献。环境价值链的角色包括原材料供应商、设计者、制造商、使用者、维修者以及回收者,各角色的关系如所示。

3. 2环境价值链分析的信息模型环境价值链分析需要产品生命周期数据的支持。由于环境价值链的各角色间具有异地分布的特点,有效地将生命周期全过程中的数据集成到设计过程是一个重要内容。中所给出的信息共享模型具有集中式管理、分布式存储的特点。设计者在环境价值链的构建中处于核心地位,并作为信息传递与交互的枢纽,影响并控制着整个环境价值链的运行。每个独立的角色可以通过网络从设计者服务器获取或向其提供相关的信息,从而实现整个过程的信息共享与交互。

3. 3环境价值链分析环境价值链分析既可以基于经过需求分析、功能分析、产品技术原理分析与实现、产品结构分析与实现而得到的产品设计方案进行;又可以在产品设计的历史数据支持下,在设计的不同时期与不同阶段进行。环境价值链分析在并行工程环境下,同时在环境价值链角色间信息共享模型的支持下,基于产品的设计方案,在制造工艺规划与回收处理规划的基础上,针对产品生命周期的5个阶段进行。分析内容主要包括:物料的供应链分析,如基于环境意识的供应商选择;制造过程分析,如基于环境意识的制造工艺分析;包装运输分析;使用维护分析;回收处理分析。环境价值链分析的目的是评估产品的生命周期环境价值,优选材料与零部件供应商,改进产品设计方案、制造工艺方案与回收处理方案。

优选材料与零部件供应商时,考虑的因素除供应商自身在材料获取阶段与零部件制造阶段的环境影响外,还包括与材料/零部件相关的产品零部件在运输、制造、使用与维护、以及回收阶段的环境影响。

初步设计方案的改进,着重考虑产品生命周期内的环境属性,从产品的材料或零部件供应商选择、制造环境性能、可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等方面进行评估,改进产品的材料组成、零部件结构与产品装配结构。

制造工艺方案与回收处理方案的改进,需要深入到产品制造阶段与回收处理阶段的作业水平,以单位工艺过程为作业单元,进行作业分析,从中溯本求源,消除不必要的作业,改进作业链,有效利用社会有限资源为人类服务,减少制造过程带来的环境污染物质,从而提高产品的环境价值。

4实例应用环境价值链分析进行供应商选择。某空调产品需要外购压缩机,现有两个供应商A与B.在分析空调环境价值链角色,并获取相关生命周期数据的基础上,进行环境价值链分析。供应商A与B在生产制造压缩机时的环境污染因素,如排放、废弃物等原始数据如所示。

根据环境影响分析法,设各种环境影响形式的权向量= (0. 1,0. 2, 0. 3, 0. 1, 0. 15,0. 15),得到供应商A、B的环境影响定量值。环境影响计算中的数据来源于Eco-Indicator'99,环境影响定量值的单位为Pt.

在压缩机材料获取与制造阶段,其理想环境影响EI min1 = 300,于是由式( 5)可得到供应商A与B的环境价值,分别为:EV A1 = EI min1 / EI A1 = 0. 625 9 EV B1 = EI min1 / EI B1 = 0. 532 1 EV A1 > EV B1,供应商A的内部环境价值更高。

但从环境价值链的角度考虑,还要考察两种压缩机在空调生命周期其他阶段的环境价值。由于压缩机结构不同,与压缩机安装相关的零部件结构也不同。两种压缩机以及与之相关的零部件在空调生命周期过程中的环境影响原始数据。设空调的使用寿命一定。对压缩机A、B的生命周期数据进行环境影响分析。

对选择压缩机A与B这两种不同的空调设计方案,相关的后续生命周期阶段环境影响分别为:EI A 2 = 176. 53 + 77. 64 + 356. 66 + 804. 5 = 1 415. 33 EI B2 = 187. 96 + 77. 64 + 337. 86 + 365. 06 = 968. 52生命周期全过程环境影响EI A、EI B为:EI A = EI A1 + EI A2 = 1 894. 62 EI B = EI B1 + EI B2 = 1 532. 24供应商A、B的生命周期环境价值链分析数据如所示,S1、S2、S3、S4、S5分别表示5个不同的生命周期阶段。在生产制造、包装运输、使用维护与回收处理4个阶段中,压缩机以及与之相关的空调零部件对环境的理想环境影响EI min2 = 720,于是有:EI min = EI min1 + EI min2 = 1 020压缩机A、B两种选择方案的生命周期环境价值EV A、EV B分别为:EV A = EI min / EI A = 0. 538 4 EV B = EI min / EI B = 0. 665 7 EV A

 
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