纸塑铝复合包装处置方式的生命周期评价

纸塑铝复合包装处置方式的生命周期评价谢明辉1,2，李丽1*，黄泽春1，朱雪梅1，张冀飞1，孙体昌21.中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所，北京1000122.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083摘要：采用生命周期评价(LCA)法研究了纸塑铝复合包装的全生命周期环境影响，并在处置阶段对不同处置方式的环境影响进行评价.通过现场和资料调研的方式，获得所有生命周期阶段能量物质的输入/输出和环境外排数据.结果表明：纸塑铝复合包装生命周期阶段中环境影响比重最大的是原料获取阶段，占75%以上.纸塑铝复合包装的全生命周期环境影响主要集中在化石燃料、土地占用和无机物对人体损害3个方面，在矿产资源、气候变化、酸化富营养化和生态毒性方面影响稍小.3种处置方式对环境影响由大到小依次为填埋＞焚烧＞再生，其中填埋和焚烧处置分别比纸塑铝复合包装处置阶段前的环境影响增加11%和7%，再生可降低23%，而进一步降低环境影响的方式为发展铝塑分离技术.关键词：纸塑铝复合包装；生命周期评价；环境影响；处置方式中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1001-6929(2009)11-1299-06LifeCycleAssessmentofEnvironmentalImpactsofAl-PE-PaLaminatedPackagingandWasteTreatmentsXIEMing-hui1,2,LILi1,HUANGZe-chun1,ZHUXue-mei1,ZHANGJi-fei1,SUNTi-chang21.ResearchInstituteofSolidWasteManagement,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China2.CivilandEnvironmentEngineeringSchool,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,ChinaAbstract:Lifecycleassessment(LCA)wasusedtoexaminetheenvironmentalimpactsoverthelifecycleofAl-PE-Palaminatedpackaging,andtocomparetheenvironmentalimpactsfromdifferentlaminatedpackagewastetreatments.Thedataofmassandenergyfluxesandtheenvironmentalemissionswereobtainedfromtheliteratureandfromsiteinvestigations.Theresultsshowedthattheenvironmentalimpactfromtherawmaterialsupplyperiodwasthehighest,over75%,ofthetotalenvironmentalimpactsoverthelifecycle.Theenvironmentalimpactsmainlycomefromfossilfuelconsumption,landoccupationandrespiratoryeffectsdamagefrominorganicsubstances.Thecontributionsfrommineralresourceconsumption,climatechange,acidification/eutrophicationandecotoxicitywereless.Theenvironmentalimpactsfromlaminatedpackagewastedisposalwerehighestinlandfilltreatmentfollowedbyincinerationandrecycling.Landfillandincinerationcouldaccountforanadditionalenvironmentalimpactof11%and7%,respectively,comparedtothatbeforethelaminatedpackagingenterswastestream.Incontrast,recyclingcouldreduce23%oftheenvironmentalimpact,andthereductioncouldbeevenmoresignificantifthealuminumandplasticwererecycledseparately.Keywords:Al-PE-Palaminatedpackage;lifecycleassessment(LCA);environmentalimpact;wastetreatment收稿日期：2009-04-01修订日期：2009-05-06基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAC02A13)作者简介：谢明辉(1981-)，男，安徽淮北人，[e-mail].*责任作者，李丽(1975-)，女，河北献县人，副研究员，博士，主要从事产品生命周期评价和固体废物控制技术研究，[e-mail]2包装产品多属于一次性消费品，由于其寿命周期短，废物产生量大.大量的包装废物已造成日益严重的环境污染[1]，其在生产和废物处置过程中所引起的环境问题日益受到关注[2-3]，为此世界各国纷纷制定了相应的政策法规[4].目前包装废物所造成的环境污染仅次于水质污染、海洋湖泊污染和空气污染，已处于第4位[5].笔者选取典型复合包装物——纸塑铝复合牛奶包装为研究对象，采用生命周期评价法（LCA），对纸塑铝复合包装在原料获取阶段、原料运输阶段、产品加工阶段、产品处置阶段的环境影响进行定量评价，并讨论其在不同处置方式下的环境影响，旨在对纸塑铝复合包装产品处置方式进行分析比较，以期为宏观决策及相关法规的制定提供理论依据.1研究内容研究对象选用复合包装应用最为广泛的牛奶包装——利乐公司产纸塑铝复合牛奶包装，基于ISO14040—14043中介绍的生命周期评价理论[6]：①确定LCA的目标、全生命周期范围和系统边界；②进行清单分析，即确定各流程输入（原料、辅料和能源等）和输出（向空气、水、土壤中的排放及固体废物）；③进行影响评价，即对清单数据进行定量评价；④结果解释，即对影响评价的结果进行解释说明.采用SimoPro7.1生命周期分析软件处理纸塑铝复合包装各生命周期阶段的物耗、能耗和环境外排量，得出相应的环境影响潜值.具体选用Eco-Indicator99[7]环境影响评价方法对其进行评价.2研究方法2.1目标和系统边界界定2.1.1研究对象1000L牛奶的纸塑铝复合包装产品，即1000个1L的“利乐砖”牛奶包装，每个质量为30g，总质量为30kg.2.1.2研究范围研究范围包括原料获取、原料运输、产品加工和产品处置4个阶段，不包括产品使用阶段，这是由于在产品使用过程中没有明显的能耗和物耗，对环境几乎没有影响.牛奶包装生产线和牛奶灌装线一般都是同步进行，不存在运输过程，所以不在研究范围内考虑.产品处置阶段包含运输收集和处置2个过程，处置方式选用填埋、再生和焚烧3种，并对这3个处置阶段进行比较分析.其中，再生处置阶段，由于目前铝塑分离仍较困难且无工业化应用[8]，故再生造纸后的铝塑部分按填埋处理.纸塑铝复合包装生命周期评价范围如图1所示.3图1纸塑铝复合包装生命周期评价范围Fig.1ThescaleofAl-PE-Palaminatedpackageinlifecycleassessment2.2清单分析纸塑铝复合包装生命周期清单数据的国内部分主要通过企业现场调研和从文献获取，国外部分主要通过Ecoinvent数据库获取，详见表1.其中，大部分数据来源于发生地，以确保生命周期评价的本地化.表1纸塑铝复合包装清单数据来源方式Table1SourceoflifecycleinventoryofAl-PE-Pacomplexpackage生命周期阶段资源(能源)消耗类型消耗量消耗量数据来源单位消耗量清单数据来源原料获取纸板(产自瑞典)21.93kg利乐调研数据Ecoinvent数据库塑料(产自日本)5.29kg利乐调研数据Ecoinvent数据库铝箔(产自中国)1.34kg利乐调研数据文献[9]原料运输柴油(货轮)714t/km利乐调研数据Ecoinvent数据库柴油(20t货车)1.34t/km利乐调研数据文献[10]产品加工电6.18kW·h利乐调研数据文献[11]天然气0.15m3利乐调研数据文献[12]产品处置再生柴油(10t货车)2.06t/km联合开源再生资源回收利用有限公司调研数据献[13]汽油(2t货车)1.2t/km电11.4kW·h鑫宏鹏纸业有限公司调研数据文献[12]标煤6.45kg填埋汽油(2t货车)0.45t/km文献[14]文献[14]柴油(10t货车)1.05t/km文献[15]电0.029kW·h文献[15]文献[16]HDPE0.0056kg文献[16]柴油(压实机)0.0187kg文献[16]焚烧天然气1.803g文献[17]文献[16]电2.004kW·h文献[18]由此可以得出3种不同处置方式下的纸塑铝复合包装的全生命周期清单数据，如表2所示.4表23种不同处置方式下的纸塑铝复合包装全生命周期清单数据Table2Comparativeinventoryduringthelifecycleofdifferenttreatmentkg清单数据类型处置方式填埋焚烧再生能源消耗原煤4.898×1024.899×1025.033×102天然气1)5.0445.1085.095原油8.9368.8328.989资源消耗木材4.165×1014.165×1014.165×101铝土矿4.784.784.78环境外排CO21.799×1022.221×1022.007×102SO24.567×10-14.557×10-17.191×10-1NOx3.706×10-13.797×10-15.349×10-1烟尘6.036×10-16.036×10-11.162CH41.5583.558×10-11.035CO7.213×10-17.273×10-17.734×10-1NMVOC7.095×10-27.231×10-28.396×10-2COD3.5828.628×10-18.498×10-1BOD58.235×10-12.065×10-12.535×10-1SS1.776×10-21.776×10-22.378×10-1PM101.123×10-21.123×10-21.279×10-2NO21.536×10-51.536×10-52.747×10-5总氮5.830×10-35.830×10-35.830×10-3氨氮7.808×10-67.808×10-63.000×10-2DOC2.7681.400×10-14.170×10-3TOC2.9513.230×10-11.872×10-1输出牛皮纸00181)天然气单位为m3.2.3影响评价利用生命周期软件SimoPro7.1，选用Eco-Indicator99评价方法，对处置阶段前（即原料获取、原料运输和产品加工阶段）的纸塑铝复合包装进行环境影响评价，结果如图2，3所示.由于计算结果显示有机物对人体损害、臭氧层破坏和辐射的环境影响所占整个生命周期的比例过小（低于1%），因此图2，3中不做这3方面的说明.图2原料获取、原料运输和产品加工阶段的纸塑铝复合包装环境影响分类评价Fig.2EnvironmentalimpactcategoriesofAl-PE-Palaminatedpackageduringthestageofrawmaterial,transportandpro