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生命周期评价(LCA)及其在汽车上的应用

2010年中国汽车产、销量分别为l826．47万辆和1806．19万辆，继续稳居全球新车产销第一。然而汽车工业又是能源和资源消耗较多，污染物排放较严重的部门之一。在资源、能源与环境的多重压力下，汽车产品的节能减排要求日趋严格。生命周期评价(Life Cyele Assessment，LCA)被誉为21世纪最有效的环境管理工具，它是评估产品过程或其活动给环境带来的负担的客观评价方法。汽车LCA的本质是检查、识别和评估某种材料、过程、产品或系统在其整个生命周期中的环境影响。

1 生命周期评价简介

1．1 生命周期评价的起源和发展

生命周期评价，最初应用可追溯到l969年美国可口可乐公司对不同饮料容器的资源消耗和环境释放所作的特征分析。1990年由“国际环境毒理学会与化学学会（Society of EnvironmentToxicology and Chemistry，SETAC)”首次主持召开了有关生命周期评价的国际研讨会。该会议首次提出了“生命周期评价”的概念。在以后的几年里，该组织对生命周期评价从理论到方法上进行了广泛的研究。1993年国际标准化组织开始起草IS014000国际标准，正式将生命周期评价纳入该体系。各种具有用户友好界面的LCA软件和数据库纷纷推出，促进了LCA的全面应用。

经过20多年实践，生命周期评价方法论的国际标准化取得了重要进展。l997年国际标准组织推出IS014040标准《环境管理一生命周期评价一日标与范围确定，清单分析》。2000年，IS014042《环境管理—生命周期评价—生命周期影响评价》，IS014043《环境管理—生命周期评价—生命周期解释》。

我国相继推出GB／T24040．1999《环境管理一生命周期评价一原则与框架》、GB／T24041．2000《环境管理一生命周期评价一目的与范围确定和清单分析》、GB／T24042．2002《环境管理一生命周期评价一生命周期影响评价》、GB／T24043．2002

《环境管理一生命周期评价—生命周期解释》、GB／T24044．2008《环境管理—生命周期评价—要求与指南》。

目前，生命周期评价的主流软件有SimaPr0、Gabi、Athena、Ecomanager、Team、Boustead Model和1 Umbert0等。

1．2生命周期评价的定义和意义

SETAC将生命周期评价定义为：“生命周期评价是一种对产品、生产工艺以及活动对环境的压力进行评价的客观过程，它是通过对能量和物质利用以及由此造成的环境废物排放进行辨识和量化来进行的，其目的在如果是刚刚购置的新装备或是长时间没有使用的疲劳实验机于评估能量和物质利用以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会。这种评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括原材料提取与加工，产品制造、运输及销售、产品的使用、再利用及维护，废物循环及最终废物弃置。”

生命周期评价是对产品或服务“从摇篮到坟墓”的全过程的评价；是一种系统性的、定量化的评价方法；是一种充分重视环境影响的评价方法；同时也是一种开放性的评价体系。

生命周期评价有助于企业在产品开发中选择有利于环境的绿色工艺；有助于企业实施生态效益计划，促进企业可持续发展；能够帮助企业有步骤、有计划地实施清洁生产；可以成为政府部门制定环境政策和建立环境产品标准的依据；优化政府的能源、运输和废物管理方案；可以对市场营销进行引导、指导“绿色营销”和“绿色消费”。

1．3生命周期评价实施步骤

IS014040标准将LCA的实施步骤分为目的与范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释四个阶段（如图l所示)。

1)目的与范围的确定：这是LCA的第一步，要清楚地说明开展此项生命周期评价的目的和原因，以及研究结果的可能应用领域。包

括：定义所研究的系统、确定系统边界、说明数据要求、指出重要假设和限制等。目的与范围的确定将直接影响到整个评价工作程序和最终的研究结论。

2)清单分析：对一种产品、工艺和活动在其整个生命周期内的能量与原材料需要量，以及对环境的排放量进行以数据为基同时可以根据GB、ISO、JIS、ASTM、DIN各种实验标准为用户提供多种实验方案和数据处理方式础的客观量化过程。清单分析开始于原材料的获取，中间过程包括生产／制造、输配、使用／消费、回收利用，结束于产品的最终处置。

3)影响评价：对清单分析阶段所识别的环境影响进行定量或定性的表征评价，即确定产品系统的物质、能量交换对外部环境的影响。影响评价包括：分类，特征化，量化。分类是将LCl中的输入和输出数据归到不同的环境影响类型的过程。特征化是将每一个影响类目中的不同物质转化和扩总成为统一的单元。量化是确定不同环境类型的相对贡献大小或权重，以期得到总的环境影响水平的过程。

4)结果解释：根据规定的日的和范围，综合考虑清单分析和影响评价提供的信息，寻求产品、工艺或活动的整个生命周期内减少能源消耗、原材料使用以及污染排放的可能，从而形成结论并提出建议。

2生命周期评价在汽车上的应用

2．1 汽车生命周期评价的特点

汽车生命周期评价包括生产工艺LCA、零部件LCA和整车的LCA等。其中整车的LCA最复杂，也最具代表性。汽车作为一种复杂的工业产品，在原材料加上阶段使用多种上业材料，制造过程分布在多个厂家，使用周期比较长。因此，

汽车的LCA具有过程复杂、数据收集难度大、生命周期阶段不完整等特点。

2．2汽车生命周期评价研究现状

2．2．1 汽车能源、环境评价工具的开发及全生命

随着对汽车与能源、环境关系认识的进一步向纵深发展，LCA已成为支持汽车工业可持续发展决策的有力手段之一，在这方面比较典型的是美国阿冈国家实验室的GREET模型，该模型的优势在于对不同能源产品、汽车类型等进行了详细分类，通过输入相关数据，可对不同汽车类型的能耗和排放分别进行计算。其不足之处在于，没有把能源与排放置于同一量纲下进行转化，也没有对经济体各个部门的相互关联以及对全社会的影响等因素考虑其中。

一些跨国汽车公司也在积极开展汽车生命周期评价研究，以应对末来针对汽车的生态标志标准、绿色采购政策，以及进行原材料的选择和市场宣传。奔驰汽车公司针对本公司的汽车产品开发了Daimler Benz工具，该工具全量化且完全具有环境影响评估功能，并且进行了空气清洁器的生命周期评价示范研究。菲亚特集团进行了汽车发动机生命周期评价示范研究。沃尔沃汽车公司进行了生命周期评价方法论研究，并与瑞典领带上业联盟和瑞典环境协会合作对沃尔沃汽车进行了生命周期评价。

近年来，国内的科研机构和学者也做了一定的研究：上海交通大学、中国汽车技术研究中心、清华大学、湖南大学、中国科学院、同济大学、重庆大学等均有不同侧重的研究成果，如中国科学院环境研究所开发了AGP(Assessmem forGreen Product)，将Input．Output分析方法引入全生命周期评价中，建立了Hybrid LCA评价方法。清华大学开发了绿色度生命周期分析系统

GPLCAS等。

2．2．2 汽车全生命周期评价方法与评价理论的改进

从研究内容来看，主要集中在两个方面：一是从用户的视角对某一产品的能耗排放进行评价，该类研究成果丰富；二是对某一阶段的节能减排绩效进行实证分析。在对能源与排放影响因子进行分析时，主要使用了包络数据分析法(DEA)、指数分解分析法(IDA)、结构分解分析法(SDA)等。尽管学者们使用的研究方法不同，但其研究侧重点主要集中于指标体系的创新，集中于对已开发或开发中技术的性能指标进行评价，而未考虑汽车技术变革对汽车能耗和排放的影响，尤其是对汽车回收利用阶段能耗和排放的影响分析和预测鲜有涉及。

清华大学李显君根据分析重点和评估对象，将汽车LCA分为以下三类：第一，回顾型LCA和预测型LCA。第二，物料生命周期评价方法与产品生命周期评价方法。第三，IVL／沃尔沃的EPS方法。环境优先策略(Environmental PriorityStrategies，EPS)系统是一个产品设计分析工具，目标是让设计人员选择那些环境影响最小的零部件。EPS最人的特点是对环境评价实现了量化处理，对汽车产品生命周期的评估具有很强的应用价值。但是，EPS的环境指数是否精确，目前还难以证明。

2．2．3 汽车节能减排技术预测与关键技术选择研究

近年来，美国、日本、德国和英国等主要发达国家相继开展技术预测或国家关键技术选择，从国家需求出发，探索末来电热水器科学技术的发展方向，为政府制定科技发展战略和科技政策提供依据，为产业界和广大社会公众提供末来科技发展信息。

我国对汽车节能减排技术预测与关键技术选择的研究刚刚起步，尚不能为国家汽车产业科技政策的制定提供系统科学的支撑，无论是广度和深度上都需进一步加强。清华大学欧阳明高提出了基于节能与新能源汽车的“过渡”与“转型”的双重发展战略和应采取的科技对策。但由于汽车产业牵涉面广，定量分析难度大，目前对于该方面的研究大多以定性分析为主，以评价数据为依据的技术预测和关键技术选择尚未开展。

2．2．4 电动汽车生命周期评价

目前，全球对于电动汽车的研究正方兴未艾，众多学者已开始应用LCA对电动汽车进行研究，

主要表现在以下几个方面：

1)电动汽车生命周期材料、能源、污染评价研究。如Campanari(2009)使用WTW的全生命周期模拟方法对使用电池或者燃料电池的车辆的能源与环境综合影响进行了研究。Vliet等(2011)研究了电动车的效率、成本和温室气体排放问题。在车用动力电池生命周期评价方面。HughMorrow(2001)针对电池组系统的环境影响与对人体健康的负而影响做了全生命周期研究。国内方面，如清华人学运用自己开发的生命周期评价分析模型Tinghua．CA3EM，对燃煤发电为基础的电动汽车与传统汽油汽车的生命周期能耗和排放相比较，研究了电动汽车行驶单位距离的全生命周期能耗和温室气体排放情况f欧阳明高、王贺武，2007；欧训民、覃-‘宁，2009)；重庆大学任玉(2010)通过评价电动汽车对经济、能源、环境3E体系的影响，揭示了经济、能源、环境三位。‘体在电动汽车发展中的内墩布池在规律与联系，同时，以追求3E系统整体效益最大化为原则和目的，提出了电动汽车的3E协调发展建议；在电动汽车环境效益分析方而，邢文(2003)、魏丹(2009)等引用了大量客观统计数据对电动汽车与传统汽车的环境效益进行了分析比较。然而，从目前可获得的文献来看，对于电动汽车生命周期而废旧泡沫塑料收受接收的渐渐鼓起评价的研究大多只停留在燃料循环模型的计算和分析阶段，而对电动汽车产品评价的研究才刚刚起步。

2)电动汽车的全生命周期成本分析。大多数研究仅限于分析计算电动汽车产品本身的生命周期成本，而未来对电动汽车生命周期成本的研究则将对各种不同来源形式的电能f如火电、水电、风电等)成本，以及充电基础设施、智能电等成本进行详绌论证与分析。

3)生命周期多目标优化研究。尽管学者们使用的研究方法不同，但其研究的侧重点主要集中在对已有产品评价后的优化改进，而且对影响因素的考虑也只是静态的，不具备预测功能和前瞻性。而电动汽车作为一种技术尚未完全成熟的产品，对其进行生命周期的多目标优化研究必须考虑动态影响因素，并对其进行相关预测。

2．2．5 生命周期评价在战略决策中的应用

大量学者开展的相关研究证明了生命周期评价在政府、企业战略决策上的重要性，如Jason(2000)利用可持续发展指标来改进不确定条件下的多日标环境决策的制定；Janssen(2006)发现战略政策的制定和经常使用的市场渗透率指标(如汽车销售量和基础设施的发展)存在很大的时滞，从而限制了决策者评估他们策略所取得的企业绩效的能力。Frenken(2004)认为不同技术与组织之间的竞争对节能汽车的发展具有积极意义，政府在制定汽车节能科技战略时不应过早锁定某项优势技术，Kent(2006)认为生物乙醇能否成功用于能源主要的影响因素就是政府的支持，其中对生物燃料产品进行税收优惠政策能起到极大的激励作用，孙林等(2006)利用CGE模型对中国已实施的乘用车耗油量限制政策、乘用车消费税修订政策以及燃油税政策、环保车补贴政策和将这些政策整合在一起的综合政策进行了情景实证分析。

3 汽车生命周期评价存在的问题及研究展望

3．1存在的问题

LCA方法在过去20多年中，得到了快速发展和广泛应用，但它还存在应用范围、评价范围、评价方法、数据收集等理论实践方面的不足。例如系统边界的设置、数据收集渠道和影响类型的选择存在主观性：用于清单分析和评价环境影响的模型具有局限性：数据量庞大、数据完整性和精度有限：在实际应用方面，目前完成费用较高，时间周期长。

3．2研究展望

汽车生命周期评价在中国的研究尚属于消化吸收阶段，目前LCA中比较成型的一些方法主要是依据发达国家的数据背景开发的，不适合中国国情。因此需要针对中国资源与环境现状，建立系统评价中国汽车生命周期环境影响的方法和模型，为制定汽车相关的环境政策和我国汽车产业的整体可持续发展战略提供参考。

汽车生命周期评价是一项涉及多因素、多目标的复杂系统上程，如何基于社会视角，考虑外部环境因素的动态变化，从材料、能耗、排放三个方面综合考虑其全生命周期综合绩效问题，是当今学术界亟待深入研究的新课题，对我国加快培育战略性新兴产业、实现汽车产业节能减排目标和可持续发展具有深远意义。