景德鎮日用陶瓷生產的生命周期評價（LCA）初探

夏光華 左建林

（景德鎮陶瓷學院材料科學與工程學院，江西景德鎮333403）

景德鎮日用陶瓷生產的生命周期評價（LCA）初探

夏光華 左建林

（景德鎮陶瓷學院材料科學與工程學院，江西景德鎮333403）

對不同裝飾工藝過程的日用陶瓷進行輸出輸入的清單分析以及相應生命周期各階段環境影響潛值的統計計算與分析，結果表明，景德鎮地區日用陶瓷生產產生的環境影響潛值為釉上彩0.259，釉中彩0.287，釉下彩0.229。日用陶瓷生產的生命周期評價(LCA)作為一種有效定量分析工具可為該類產品實施ISO14000認證提供有效的技術支持。

日用陶瓷生產，生命周期評價(LCA)，釉上，釉中，釉下

1 前言

我國是傳統日用陶瓷生產大國。然而，傳統日用陶瓷生產工藝具有資源和能源消耗大、對環境產生污染等特點，涉及到多種生產加工過程。按生命周期各階段的能源、資源消耗和污染物排放進行比較分析，可以系統地認識各工藝過程環境負荷及能源、資源消耗，從而為日用陶瓷生態產品的設計提供幫助。本文遵循ISO14040-14043系列標準[1-4]，擬對景德鎮地區不同裝飾工藝的日用陶瓷生產進行較為系統地LCA評價。

2 研究對象與功能單位

研究對象為三種不同彩飾的陶瓷產品，因為日用陶瓷制品按裝飾工藝劃分：釉上彩、釉中彩和釉下彩。釉上彩陶瓷以釉面貼花為代表，是當今市場上的大眾產品；釉中彩是通過彩烤使花色滲入釉層內的一類陶瓷，是國內外陶瓷行業公認的高檔日用瓷。它具有裝飾顏色品種豐富和高光澤、無鉛鎘溶出危害等特點；而釉下彩陶瓷是指釉層下的花色裝飾，以中國景德鎮青花瓷為代表，還有藍花、五彩等，具有釉面晶瑩潤澤、白里泛青、高雅玉潔和無鉛鎘溶出危害等優點。

功能單位采用1噸日用陶瓷產品。

3 研究目標與系統邊界

研究目標是通過分析景德鎮地區日用陶瓷生產不同生命周期階段的資源消耗與環境排放，建立我國日用陶瓷生產生命周期基礎數據庫，辨識現有陶瓷生產工藝各過程對環境影響的相對大小，找出影響環境現狀的主要干擾因子，尋求改善生產工藝和產品結構的措施，并提供開展清潔生產的機會與途徑，為進一步開展、實施ISO14000標準提供技術支持。

本研究根據 ISO14041標準[2]，結合研究目標及我國陶瓷工業普遍采用的工藝流程，確定了系統邊界,主要包括配料、成型、燒成和彩烤生產過程（見圖1）。范圍界定在直接采用標準化原料和直接廢物排放，不考慮原料加工、輔助材料制造等過程。坯體干燥以窯體余熱為主要熱源。燃料為焦化煤氣，不考慮其制備過程。

傳統日用陶瓷生產多使用天然礦物原料，由于其直接來自自然界，經過漫長的演變過程，其組成及存在形式與周圍環境達到了最佳的協調與穩定，以此制成的制品廢棄后，與周圍環境也會有較好的親和性，不會對水系和土壤造成污染。另外，還由于陶瓷制品使用壽命長，相對環境負荷小，對人體不會產生直接危害，無二次污染，因而暫不考慮其最終的廢棄處置。

4 輸出輸入清單

根據上述邊界劃分，將景德鎮日用陶瓷生產的生命周期各階段進一步細化為相對獨立的過程單元，并進行相關數據的收集與統計。

數據主要來源于《日用陶瓷工業手冊》，景德鎮陶瓷工業設計研究院的《工廠設計技術報告》資料；其次為發表的相關文獻資料，企業生產運行實測數據，環保部門的監測報告和相關研究的文獻等[5-7]。

景德鎮日用陶瓷生產生命周期各階段資源、能源消耗和污染物排放清單分析計算結果如表1所示。

5 生命周期影響評價

根據清單分析結果，遵循ISO14042標準，將日用陶瓷生產的環境影響類型分為全球變暖、酸化、富營養化、煙灰塵和固體廢棄物五種[8]，前三種分別以CO2、SO2和NO3-為參照物。根據各環境干擾因子與參照物之間的當量關系[9]，計算出每種影響類型的環境影響潛值，然后對其進行標準化和賦值，得到賦權后環境影響潛值，其中的標準化基準和賦權評估中權重大小的確定采用楊建新等《中國產品生命周期影響評價模型》中的計算結果[10-12]。

影響評價的結果表明（見表2）：不同裝飾工藝生產的日用陶瓷總的環境影響潛值分別為釉上彩0.47、釉中彩0.52、釉下彩0.41。同時從圖2也可看出，無論何種環境影響類型，釉上和釉中彩瓷的潛值均高于釉下彩的，以釉下彩的環境影響潛值最小，可促進其綠色產品化；釉上彩居中，但它在使用過程中存在鉛鎘溶出危害，且不宜作為微波爐用瓷；我們發現，作為高檔日用瓷的釉中彩瓷的潛值最高，而這點一直未被人們所認識。

6 生命周期解釋

6.1 資源與能源消耗

陶瓷原料是地殼中含量豐富的硅、鋁、鈣、鎂等元素的氧化物、碳化物、氮化物，屬于高克拉克指數材料。從宏觀上看，資源地域分布廣，幾乎不受制約。因此，資源消耗不會約束陶瓷工業的發展。

日用陶瓷各個階段都要消耗一定的能源。從表1中可知，釉中彩陶瓷能耗最大，釉上次之，釉下最小。本研究中采用的能源為清潔氣體燃料，從而大大減少了各種污染物排放，提高了熱效率。

表1景德鎮生產1噸陶瓷的生命周期清單Tab.1 Life cycle inventory for producing 1 ton of household porcelain

6.2 生命周期各階段重大問題的確定

為了進一步確定和分析生產過程的環境影響及對生命周期各階段的主要貢獻，對釉上彩、釉中彩和釉下彩陶瓷生命周期各階段的環境影響類型進行貢獻分析，以確定具有最大貢獻的環境干擾因子或過程[4]。通過數據分析，在日用陶瓷生產中環境干擾因子對環境影響類型的貢獻率有很大差異。在全球變暖、酸化和富營養化影響中主要的干擾因子分別為CO2，SO2、NOx，表明陶瓷生產中氣體污染排放物相對而言對環境影響最大，這也正是陶瓷清潔生產中要求使用清潔氣體燃料的緣故。對環境的污染主要集中在燒成和彩烤過程中，這也正是釉下彩瓷環境影響潛值最小

的根本原因。

表2三種日用陶瓷的生命周期影響評價Tab.2 Life cycle impact assessment for three kinds of household porcelain

7 結論

（1）通過對景德鎮地區日用陶瓷生產的生命周期評價得出以下結論：

從環境影響的角度，生命周期評價可作為一種定量分析工具促進陶瓷生態產品設計和工藝過程與環境相協調發展。

（2）生命周期影響評價結果表明，景德鎮地區日用陶瓷生產總的環境影響潛值分別為釉中彩0.52、釉上彩0.47、釉下彩0.41。與環境影響密切相關的工藝過程為燒成與彩烤，改進措施為降低能耗；降低廢水排放，強化資源再利用。

（3）對不同工藝技術的比較研究，釉下彩比釉中彩更具環境的優越性，釉中彩的焦點在于能耗偏大。根據我國國情，作為高檔日用瓷，釉下彩（尤為中國青花瓷）從社會經濟及可持續發展角度更具綜合實力，理應發揚光大，并且它還較好地符合ISO14000標準，這是本次研究的最大成果。通過建立并運行ISO14000環境管理體系將有助于我國釉下彩瓷的國際化，減少非關稅貿易壁壘，提高中國陶瓷產品的國際市場競爭力。

（4）對不同工藝過程的環境影響類型比較，生產過程的固體廢棄物最大，但其基本上在生產中被循環再利用。廢水的排放量為18t/t瓷,其中SS顯著偏高，因而建議生產中循環使用。相對而言，溫室氣體排放量較大，產生的全球變暖影響潛值釉中彩0.287、釉上彩0.259、釉下彩0.229。

1 GB/T.24040-1999,ISO14040.環境管理-生命周期評價-原則與框架

2 GB/T.24041-2000,ISO14041.環境管理-生命周期評價-目的與范圍的確定和清單分析

3 GB/T.24042-2002,ISO14042.環境管理-生命周期評價-生命周期影響評價

4 GB/T.24043-2002,ISO14043.環境管理-生命周期評價-生命周期解釋

5楊物華.陶瓷工廠設計參考.南京：南京大學出版社,1993

6黃浪歡等.陶瓷窯爐NOX的污染與防治.中國陶瓷,2000,(6): 23～25

7尹奇德等.陶瓷清潔生產研究.陶瓷.2001,(5):36～39

8楊建新.生命周期環境影響類型分類研究.上海環境科學, 1999,18(6)

9 Wenzel H,Hauschild M,Alting L.Environment Assessment of Products.London:Chapman&Hall,1997

10楊建新等.中國產品生命周期影響評價方法研究.環境科學學報,2001,21(2)

11 Nielsen P H and Yang J X.Chinese normalization references and weighting factors-according to the EDIP impact assessment method. Department of Manufacturing Engineering,Technical University of Denmark,KPD 19-99

12 http://ipt.dtu.dk/employ/pn.htm

Abstract

This paper illustrates the inventory analysis of the household ceramic output and input in different decorating processes,and the environmental impact potential at each stage of their life cycle is calculated and explained.The results show:the environmental impact of overglaze,inglaze,and underglaze decoration is 0.287,0.259 and 0.229,respectively. LCA of household porcelain production is an effective tool for quantitatively evaluating the ecological design of a product.

Keywords household porcelain production,life cycle assessment,overglaze,inglaze,underglaze

LIFE CYCLE ASSESSMENT OF HOUSEHOLD PORCELAIN PRODUCTION

Xia Guanghua Zuo Jianlin
（School of Materials Science and Engineering,Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen Jiangxi 333403,China）

TQ174.73

A

1000-2278（2010）04-0617-06

2010-06-29

國家自然科學基金資助（編號：50562002）

夏光華，E-mail:xiagh6565@163.com