基于GABI的液晶電視機環境影響評價

王玲 萬超 符永高 趙新 杜彬

（中國電器科學研究院有限公司 廣東珠海 510300）

隨著環境的惡化和資源的枯竭，國際節能減排的呼聲日趨激烈，這直接促使產品的環境影響成為當今最熱門的研究領域之一。美國國家標準與技術研究院正在進行制造過程碳排放的分析研究[1]，該研究在制造過程中引入公差的概念，旨在描述碳排放的統計值，在數據采集過程中，以電能為唯一要素。Jeswiet J等[2]以制造過程中的能耗為度量，將其與碳排放掛鉤，將電網的碳排放標志定義為CES（Carbon Emission Sign），可以間接地計算出制造過程中的碳排放。孫良峰等[3]通過對產品機構的分層、遞階劃分及對工藝過程碳排放的逐層提取，能準確定位各層高碳排放零部件。文獻[4]使用生命周期評價方法結合情景分析手段研究轉爐鋼渣內部綜合利用在消解粗鋼產品生命周期碳排放上的作用。

雖然關于碳排放的研究很多，但也存在不足之處：(1)多數學者將研究的焦點集中于碳排放方法的開發，引用的實例只是作為佐證研究方法的一種存在，結果的精確性有待商榷；(2)一般的研究方法只能針對某些特殊產品，局限性較大，難以推廣；(3)由于產品材料、結構、工藝、人類的生活習慣等千差萬別，計算產品的環境影響時應該對上述因素進行適當取舍；(4)碳排放是環境影響的一部分，評價范圍應該擴大。

本文以GABI為工具，計算液晶電視機制造過程的環境影響，為節能減排確定方向。

1 液晶電視機評價范圍的取舍

產品的生產往往伴隨著廢料、廢氣、廢水、噪聲等有害物質的產生，這些有害物質都是造成環境負擔的原因。問題在于，如何界定這些有害物質來源的范圍。以液晶電視機為例，一般考慮其全生命周期的環境影響，即材料生產階段、零部件生產階段、運輸機段、使用階段、回收階段。然而生命周期分析的目的在于找到對環境影響較大的結構、系統或時間范圍，有針對性的進行材料、結構工藝、生產工藝的改進。液晶電視機使用過程的環境影響遠大于其他階段，但使用階段的環境影響更多的與人們的生活習慣緊密相連，在技術改進層面空間潛能較小。所以本文對液晶電視環境影響分析的范圍不包括使用階段。

則，液晶電視機生命周期環境影響如下表示：

式中，EMAT為材料生產階段的環境影響；EMAU為零部件制造過程的環境影響；ETRA為運輸過程的環境影響；EREC為回收階段的環境影響；i為第i種排放指標；j為第j種材料的排放量；p為生產第p個零件的排放量；q為第q種運輸工具的排放量；h為第h個零件的回收排放量。

2 液晶電視機的清單分析

清單分析是進行生命周期分析的前提和基礎，數據清單的準確性直接決定著結果的可靠與否。圖1為液晶電視結構爆炸圖。

2.1 數據收集

區域：中國（廣東地區）；

產品：某企業液晶電視機；

完整性：數據差異不大；

取舍原則：將液晶電視機的使用階段排除在外，去除所占比例低于5%的材料；

時間范圍：2013~2014年度。

2.2 數據來源

液晶電視機的活動數據包括初級數據和次級數據。初級數據主要通過向企業發放問卷調查以及親自到車間采集得到；次級數據來源于GABI 數據庫，常見材料的碳排放量見表1。

2.3 數據清單

2.3.1 原材料生產階段。

原材料生產階段主要考慮鋼、鐵、銅、玻璃、塑料等材料從自然界流入人類社會所造成的環境影響。液晶電視機材料生產階段的數據見表2。

2.3.2 零部件生產制造階段

生產制造階段的主要考慮各零部件制造、電視機裝配、固定件安裝、測試等工藝過程的環境影響。該階段的數據主要包括每一個工藝過程的工藝設備功率以及工藝所需的時間，根據GB/T 8059，抽取三臺樣機做平均值得到的數據比較可靠。本文采用該方法收集數據，零部件制造階段的數據如表3。

2.3.3 運輸階段

運輸階段分為從零部件供應廠商到生產企業的供貨過程、生產企業到產品銷售廠商的分銷過程、消費者從產品銷售廠商進行購買的過程和廢棄物運輸到回收企業的過程，運輸階段數據見表4。

2.3.4 回收階段

回收階段的回收方式主要包括了破碎、焚燒填埋、材料回收和零部件回收等幾種。設定該階段的電能供應來源于華南電網，產品的材料回收利用率為80%，回收階段數據見表5。

3 液晶電視機生命周期分析

3.1 前期計算

通過GABI軟件對液晶電視機生命周期各階段進行分析，分析需要的數據見本文第2節。由于液晶電視機內部零件較多，本文將液晶電視機分為外殼系統、液晶屏系統、控制系統、輔助系統四大系統。限于篇幅，這里僅對外殼系統進行生命周期分析，見圖2。

采用CML2001-DEC，07，Experts IKP指標，進行環境影響分析時將液晶電視機的環境影響分為六類，即生物滅絕潛能、酸化潛能、富營養化潛能、全球變暖潛能、臭氧消耗潛能、光化學潛能等。不同的材料、能源、工藝方法導致不同的環境影響結果，見表6，圖3、圖4。

3.2 生命周期評價及解釋

生命周期影響評價是在完成清單分析和GABI 前期計算后進行的，旨在根據產品的環境影響進行評估，實質是對清單分析的結果進行定性或定量排序的一個過程。影響分析是LCA的核心，也是難度最大的部分。

表1 常見材料的碳排放當量

表2 液晶電視機的材料構成

表3 液晶電視機零部件生產階段數據

表4 液晶電視機運輸階段數據

表5 液晶電視機回收階段數據

表6 液晶電視機不同系統環境影響（單位 kg）

從橫向來看，外殼系統的環境影響最大，占全生命周期61.44%。原因是外殼系統的重量所占比重較大，為65.42%，原材料生產階段的環境影響較大。此外，外殼系統零部件結構復雜，工藝過程消耗的能量以及廢棄的材料較多；輔助系統因為零件數量較少，加工工藝簡單，環境影響最小，為1.29%。從環境指標來看，生物滅絕潛能、酸化潛能、富營養化潛能、臭氧消耗潛能、光化學潛能所占的比例很小，分別為1.38%、1.08%、0.69%、0.00%、0.063%，液晶電視機的環境影響主要體現為全球變暖潛能。從縱向來看，原材料生產階段占的比重最大，為63.55%，材料生產階段，全球變暖潛能表現最為明顯，占到整個材料生產階段的98.32%。臭氧消耗潛能和富營養化也較為突出，二者之和占1.66%，可能是因為控制板和液晶屏中的錫和液晶材料導致。制造階段的富營養化也有所體現，這是因為零部件生產過程中，廢棄材料導致的。回收階段為負值，說明材料回收對環境影響其阻礙作用，即回收有利于降低液晶電視機的環境影響。

通過以上分析，對液晶電視機的改進建議如下：

（1）由圖3圖4可知，外殼系統和材料生產階段產生的環境影響所占的比例最大，由此可以推出，改善外殼系統材料的環境屬性可以有效地降低液晶電視機的環境影響。

（2）由圖3可知，液晶屏和控制系統的臭氧消耗潛能和富營養化潛能表現突出，考慮采用新的液晶材料和PCB板的焊料。

（3）回收制造階段的廢棄材料可以降低富營養化潛能。

（4）液晶電視機的廢棄回收能夠積極的抑制液晶電視機全生命周期的環境影響。

4 結論

本文以液晶電視機為研究對象，對液晶電視的材料生產階段、零部件制造階段、運輸階段、回收階段的環境影響做了詳細的評估和分析。結果表明，液晶電視的環境影響主要體現在全球變暖潛能。材料生產階段和外殼系統的環境影響較大，而液晶屏系統和控制系統的生物滅絕潛能、酸化潛能、富營養化潛能表現也較明顯。為液晶電視機的綠色設計與制造提供了指導。

[1]AMETA G, MANI M，et al.Carbon weight analysis for machining operation and allocation for redesign [EB/OL].[2011-03-05].http://www.nist.gov/cgi-bin/view_pub.cgi? pub_id=901525, December

[2]Jeswiet J, Kara S.Carbon emissions and CESTM in manufacturing [J].CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2008, 57(l):17-20.

[3]孫良峰,裘樂淼,張樹有,伍曉榕.面向低碳化設計的復雜裝備碳排放分層遞階模型[J].計算機集成制造系統,2012, 11（18）:2381-2390

[4]陳波,楊建新,歐陽志云.鋼渣內部綜合利用碳減排效果的生命周期評價[J].中國人口資源與環境, 2010,20(10):30-34