廢舊衣物回收資源化利用典型模式及其環(huán)境績效分析

姜 濤， 周 麗， 王 琳， 程偉釗， 周安展

(1. 工業(yè)和信息化部電子第五研究所 環(huán)境與綠色發(fā)展中心， 廣東 廣州 510610； 2. 中國紡織工業(yè)聯(lián)合會， 北京 100020； 3. 布魯克大學(xué)， 加拿大 尼亞加拉區(qū) L2S 3A1)

紡織服裝是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹饕M品之一，每年需求量巨大，而且呈逐年上漲趨勢。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，衣物使用周期越來越短，越來越多的衣物會在2～3年甚至更短的時間內(nèi)被淘汰。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究報告數(shù)據(jù)顯示，我國廢舊衣物每年的產(chǎn)生量從2013年的2 007.3萬t增長至2017年的2 600萬t，增長幅度約為30%[1-2]。

紡織服裝使用后進入廢棄階段，大致有4種處置方式，即再使用(二次使用)、再循環(huán)(資源化利用)、焚燒和填埋。從社會綠色發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟的角度出發(fā)，廢舊衣物具有很高的利用價值，經(jīng)過回收、分揀、再利用以及資源化的過程可實現(xiàn)廢舊衣物變廢為寶。然而，在我國每年產(chǎn)生的2 600萬t廢舊衣物中，僅有約233萬t被再次利用，利用率不到10%[1,3]，對于絕大多數(shù)廢舊衣物，國內(nèi)還是采用焚燒法和填埋法進行處置，這些粗放的方式不僅浪費了有用的資源，同時也對環(huán)境造成了危害[4-6]。

針對以上問題，國家已經(jīng)出臺了一系列政策文件推動廢舊衣物乃至紡織品的回收和資源化利用[7]，然而具體工作中仍然存在方式單一，效率不高，回收環(huán)節(jié)與再生利用產(chǎn)業(yè)銜接不夠等問題，尚未形成完整的廢舊衣物回收再利用產(chǎn)業(yè)鏈。同時對于廢舊衣物回收利用的相關(guān)研究比較少，國內(nèi)有關(guān)廢舊衣物回收利用過程的環(huán)境績效也鮮有報道[8]。本文介紹分析了一種由品牌企業(yè)牽頭引導(dǎo)的廢舊衣物回收資源化利用典型模式，并且以全生命周期評價方法(LCA)為基礎(chǔ)，研究計算了該典型模式的環(huán)境績效。

1 廢舊衣物回收利用典型模式

廢舊衣物回收資源化利用過程中的主要參與方包括消費者、回收商和資源化利用企業(yè)。其中回收商起到重要的銜接作用，可將社會上分散的廢舊衣物收集，并通過分揀、打包運送到資源化利用企業(yè)。要形成可持續(xù)運作的廢舊衣物回收資源化利用模式，需要重點考慮其經(jīng)濟動力問題，而其中最關(guān)鍵的一點是資源化利用企業(yè)能否賦予廢舊衣物新的生命力，開發(fā)生產(chǎn)的新產(chǎn)品有無市場需求和競爭力。

目前，我國廢舊衣物回收資源化利用產(chǎn)業(yè)處于起步階段，要解決以上動力問題，讓品牌企業(yè)融入廢舊衣物回收資源化利用過程具有可操作性和可行性。在這種思路下，由品牌企業(yè)引導(dǎo)的廢舊衣物回收資源化利用模型如圖1所示。品牌企業(yè)不僅可利用其品牌影響力和資本運作能力主導(dǎo)和建立有序、流向清晰的廢舊衣物回收、分揀流程和渠道，還可利用其市場號召力、設(shè)計開發(fā)能力與廢舊衣物回收資源化利用企業(yè)合作，根據(jù)市場需求或自身需求進行產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)，為廢舊衣物提供再生利用方向。

圖1 品牌企業(yè)引導(dǎo)的廢舊衣物回收資源化利用模型圖Fig.1 Model diagram of waste clothing recycling and resource utilization guided by brand enterprises

在品牌企業(yè)的牽頭帶動和銜接合作下，對于資源化利用企業(yè)而言，一方面有效解決了原材料來源問題，同時生產(chǎn)的再生產(chǎn)品有了市場保障；對于消費者和社會而言，有了便捷、明確的回收渠道，有利于增強消費者綠色環(huán)保意識，形成全社會綠色低碳的生活方式。

某國際綜合性體育用品品牌企業(yè)，利用其連鎖店面在全國范圍內(nèi)搭建了廢舊衣物回收網(wǎng)點，覆蓋了上海、東莞、鄭州、杭州、撫順和長春等6個城市，并聯(lián)合廢舊衣物利用企業(yè)，形成了由品牌企業(yè)引導(dǎo)的廢舊衣物回收資源化利用模式，該模式具體的模型示意圖如圖2所示。其中，該品牌企業(yè)負責(zé)組織建立回收網(wǎng)點，宣傳引導(dǎo)消費者進行廢舊衣物的回收，另外也對其門店庫存的衣物進行回收；同時，該品牌商還與2家資源化利用企業(yè)合作，一家負責(zé)拆解廢舊羽絨服，將舊羽絨進行加工，形成再生羽絨；另一家企業(yè)對非羽絨類衣物進行再制造加工，制成物流托盤等工業(yè)產(chǎn)品。在該過程中產(chǎn)出的再生羽絨和物流托盤產(chǎn)品可被品牌企業(yè)回購使用，同時2家企業(yè)也可根據(jù)市場需求銷售給其他企業(yè)。

圖2 典型廢舊衣物回收資源化利用模型示意圖Fig.2 Schematic diagram of typical waste clothing recycling and resource utilization model

2 環(huán)境績效計算方法

2.1 環(huán)境績效計算分析思路

上述典型模式明顯避免了廢舊衣物常規(guī)回收處置方式中的環(huán)境污染和資源浪費問題，但廢舊衣物被資源化利用的過程中又會有新的資源能源消耗和污染物排放。如果要推廣或優(yōu)化這種由品牌企業(yè)引導(dǎo)的廢舊衣物回收資源化利用模式，需要通過具體的量化方法，深入評價這種典型模式的環(huán)境績效。本文研究主要從以下3個方面對其環(huán)境績效進行計算分析。

1)品牌企業(yè)對廢舊衣物進行回收，避免了廢舊衣物被填埋或焚燒造成的資源浪費和環(huán)境污染，從而獲得的環(huán)境績效；

2)將廢舊衣物加工成再生托盤替代原生塑料托盤，將再生托盤的生命周期環(huán)境影響與原生塑料托盤的生命周期環(huán)境影響進行對比，可能獲得的環(huán)境績效；

3)對廢舊衣物中的羽絨進行再生加工，再生羽絨的生命周期環(huán)境影響與原生羽絨的生命周期環(huán)境影響進行對比，可能獲得的環(huán)境績效。

本文研究中介紹的典型廢舊衣物回收資源化利用模型的環(huán)境績效計算分析思路如圖3所示。

圖3 典型廢舊衣物回收資源化利用模型環(huán)境績效計算分析思路圖Fig.3 Conceptual diagram of environmental performance calculation and analysis of typical waste clothing recycling and resource utilization model

2.2 環(huán)境績效計算的功能單位與系統(tǒng)邊界

2.2.1 功能單位

功能單位是對所研究對象性能的定量描述，為了能夠比較同一類型的不同研究對象，需要選擇一個具有可比性的功能單位[9-10]。本文研究中，廢舊衣物回收資源化利用的鏈條較長，且存在不同物質(zhì)的再生轉(zhuǎn)化，為了便于研究分析，在確定功能單位時，也需要根據(jù)前文介紹的3個方面分別確定功能單位。

對于廢舊衣物回收，避免填埋或焚燒帶來的環(huán)境效益，以1 kg廢舊衣物為功能單位。根據(jù)目前國內(nèi)廢舊衣物處置方式，本文研究設(shè)定其中65%的廢舊衣物會被填埋處置，35%廢舊衣物會被焚燒處置[11]。

對于再生托盤與原生塑料托盤生命周期對比的環(huán)境效益，從2種產(chǎn)品具備相同的承載能力出發(fā)，選取了靜載能力為1.5 t的1個物流托盤為功能單位。

對應(yīng)1.5 t靜載能力，再生托盤的質(zhì)量規(guī)格為18 kg/個，原生塑料托盤質(zhì)量規(guī)格為9 kg/個，其中包括4.5 kg的聚丙烯(PP)，4.5 kg的高密度聚乙烯(HDPE)。

對于再生羽絨和原生羽絨生命周期對比的環(huán)境效益，選取1 kg羽絨產(chǎn)品為功能單位。

2.2.2 系統(tǒng)邊界

本文研究中的系統(tǒng)邊界也需從3個方面進行確定。如果廢舊衣物沒有被資源化回收利用，往往會按生活垃圾處置，因此廢舊衣物被回收避免焚燒或填埋產(chǎn)生的環(huán)境效益的邊界包括收集、運輸和最終處理的全過程。該環(huán)節(jié)的系統(tǒng)邊界具體如圖4所示。

圖4 廢舊衣物回收環(huán)節(jié)所生產(chǎn)的環(huán)境績效計算分析系統(tǒng)邊界示意圖Fig.4 Schematic diagram of boundary of environmental performance calculation and analysis system produced in recycling process of waste clothes

對于再生產(chǎn)品和原生產(chǎn)品生命周期對比的環(huán)境績效計算分析，因其環(huán)境績效差別主要集中在原材料的獲取和生產(chǎn)、原材料的運輸以及產(chǎn)品的生產(chǎn)等階段，后續(xù)產(chǎn)品的使用、廢棄或回收等階段的環(huán)境影響基本相同，不納入本文研究范圍，具體計算分析系統(tǒng)邊界如圖5、6所示。

圖5 再生托盤生產(chǎn)環(huán)境績效計算分析系統(tǒng)邊界示意圖Fig.5 Schematic diagram of boundary of environmental performance calculation and analysis system for recycled pallet production

圖6 再生羽絨加工環(huán)境績效計算分析系統(tǒng)邊界示意圖Fig.6 Schematic diagram of the boundary of environmental performance calculation and analysis system for recycled down processing

2.3 環(huán)境影響類型的確定

根據(jù)原生塑料托盤、原生羽絨生產(chǎn)以及廢舊衣物回收資源化利用模式過程中的主要資源能源消耗和污染物排放情況，本文研究選取了非生物資源消耗(化石燃料)、全球變暖、光化學(xué)臭氧合成、酸化和富營養(yǎng)化5種環(huán)境影響類型指標進行計算分析。各環(huán)境影響類型指標及其對應(yīng)的主要清單因子等信息見表1。

表1 環(huán)境影響類型指標及清單因子Tab.1 Environmental impact type indicators and inventory factors

2.4 數(shù)據(jù)來源及計算方法

本文研究過程中，廢舊衣物被填埋和焚燒的相關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于文獻資料[12-14]，其中電力、汽油等生產(chǎn)背景數(shù)據(jù)參考Simapro 8軟件內(nèi)置數(shù)據(jù)庫。

原生塑料托盤、再生托盤的原材料消耗數(shù)據(jù)、原材料運輸數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過程中的排放數(shù)據(jù)均由實際調(diào)研獲得，相關(guān)原材料加工以及能源消耗的背景數(shù)據(jù)參考Simapro 8軟件內(nèi)置數(shù)據(jù)庫。

再生羽絨和原生羽絨原材料消耗數(shù)據(jù)、原材料運輸數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)過程的排放數(shù)據(jù)均由企業(yè)調(diào)研獲得，原材料加工的背景數(shù)據(jù)參考了相關(guān)企業(yè)的碳足跡報告及Simapro 8軟件內(nèi)置數(shù)據(jù)庫。

本文研究中環(huán)境績效的計算分析采用了全生命周期評價的方法學(xué)，通過對系統(tǒng)邊界范圍內(nèi)各種消耗和排放數(shù)據(jù)進行收集和清單分析，再對相關(guān)影響因子進行特征化處理，從而得到最終的環(huán)境績效。

3 環(huán)境績效計算結(jié)果與分析

3.1 廢舊衣物回收環(huán)節(jié)環(huán)境效益

通過對數(shù)據(jù)的分析和特征化處理，得到了將廢舊衣物回收，避免其被填埋和焚燒所帶來的環(huán)境績效具體如表2所示。

表2 廢舊衣物處置環(huán)境影響特征化結(jié)果Tab.2 Characterization results of environmental impact of waste clothing disposal

由表2可見，1 kg廢舊衣物被填埋和焚燒處置需消耗0.33 MJ的能源，同時排放1.17 kgCO2eq溫室氣體，造成光化學(xué)臭氧影響2.24×10-4kgC2H4eq，酸化影響3.57×10-4kgSO2eq和富營養(yǎng)化影響6.92×10-5kgPO43-eq。品牌企業(yè)對廢舊衣物進行有效的回收，可減少這些環(huán)境影響。

3.2 再生塑料托盤生產(chǎn)環(huán)境績效

根據(jù)選用的環(huán)境影響類型和計算模型，對數(shù)據(jù)進行計算分析和特征化處理，得到了生產(chǎn)1個再生托盤和1個原生塑料托盤的環(huán)境影響特征化結(jié)果，如表3所示。

表3 再生托盤和原生塑料托盤環(huán)境影響特征化結(jié)果Tab.3 Environmental impact characterization results of recycled pallets and virgin plastic pallets

由表3可知，除富營養(yǎng)化(EP)外，再生托盤在非生物資源消耗(化石燃料)(ADPF)、全球暖化(GWP)、光化學(xué)臭氧合成(POCP)、酸化(AP)等4個方面的環(huán)境影響均低于原生塑料托盤。相同載重的1個原生塑料托盤生產(chǎn)加工消耗630 MJ的能源，再生托盤的制造加工會消耗163 MJ的能源，為原生塑料托盤消耗量的25.8%；在全球暖化方面，原生塑料托盤的制造產(chǎn)生溫室氣體排放為21.50 kgCO2eq，再生托盤的制造加工產(chǎn)生溫室氣體排放為11.80 kgCO2eq，是原生塑料托盤排放量的55%；而再生托盤在光化學(xué)煙霧和酸化效應(yīng)方面的影響，分別為原生塑料托盤的48%和56%。在富營養(yǎng)化方面，再生托盤的影響為9.17×10-3kgPO43-eq，要略高于原生塑料托盤的8.43×10-3kgPO43-eq。

利用Simapro 8軟件對再生托盤和原生塑料托盤2種產(chǎn)品的環(huán)境影響特征化結(jié)果進行標準化，并進一步加權(quán)處理，從而得到2種產(chǎn)品的主要生命周期階段環(huán)境影響負荷，如表4所示。

表4 再生托盤和原生塑料托盤主要生命周期階段環(huán)境影響負荷對比Tab.4 Comparison of environmental impacts of recycled pallets and virgin plastic pallets in main life cycle stages

在原材料生產(chǎn)與獲取階段，再生托盤的環(huán)境影響遠低于原生塑料托盤，占原生塑料托盤的1.3%，主要原因是原生塑料托盤使用的PP和HDPE等塑料顆粒的生產(chǎn)需要消耗大量的石油、天然氣等原料，對環(huán)境影響較大；而再生托盤的主要原材料為廢舊衣物，不需要經(jīng)過原油開采和精煉等過程，大大減少了原料生產(chǎn)過程的能源資源消耗和污染物排放。在原材料運輸階段和生產(chǎn)階段，再生托盤的環(huán)境負荷均高于原生塑料托盤，其中在生產(chǎn)階段，2種產(chǎn)品的環(huán)境負荷差距不大，而在原材料運輸階段，再生托盤的環(huán)境負荷相對較大，原生塑料托盤環(huán)境負荷僅為其10.5%。由前面數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程可知，再生托盤的主要原材料廢舊衣物來自于全國各地，最遠的回收點距離再生托盤生產(chǎn)企業(yè)可達2 000 km，而運輸距離長導(dǎo)致運輸費用高和污染物排放量多；對比而言，原生塑料托盤的原材料供應(yīng)來源較多，大致在500 km內(nèi)可獲得所需原材料，大大減少了運輸費用和運輸過程的污染物排放。

3.3 再生羽絨加工環(huán)境績效

通過對數(shù)據(jù)的分析和特征化處理，得到了再生羽絨和原生羽絨的環(huán)境影響特征化結(jié)果，具體如表5所示。

表5 再生羽絨和原生羽絨環(huán)境影響情況Tab.5 Environmental impact of recycled down and original down

由表5可知，對于5種環(huán)境影響類型，再生羽絨的環(huán)境影響遠低于原生羽絨的環(huán)境影響。在化石燃料消耗方面，加工生產(chǎn)1 kg原生羽絨消耗1 150 MJ能源，加工生產(chǎn)1 kg再生羽絨消耗10.6 MJ能源，為原生羽絨的0.92%；在全球暖化方面，原生羽絨加工產(chǎn)生179 kgCO2eq排放，再生羽絨加工產(chǎn)生0.93 kgCO2eq排放，為原生羽絨排放量的0.52%；在光化學(xué)臭氧合成、酸化和富營養(yǎng)化等方面，再生羽絨的環(huán)境影響分別為原生羽絨的0.67%、0.61%和0.18%。

同樣利用Simapro 8軟件對再生羽絨和原生羽絨2種產(chǎn)品環(huán)境影響特征化結(jié)果進行標準化，并進一步加權(quán)處理，從而得到2種產(chǎn)品的主要生命周期階段的環(huán)境影響負荷對比情況，具體如表6所示。

表6 再生羽絨和原生羽絨主要生命周期階段環(huán)境影響負荷對比Tab.6 Comparison of environmental impact of recycled down and original down in the main life cycle stages

對2種產(chǎn)品主要生命周期階段的環(huán)境影響負荷進行對比可知，在原材料生產(chǎn)與獲取階段，再生羽絨的環(huán)境影響遠低于原生羽絨，僅占原生羽絨的0.009%，這是因為原生羽絨來自于鴨毛，前期的鴨養(yǎng)殖和鴨屠宰過程的消耗資源和污染物排放對環(huán)境影響較大；而再生羽絨的主要原材料為廢舊羽絨制品，直接利用廢舊羽絨進行再加工過程的資源消耗量和污染物排放相對較少；在原材料運輸階段，再生羽絨的環(huán)境影響為原生羽絨環(huán)境影響的25.3%；另外在生產(chǎn)階段，2種產(chǎn)品的環(huán)境影響相差不大，但再生羽絨仍有優(yōu)勢，這是因為原生鴨絨水洗時耗水量相對大；總體而言，再生羽絨的環(huán)境影響要遠遠小于原生羽絨。

3.4 總環(huán)境績效

為了進一步核算該廢舊衣物回收及資源化利用典型模式的總體環(huán)境效益，本文研究先將以上3個方面的環(huán)境效益折算成1 kg廢舊衣物資源化回收利用的環(huán)境效益，然后再進行加和。經(jīng)對本文所研究模式的物料用量及產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計，1個再生托盤消耗13 kg廢舊衣物，1 kg再生羽絨平均消耗8.45 kg廢舊衣物，將表2、3、5中的計算結(jié)果進行總體環(huán)境效益評估，折算后的結(jié)果如表7所示。

表7 廢舊衣物回收資源化利用典型模式總體環(huán)境效益Tab.7 Overall environmental benefits of typical models of waste clothing recycling and resource utilization

由表7可知，本文研究的廢舊衣物回收資源化利用典型模式，1 kg廢舊衣物經(jīng)品牌企業(yè)回收，分別再生加工制造成再生托盤和再生羽絨，可以減少39.62 MJ的能源消耗，減排溫室氣體2.61 kgCO2eq，減少光化學(xué)臭氧影響5.33×10-4kgC2H4eq，酸化影響4.87×10-3kgSO2eq和富營養(yǎng)化影響1.43×10-3kgPO43-eq。

4 結(jié)論及展望

1)品牌企業(yè)對創(chuàng)建廢舊衣物回收及資源化利用模式具有積極的帶動和促進作用，進行廢舊衣物回收及資源化利用，不僅可有效避免廢舊衣物被填埋或焚燒所造成的資源浪費和環(huán)境污染，所開發(fā)的再生產(chǎn)品與對應(yīng)的原生產(chǎn)品相比，也具有明顯的環(huán)境效益。

2)本文研究中的再生托盤產(chǎn)品在原材料運輸階段的環(huán)境影響大于原生塑料托盤，但總體的環(huán)境影響相對原生產(chǎn)品來說具有明顯的優(yōu)勢。所以在進行廢舊衣物回收及資源化利用模式設(shè)計的過程中，可通過合理規(guī)劃廢舊衣物的運輸路線，在合理的范圍內(nèi)設(shè)置廢舊衣物回收分揀中心，盡可能就地回收，就地資源化利用，減少廢舊衣物運輸過程中的環(huán)境影響。

3)本文研究中的廢舊衣物再生產(chǎn)品分別為再生托盤和再生羽絨，具有一定的高值化潛力和資源環(huán)境效益，然而隨著綠色發(fā)展的需求不斷提高，品牌企業(yè)可聯(lián)合相關(guān)企業(yè)和研究機構(gòu)，進一步挖掘廢舊衣物資源化利用的空間和潛力，豐富廢舊再生產(chǎn)品的類型，引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)綠色制造技術(shù)工藝水平提升，促進全社會綠色發(fā)展。