生命周期評(píng)價(jià)方法在汽車上的應(yīng)用

重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司   賴鰲  周清  張燕
 

摘要：汽車污染已成為全球性的問題，開發(fā)節(jié)能環(huán)保汽車以減少對(duì)環(huán)境的污染，是當(dāng)今世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。節(jié)能環(huán)保僅僅體現(xiàn)在汽車的使用過程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須對(duì)汽車的原材料、生產(chǎn)、使用、銷毀和再生等各個(gè)階段實(shí)施全面控制。為達(dá)上述目的，本文引入了生命周期評(píng)價(jià)（Life Cycle Assessment,簡(jiǎn)稱LCA）這個(gè)方法。針對(duì)這種方法在汽車領(lǐng)域的運(yùn)用特點(diǎn)和作用進(jìn)行了全面的闡述，并通過奔馳、豐田等著名車企應(yīng)用情況對(duì)LCA的運(yùn)用前景進(jìn)行分析。LCA能從汽車生產(chǎn)源頭至報(bào)廢回收等全生命周期各個(gè)階段進(jìn)行有效的環(huán)境評(píng)價(jià)及管控，為汽車企業(yè)開發(fā)環(huán)保節(jié)能車型提供支持。

關(guān)鍵詞：全生命周期    評(píng)價(jià)    環(huán)境影響    LCA
 

0 引言

LCA研究開始的標(biāo)志是1969年由美國(guó)中西部資源研究所（MRI）開展的,針對(duì)可口可樂公司飲料包裝瓶的研究。該研究從最初的原材料采掘到最終的廢棄物處理，進(jìn)行全過程的跟蹤與定量分析。定量化的對(duì)比分析塑料瓶和玻璃瓶全生命周期的資源使用和環(huán)境排放情況，通過比較兩種方案的環(huán)境友好情況，肯定了塑料瓶的優(yōu)越性。

經(jīng)過近30年的發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（簡(jiǎn)稱ISO）開始起草ISO14000國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，正式將生命周期評(píng)價(jià)納入該體系。我國(guó)針對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)采用同等轉(zhuǎn)化的原則，現(xiàn)已頒布了兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T24040、GB/T24041。

20世紀(jì)90年代開始，由于西方國(guó)家逐漸認(rèn)識(shí)到汽車對(duì)環(huán)境的污染，一些著名汽車集團(tuán)，如德國(guó)大眾、美國(guó)通用、瑞典沃爾沃等紛紛在ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)的框架下，對(duì)整車或零部件開展LCA，以支持企業(yè)的環(huán)境管理及生態(tài)汽車的開發(fā)與設(shè)計(jì)。國(guó)際汽車產(chǎn)業(yè)界已將LCA視為21世紀(jì)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和樹立企業(yè)形象的長(zhǎng)期戰(zhàn)略。

過去幾年，中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)已逐漸成為全球最大的汽車市場(chǎng)，汽車帶來的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)針對(duì)汽車環(huán)境影響的政策和法規(guī)也不斷加嚴(yán)。2015年，國(guó)家認(rèn)監(jiān)委發(fā)布《汽車產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)實(shí)施規(guī)則》并將零部件LCA作為一個(gè)重要的加分報(bào)告；同年7月，中國(guó)汽車技術(shù)中心正式啟動(dòng)中國(guó)生態(tài)汽車評(píng)價(jià)（簡(jiǎn)稱：C-ECAP），零部件LCA報(bào)告也作為其中一項(xiàng)加分項(xiàng)。LCA在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)上引起極大的關(guān)注。

1 LCA開展方法概述

根據(jù)ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)的定義，LCA是對(duì)一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及潛在環(huán)境影響的匯編和評(píng)價(jià)，如圖一所示LCA的技術(shù)框架為4個(gè)階段：目的和范圍的確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)、結(jié)果解釋。完整的LCA過程是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程且每一個(gè)過程均要進(jìn)行結(jié)果解釋（如圖一）。

圖一

1.1 目的與范圍的制定

清楚地說明開展此項(xiàng)生命周期評(píng)價(jià)活動(dòng)的目的和原因，以及研究結(jié)果可能應(yīng)用的領(lǐng)域；研究范圍的確定要服務(wù)于研究目的，確定系統(tǒng)邊界、數(shù)據(jù)質(zhì)量要求，明確指出限制和假設(shè)。

需要特別說明的是，目標(biāo)和范圍的制定不是為了引導(dǎo)生命周期評(píng)價(jià)的結(jié)果，而是為了在生命周期評(píng)價(jià)活動(dòng)中考量對(duì)研究者有意義且重要的研究?jī)?nèi)容，舍去其中一部分關(guān)聯(lián)不大的內(nèi)容，畢竟一個(gè)完整的生命周期評(píng)價(jià)活動(dòng)可考量的研究?jī)?nèi)容實(shí)在是無窮無盡的。

1.2 清單分析

量化所研究的對(duì)象全生命周期階段的資源、能量的使用，以及廢棄物的排放的過程。這個(gè)過程必須以確定的數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀量化。

一種產(chǎn)品的生命周期評(píng)價(jià)將涉及到其組成的每個(gè)部件的所有生命階段，包括從自然界獲取的原材料和能源（如金屬礦石、太陽能等）到加工過程中的各類中間產(chǎn)品直至最后的成品。這所有的數(shù)據(jù)均需要在此過程完成，因此我們只有不斷積累生命周期評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，才能不斷縮減我們進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)活動(dòng)的難度和時(shí)間。

1.3 影響評(píng)價(jià)

根據(jù)上一階段的結(jié)果定性、定量地表征產(chǎn)品的物質(zhì)、能量交換對(duì)外部環(huán)境的影響。目前，主流的環(huán)境影響評(píng)價(jià)有溫室效應(yīng)、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、臭氧層損耗、光化學(xué)氧化等。

為了更準(zhǔn)確、更直接地表達(dá)環(huán)境影響的結(jié)果，國(guó)外研究者早已開發(fā)了多款生命周期評(píng)價(jià)軟件，用戶可根據(jù)清單分析的結(jié)果在軟件上進(jìn)行建模，模型包括產(chǎn)品從無到有的全過程，并且在每個(gè)過程中錄入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算結(jié)果并以圖表形式呈現(xiàn)給用戶。

1.4 結(jié)果解釋

從全生命周期角度分析產(chǎn)品減少能源消耗、原材料的使用、污染排放的可行性。根據(jù)以上三個(gè)階段完成一個(gè)產(chǎn)品的生命周期評(píng)價(jià)，我們可以在定性、定量的分析產(chǎn)品生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)帶來的能源及原材料消耗、環(huán)境影響，這樣的結(jié)果可以指導(dǎo)工程師不斷完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝流程等，以期達(dá)到更好的生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果。

2 開展整車LCA的方法

為了實(shí)現(xiàn)汽車最高效的環(huán)境表現(xiàn)和節(jié)約成本，國(guó)外車企已經(jīng)在LCA領(lǐng)域進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，并且已經(jīng)取得一定的成就。奔馳、大眾等德系車企均有專門的LCA部門，本田ECO-VAS系統(tǒng)也在為L(zhǎng)CA服務(wù)，豐田發(fā)布普銳斯車型整車LCA報(bào)告。最近幾年，國(guó)內(nèi)車企逐步了解到LCA方法，長(zhǎng)安、上汽、吉利等車企已開始進(jìn)行初步研究。

2.1  方法概述

汽車是由成千上萬個(gè)零部件產(chǎn)品組成，其中大量的零部件是由供應(yīng)商生產(chǎn)，因此，一輛整車LCA的環(huán)境負(fù)擔(dān)需要將供應(yīng)商聯(lián)合在一起。然而，獲取成千上萬家供應(yīng)商的環(huán)境影響需要花費(fèi)大量的精力和時(shí)間。

很多車企都在積極探索如何高效執(zhí)行整車LCA，普遍的經(jīng)驗(yàn)便是花費(fèi)數(shù)年執(zhí)行零部件或總成的LCA，積累具有企業(yè)特色的LCA數(shù)據(jù)庫，以便開展整車LCA時(shí)可以直接引用相關(guān)數(shù)據(jù)。例如：奔馳汽車在開展第一款整車（C級(jí)）LCA時(shí)已經(jīng)花費(fèi)數(shù)年時(shí)間進(jìn)行了100多個(gè)零部件的LCA。

2.2  模塊化和平臺(tái)化研究

近些年來，許多車企都在倡導(dǎo)平臺(tái)化、模塊化開發(fā)（如圖二），這樣的開發(fā)模式為提高整車LCA效率提供了解決辦法。

首先，通過零部件模塊化，把零部件進(jìn)行合并就減少了數(shù)量，相應(yīng)地，也大量減少了數(shù)據(jù)的收集和分類，一旦各個(gè)子模塊的數(shù)據(jù)建立起來，便可以運(yùn)用到不同產(chǎn)品的LCA中。

其次，通過車型的平臺(tái)化，屬于底盤和傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件便會(huì)被運(yùn)用到不同的車型中，同樣的，生態(tài)數(shù)據(jù)也會(huì)被運(yùn)用到不同的車型中。

圖二展示了簡(jiǎn)單的整車LCA方法的簡(jiǎn)要圖，整車被分為4個(gè)大的系統(tǒng)（車身、內(nèi)外飾、底盤、傳動(dòng)）并按順序編碼，每一個(gè)大的系統(tǒng)下面又分為10-20個(gè)子模塊（圖中僅選取三個(gè)模塊做簡(jiǎn)單展示），并按規(guī)則排序。對(duì)于相同序列的車型，每個(gè)系統(tǒng)下面的子模塊零部件大部分被通用化，這樣減少了零部件LCA的數(shù)量；對(duì)于同一平臺(tái)的車型，底盤和傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件的生態(tài)數(shù)據(jù)能夠被應(yīng)用到同一平臺(tái)不同的車型中。最后，只要將每個(gè)子模塊的LCA匯集成系統(tǒng)的LCA，再將系統(tǒng)的LCA集合起來就可以得到整車的LCA。

圖二

2.3 建立子模塊數(shù)據(jù)收集機(jī)制

首先，建立企業(yè)生態(tài)數(shù)據(jù)反饋機(jī)制（如圖三）。整車企業(yè)應(yīng)該按照?qǐng)?zhí)行生命周期評(píng)價(jià)活動(dòng)的目的建立數(shù)據(jù)收集規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)流程，保證數(shù)據(jù)的可靠性；另外，企業(yè)還應(yīng)建立自主的生態(tài)數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)庫的功能融入到規(guī)范或流程中。

其次，培養(yǎng)供應(yīng)商LCA能力，特別是一級(jí)供應(yīng)商。第一級(jí)供應(yīng)商需要對(duì)子模塊負(fù)責(zé)，然而它也需要第二、三級(jí)供應(yīng)商來支撐子模塊的數(shù)據(jù)質(zhì)量，那么一級(jí)供應(yīng)商便會(huì)自主的建立二三級(jí)供應(yīng)商的能力。通過層層反饋，建立高效的LCA能力。

圖三簡(jiǎn)要展示了如何建立子模塊數(shù)據(jù)收集機(jī)制，整車企業(yè)需制定子模塊生態(tài)數(shù)據(jù)需求標(biāo)準(zhǔn)（子模塊數(shù)據(jù)庫）并要求一級(jí)供應(yīng)商按標(biāo)準(zhǔn)反饋?zhàn)幽K的生態(tài)數(shù)據(jù)，一般將完整的子模塊數(shù)據(jù)分為三類：材料、生產(chǎn)流程、能源。一級(jí)供應(yīng)商完成子模塊數(shù)據(jù)收集的過程也會(huì)要求二級(jí)甚至三級(jí)供應(yīng)商提供幫助，這樣便會(huì)建立起供應(yīng)商層級(jí)反饋機(jī)制。另外，每個(gè)子模塊數(shù)據(jù)在子模塊數(shù)據(jù)庫中按上文所述的編碼進(jìn)行歸類存檔，以方便查詢。

圖三

3  結(jié)語

LCA方法在國(guó)際著名汽車企業(yè)已有20多年的應(yīng)用實(shí)踐，隨著研究的深入，LCA方法的價(jià)值也越來越多的體現(xiàn)出來，拓展的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越多，已逐步成為各個(gè)車企內(nèi)部的秘密武器，幫助企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

支撐成本管控，通過從搖籃到墳?zāi)沟姆治觯R(shí)別對(duì)環(huán)境影響最大的工藝過程和產(chǎn)品壽命階段，通過工藝、原材料替代降低能耗、物耗，從而降低產(chǎn)品成本。

比較同類產(chǎn)品環(huán)境影響，以環(huán)境影響最小化為目標(biāo)，分析比較某個(gè)車型前后代不同的環(huán)境影響，可以明確新款車型相比較于老款車型在哪些方面得到了提升。

支撐公司頂層戰(zhàn)略決策，通過分析新產(chǎn)品環(huán)境影響，也可以支撐企業(yè)的投資決策。例如：奔馳、豐田早在數(shù)年前就準(zhǔn)備啟動(dòng)電動(dòng)車項(xiàng)目，通過對(duì)電動(dòng)車環(huán)境影響分析，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)車全生命周期內(nèi)環(huán)境影響比傳統(tǒng)燃油車大，最后，奔馳、豐田均暫時(shí)擱置了電動(dòng)車項(xiàng)目。

開展綠色營(yíng)銷，隨著人們?cè)絹碓疥P(guān)注環(huán)境保護(hù)的話題，LCA報(bào)告可以通過向公眾公布產(chǎn)品原材料、加工工藝等過程的環(huán)境影響，提升公眾對(duì)產(chǎn)品環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)，促使公眾選擇更環(huán)保的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn):

[1]Matthias Finkbeiner, Klaus Ruhland, Halil Cetiner and Bruno Stark，Life Cycle Engineering and Design forEnvironment of the Mercedes-Benz C-Class，The Proceedings of the 2001 Environmental Sustainability Conference and Exhibition(P-365).

[2]15014040:Environmental Management Life-cycle Asessment Principles and framework,1997.

[3]Jongbae Ha and Sung K. Min, Tak Hur and Sungjin Kim, Practical Life Cycle Assessment Methodology for a Whole Automobile, Total Life Cycle Conference and Exposition Graz, Austria December 1-3,1998.