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IIGF观点|绿色建材生命周期与环境效益分析

2022-05-20 08:54:28来源:中央财经大学绿色金融国际研究院 万秋旭 孔玥 阅读量:14331

导读:绿色建材在降低整体能耗与减少污染排放方面,相比传统的建材可产生更优的环境绩效,是建材业可持续发展的必由之路。建筑业各主体应当加大再绿色建材的利用率,达到节约成本、保护环境的目的。
  本文从生命周期评价方法出发,通过介绍美国绿色建材生命周期评价方法并引入环境成本与效益分析,旨在计算并验证绿色建材的环境效益,最终提出我国建材绿色发展建议。
 
  一、绿色建材的生命周期评价方法
 
  生命周期评价(LCA)是世界上广泛认同的环境负荷量化评价方法,最初被运用在美国可口可乐公司包装瓶产品管理上。之后欧洲国家纷纷开展生命周期评价研究。英国BOUSTEAD模型根据生命周期评价加入临界体积方法,瑞士联邦材料测试与研究实验室建立包括工艺数据和能源数据在内的详细清单数据库。1990年,国际环境毒理学和化学学会(SETAC)首次召开生命周期评价的世界讨论大会,历史性提出生命周期评价具体内涵:“对能量和物质消耗及环境污染排放进行环境影响评价的方法,包括产品、工艺过程、行为过程的整个生命周期,即原材料的开采、加工和运输,产品制造、运输、销售、使用、维护、循环利用和废弃处理。”
 
  虽然生命周期评价方法学种类繁多,但其核心与基本评价步骤大体相同。基于美国绿色评价标准体系(LEED)对建材全生命周期的影响有着明确的评估方式,包括建材来源和采购、建材成分分析、废弃物管理以及可再生计划等均有所涵盖,且后续研究也均在此基础之上进一步建立。因此本文主要沿用美国标准评估要求对绿色建材进行梳理总结。
 
  建材来源和采购方面,LEED要求建材制造商需具有一定资质,制造商需提供包括材料供应商的开采位置、对土地进行长期使用的生态责任承诺、减少环境开采中的环境污染的承诺以及对采购标准负责的承诺。在评价报告可靠性时,相比于制造商的自我声明的报告,由第三方认证的可持续性报告(CSR)将更易被接受及采纳。而对于不同建材来源,LEED也发布具体规定,例如,生物基材料需满足可持续农业网络(SAN)的可持续农业标准(SAS);木材、木制品必须通过美国森林管理委员会(FSC)的标准认证。
 
  建材成分方面,LEED要求制造商根据指定标准(包括GreenScreen基准、健康产品声明标准、“从摇篮到摇篮”级别认证等)对材料成分进行公示。以GreenScreen基准为例,该标准旨在评估材料化学危害等级,以便寻找更安全的替代品。它根据国际政府机构、非政府机构召集的权威科学机构所指定的打分计划,可用于评估单个化学成分或者多重化学成分的聚合材料,对材料中可能存在的40多个有危害的化学成分进行打分。最终建材健康等级被分为四个等级,包括推荐使用的化学安全材料、可用但仍需改进的材料、可用但推荐寻找更安全的替代品、避免使用的化学危险材料。
 
  对于建材使用后的处理方式,LEED评价则逐渐由采用传统的“从摇篮到坟墓”的生命周期模式转变为“从摇篮到摇篮”的生命周期模式。新模式提倡减少废弃物的产生,将废弃物转化为可为自然被人类利用的产品。由于美国每年约产生超过5亿吨建筑垃圾,合理利用这些材料、贯彻“从摇篮到摇篮”的建材生命周期理念也符合美国环境保护协会(EPA)的期望。LEED鼓励回收再利用无害的拆建材料以减少填埋焚化废弃建材。对于可进行转化的建材将制定相应的转化策略,包括对尚可利用的建筑制定合理的改造方案、判断是否对建筑材料进行分离或混合、材料将被运往何处以及回收材料方应如何处置废弃建材。
 
  二、绿色建材的环境效益
 
  使用绿色建材可避免普通建材所导致的环境问题,同时有效减少环境成本。环境成本即耗用资源、恢复和补偿环境所涉及到的所有费用,主要涵盖以下两类:资源耗费下降、环境改善所涉及的成本与为维护环境或补偿环境所需要的成本。参考美国环境质量委员会具有代表性的对环境成本的划分,环境成本主要包括:
 
  环境损耗成本。指环境污染本身导致的成本和支出,如环境污染而导致的健康损失,并由此引发的医疗费和损失劳动日而创造的价值;
 
  环境保护成本。指这部分费用用在了将人与污染物进行隔离,如为提高城市环境质量而将城区内重工业迁出的成本;
 
  环境事务成本。指为了对环境质量进行管理而进行测算污染、收集数据、执行相关政策等所支出的费用;
 
  环境污染消除费用。指用于消除己经产生的污染的费用,例如采用生物法、活性污泥法去除因垃圾堆积发酵而形成的渗滤液。
 
  环境成本可分为实际成本跟虚拟成本两部分。其中,实际成本即已经发生的成本,包括污染治理过程中的固定资产折旧、药剂费、人工费、电费等运行费用。虚拟成本则为排放到环境中的污染物按照现行的治理技术和水平全部治理所需要的支出。企业生产活动对环境造成破坏,虽然目前破坏可能不会完全显现,但其始终存在于产品系统生命周期内,应包含其中。
 
  在对环境成本进行计量时,应同时考虑实际成本和虚拟成本。若片面地将虚拟成本作为污染物造成的环境污染成本,与治理污染成本等同,将忽视污染物所造成的环境影响,无法体现出环境成本节约差额。从严格意义上来讲,利用虚拟成本计算仅是防止环境功能退化所需的治理成本,为污染物排放可能造成的最低环境成本,并不是实际造成的环境成本。因此,环境成本的选取要结合实际成本和虚拟成本两方面,本文采用的单位虚拟成本与污染物的实际单位成本相同。
 
  由于再生绿色建材的大气污染清单可以运用生命周期评价方法得出,因此环境成本的计算可以通过大气污染物排放量与单位治理成本相乘计算得到,故下文将仍以建材单位排放量与消耗量来衡量计算。
 
  (一)玻璃的环境效益
 
  1、普通玻璃
 
  我国玻璃生产采用的能源大多以原油为主,少部分采用天然气生产,研究表明使用天然气生产玻璃的环境影响最低,考虑到采用天然气做能源的企业仍为少数,本文主要针对采用原油为燃料的玻璃生产。玻璃生产阶段主要消耗电力、原油和煤这三种能源,生产1t玻璃消耗煤10155MJ、原油10395MJ、电力1092kwh。
 
  2、再生玻璃
 
  再生玻璃主要由回收的废弃碎玻璃在高温下熔化后制成,回收的废弃碎玻璃经分类、磁选、清洗后,一部分可以直接重新熔化应用,一部分需要经粉碎加工后才能使用。因此生产熔化玻璃,采用电力和原油,而不采用煤炭,更为稳定且易于管理。本文以生产1t再生玻璃为功能单位,生产lt再生玻璃需要油耗0.24t、电耗171.4kwh,每千克油释放的热量为42.6MJ,因此生产1t再生玻璃需要油耗10224MJ、电耗171.4kwh。
 
  通过对比,可显著发现,相比于普通玻璃,再生玻璃电力消耗明显下降,油耗也有一定程度下降,围绕落实我国2030年前碳达峰与2060年前碳中和目标,有助于促进完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上的目标,实现城镇新建居住建筑能效水平提升30%,对环境具有友好效益。
 
  (二)粘土砖的环境效益
 
  1、普通粘土砖
 
  本部分功能单位为1t的粘土砖,生产粘土砖的过程包括制坯、烧制等工序,采用真空砖机、自动切条机、切坯机等机械设备。对环境的影响主要来自于挖掘粘土的机械设备的柴油能耗、生产粘土砖的机械设备电力能耗。因此生产1t粘土砖的物质输入为电耗8.37kwh、煤耗2436.21MJ、油耗0.13kg,输出粉尘0.37kg、固废0.11t。其中电耗跟油耗数量较小,因此本文只考虑煤耗的环境影响。
 
  2、再生粘土砖
 
  1t再生粘土砖的建筑垃圾替代率可达到85.6%,生产1t再生粘土砖消耗的电力包括两部分:一部分是再生骨料破碎的电耗为2.29kwh(占比85.6%),一部分是天然骨料开采的能耗(占比14.4%)为电耗1.205kwh、煤耗350.814MJ、油耗0.019kg,输出粉尘0.053kg、固废0.016t,因此生产1t再生免烧免蒸砖块消耗总共为电耗 3.495kwh、煤耗350.814MJ、油耗0.019kg,输出粉尘0.053kg、固废0.016t。生产阶段污染物排放量计算结果见上表。
 
  通过对比,再生粘土砖煤耗仅350.814MJ,系普通粘土砖煤耗的近八分之一,燃料消耗与污染下降明显。
 
  三、总结
 
  绿色建材在降低整体能耗与减少污染排放方面,相比传统的建材可产生更优的环境绩效,是建材业可持续发展的必由之路。建筑业各主体应当加大再绿色建材的利用率,达到节约成本、保护环境的目的。为了推动我国建筑材料绿色化进程,我们提出如下建议:
 
  一是推动建材工业制造绿色化,在再生建材生产设备及工艺研发上加大投入力度,竭力提高再生建材生产过程中的技术水平,提升再生建材产品的产品质量。
 
  二是推进绿色玻璃制品广泛应用,努力推动高性能玻璃的广泛应用。推进电力应用技术的发展,提升高性能玻璃应用技术水平。
 
  三是推广再生粘土砖。在工业建筑、公共建筑及基础设施中积极推广采用粘土砖。在砖混结构建筑地区重点宣传推广再生粘土砖,探索再生粘土砖新型公共建,推动建筑绿色材料的多样化,带动绿色建材的发展。(注:原文有删改)
 
  原标题:IIGF观点 | 绿色建材生命周期与环境效益分析

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