一次性塑料水杯与涂层纸杯的生命周期评价与分析

第36卷第6期 环境科学与管理 VoL36No．6 2011年6月 ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENT June2011 _ l=目∞__=t；ijl=日，目目-___l======；=====z====l===；；‘l_l==自==================l。；≈；====== 文章编号：1674-6139{2011}06—0174—06 一次性塑料水杯与涂层纸杯的生命周期评价与分析 闰宇飞 (西北大学，陕西西安710127) 摘要：文章对日常使用的一次性塑料水杯与纸杯的全生命周期进行综合评价，比较两者对环境与人体健康的 最终影响。采用了生命周期评价的技术路线与方法进行研究，最终得出一次性PE涂层纸杯的环境影响值大于 PP塑料杯的结果。分析结果可得出纸杯在采用、制造、能耗等方面的缺陷导致了其环境影响值偏大，而PP 塑料杯虽然在资源消耗与可降解性上存在劣势，但从全生命周期的视角上来看，却相对环境影响较小。 关键词：生命周期评价；一次性纸杯；塑料杯 中图分类号：X820．3 文献标识码：A LifeCycleAssessmentandAnalysisofDisposablePlasticCupsandPaperCups YahYufei (NorthwestUniversity，Xi'an710127，China) Abstract：Thispaperconductedlifecycleassessment(LCA)ondisposableplasticcupsandpapercupstocomparetheirulti· mateeffectsonenvironmentandhumanhealth．ThetechnicalmutesandmethodsofLCAwereadoptedandfinallyobtainedthere． suitthatdisposablePEcoatedpapercupshavelargerenvironmentalimpactsthanPPplasticcup．Analysisoftheresultsshowthat materials。manofaeture，energyconsumptionofpapercups8弛themainit'e&sollsleadtohigherenvironmentalimpactvalues．AI- thoIlshPPplasticcupshavedisadvantagesinr啪恤f∞sconsumptionandnon—degradation。theenvironmentalimpactofPPcups islowerinthearIgleofwholelifecycle． Keywords：lifecycleassessment；disposablepapercups；disposableplasticcups 一次性聚丙烯(PP)塑料杯与聚乙烯(PE)涂层纸 杯是日常生活中常用的两种一次性容器，由于生活习 惯的改变和出于方便卫生的需要，一次性容器在餐饮 行业、会议招待、家庭待客等场合普遍使用。一次性 餐具、纸杯皆为与食品直接接触类用品，且使用寿命 短，消费量巨大，如果不对其进行全过程的管理与监 督，很容易对人体健康和环境质量产生不利影响。 产品的生命周期评价(1ifecycleassessment简称 LCA)是一种对产品从原材料采集，到产品生产、运 输、销售、使用、回用和最终处置的整个生命周期阶 段中与环境的相互作用进行系统分析、评价的 方法‘11。 本文基于LCA对于两种一次性口杯进行全过 程评价，从而希望对个人的消费习惯产生一定的指 导作用，同时提出在一次性纸杯制造中可以采用的 收稿日期：2010一12一17 作者简介：周宇飞(1986一)，男，现于西北大学攻读硕士学位，主要研 究方向为环境经济学。 ·174· 技术创新建议。 l评价目标确定和范围界定 1．1评价目标 对两种口杯的生产周期的全程分析得出其对环 境影响的程度；分析结果与讨论，对生产中可能存在 的改进提出建议；对消费，处理处置的过程中存在的 问题进行分析。 1．2评价对象 一次性口杯有多种规格(3—18盎司(oz))，多 种用途(冷、热饮，固体存放)本文所研究的对象为 最常用的90Z(约250m1)PP塑料杯与PE涂层纸 杯，冷热饮均使用。由于口杯的使用单位为个，用材 料总重评价不能体现其使用价值的均等性，同时为 减小误差，所以将研究单位定为／1000个。 具体细节如下： PE涂层纸杯为木浆制原纸(自卡纸)进行单面 PE淋膜后进行胶印、剪裁，机械成型工艺，有印花， 万方数据 蓑掌掌嚣期 周字飞．_次性塑辩水杯与涂层纸杯的生命周期评价与分析 蹦36No．6 June20ll 可降解。采用170g／m2纸杯纸(标准要求90Z纸杯 采用的纸杯纸为150—190g／m2【21)，其中PE膜为 179／m2(要求为10—20g／m2取17便于计算)，按照 生产中的纸张裁剪方法，经计算制造每l000个纸杯 用纸杯纸4820g(其中聚乙烯膜482g)。 PP塑料杯为聚丙烯机械一次冲压成型工艺，元 圈日l源输入l叫 医五司 I源输入 i L．．．．．．．．．．．．．．．．．一J 印花。不可降解。PP塑料杯每l000个用聚丙烯料 l800g。 1．3评价项目 其生命周期中所涉及的原料采集、运输、加工、 消费、处置等环节所涉及的能量物质消耗与环境 影响。 圈l PP塑料杯的生命周期图示 图2 PE膜纸杯的生命周期图示 其中PP塑料杯主要考虑聚乙烯生产、?肖费、处 理处置过程。 PE纸杯主要考虑纸张生产、印花、成型、消费、 处理处置过程毛 评价因素为能源、资源消耗，环境污染物，人体 健康影响等。 2清单分析 2．1生命周期 说明： 其中输入的能量与资源中应包括生物与非生物 资源，水，以及电能等其他形式的能量，如有回收原 ·175· 圆圆 团圆 旧 惜 垮 旧 旧 万方数据 第36耋墅期 闫宇飞．一次性塑料水杯与涂层纸杯的生命周期评价与分析 2011年6月 ‘一 ’’’。⋯ 一’’’⋯。’ VoL36No．6 Ju．e20ll 料的加人则还需要考虑回收工艺中投入的能源和物 质。输出的除三废还应包括废热、放射性、噪声等污 染以及人员伤亡等因素； 在各个行业之间产生的运输过程涉及到各个行 业布局的密集程度，难以统一，所以假设两者的运输 过程相同； 对于回收过程，由于一次性口杯的使用特殊性， 回收价值等因素，所以只对其回收的可能性以及影 响加以讨论，不做具体的数值分析； 消费环节基本不对环境产生影响，所以输入输 出不予考虑(虚线)，包装不考虑。 2．1．1PP塑料杯的生命周期(见图1) 分为5个阶段：①原料采集②原料加工③产品 加工【2。31④产品运销⑤处理与处置。每个环节均有 能量与物质的输入与输出以及对环境的影响。(见 1一表4)． 2。1。2PE膜纸杯的生命周期(见图2) 由于其加工过程比较复杂，所以按照其生产部 门分成4部分：①聚乙烯生产②原纸生产③纸杯纸 的生产[2。3】④纸杯生产消费、处理处置。每部分均 有能量与物质的输入输出，以及对环境的影响。 (见表l一表4) 2．2投入产出清单 分为原料生产加工、产品制造、运输、处理处置 4部分。原始数据参见文献[4]一[8]。 表1两种口杯投入产出清单(原料生产加工) 表2两种口杯投入产出清单(产品生产) 表3两种口杯投入产出清单(运输)k∥t．km ·176· (注：假设都以lOT卡车为运输方式。) 万方数据 蓑篁害糟期 囝字飞～次性塑料水杯与涂层纸杯的生命周期评价与分析 VoL36N仉6 June20ll 表4两种口杯投入产出清单(处理回收) 3影响评价 3．1 影响类型的选择与分类 按照产品生命周期评价的相关要求。将两种纸 杯的生命周期分为5个阶段(原料开采加工、产品加 工、运销、使用、处理处置(回收))，对两个一级指标 (环境影响和人体健康影响)中的8个二级指标(可 再生资源消耗、不可再生资源消耗、温室效应、能源 消耗、富营养化、酸化、固体废物、健康风险)进行分 析。(见表5～表10) 3．2特征化描述(简化矩阵分析法) 根据环境影响程度对每个要素打分(以O、1、2、 3、4表示)，其中环境负载最大的取0，环境负载最小 的取4【9—01。其中考虑了清单值以及材料用量。 表5原料开采加工阶段 此阶段包括石化产品生产、纸的生产，由于石化 染均较严重，所以这些项目得分较低。 产品对不可再生资源的需求量高，造纸行业耗水、污 表6产品加工阶段 按照统一的运输标准，结合查的数据资料以及 用料多少，给出运输阶段的值。因每1000个纸杯的 重量较大，且纸杯涉及的产业部门多，材料运输次数 多，所以其总分较低。 表8使用阶段 因为试用阶段不伴随废物产生，所以均为最高 分，资源消耗给分的主要依据为PP塑料杯与纸杯的 使用习惯，由于塑料杯的挺度不够，不够耐用，消耗 较大，所以得分低，而两者如果用料有问题，都会产 生对人体的危害，所以得分低。 表9处理处置(回收) ·177· 万方数据 嘉掌i望警舸 同字飞·一次性塑料水杯与涂层纸杯的生命周期评价与分析 VoL36No．6 Jane20ll 中国对纸杯的回收利用率不高，所以这里假定 处理方式为填埋为主，综合了回收的因素(如果回 收纸杯裁剪边角料，可减少纸杯的材料消耗5％一 10％)。如果以填埋为主的话，同个数纸杯的固废 量比塑料杯要大；而且回收的话，纸的回收能耗也大 于塑料，所以纸杯虽然可以降解，但其得分较低。 这里假设每个因子的重要程度一致，得出总值。 表10个项得分总值 不再l 能源2 可再3 温室4 酸化5 固废6 富营7 健康8 0．1262 o．1149 0．0678l o．2：503 O．0636l 0．0r7564 0．063lO 0．2384 表中值为各因子的相对重要性，即行因子比列 因子的重要程度。 权值计算方法： Mi=每行乘积 对其归一化，得最终权值Wi=Ni／(i=l，2，3 ⋯8) 3．4加权计算 通过各评分与权重相乘，得出加权后的评估 Ni=河i其中n=阶数8 指数。一 表12加权评估指数 由结果可知塑料杯的环境影响程度是低于纸杯 的，在各个指标中，不可再生能源消耗、能源消耗、温 室效应、健康风险这几个因子的敏感度较高。 4结论 1．两种一次性口杯的生命周期影响值分别为 123，114(简式矩阵法)和14．756，13．981(加权后) 均显示PP塑料杯的环境影响小于PE纸杯。 2．两者在原材料获取与加工阶段的环境影响较 大，影响涉及的种类也最多。 3．PP塑料杯的生产周期短，涉及的生产部门 少，用料简单；同样使用单位(1000个)的PP塑料杯 其质量要小于PE纸杯；PP塑料杯只涉及聚乙烯的 生产，而PE纸杯包括聚乙烯、纸、印刷油墨的生产， 就健康风险来说，PE纸杯更大。以上几点应该是造 ·178· 成PP塑料杯环境影响较小的原因。 4．虽然PP塑料杯使用的不可再生资源较多，且 不可降解，但是在中国的能源结构(以化石燃料为 主)以及低回收率(塑料以及纸质包装回收率均小 于30％，塑料回收率略高)的情况下，造纸业的高耗 能，在无形中增加了纸杯的环境影响值，制造一个纸 杯所消耗的不可再生资源其实要远大于PP塑料杯。 同时，纸杯和塑料杯同以填埋作为处理方式，就短期 来说，纸杯的体积要远大于塑料杯，其中印刷油墨产 生的铅也会造成一定程度的环境影响。 5．中，未对回收所带来的环境影响做详细 分析，通过一些资料显示，纸制品回收的能耗以及环 境影响要大于塑料制品，所以除非纸杯的回收率远 远高于塑料杯，否则，纸杯的环境影响还是要大一 些的。 尼力刀尼刀尼厅● i l l I l 2 2 l 4 2 l尼2 2 2忱，。忱。， 忱w鹏。协ⅢM 2，●尼4尼龙尼， ；l ●●尼2尼尼尼2 ；l 万方数据 要掌辜嚣期 目字飞．_次性塑料水杯与涂层纸杯的生命周期评价与分析 VaJL36No．6 June20ll 6．改进及建议： (1)两者的主要环境影响集中在原料的采集和 加工阶段。即能源化工，造纸等高污染，高耗能阶段， 所以减少其环境影响，主要还应从这些方面着手，调 整能源结构，加大产业技术开发力度。 (2)建议大家多用PP塑料杯，但由于塑料杯挺 度不够，尤其是在中国喜好喝热茶水，塑料杯预热发 软，更会对使用造成不便。可以通过使用硬塑料杯 托来解决这个问题。 (3)纸杯存在客观的需求，而且毕竟PP塑料杯 不可降解，长期来看还是不利于环境的，所以应该积 极改进造纸技术，减少能耗以及废物排放，在纸杯制 造中应该注意边角料的回收，尽量减少彩色印刷，以 减小其环境影响。 (4)目前已经有可降解的PP餐盒(PP为主，加 入淀粉和光解剂)，可以开发可降解PP塑料杯，从 而减少纸杯的使用。 参考文献： [1]陈士明，刘正乾．塑料与纸包装材料的生命周期评 价研究[J]．南昌航空工业学院学报，2000，14(3)． [2]http：／／www．h—zhou．com／chlnese／newsl7．htnd成 本核算及工艺数据． [3]于川．纸杯及纸容器生产技术简介[J】．包装，1995(4)． [4]谢明辉，李丽，黄泽春，等．典型复合包装的全生命 周期环境影响评价研究[J]．中国环境科学，2009，29(7)：773 —779． [5】郎芳．马晓茜，赵增立，等．基于LCA的月饼包装评 价[J]．包装工程，2006，27(1)． [6】陈红，郝维昌，石凤，等．几种典型高分子材料的生 命周期评价【J]．环境科学学报，2004，24(3)． [7]李蔓。王震．聚乙烯生产生命周期评价的研究[J]． 中国环境科学，2009，32(5)． [8]吕耀平。黄福群。求涌，等．从“A角度评价塑料用品 与木制用品对环境的影响[J】．环境污染与防治，2002，24(6)． [9]田亚峥。郑泽根．生令周期影响评价权重系数的确 定方法探讨[J]．重庆_楚筑大学学报，2003。25(5)． [10J谢明辉，李丽．黄泽春，等．基于LCA的商品包装合 理性模糊评价方法研究[J]．中国环境科学，2009，32(6)． (上接第173页) 2扬州市环境绩效评估 将以上方法应用于扬州市。参照表6所示分级 标准，结合扬闸市2006年一2009年的统计数据，对 2006年一2009年扬州市各指标进行量化处理，最终 得到2006年一2009年的评价结果。如表7所示： 表7扬州市环境绩效评估结果 用图形表示如图1所示： 一／⋯ 一／厂 一 -一一一_| t7’1 ●一 一 一 = ，’一’ 。一环境压力指数 +环境状态指数 +环境响应指数 —}÷一EPI 200520062007200820092010 图l扬州市环境绩效评估各指数变化曲线图 3结论 (1)城市环境绩效评估作为一种新的环境管理 工冕与层次分析法楣结合，通过指标体系的构建， 以EPI指数说明城市环境绩效的变化，在一定程度 上说明了城市环境质量的状况，为政府环境管理水 平的提高和制定相应的政策提供了新的方法。 (2)本文应用PSR概念模型，结合社会、经济、 环境等各方面情况，选取24个具有代表性的指标， 建立了城市环境绩效评估指标体系，在扬州市加以 应用，对扬州市2006年一2009年环境质量进行了 评价，形成了较为完整的城市环境绩效的评估方法。 (3)由文章计算结果可以得出，扬州市2006年一 2009年环境压力指数、环境状态指数、环境响应指数 及EPI均呈逐年上升趋势，说明扬州市在保持GDP 不断增长的前提下，通过转变产业结构，加大节能减 排力度的努力下，环境质量得到了明显的改善。 参考文献： [1]宋轶军，刘永祥．国内外环境绩效评价研究现状及 启示[J]．市场论坛，2006(2)：59—61． [2]陈ifL．企业环境绩效评价：在中国的研究与实践 [J]．海峡科学，2008(7)：31—34． [3]曹颖，张象枢．云南省环境绩效评估指标体系构建 [J]．环境保护，2006(2)：61-63． [4]孙建丽．城市环境安全评价指标体系一以苏，H市为 例[J]．环境科学与管理，2008，7(33)． ．179· 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 n 0 O n 0 Q O O O 万方数据 一次性塑料水杯与涂层纸杯的生命周期评价与分析 作者： 闫宇飞， Yan Yufei 作者单位： 西北大学,陕西西安,710127 刊名： 环境科学与管理 英文刊名： Environmental Science and Management 年，卷(期)： 2011,36(6) 参考文献(10条) 1.吕耀平;黄福群;求渊 从LCA角度评价塑料用品与木制用品对环境的影响 2002(06) 2.李蔓;王震 聚乙烯生产生命周期评价的研究 2009(05) 3.谢明辉;李丽;黄泽春 基于LCA的商品包装合理性模糊评价方法研究 2009(06) 4.田亚峥;郑泽根 生命周期影响评价权重系数的确定方法探讨 2003(05) 5.郎芳;马晓茜;赵增立 基于LCA的月饼包装评价 2006(01) 6.谢明辉;李丽;黄泽春 典型复合包装的全生命周期环境影响评价研究 2009(07) 7.成本核算及工艺数据 8.陈士明;刘正乾 塑料与纸包装材料的生命周期评价研究 2000(03) 9.陈红;郝维昌;石凤 几种典型高分子材料的生命周期评价 2004(03) 10.于川 纸杯及纸容器生产技术简介 1995(04) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_bfhj201106046.aspx