废冰箱回收利用环境效益评估...IMPACT_WORLD+_黄银.pdf

中国环境科学 China Environmental Science ISSN 1000-6923,CN 11-2201/X 中国环境科学网络首发论文中国环境科学网络首发论文 题目：废冰箱回收利用环境效益评估:IMPACT WORLD+作者：黄银，黄瑶，余茜，秦晋川，陈梦君 DOI：10.19674/ki.issn1000-6923.20240412.024 网络首发日期：2024-04-15 引用格式：黄银，黄瑶，余茜，秦晋川，陈梦君废冰箱回收利用环境效益评估:IMPACT WORLD+J/OL中国环境科学.https:/doi.org/10.19674/ki.issn1000-6923.20240412.024 网络首发网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合出版管理条例和期刊出版管理规定的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认出版确认：纸质期刊编辑部通过与中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有限公司签约，在中国学术期刊（网络版）出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为中国学术期刊（网络版）是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。中国环境科学 China Environmental Science 废冰箱回收利用环境效益评估:IMPACT WORLD+黄银1,黄瑶1,余茜1,秦晋川1,陈梦君1*(1.西南科技大学固体废物处理与资源化教育部重点实验室,绵阳 621010)摘要:废电器是产生量大且增速快的一类固体废物.我国构建的废电器回收体系是实施碳达峰碳中和的重要举措,但废电器回收利用体系的环境效益尚不清楚.利用 IMPACT WORLD+方法,从不同环境影响类型出发评估废电器回收处理的环境效益,并通过损害类型指标量化评价.结果表明,废冰箱回收利用的损害类型指标“人体健康”和“生态环境质量”的结果分别为-10592.501 EUR2015 和-8211.357 EUR2015,合计为-18803.857EUR2015,即环境收益相当于 18803.857 EUR2015.据此估算,中国 2021 年废电器回收处理体系中仅废冰箱回收利用的环境收益可达 12.82 亿 EUR2015.研究结果表明废电器回收处理的环境收益十分可观,有望为废电器回收行业的可持续发展提供新的助力.关键词：废冰箱;生命周期评价;IMPACT WORLD+;环境效益;环境收益 中图分类号:X703.5 文献标识码:A Environmental benefits of waste refrigerator recycling based on IMPACT WORLD+.HUANG Yin1,HUANG Yao1,YU Xi1,QIN Jinchuan1,CHEN Mengjun1*(1.Key Laboratory of Solid Waste Treatment and Resource Recycling of Ministry of Education,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621010,China)Abstract:Waste electrical and electronic equipment(WEEE)is a kind of solid waste with large quantity and rapid growth.The WEEE recycling system established by the China has become an important measure to implement carbon peak and carbon neutrality,but the environmental benefits of the recycling system are still unclear.In this study,the IMPACT WORLD+method was used to assess the environmental benefits from different types of environmental impacts,and the assessments were quantified by the damage type indicators.The results show that the damage type indicators human health and ecosystem quality of refrigerator recycling are-10592.501 EUR2015 and-8211.357 EUR2015,respectively,with a total of-18803.857 EUR2015,which is equivalent to earnings of 18,803.857 EUR2015.Accordingly,it is estimated that the environmental benefits of refrigerators recycling of the Chinese WEEE recycling system in 2021 will reach 1.282 billion EUR2015.Thus,the benefits of WEEE recycling are significant,thus it is expected to provide new impetus for the sustainable development ideas WEEEs.Key words：waste refrigerator;life cycle assessment;IMPACT WORLD+;environmental benefits;environmental earnings 基金项目：国家自然科学基金面上项目（22276153）*责任作者,陈梦君,教授,博士生导师,研究方向为研究方向为固体废物无害化处理与资源化利用,E-mail:.DOI：10.19674/ki.issn1000-6923.20240412.024 网络首发时间：2024-04-15 11:16:16网络首发地址：https:/ 国 环 境 科 学*卷 引 言 废 弃 电 器 电 子 产 品(Waste electronic and electrical equipment,简称 WEEE废电器)是指完全或部分丧失使用功能的已经被丢弃或放弃的电器电子产品(包括构成其产品的所有零部件元器件等),以及在生产流通和使用过程中产生的不合格产品和报废产品1,2.随着人们生活水平的提高和科技的发展,电器电子产品的更新换代速度加快,废电器产生量不断增加,约为城市固体废物8%,每年全球废电器增长率达到 13%到 15%3,4.废电器中含有大量钢铁有色金属(铜铝)贵金属(金银铂和钯等)玻璃塑料等可再生资源5,为“城市矿山”的核心6-8.回收废电器中各类资源,可以减少原生矿产资源的开采冶炼,降低环境污染,减少资源消耗9,从而减少温室气体排放10-12.近几十年来,中国政府发布了一系列以废弃电器电子产品回收处理管理条例为代表的法律法规和管理办法13,成功建设了具有中国特色的规范化回收处理体系,并对“四机一脑”(即冰箱洗衣机空调电视和电脑)规范回收进行补贴14.为了建设并维持废电器规范化回收处理体系,中国政府和废电器回收处理相关行业都付出了大量精力.目前,废电器规范化回收处理体系已成为实现“双碳”目标的重要举措.然而,废电器回收利用的环境效益尚不明确.环境效益,通常是指人们采取一定的措施,减少和防止项目生产对人类生产和生活环境的污染或提高环境质量方面所取得的成果.因此,寻找合适的评估方法,进行废电器回收利用环境效益的综合定量评估具有重要意义,将有助于加强公众认识,助力行业发展.生命周期评估(life cycle assessment,简称 LCA)是一种系统定量描述环境影响评价的方法,可以评估产品的全生命周期内各种资源能源消耗和环境排放或环境影响15,16.目前,LCA 方法受到国内外越来越多的关注16已应用于传统化石能源17食品制造行业18电子电器设备19-21医药行业22,23木竹产品24,25汽车26等各领域.刘敏等27运用 LCA 对黏结钕铁硼生产和回收的环境影响进行评价;Renteria22等通过 LCA 方法对生物制药过程中冷冻干燥阶段进行分析,寻求可持续发展的途径.在电子电器设备方面,许多国内外研究关注电子电器产品生产制造使用废弃和回收全生命周期阶段28,甚至不同管理方案对环境的影响29,30.孙锌等利用 LCA 对空调碳足迹进行评估31;Song 等利用 LCA 方法评价企业内部运输和拆解报废电子电气设备对环境的影响32;Jihwan Park等利用LCA方法对韩国制冷剂回收的温室气体减排量进行评估33;宋小龙等34通过 LCA 对废弃手机回收不同环境的能耗与碳足迹进行评估,识别出降低能耗和碳足迹的关键环节.由于中国LCA 评价工作起步较晚,虽已有许多研究,但多关注于回收价值更高的废手机,或废弃电子设备回收的温室气体减排或碳足迹,少有研究关注废电器拆解过程及关键拆解产物利用处置的环境效益.IMPACT WORLD+基于 IMACT 2002+和EDIP,是一种全球区域化方法,包括中间水平指标(IMPACT WORLD+Midpoint)和终点水平指标(IMPACT WORLD+Endpoint),最终结果由损害类型“人体健康”“生态环境质量”和“资源&生态系统服务”体现,其评估框架如图 1 所示35.由图 1 可见,IMPACT WORLD+方法涉及 18 个中间水平环境影响指标和 21 个终点水平环境影响指标.此方法包含的环境影响类型广泛,较为新颖,本方法中最终结果由 EUR2015(欧元)作为衡量标准,能够更直观地体现环境效益.图 1 IMPACT WORLD+方法框架图 Fig.1 Framework of IMPACT WORLD+研究发现,“四机一脑”中冰箱回收的温室气体效益较高36,37,以冰箱为例,初步探索废电器回收的最终环境效益量化研究具有代表性.因此,本研*期 黄银等:废冰箱回收利用环境效益评估:IMPACT WORLD+*究采用生命周期评价方法,通过 Simapro 9.5 软件,基于 IMPACT WORLD+方法选择 18 个中间水平指标和“人体健康”“生态环境质量”这 2 种损害类型,从不同环境影响类型的角度,量化评估废冰箱回收的各类环境影响效益;通过最终损害类型指标量化废冰箱回收的环境效益,并以货币的形式更直观地体现其环境收益,为进一步研究废电器回收体系的环境效益提供思路.1 边界及清单分析 本研究功能单元确定为 1000 kg 废冰箱.仅考虑废冰箱进入规范化拆解厂后的拆解行为和关键拆解产物的利用处置,研究的系统边界如图 2 所示.图 2 废冰箱回收生命周期影响评价系统边界 Fig.2 Boundary of life cycle impact assessment system for waste refrigerator recycling 数据源于企业实地调研文献和商业数据库Ecoinvent.建模过程的背景数据,如关键拆解产物利用处置环境负荷等参考数据库 Ecoinvent 3.9.01版.实地调研对象为四川省某规范化废电器回收企业,采取走访车间和查阅生产资料(生产报告能源消耗台账信息化管理平台)等方式获取原始数据和资料,确定该企业 2021 年度享受基金补贴的废电器数量关键拆解产物回收量能源消耗等,计算得到功能单元的生命周期清单,详见附件 1.表 1为处理 1000 kg 废冰箱的生命周期清单(输入),即废冰箱拆解过程的辅助材料和消耗的能源;表 2 为处理 1000 kg 废冰箱的生命周期清单(输出),即废冰箱拆解过程的污染排放拆解产物及常见利用处置方式.表 1 处理 1000 kg 废冰箱的生命周期清单(输入)Table 1 Life cycle inventory for disposing 1000 kg of waste refrigerators(input)项目类别 物质种类/能源类别 取值 单位 数据来源 输入 原料 废冰箱 1000 kg 生产资料,具体计算过程见附件 1,表 S4 辅助材料 螺丝刀头 3.08 切割片 0.08869 打包带 4.63 能源 水 47.99 kg 电 9.18768 千瓦时 汽油 0.1846 升 柴油 1.26869 表 2 处理 1000 kg 废冰箱的生命周期清单(输出)Table 2 Life cycle inventory for disposing 1000 kg of waste refrigerators(output)项目类别 物质种类 取值 单位 利用处置方式 数据来源 输出 过程排放 颗粒物 PM2.5 16.4 10-3 kg-具体计算过程见附件1,表 S6 非甲烷总烃 1.36 10-3 kg-铅及其化合物 4.9 10-6 kg-汞及其化合物 9.2 10-6 kg-拆解产物 金属部件(铁)387.33 kg 冶炼回收 行业报告 14,实地调研 金属部件(铜)7.379 kg 冶炼回收 金属部件(铝)21.096 kg 冶炼回收 塑料 255.65 kg 造粒再生 线路板 45.43 kg 元器件进行冶炼回收金属1,38;基板中环氧树脂通过热解再生39,40 行业报告 14,文献 非异丁烷制冷剂 0.009 kg 回收提纯,压缩冷凝41,42 文献 废矿物油 1.87 kg 回收再生,加氢精制技术38,43,44 文献 电线电缆 30.11 kg 利用处置 行业报告 14,文献 电机 74.16 kg 利用处置 玻璃 35.27 kg 利用处置7,45 含汞背光灯管 5.77 kg 利用处置,荧光粉冶炼回收46-49 保温层材料 18.24 kg 焚烧50,51 其他废弃零部件 117.689 kg 焚烧填埋52 2 结果与讨论 表 3 为 1000 kg 废冰箱拆解过程和拆解产物*中 国 环 境 科 学*卷 利用处置的中间水平指标结果.由表 3 可知,废冰箱回收利用的中间水平指标中,除“颗粒物形成”指标外,其他影响类型的结果皆为负值.而“颗粒物形成”指标结果为 0.417 kgPM2.5eq,体现的是增加环境负荷,即废冰箱回收利用导致颗粒物排放量增加 0.417 kgPM2.5eq.废冰箱回收环境效益的主要中间水平指标为“水体生态毒性”,-1.08108,表明废冰箱回收利用能降低水体生态毒性 10.8 108 CTUeq.其次为“化石燃料消耗”,结果为-34102.355 MJ,即减少 34102.355 MJ 能量消耗.“短期气候变化”和“长期气候变化”的影响较为明显,分别减少温室气体排放 1720.306 kgCO2eq和 1599.584 kgCO2eq.此外,可以减少水资源消耗 5.13 102 m3,降低土地占用面积32.3 m2,减少形成光化学氧化物10.587 kgNMVOCeq.除以上指标外,其他中间指标结果不明显,其值主要集中在-3.70 10-5-0.258 之间,对臭氧层物质消耗的影响最不明显,仅为-3.53 10-5 kgCFC-11eq.表 3 废冰箱回收中间水平指标结果 Table 3 The results of midpoint level indicator of waste refrigerator recycling 影响类型 中间水平指标结果 单位 短期气候变化-1720.306 kgCO2eq 长期气候变化-1599.584 kgCO2eq 化石燃料消耗-34102.355 MJ deprived 矿产资源消耗-427.382 kg deprived 光化学氧化物形成-10.587 kgNMVOCeq 臭氧层消耗-3.53 10-5 kgCFC-11eq 水体生态毒性-1.08 108 CTUeq 人类致癌毒性-1.91 10-3 CTUh 人类非致癌毒性-1.14 10-3 CTUh 水体酸化-3.70 10-5 kgSO2eq 土壤酸化-2.99 10-2 kgSO2eq 水体富营养化-4.37 10-2 kgPO4eq 海水富营养化-0.2272 kgNeq 颗粒物形成 0.417 kgPM2.5eq 电离辐射-6226.8 BqC-14eq 土地改造-0.258 m2yr arable 土地占用-32.31 m2yr arable 水资源短缺-513.10 m3 worldeq 图 3 不同输入/输出类型对中间水平指标结果的贡献度 Fig.3 The contribution of different input/output to the results of the midpoint level indicator 图 3 为不同类型输入/输出对中间水平指标结果的贡献度.由图 3 可知,废冰箱回收利用最主要的指标为“水体生态毒性”,影响因素主要是材料(如电机钢铁冶炼铜冶炼铝冶炼等)回收辅助原料消耗保温层处置和废弃部件处置.材料回收可以减少原材料生产原生矿冶炼开采过程带来的污染,降低环境负荷,对“水体生态毒性”的贡献最明显;辅助原料消耗则是通过消耗原材料增加环境负荷,而除关键拆解产物外的废弃部件以及冰箱保温层的处置方式通常为焚烧或填埋,产生的污染物会增加环境负荷.“化石燃料消耗”的主要影响因素是材料回收(塑料钢铁为主)材料处置辅助原料消耗和电力消耗.其中消耗的辅助原料包括废电器拆解厂内运输货物所用的柴油,拆解*期 黄银等:废冰箱回收利用环境效益评估:IMPACT WORLD+*过程的电力消耗也是重要的因素,这是由于我国主要以火力发电为主,其过程会消耗柴油;同样地,由钢铁铜铝塑料等材料回收可以通过替代原材料生产原生矿冶炼开采减少原生制造过程的化石燃料消耗.“短期气候变化”“长期气候变化”的主要影响因素均为废弃材料的利用处置和保温层的处置.气候变化的主要表现为温室效应,由于材料回收可以通过替代原材料生产原生矿冶炼开采减少以温室气体排放为代表的污染排放,即实现温室气体减排,减轻温室效应;而保温层处置会显著产生温室气体,增加环境负荷.而对于环境影响类型“颗粒物形成”而言,其主要影响因素为拆解过程.这是由于拆解过程产生大量粉尘,虽然目前的拆解厂内均配备除尘设备,但仍有残留.钢铁冶炼铜冶炼电机利用处置塑料利用等的贡献最为明显,而保温层处置化石燃料消耗等的损害最为明显.化石燃料消耗属于辅助原料消耗(输入)范畴,因此,辅助原料消耗对整个规范化回收体系而言,增加了环境负荷;保温层材料现有处置方式通常为焚烧,产生大量含碳化合物,增加了环境负荷.图 4 废冰箱拆解过程和拆解产物利用处置的损害类型结果 Fig.4 Damage assessment results of disassembly process of waste refrigerator and disposal of disassembly products 由图 4 可知,每回收利用 1000 kg 废冰箱对“人体健康”和“生态系统质量”影响分别为-10592.501 EUR2015 和-8211.357 EUR2015,合计-18803.857 EUR2015,即废冰箱回收利用环境收益相当于节省 18803.857 EUR2015.如 前 所 述,早 期 研 究 中,难 以 见 到 运 用IMPACT WORLD+方法,或以 EUR2015 为单位的类似研究.赵迪53曾利用 IMPACT 2002+方法对废手机回收处理体系环境效益进行评估,并采用层次分析法对指标进行赋权,结果以“分值”衡量.虽然无法与本研究结果直接进行差异比较,但其环境损害类型“人体健康”“生态系统质量”“气候变化”和“资源消耗”的结果均为负值,体现的也是环境收益,与本研究结果契合.据统计,2021 年中国规范化回收处理体系处理废冰箱约68.15万吨,那么2021年中国规范化回收处理体系下仅回收处理废冰箱相当于可节省约12.82亿EUR201514.可见,现阶段废电器回收为行业带来的环境收益十分可观.随着行业绿色低碳化发展,拆解产物资源化利用体系将进一步完善,行业环境效益将更加显著.但遗憾的是,EUR2015作为衡量标准,无法与现实社会货币等价.3 结论与建议 基 于 生 命 周 期 评 价 方 法,通 过 IMPACT WORLD+评估废冰箱回收利用对不同环境影响类型的贡献和最终环境效益,结论如下:1.废冰箱回收利用的中间水平指标中,仅“颗粒物形成”结果为正,体现的是增加环境负荷,即增加颗粒物排放;而其余 17 个中间水平指标结果均为负,即降低相应环境影响类型对应的环境负荷.废冰箱回收利用的损害类型指标“人体健康”和“生态环境质量”结果分别为-10592.501 EUR2015和-8211.357 EUR2015,合计-18803.857 EUR2015,即 废 冰 箱 回 收 利 用 相 当 于 节 省 18803.857 EUR2015.2.化石燃料消耗属于辅助原料消耗(输入)范畴,因此,辅助原料消耗对整个规范化回收体系而言,增加了环境负荷;保温层材料利用通常采用焚烧,同样增加环境负荷.电机利用处置钢铁冶炼回收铝冶炼回收铜冶炼回收和塑料利用等实现了资源的循环利用,减少原生行业的生产,对环境收益的贡献极为明显.根据以上分析和讨论,为行业可持续发展提出以下建议:一是减少辅助原料用量,通过循环利用等方式减少消耗,或优化车间布局,减少厂区内*中 国 环 境 科 学*卷 转运距离,降低化石燃料消耗量;二是拓宽拆解产物利用途径,加大利用技术开发,减少直接焚烧或填埋;三是加强废电器拆解过程环保措施,减少过程污染排放.此外,进一步研究交易废电器回收处理的环境效益的途径,弥补基金的亏损,促进行业发展.参考文献:1 黄金凤.废电路板元器件金属含量及其浸出特性与环境风险评价 D.西南科技大学,2022.2 亢远飞,蔡毅.废弃电器电子产品分类与代码标准研究 J.家电科技,2020,(05):42-5.3 RAFIA AFROZ,MUHAMMAD MEHEDI MASUD,RULIA AKHTAR,et al.Survey and analysis of public knowledge,awareness and willingness to pay in Kuala Lumpur,Malaysia a case study on household WEEE management J.Journal of Cleaner Production,2013,52:185-93.4 WANG JUNFENG,WANG YANHUI,LIU JING,et al.Effects of fund policy incorporating Extended Producer Responsibility for WEEE dismantling industry in China J.Resources,Conservation&Recycling,2018,130:44-50.5 HABUER,JUN NAKATANI,YUICHI MORIGUCHI.Time-series product and substance flow analyses of end-of-life electrical and electronic equipment in China J.Waste Management,2014,34(2):489-97.6 CAO JIAN,LU BO,CHEN YANGYANG,et al.Extended producer responsibility system in China improves e-waste recycling:Government policies,enterprise,and public 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