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21世纪,人类将进入低碳经济时代,节能减排越来越受到人们的重视。轮胎产业目前面临着“大量生产、大量废弃”的问题。轮胎从生产到废弃管理,都需要直接或间接消耗自然资源和能源,面临大量二氧化碳排放的问题。轮胎的主要组成元素是碳,即使废弃后的轮胎,其碳含量也有80%以上。因此,轮胎的生命周期分析对生态环境保护、碳减排和资源循环利用具有重要的意义。
废旧轮胎可以回收大量的物料和能源,将碳固定到产品中,达到节能减排的目的。为此本文将生命周期评价方法应用于轮胎生命周期系统,通过能量利用、碳排放和经济效益的清单分析,探索轮胎生命周期各阶段包括不同资源化工艺对能量利用、碳排放和经济效益的影响,以为政府及管理部门决策提供依据。
(1)采用改进的生命周期评价方法LCA—3E,即在传统LCA(Life CycleAssessment)方法基础上引入经济效益分析,重点考察了轮胎生命周期内能量(Energy)、碳排放(Carbon Emissions)和经济效益(Economy)的因素。
(2)建立了轮胎生命周期3E指标函数的计算与模型,内容包括能量流动模型、碳流动模型和经济模型。能量流动模型包括能源输入模型和能源输出模型;碳流动模型包括碳排放模型和碳削减模型;经济模型包括经济成本分析模型和经济利润分析模型。并引入了能量恢复率、碳减排率和利润成本比分别作为能量评价指标、碳评价指标和经济评价指标,在此基础上建立了轮胎生命周期成本—利润模型。
(3)应用轮胎生命周期系统LCA—3E模型,并结合所获取的生命周期系统的3E数据,建立了轮胎生命周期系统的能量输入—输出清单,碳排放—削减清单和经济成本—利润清单。在清单分析基础上,对轮胎生命周期系统进行3E分析和敏感度分析。结果表明:①1吨轮胎,在整个生命周期中,能量消耗约1.23×106MJ,碳排放约2.46×104kg,经济成本约15.3万元,经济利润约0.28万元;②使用阶段的净能量和净碳排放最大,约占轮胎生命周期总能耗和总碳排放的85.7%和80.7%,其中,42.0%的总能耗和39.5%的总碳排放由胎面滚动阻力引起的;生产阶段的净能量和净碳排放占第二位,约占轮胎生命周期总能耗和总碳排放的14.1%和19.0%,其中,8.6%的总能耗和10%的总碳排放由生产阶段SBR(丁苯橡胶)使用引起的;③从物料回收、能源回收、物料和能源同时回收的三个角度,选择国内外比较常用的机械粉碎制胶粉、能源化发电和热解3种典型资源化途径进行比较:热解的能量回收率约是机械粉碎的1.9倍,约是能源化发电的8.6倍;热解的碳回收率约是机械粉碎的1.7倍,约是能源化发电的7.1倍;热解的经济效益略高于机械粉碎,约为能源化发电的2.3倍。
(4)根据3E分析和敏感度分析,确定轮胎生命周期系统的主要3E影响因素:生产阶段SBR用量、使用阶段轮胎燃料使用转换系数(由轮胎的滚动阻力决定)、资源化阶段的副产品产量、原料和产品的市场价格(SBR市场价格的影响显著)。由此,对生产阶段、使用阶段和资源化阶段,从增加对环境改善作用和经济利润,减少环境负面影响和经济成本的角度,提出轮胎生命周期系统3E初步建议。