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2024年4月22日 星期一

電池相關的各種知識與展望(14) 電池壽命週期評價


(12)何謂定量評估對環境影響的「電池壽命週期評價」?


前兩篇分別提到了解決環境問題的鋰離子電池的「資源回收」與「再利用」方法。這一篇則是要重新思考到底何謂對環境有利的行為。


說到電池以及裝載電池的產品對於環境影響的指標,最近經常會看到「LCA(Life Cycle Assessment)」這樣的字眼。


在恐怕是為了收集電池或電動車相關資料才來觀看本專欄的讀者中,聽到LCA這個名詞時,應該會有不少人認為這是「在產品的壽命週期中考量關於CO2排放量的問題」。不過,這樣的理解,嚴格來說並不正確。


所謂的LCA, Life Cycle Assessment),是紀錄從資源採取開始、製造、使用、到廢棄的一生,也就是「從搖籃到墳物為止」,利用「適當」而且「定量」的方法來評估電池所有進行的活動會對於環境帶來怎樣的影響。換句話說,某個產品的整個壽命週期中參與過的所有活動中,多少是從自然環境中採得的?又會對環境排放出多少有負面作用的物質?將這些物質定量化的統計起來,評估其影響度的手法,就是LCA。


因此「在產品的壽命週期中考量關於CO2排放量的問題」,只不過是用LCA的標準來評價對地球暖化影響的一個因素而已。本來使用LCA可評價的環境影響項目就不只有對地球暖化的影響而已,還有資源消費、大氣與水質的汙染、臭氧層破壞、生態毒性等等許許多多的種類。


如果只限定討論排放二氧化碳量的話,可以用「LC-CO2(二氧化碳生命週期)」或是「碳足跡」等名詞來表現會比較適當,不過現金對於地球暖化問題或是減碳活動的關心非常之高,因此會讓人有「LCA=CO2排放量」的錯誤印象。


LCA是一種ISO標準嗎?


在考慮對環境影響時,往往會有「將某種產品置換掉也許可以減低CO2排放量,但會不會造成使用太多資源、反而增加廢棄物?」、「對環境友善到底是怎樣的概念?」等等疑問。而針對這些問題,能夠提出比較客觀解釋方法的就是「LCA」。


而LCA的基本考量方法與組成方法,是ISO(International Organization for Standardization,國際標準組織)整理成「ISO14040」系列條文而作為環境管理的一種規格。


在網路上的確會看到不少與LCA有關但出處不明的數字,這些數字是不是根據ISO14040為基準做出來的,對於信賴性的擔保上非常重要。如果是根據ISO標準做出來的話,就可以判斷這個LCA結果是滿足所有再現條件、可以信賴的數字。


至於LCA分析作業,就像下圖一樣,分成「目的與調查範圍之設定」、「清單分析」、「影響評價」、「解釋」等四個階段。以下就來整理各階段的概要:


(1)目的與調查範圍設定


首先要做的是找出要執行LCA的理由(為何要調查LCA?)、用途(要怎麼利用調查結果?)、資訊提供目標(要將調查結果傳達給誰?),就是明確定義調查的「目的」。


再來則是這次要實施LCA調查時,該怎麼做比較適當?也必須配合實施目的來進行「調查範圍之設定」。


例如,公司內部實施LCA與對外發布LCA結果、或者是針對產品單獨調查與比較數個產品的環境影響,其調查的「目的」與適當的「調查範圍設定」一定都大不相同。此外,是要確認整體的環境影響評價?還是只有專注在地球暖化的「LC-CO2」的評價,也會讓「調查範圍設定」有所不同。


至於「資訊提供目標(要將調查結果傳達給誰?)」的重要性和其他項目相比可能會覺得有點難以有概念,但其實LCA也會因為接受報告的對象不同而讓調查方法大不相同。


如果目的僅僅是自己公司內部利用的話,就要意識到每個供應鏈的每一方面,要求每一個不同原料輸入業者都必須明列出來。另外如果是要將調查結果公佈到外部的話,必須注意要保護自身企業機密,如果連結到自身獨家技術的詳細的話,就不能對外公開,而必須花心思改用業界一般常識的解釋方法來說明。


需要明確定義「調查範圍的設定」的項目,其實也非常多采多姿。在壽命週期中的資源採取、製造、使用、廢棄等各個程序的區分、或在各領域對應的資料要件設定的方法,也會帶給評價結果很大的影響。


如果要比較多項產品的評價結果,特別要注重的是「產品的功能」進行比較多個產品時,一般來說必須挑選本質上同等的功能來比較,才有意義。


好比說,「有年代感的經典車」與「裝載最新技術的最新型車」比較時,就必須考慮本質上同等的「汽車行走功能」項目。就算最新型汽車裝有ADAS(先進駕駛輔助系統)或是可以使用無線連網來更新功能,由於經典車上沒有這些功能,就不該進行這方面的比較。當然,也會出現例外的場合,但進行個產品功能評價時要考慮比較哪些項目,也必須在最終報告書中明確表示出來。


決定LCA調查範圍時,標明特定功能或性能特性也是非常重要的事情。將需要評價產品的主要功能用某種單位定量化的指標,則稱為「功能單位」。設定功能單位對於調查目的或範圍也是非常必要。


功能單位通常是以物理量、時間值與品質值來構成。物理量當然就是直接跟主要功能相關的數值,時間值也很容易對應到產品壽命或使用期間的印象上。相對來說,比較難以定量化的「品質」,該怎麼定義出其功能要素,就是個很難的問題。


好比說,想比較東京與大阪之間的移動手段對於環境負擔的影響。去比較開車與搭乘新幹線何者對環境負擔比較小,則比較各自製造車體所需要的資源量、耐用年數、同樣移動距離下的燃料消耗量,都是可比較的項目。


但此際考慮「同樣移動距離下的燃料消耗量」時,徒步行走或騎腳踏車當然會比開車或搭乘新幹線對環境負擔比較小,但這樣的結論應該不會有人想接受。這時在「東京大阪之間移動手段」的「品質功能」上,很明顯就知道不應該拿新幹線與徒步相比,所以在「功能的品質」時,就會限制住比較的對象。


也許一見之下會覺得這是理所當然之事,就是這種比較調查往往專注在某個要素上時,其他的要素影響就會被忽略。所以進行產品比較時,哪一個比較要素是不可或趨、哪一個比較要素其實是不必要的,必須一開始就檢討清楚,這非常重要。


(2)清單分析


一句話,這就是「資料的收集與計算」。在想要評價的產品壽命週期中,收集其材料使用量、能量消耗量、環境負擔物質排出量等等資料、進行統計、驗證,將對於環境影響評價的必要數值定量化。


在清單分析中,必須要考慮符合LCA調查目的與範圍的「正確性」、「完全性」、「資料收集程序的推定時間」、「整合性」、「重現性」等等的資料品質。特別是要將數個產品的環境影響比較結果對外部公開之時,建議一定要全部滿足前述提及之資料品質要點。


現在,隨便哪裡冒出來的部落格或是社群網站上看到的「LCA報告」,大多是相當於「CO2排放量的清單分析結果」的東西,如果拿去對照ISO評價基準來看的話,也大多都是不合格的報告。特別是往往會看到資料整合性驗證不夠充分的問題。


像是「某某東西的製造時排放」等等,就算名稱上看起來是意指同樣流程的東西,根據不同的文獻會根據流程的區分方法或是該領域對應資料的計算根據而有所不同。從前提條件不同的各種文獻收集出來的資料數值通常會得不出來甚麼有意義的結果,所以在參考網路上公開資料的數值時必須要特別注意前提條件是否相同。


(3)影響評價


這是以清單分析得到的資料為基礎,將潛在環境影響的重要度給予評價的程序。清單分析的結果基本上就是在各個評價項目中資源消耗或是環境負擔物質排出量的定量值,就必須要進行整合性的環境影響評價之必要。本專欄由於不打算提及專門深入的內容,所以關於詳細計算的部分就此割愛;不過必須根據不同的合適評價模型,將清單分析得到的定量值換算成對於環境影響評價的數值,才是這個步驟的真正目的。


(4)解釋


這是根據(1)~(3)的內容,進行結果解釋的程序。就是要針對設定好的目的與調查範圍,判斷清單分析以及影響評價的結果是否適當,再製作報告書或進行追加分析的必要性檢討。特別是對於多數產品的環境影響比較結果拿去外部公開的場合,更有必要請教該領域的專家進行第三方的客觀審核,驗證結果的正當性。


這裡的(1)~(4)的項目,並不是依照數字順序來執行,而是會根據分析結果或條件設定會需要反覆調整、重新檢討、重新定義,在各個項目間來來去去執行。


這次是根據ISO14040系列標準的內容,來整理評價環境影響的LCA手法之概要。也許大家聽到ISO的名號會覺得內容會是很艱澀的文書工作,但實際上這是將複雜的思考程序給予有系統整理的一種手法。也希望這樣的介紹對於大家有所幫助。


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