郭 焱，劉紅超，張 茜，郭 彬

（1．天津大學 管理與經(jīng)濟學部，天津 300072；2．太原理工大學 經(jīng)濟管理學院，山西 太原 030024）

0 引言

生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）作為一種成熟的環(huán)境影響評價工具，被廣泛應用于能源、交通、建筑和包裝等工業(yè)領域的產(chǎn)品和服務評價中。根據(jù)研究目的的不同，LCA可分為用于描述研究對象特性的歸因生命周期評價（Attributional LCA，ALCA）和用于支持決策的歸果生命周期評價（Consequential LCA，CLCA）。CLCA是20世紀末才萌芽的，并且在21世紀的頭十年受到廣泛關(guān)注。它的初期研究主要集中在ALCA與CLCA方法對比以及臨界技術(shù)的確定兩個領域。隨著局部均衡模型（Partial Equilibrium models，PE）的引入，CLCA方法逐漸成熟，并出現(xiàn)了許多實證案例，涉及到農(nóng)業(yè)、冶金、生物燃料等領域的產(chǎn)品和技術(shù)選擇。作為PE模型的拓展，多市場—多地區(qū)局部均衡模型 （Multi－Market， Multi－Regional PE models，MMMR－PE）、可計算的一般均衡模型（Computable General Equilibrium models，CGE）可以考慮更復雜的市場情況，目前已成為該領域的研究熱點。此外，考慮回彈效應和經(jīng)驗曲線的CLCA研究正在逐步深入，但仍無法完成定量分析。

雖然CLCA已經(jīng)飛速發(fā)展，但是對于該領域的研究仍然不夠成熟，缺乏標準化的CLCA方法和流程框架，這不僅是因為對歸果生命周期評價的研究年限尚短，還因為其內(nèi)部的復雜性所致。目前，國內(nèi)還沒有研究機構(gòu)和學者對CLCA的理論和方法開展系統(tǒng)性研究，但CLCA在國外已經(jīng)蓬勃發(fā)展，它對于決策者尤其是政府決策者制定相關(guān)政策時的價值不容忽視。本文試圖對CLCA領域的相關(guān)問題展開研究，希望能有助于各類決策者采用CLCA來制定能源、環(huán)境以及社會可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)政策。

1 歸因與歸果生命周期評價方法比較

ALCA主要描述與環(huán)境相關(guān)的物質(zhì)流在生命周期及子系統(tǒng)中的流入與流出。CLCA旨在描述對于可能的決策與環(huán)境相關(guān)的物質(zhì)流的改變［1］。ALCA模型即傳統(tǒng)意義上的生命周期評價模型，它通過描述產(chǎn)品在生命周期內(nèi)的能量流和物質(zhì)流，能夠為決策者提供關(guān)于產(chǎn)品系統(tǒng)能源及環(huán)境影響的全景描述。然而，當研究涉及技術(shù)選擇等決策問題時，ALCA模型并不能給出非常理想的答案。這是因為ALCA模型旨在描述產(chǎn)品在生命周期過程中的實際能量流和物質(zhì)流的情況，無法模擬系統(tǒng)邊界之外的非物質(zhì)流因素、間接產(chǎn)生的能源以及環(huán)境變化情況。以是否推廣生物質(zhì)燃料這一決策問題為例，通過ALCA方法，可以計算出生物質(zhì)燃料產(chǎn)品從原料生產(chǎn)、加工到使用的整個生命周期過程中的實際能源消耗及溫室氣體排放量。結(jié)果表明，生物質(zhì)燃料的全生命周期溫室氣體排放量明顯低于傳統(tǒng)汽油。事實上，生物質(zhì)燃料的推廣使得土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，更多的土地用來生產(chǎn)生物質(zhì)燃料作物，導致土地中的有機碳含量減少、二氧化碳排放量增加。由此可以看出，對于考慮復雜情況以及長期效應的決策而言，ALCA無法提供足夠的信息。

鑒于ALCA模型在支持決策方面的局限性，一種主要用于進行決策的生命周期評價方法——CLCA模型逐漸發(fā)展起來，并成為生命周期評價領域的研究熱點。它通過考慮市場因素尤其是產(chǎn)品替代效應，分析當產(chǎn)品系統(tǒng)發(fā)生邊際變動時系統(tǒng)能源和環(huán)境影響的變化情況，這里的環(huán)境影響包括直接影響和間接影響。通過對產(chǎn)品系統(tǒng)進行CLCA，相關(guān)決策者可以獲得某項技術(shù)選擇或某項政策引起的市場范圍內(nèi)的能源和環(huán)境變化情況。與ALCA相比，CLCA具有以下特點，如表1所示。

表1 ALCA與CLCA的區(qū)別

總之，ALCA與CLCA沒有本質(zhì)區(qū)別，主要不同在于哪些過程應該包括在所研究的系統(tǒng)邊界之內(nèi)。對于ALCA而言，它僅僅包括對環(huán)境有影響的產(chǎn)品生產(chǎn)、消費、廢棄和回收等環(huán)節(jié)的直接的物質(zhì)流和能量流，即只將生命周期從搖籃到墳墓的全過程包括在所研究的系統(tǒng)邊界之內(nèi)，由此產(chǎn)生的分配問題通常使用系統(tǒng)擴張的辦法來避免，或采用基于經(jīng)濟關(guān)系或者物理關(guān)系的分配方法來處理多輸出過程。理想情況下，它應該包括生命周期內(nèi)每個單元過程的平均數(shù)據(jù)。而CLCA方法能夠?qū)⑺惺苓呺H變動影響的過程都包括在內(nèi)，包括受邊際變動影響的直接和間接物質(zhì)流、能量流。在CLCA中，由于系統(tǒng)擴張，避免了分配問題的出現(xiàn)，理想情況下，CLCA使用邊際數(shù)據(jù)。此外，要深入探討CLCA，還必須了解情境建模在CLCA中的作用，學者們習慣使用情境模擬的方法來支持CLCA，為建立相應的情境模型提供科學合理的依據(jù)，這些情境模型考慮了影響產(chǎn)品生命周期決策的技術(shù)發(fā)展、市場變化、政策等其他相關(guān)的變量。

考慮到不論ALCA還是CLCA的研究都需要大量的數(shù)據(jù)，尤其對于CLCA而言，這更是一種挑戰(zhàn)，切實可用的數(shù)據(jù)庫和分析軟件就顯得十分重要，目前已經(jīng)有許多這樣的數(shù)據(jù)庫和軟件來支持人們的決策。許多國家、地區(qū)、行業(yè)的數(shù)據(jù)庫也都已經(jīng)建立。例如，瑞典的SPINE＠CPM數(shù)據(jù)庫、德國的PROBAS數(shù)據(jù)庫、日本的JEMAI數(shù)據(jù)庫、美國的NREL數(shù)據(jù)庫等。更多的數(shù)據(jù)庫正在全世界范圍內(nèi)開發(fā)，例如，巴西、加拿大、中國、德國、馬來西亞，泰國和其他國家［4］。在進行數(shù)據(jù)分析時，一般運用Excel或者是數(shù)據(jù)矩陣的逆陣等進行計算。此外LCA從業(yè)者還致力于專用LCA軟件的開發(fā)，例如，美國阿貢實驗室開發(fā)的GREET模型數(shù)據(jù)庫，在其Excel表中詳細給出了各種車用能源的全生命周期數(shù)據(jù)，極大地提高了車用能源全生命周期評價的效率。另外，還有很多適用的LCA軟件，例如CMLCA，EIOLCA和MIET等，這些都可以為ALCA和CLCA的研究提供支持。

2 “臨界技術(shù)”的確定與歸果生命周期評價

最早關(guān)于CLCA的研究出現(xiàn)在1993年Weidema發(fā)表的有關(guān)生命周期清單（Life Cycle Inventory，LCI）分析的文章中。Weidama（1993）提出了比較型生命周期評價（comparative LCA）的概念［5］。比較型生命周期評價與追溯型生命周期評價（retrospective LCA）即ISO和SETAC框架下傳統(tǒng)的生命周期評價不同，它主要用于分析產(chǎn)品系統(tǒng)發(fā)生邊際變動時，系統(tǒng)生命周期內(nèi)能源和環(huán)境影響的變化情況。Weidama認為，對于比較型生命周期評價，需要獲得與臨界技術(shù)（marginal technology）相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)，才能構(gòu)造出合理的生命周期評價模型。在這里，臨界技術(shù)被解釋為“最有可能受邊際變化影響的技術(shù)”。這里提到的技術(shù)是廣義的，泛指各類技術(shù)、工藝、產(chǎn)品和服務等。以挪威電力供應為例，挪威主要通過水利進行發(fā)電。由于水利發(fā)電的產(chǎn)能及成本限制，當電力需求產(chǎn)生邊際增加時，成本較低的化石能源發(fā)電需求就會增加，相應地會引起溫室氣體排放的增加。在這里，化石能源發(fā)電即為臨界技術(shù)。因此，Weidama強調(diào)在進行LCI時需要充分考慮市場因素。Weidama提出的比較型生命周期評價作為CLCA的早期說法，確立了CLCA的基本思想。其中臨界技術(shù)的概念也成為CLCA早期研究的重點。Weidama等（1999）提出一種確定臨界技術(shù)的步進式方法。該方法具體可分為5個步驟，如圖1所示［6］。

圖1中有5個問題用來確定臨界技術(shù)。問題1用來判別研究系統(tǒng)的時間跨度問題。在這里，短期指所研究的邊際變動發(fā)生在現(xiàn)有生產(chǎn)能力之內(nèi)，不會引起資本投資，長期則指引起新設備投產(chǎn)或舊設備淘汰等資本投資的情況。對于大部分生命周期評價研究而言，邊際變動一般都會帶來資本投資。這一特點在電子信息等資本周期較短的行業(yè)中尤為明顯。當對問題1的回答為長期時，則進入問題2；若為短期，則進入問題4，繼續(xù)確定所要檢驗的技術(shù)是否能引起現(xiàn)有生產(chǎn)能力下的生產(chǎn)量變動。問題2用來考慮邊際變動所產(chǎn)生的影響是否直接影響到某項技術(shù)，或是通過改變市場的供求關(guān)系來對某項技術(shù)產(chǎn)生影響。當對問題2的回答為具體技術(shù)時，則該技術(shù)為臨界技術(shù)，否則需繼續(xù)進行問題3。問題3用來區(qū)分市場容量的變化趨勢。如果市場容量在萎縮，則臨界技術(shù)最有可能是那些陳舊的、缺乏競爭力的技術(shù)；反之，臨界技術(shù)則多為具有競爭力的新技術(shù)。問題4用來排除不能滿足足夠產(chǎn)能變化的技術(shù)。問題5根據(jù)市場容量的變化趨勢，選擇最優(yōu)或最差的技術(shù)為臨界技術(shù)。確定臨界技術(shù)后，利用與其相關(guān)的邊際數(shù)據(jù)，就可以計算出邊際變動產(chǎn)生的系統(tǒng)全生命周期影響。

3 歸果生命周期評價及其在經(jīng)濟學中的應用

3．1 均衡模型與歸果生命周期評價

現(xiàn)有的大部分CLCA實證研究都引入了經(jīng)濟學中的PE模型和一般均衡模型（General Equilibrium，GE）。PE模型是1920年阿爾弗雷德—馬歇爾創(chuàng)立的，該模型在假定其他市場條件不變以及該市場的活動對其他市場很少有影響或者幾乎沒有影響的情況下，單個（或部分）市場供給與價格之間的均衡狀態(tài)。GE模型是1874年法國經(jīng)濟學家瓦爾拉斯創(chuàng)立的，該模型在承認供求與市場上各種商品的價格和供求關(guān)系存在相互聯(lián)系和相互影響的前提下，所有市場上各種商品的價格與供求關(guān)系呈均衡狀態(tài)。GE模型同時決定所有市場的價格和數(shù)量，并將反饋效應考慮在內(nèi)。一般均衡是經(jīng)濟學中局部均衡概念的擴展。在一個一般均衡的市場中，每個單獨的市場都是局部均衡的。

Ekvall（2000a，2000b，2004）引用微觀經(jīng)濟學中供求價格彈性的概念，建立了一個能夠定量分析生命周期評價中“間接影響”的簡化部分均衡模型。這里，“間接影響”指由于市場作用產(chǎn)生的環(huán)境影響。該文以廢舊波狀紙板為例，通過計算供求價格彈性，可以獲得市場中廢舊波狀紙板對原生紙漿的替代率，進而求出由于兩種產(chǎn)品產(chǎn)量變化所帶來的間接環(huán)境影響［7－9］。Ekvall和 Andrae（2006）應用結(jié)合的局部均衡和生命周期評價模型，分析了由于電子業(yè)釬焊料禁令產(chǎn)生的間接環(huán)境影響。自此之后，很多研究都采用這種方法，對農(nóng)業(yè)、能源、房地產(chǎn)等行業(yè)進行環(huán)境影響評價［10］。但是這種應用也存在一定的局限性，因為在應用CLCA方法進行研究時缺乏切實可用的邊際數(shù)據(jù)，不得不使用平均數(shù)據(jù)進行研究，這在一定程度上影響了評價結(jié)果的可靠性。因此在以后的研究中獲得切實可用的邊際數(shù)據(jù)十分重要。另外，Ekvall和Andrae（2006）在研究中所采用的局部均衡模型較為簡單，僅考慮了單一市場、單一地區(qū)內(nèi)某兩種產(chǎn)品間的替代作用。而MMMR－PE則可以處理更加復雜的情況，因此常被用來評價生物質(zhì)燃料需求增長導致的間接土地利用變化（Indirect Land－Use Change，ILUC）問題。Searchinger（2008）借助一種涉及多市場多地區(qū)的部分均衡模型FAPRI－PE，對美國生物質(zhì)燃料的生命周期溫室氣體排放進行了分析。研究結(jié)果表明，在考慮土地結(jié)構(gòu)變化的情況下，相對于傳統(tǒng)汽油，用玉米制乙醇路線的溫室氣體排放量并沒有減少，反而增加了近一倍［11］。此后，美國環(huán)境保護局（US EPA）（2010）對Searchinger的研究進行了拓展，研究了美國發(fā)展生物質(zhì)燃料等可再生能源的環(huán)境可行性［12］。CGE提供了另一種評價生命周期間接影響的方法。與PE不同，CGE模型涵蓋了經(jīng)濟系統(tǒng)中的所有部門，因此其應用范圍更廣，同時也增加了細節(jié)數(shù)據(jù)的不確定性。Klφverpris（2009）提出了一個結(jié)合生命周期評價和GTAP模型的方法，用來分析農(nóng)產(chǎn)品市場中的ILUC問題［13］。GTAP模型是一個可計算的一般均衡模型，它涉及57個經(jīng)濟部門和87個地理區(qū)域，考慮了市場中的供給、需求以及政策因素［13］。之后GTAP模型也被美國環(huán)境保護局用來分析發(fā)展生物質(zhì)燃料的政策問題。

3．2 能源回彈效應和經(jīng)驗曲線與歸果生命周期評價

回彈效應（rebound effects）一直是能源經(jīng)濟學研究與爭論的焦點。能源回彈效應主要指能源使用效率的提高并未使能源消費減少，反而使能源消費增加。伴隨能源使用效率的提高，在原有能源消費一定的情況下，對能源的消費必然減少，然而，能源使用效率的提高，往往會導致能源價格的降低，在一定程度上增大了能源消費量。如果能源消費增加量大于能源消費減少量，總體能源消費水平將會增加，進而產(chǎn)生能源回彈效應。經(jīng)驗曲線是單位成本對累計產(chǎn)量的關(guān)系軌跡。學習效應及與其密切相關(guān)的經(jīng)驗曲線效應表示了經(jīng)驗與效率之間的關(guān)系。當個體或組織在一項任務中擁有更多經(jīng)驗時，他們會變得效率更高，即單位成本降低。Sanden和Karlstrom（2007）將回彈效應（rebound effects）和經(jīng)驗曲線（experience curve）引入 CLCA 的研究中［14］。對于汽車用戶，能源消費價格的降低也會促使其更多地使用汽車，行使更多的里程，從而產(chǎn)生更多的能源消費與溫室氣體排放。對于傳統(tǒng)的CLC研究而言，回彈效應產(chǎn)生的能源消耗和溫室氣體排放并沒有考慮在內(nèi)，由此得到的環(huán)境影響結(jié)果并不能很好地作為進行決策或制定政策的依據(jù)。而在CLCA模型中，回彈因素有必要被考慮進來。Sanden和Karlstrom（2007）以氫能電動汽車技術(shù)為例，他們假設在未來的一個世紀中，傳統(tǒng)的化石能源汽車技術(shù)仍舊占據(jù)絕大部分市場。在這種情景下，對于氫能電動汽車技術(shù)投資的生產(chǎn)經(jīng)驗也隨之增加，從而技術(shù)成本也會降低，同時環(huán)境減排的程度對這項技術(shù)的投資成比例關(guān)系。他們認為考慮經(jīng)驗曲線的歸果生命周期評價能夠更好地評價氫能技術(shù)的減排潛力。目前，對考慮回彈效應和經(jīng)驗曲線的間接生命周期評價的研究正在逐步深入，但仍無法完成定量分析。

綜上所述，CLCA實質(zhì)上是傳統(tǒng)的生命周期評價方法和經(jīng)濟學模型的一種結(jié)合，即在ALCA中融入經(jīng)濟學模型。雖然CLCA在21世紀的前十年迅速發(fā)展，但也不可避免地遇到一些挑戰(zhàn)，應該制定明確的標準來界定到底哪些過程應該包括在CLCA研究的范圍之內(nèi)，以解決CLCA不確定性大的問題。同時，應該致力于更高性能的軟件的開發(fā)以及更高標準的數(shù)據(jù)庫的建立，以便為CLCA提供切實可用的邊際數(shù)據(jù)，提高決策結(jié)果的可靠性。另外，要了解情境建模在CLCA中的應用，進一步區(qū)分ALCA和CLCA之間的區(qū)別。

4 結(jié)束語

本文對歸果生命周期評價領域的相關(guān)問題展開了研究，重點比較了：①歸因與歸果生命周期評價方法；②“臨界技術(shù)”的確定與歸果生命周期評價；③部分均衡模型和一般均衡模型與歸果生命周期評價；④能源回彈效應和經(jīng)驗曲線與歸果生命周期評價。通過對歸果生命周期評價相關(guān)問題的研究發(fā)現(xiàn)：①歸果生命周期評價方法與部分和一般均衡模型以及能源回彈效應和經(jīng)驗曲線的經(jīng)濟學模型相結(jié)合，能通過考慮市場因素，尤其是產(chǎn)品替代效應，分析在產(chǎn)品系統(tǒng)發(fā)生邊際變動時系統(tǒng)能源和環(huán)境影響的變化情況；②由于加入邊際生產(chǎn)成本以及供需彈性等經(jīng)濟因素，使得歸果生命周期分析在概念上更加復雜，一些歸果生命周期分析的模型也不再像歸因生命周期分析那樣是線性或靜態(tài)的，因而其結(jié)果對于假設更加敏感。因此，未來對歸果生命周期評價模型的假設與構(gòu)建，以及在評價流程與評價標準方面的假設，在目標和范圍確定、清單數(shù)據(jù)分析以及影響評價方法等領域還存在數(shù)據(jù)不確定性、歸果生命周期評價模型與PE和CGE以及其他經(jīng)濟學模型等相接合的問題。這些問題是下一步要研究的方向。

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