Этап 3. Оценка воздействия жизненного цикла. Life Cycle Impact Assessment

После начального определения цели и охвата, сбора данных и всех необходимых процедур распределения можно перейти к сути и смыслу любого ОЖЦ (LCA): оценке воздействия жизненного цикла (ОВЖЦ).

Мы говорим о “начальном” определении цели и охвата, потому что зачастую ОЖЦ - нелинейный, итеративный процесс, когда мы переключаемся между этапами, что-то уточняем или меняем. Например, может получится так, что собранных данных недостаточно для достижения цели исследования, тогда нужно либо поменять цель, либо отдельно описывать в отчете о проведении ОЖЦ сложившуюся ситуацию.

Технически это самый быстрый и легкий этап, так как чаще всего исследователи переносят результаты ИАЖЦ (LCI) в смоделированную в ПО для проведения ОЖЦ продукционную систему, делают пару кликов в программе, и получают результаты ОВЖЦ.

Важно понимать, что стоит за этой “парой кликов”, как устроен процесс ОВЖЦ (LCIA), так как это смыслообразующий этап

Воздействие на окружающую среду - набор изменений окружающей среды, положительных или отрицательных, вызванных вмешательством человека (антропогенным воздействием). Антропогенное воздействие на окружающую среду по умолчанию считается негативным, то есть, чем меньше воздействие, тем лучше. “Положительная” активность, которая направлена на восстановление экосистем, чаще всего направлена на работу с последствиями человеческой деятельности, которые привели к деградации экосистем и была бы не нужна, если человеческая деятельность изначально не наносила им урон.

Важно помнить, что воздействия на окружающую среду, которые оцениваются на этапе ОВЖЦ, следует интерпретировать как потенциалы воздействия, а не как фактические воздействия, превышение пороговых значений или запасов безопасности или риска, поскольку они:

На этом этапе происходит определение и оценка значимости возможных воздействий на окружающую среду на всем протяжении жизненного цикла продукта.

Смысл этапа - соотнести результаты ИАЖЦ (LCI) с потенциальным воздействием на окружающую среду.

Как мы уже увидели, конечный результат ИАЖЦ - список элементарных потоков, которые мы изымаем из окружающей среды и которые мы выбрасываем в окружающую среду. Оценка воздействия жизненного цикла — это этап ОЖЦ, направленный на оценку вклада каждого элементарного потока в воздействие на окружающую среду.

Ради изучаемой нами продукционной системы окружающую среду чего-то лишили (выкачали нефть, набрали воды из водоема, заняли территорию) и что-то добавили (загрязняющие вещества в атмосферу, почву и водоемы, парниковые газы). Естественно, это как-то повлияло на окружающую среду. Мы хотели бы понять, как именно. Для этого мы введем понятие категорий воздействия.

Основное преимущество ОЖЦ - обилие и разнообразие категорий воздействия на окружающую среду, по которым можно проводить оценку.

Категория воздействия (impact category) - категория, объединяющая экологические проблемы, к которой могут быть отнесены результаты инвентаризационного анализа жизненного цикла продукции.

Многие знают о роли выбросов парниковых газов в изменении климата и углеродном следе продуктов и услуг. Остальным воздействиям уделяется меньше внимания - меньше обсуждений и дискуссий их проблематики.

Это явление называется “carbon tunnel vision” (углеродное туннельное зрения) и описывает ситуацию, в которой при обилии экологических проблем, внимание уделяется в основном выбросам парниковых газов.

Изменение климата это только одна из более чем 15 категорий воздействия, которые на данный момент можно оценить в рамках ОЖЦ. Деятельность человека влияет на озоновый слой стратосферы, на выбросы твердых частиц, на состояние почв, на заболачивание водоемов, на биоразнообразие. Без должного внимания к этим воздействиям невозможно гармонично менять технологии, есть риск попасть в ситуацию “одно лечим, другое калечим”.

Методология оценки жизненного цикла позволяет исследователям создавать модели и включать в результаты ОВЖЦ свои, дополнительные категории воздействия. Стандарт ISO 14044 это регламентирует, и мы покажем, как это можно сделать.. Отдельные исследователи делают это редко, в основном над созданием моделей воздействия работают большие команды ученых, которые специализируются на отдельном экологическом воздействии, а те, кто проводят ОЖЦ пользуются уже устоявшимся набором категорий и способов их оценки.

ГОСТ Р ИСО 14044 описывает обязательные и опциональные шаги при ОВЖЦ

Мы остановимся подробнее на некоторых из этих шагов. С выбором категорий воздействия определиться обычно достаточно просто, чаще всего этот выбор делается на этапе определения цели и охвата исследования.

Классификация - отнесение результатов ИАЖЦ к выбранным категориям воздействия. На этом этапе элементарные потоки назначаются категориям воздействия, в которые они вносят вклад; например, выбросы углекислого газа и метана в воздух назначается такой категории, как потенциал глобального потепления (Global Warming Potential); в некоторых методиках также встречается категория изменения климата (Сlimate change).

Поток может быть отнесен как к одной категории воздействия, так и к нескольким, поскольку некоторые из загрязняющих или опасных веществ, попадающих в окружающую среду, могут оказывать множественное воздействие двумя способами:

Этот этап требует глубокого понимания и экспертных знаний об экологических воздействиях и поэтому обычно выполняется автоматически в ПО (которое зачастую уже включает в себя набор экспертных, предварительно запрограммированных таблиц классификации), и не является задачей исследователя.

На этом этапе все классифицированные элементарные потоки оцениваются в соответствии со степенью, в которой они способствуют некоторому воздействию.

Если мы посмотрим на группу потоков, относящихся к одной категории воздействия, то увидим список различных веществ. Но мы хотели бы видеть некоторый общий показатель по всей категории по ряду причин:

Посмотрим, как это выглядит на примере категории Потенциал глобального потепления (ПГП), которая многим знакома. Потоки для этой категории - эмиссии парниковых газов.

Предположим, мы получили такой список выбросов парниковых газов для двух продуктов:

Если мы просто посмотрим на эти данные, то ничего не поймем. Производство какого продукта вносит больший вклад в парниковый эффект? Для ответа на этот вопрос нам понадобится характеристическая модель, которая даст характеристические коэффициенты для всех потоков внутри одной категории. Значение по каждому потоку внутри категории нужно будет умножить на соответствующий ему коэффициент, затем все характеризованные значения суммируются, и мы получаем общий показатель по категории воздействия.

Характеристическая модель - это модель экологического механизма, стоящего за тем или иным воздействием на окружающую среду

Экологический механизм - причинно-следственная цепочка физических, химических и биологических процессов для заданной категории воздействия

Мы не можем напрямую наблюдать экологический механизм, поэтому вынуждены его моделировать.

Обычно при создании характеристических моделей идут по следующей цепочке:

Связь реальных (натурных) данных с действиями исследователя при проведении ОВЖЦ выглядит следующим образом:

В очень упрощенном виде для категории Потенциал глобального потепления (ПГП или GWP) процесс будет выглядеть следующим образом: мы наблюдаем некоторую проблему, в данном случае - устойчивое повышение средней температуры на планете.

Проводя многолетние наблюдения, замеры, экспериментальные исследования, моделирование, научное сообщество приходит к выводу, что основная причина этого явления связана с антропогенными выбросами в атмосферу ряда веществ со схожим эффектом, а именно - парниковым эффектом.

Экологический механизм для данной категории - нарушение радиационного баланса за счет повышенного удержания энергии инфракрасного излучения, отраженного от поверхности планеты, в нижних слоях атмосферы из-за повышения концентрации парниковых газов. Это значит, что вклад в парниковый эффект других парниковых газов, которые могут отличаться от “эталонного” СО2 в десятки и сотни раз, пересчитываются в эквивалент воздействия углекислого газа.

Подробнее об этом мы расскажем в материалах, посвященных категориям экологического воздействия в ОЖЦ, пока ограничимся этим определением для иллюстрации того, как выглядит и работает характеристическая модель.

Когда мы поняли, что потенциальное изменения климата (глобального потепления) вызвано главным образом парниковым эффектом, мы можем изучать вклад различных газов в парниковый эффект, особенности их распространения, время жизни в атмосфере и тому подобные аспекты. Какой-то поток мы выбираем за единицу измерения. Наиболее распространенным “антропогенным” газом, способным вызывать парниковый эффект, является углекислый газ (СО2), поэтому воздействие по данной категории принято выражать в кг СО2-эквивалента. Остальные парниковые газы мы сравниваем именно с углекислым газом, и смотрим, насколько выражен их парниковый эффект.

В итоге мы имеем характеристическую модель, которая на выходе дает нам список характеристических коэффициентов для всех известных на данный момент парниковых газов.

Зная их, мы проводим характеризацию потоков для Продукта X и Продукта Y:

*МГЭИК - международная группа экспертов по изменению климата

Итак, теперь воздействие по категории ПГП для обоих продуктов выражено в единой единице измерения, килограммах CO2 эквивалента, и мы можем увидеть, что вклад Продукта X в экологические воздействие по ПГП больше, чем у Продукта Y.

Коэффициенты могут обновляться, какие-то вещества по мере изучения могут быть добавлены в категории воздействия, какие-то, наоборот, удалены из списков, поэтому при оформлении ОЖЦ-отчета всегда указано, какие характеристические модели были использованы.

Чаще всего указывают методику или метод (LCIA method) - набор характеристических моделей для всех интересующих категорий воздействия. Например, на разных территориях или в разных странах методы оценки воздействия (наборы моделей) могут отличаться. Это происходит отчасти из-за того, что по некоторым моделям нет научного консенсуса, а отчасти из-за того, что для разных территорий может иметь смысл создавать разные характеристические модели (например, для подкисления почв или эвтрофикации). В случае с ПГП в большинстве методов используется одна характеристическая модель, предложенная МГЭИК, где характеристические коэффициенты даны из расчета периода в 100 лет.

Последовательность шагов при ОВЖЦ.

Похожая логика применяется для создания характеристических моделей для других категорий воздействия.

В ОВЖЦ различают midpoint и endpoint indicators (промежуточные и итоговые показатели воздействия).

Чтобы выбрать показатель воздействия, исследователям необходимо найти компромисс между тем, чтобы:

Это привело к созданию двух различных типов категорий воздействия, применяющих индикаторы на двух различных уровнях экологического механизма: midpoint (промежуточный) и endpoint (конечный).

Endpoint indicators отражают влияние на те аспекты окружающей среды, здоровья человека или ресурсов, состояние которых представляет собой повод для беспокойства или экологическую проблему (area of protection). В сущности, это именно то, что мы и хотим узнать, то, что нас волнует. На данный момент выделяют три основных таких категории:

Это комплексные категории, имеющие большую экологическую значимость.

Midpoint indicators это показатель воздействия где-то на пути между эмиссией и конечной точкой воздействия (endpoint). Это более дробные категории, показатели которых легче получить и измерить.

Большинство ОЖЦ ограничивается выбором midpoint indicators, то есть промежуточными показателями категорий воздействия. Для этого на данном этапе есть несколько причин:

Тем не менее, основное, что интересует всех стейкхолдеров, это конечная точка воздействия. Сами по себе килограммы парниковых газов, хлорфторуглеродов или других эквивалентов, в которых измеряется воздействие на промежуточном уровне, не имеют для нас значения в отрыве от контекста исследования. Эти показатели имеют значение лишь постольку, поскольку помогают понять, каких экологических последствий стоит ожидать: изменение качества и продолжительности жизни, изменение состояния экосистем и пр.

Если не развивать модели для расчета endpoint показателей, мы как исследователи можем оказаться на месте человека, который ищет потерянные ключи не в том месте, где обронил, а под фонарем, потому что там лучше видно.

Список наиболее популярных промежуточных показателей категорий воздействия (midpoint indicators)

Список наиболее популярных конечных показателей категорий воздействия (endpoint indicators)

Подробнее про каждую из таких категорий мы расскажем в отдельных материалах.

Так как мы делаем сравнительное исследование и хотим обеспечить совместимость результатов исследования с российскими и международными стандартами в ОВЖЦ мы используем методику PEF (Product Environmental Footprint), в которой применяются midpoint-показатели.

После анализа и подбора подходящих наборов данных для процессов, лежащих вверх (upstream) и вниз (downstream) по цепочке поставок, мы моделируем жизненный цикл исследуемых нами бутылок в специализированном ПО, переносим результаты предыдущего этапа (ИАЖЦ) в программу и, предварительно выбрав в ПО метод ОВЖЦ для расчета, получаем результат.

Для исследуемых нами стеклянной и пластиковой бутылок мы получили следующие результаты ОВЖЦ (все количественные показатели приведены для примера и их не следует использовать в качестве источника данных для натурных исследований):

*3.46E-01 - это так называемая научная или экспоненциальная форма записи числа. 3.46 - мантисса, E - экспонента (от англ. “exponent”), означающая “·10^” («…умножить на десять в степени…»), -01 - порядок, то есть степень, в которую мы возводим 10. Получается: 3.46 10-1= 0.346

Такая запись числа удобна для записи очень больших и очень маленьких чисел, а также для унифицированного представления любых чисел.

Здесь мы представили общий итоговый результат в границах “от колыбели до ворот”, а также по процессам окончания жизненного цикла и дополнительных процессов переработки в конце жизненного цикла бутылки. На следующем этапе мы проведем анализ и интерпретацию полученных результатов.