ارزیابی چرخه حیات یا LCA چیست

ارزیابی چرخه حیات یا LCA چیست؟

ارزیابی چرخه حیات (ارزیابی چرخه عمر) یا به عبارتی Life Cycle Assessment که به اصطلاح LCA گفته می شود یکی از روش های ارزیابی زیست محیطی است که امروزه به عنوان یکی از روش های استاندارد و پرکاربرد در ارزیابی محیط زیستی فرآیندها، محصولات و خدمات مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع ارزیابی چرخه حیات به عنوان یکی از روش های ارزیابی زیست محیطی بعد از ارزیابی فنی و ارزیابی اقتصادی تکمیل کننده ضلع سوم یک ارزیابی پایدار است که کمک می کند تا علاوه بر ابعاد فنی و اقتصادی، از نظر محیط زیستی نیز با اطمینان خاطر اقدام کنیم.

 نقش ارزیابی چرخه حیات (LCA)در مثلث پایداری فرآیندها

 

تاریخچه ارزیابی چرخه حیات (LCA)

ایده به وجود آمدن ارزیابی چرخه حیات (ارزیابی چرخه عمر) یا LCA را می توان در دهه ۱۹۶۰ میلادی جستجو کرد. زمانی که مسائل زیست محیطی توسط مردم و دولت مورد توجه فزاینده‌ای قرار گرفت. نقطه شروع آن را می‌توان مشکلات رو به افزایش زیست محیطی مانند باران اسیدی و دود که نتیجه جمعیت جهانی رو به رشد و صنعتی شدن پر شتاب بوده است، دانست.

نگرانی‌های پیرامون کمبود مواد خام و منابع انرژی باعث شد تا علاقه به پیدا کردن راه‌هایی برای محاسبه یکپارچه مصرف انرژی بیش از پیش احساس شود. یکی از اولین مطالعات در این زمینه توسط گروهی از محققین در شرکت کوکاکولا آمریکا انجام شد تا با مقایسه انواع ظروف نوشابه، آن نوعی از ظرف که کمترین رهایش زیست محیطی را داراست و کمترین اثر را بر تامین منابع طبیعی دارد مشخص سازند. این مطالعه مواد خام و سوخت‌های مورد استفاده و هم چنین بارهای زیست محیطی ناشی از فرآیندهای تولید را برای هر نوع ظرف کمّی‌سازی کرد. این مطالعه منتج به یکی از دلایل اصلی تغییر ظروف نوشابه‌های این شرکت از شیشه‌ای به پلاستیکی شد. البته این فرآیند کمّی‌سازی استفاده از منابع و رهایش‌های زیست محیطی، ارزیابی چرخه حیات نبود و اساسا در آن زمان هنوز چنین روش استانداردی به شیوه امروزی وجود نداشت و این ارزیابی تحت عنوان تحلیل پروفایل منابع و محیط زیست شناخته می‌شد.

در دهه ۷۰ میلادی، مطالعات زیست محیطی مبتنی بر انرژی گسترده‌ای برای محدوده‌ای از سیستم‌های صنعتی اجرایی شد. در اواخر دهه ۸۰ میلادی هم مطالعات متعددی با بهره‌گیری از ارزیابی چرخه حیات عمدتاً توسط شرکت‌های خصوصی در سوئد، سوئیس و آمریکا انجام شد. با این وجود، این مطالعات با بهره‌گیری از روش‌های مختلف بدون داشتن یک چارچوب تئوری مشترک انجام شدند. سال‌های ۱۹۷۰ تا ۱۹۹۰ را می‌توان دهه‌های شکل گیری و رشد LCA با رویکردها، اصطلاحات و نتایجی واگرایانه و متفاوت از هم دانست. به وضوح نبود یک ساختار ارزیابی چرخه حیات علمی بین‌المللی احساس می‌شد. نتایجی که از مطالعات این دوره که روی یک موضوع مشخص کار می‌کردند حاصل می‌شد بعضاً اختلاف قابل ملاحظه‌ای با هم داشت. دهه ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۰ را می‌توان دهه استانداردسازی نامید. این دهه شاهد رشد چشمگیر علمی و فعالیت‌های هماهنگ جهانی بود که در قالب کارگاه‌ها و انجمن‌های سازمان یافته و تعدادی راهنما و هندبوک LCA بازتاب یافت. اولین کنفرانس علمی LCA توسط انجمن سم شناسی محیط زیست و شیمی (SETAC) در سال ۱۹۹۱ سازماندهی شد. این سازمان در سال ۱۹۹۳ آیین نامه‌ای انتشار داد که اصول کلی و چارچوب برای مدیریت، مرور، ارائه و استفاده از نتایج LCA را نشان می‌داد. هم چنین در سال ۱۹۹۴ کمیسیون فنی ایزو (ISO) شروع به توسعه استانداردهای بین المللی برای LCA کردند که حاصل آن ارائه چهار استاندارد در سال‌های بین ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۰ نیز بود. نتیجه اصلی کار استانداردسازی ایزو تعریف یک چارچوب روش شناسی عمومی بود. دهه ی اول قرن بیست و یکم توجه‌ای فزاینده به LCA را نشان می‌دهد. در سال ۲۰۰۲ میلادی، برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP) و انجمن سم شناسی محیط زیست و شیمی یک مشارکت چرخه حیات بین المللی انجام دادند، که به نام نوآوری چرخه حیات شناخته می‌شود. هدف اصلی نوآوری چرخه حیات عملی سازی تفکر چرخه حیات و بهبود ابزارهای حمایت کننده به واسطه داده‌ها و شاخص‌ها است. نهایتاً با بازبینی چهار استاندارد ایزو موجود، کمیته فنی ایزو در سال ۲۰۰۶ به ارائه دو استاندارد زیر به جمع بندی رسید:

• ایزو ۱۴۰۴۰ (۲۰۰۶): مدیریت زیست محیطی – ارزیابی چرخه حیات – اصول و چارچوب
• ایزو ۱۴۰۴۴ (۲۰۰۶): مدیریت زیست محیطی – ارزیابی چرخه حیات – الزامات و راهنمایی‌ها

 

 

مزایای ارزیابی چرخه حیات

ارزیابی چرخه حیات رویکردی کلی نگر دارد، به طوری که تمامی ورودی‌ها و رهایش‌های ضروری در خیلی از مراحل و عملیات‌های چرخه حیات در درون مرزهای سیستم لحاظ می‌شود. قدرت LCA در این است که نگرانی‌های زیست محیطی را فراتر از یک مسئله خاص بسط می‌دهد و می‌کوشد محدوده وسیعی از مسائل زیست محیطی را با استفاده از روشی کمّی برای تصمیم گیرندگان مورد بحث و بررسی قرار گیرد. دید جامع LCA در جلوگیری از جا‌به‌جایی مشکل مفید است، مثلاً از یک بخش LCA به بخش دیگر، از یک ناحیه به ناحیه دیگر و یا از یک مشکل زیست محیطی به مشکلی دیگر.

مفهوم ارزیابی چرخه حیات(LCA)

از LCA می‌توان جهت رسیدن به اهداف زیر بهره برد:

• فراهم کردن کامل‌ترین تصویر ممکن از اثرات متقابل فعالیت‌ها با محیط زیست
• شناسایی پیامدهای زیست محیطی و مراحل چرخه حیات اصلی یا “نقاط حساس ” سهیم در این پیامدها
• مقایسه پیامدهای زیست محیطی محصولات، فرآیندها یا فعالیت‌های جایگزین
• درک ماهیت کلی و بهم پیوسته پیامدهای زیست محیطی حاصله از فعالیت‌های انسانی
• ارائه اطلاعات به تصمیم گیرندگان از اثرات زیست محیطی این فعالیت‌ها و شناسایی فرصت‌های بهبود زیست محیطی

 

معایب ارزیابی چرخه حیات

محدودیت‌های خاص LCA را می‌توان به شکل زیر خلاصه کرد:

• LCA پیامدهای بالقوه را به جای پیامدهای واقعی لحاظ می‌کند. این بدان علت است که در LCA، پیامدها به زمان و مکان بخصوصی اختصاص ندارد. اثرات زیست محیطی واقعی رهایش‌ها به اینکه در کجا، و چه زمانی و چگونه به محیط زیست رهایش می‌یابند بستگی دارد.
• عموماً LCA همه فرآیندها را خطی در نظر می‌گیرد. با دو برابر شدن تولید ماده فرض می‌شود که پیامدها دو برابر می‌شود، و به همین شکل رهایش آلاینده‌ها به محیط دو برابر می‌شود. اگرچه پیشرفت‌هایی برای کاستن از این محدودیت صورت پذیرفته ولی با این حال ماهیت LCA مبتنی بر مدل سازی خطی است.
• در نهایت، در دسترس بودن داده‌ها محدودیت دیگری است. اگرچه پایگاه داده‌هایی در کشورهای مختلف توسعه داده شده است، اما در برخی موارد، دستیابی به داده‌های موردنیاز به دلیل وجود بعضی محدودیت‌ها کار ساده‌ای نخواهد بود.

 

مراحل ارزیابی چرخه حیات (LCA)

 

طبق استانداردهای ایزو ۱۴۰۴۰ و ایزو ۱۴۰۴۴، ارزیابی چرخه حیات در چهار مرحله انجام می‌شود:

۱- تعیین هدف و دامنه کاربرد (Goal and scope definition)

۲- تجزیه و تحلیل سیاهه (Inventory analysis)

۳- ارزیابی پیامد (Impact assessment)

۴- تفسیر (Interpretation)

که در شکل زیر به تصویر کشیده شده است:

 گام های ارزیابی چرخه حیات) (LCA

 

تعیین هدف و دامنه کاربرد در ارزیابی چرخه حیات (LCA)

در مرحله تعیین هدف و دامنه کاربرد در مورد چرایی (هدف) و چگونگی (دامنه کاربرد) یک مطالعه ارزیابی چرخه حیات بحث می‌شود. هدف و دامنه ارزیابی یک چرخه حیات باید به وضوح تعیین شود و باید با کاربرد مورد نظر مطالعه سازگار باشد. به دلیل ماهیت تکرار پذیر ارزیابی چرخه حیات، ممکن است دامنه کاربرد در حین مطالعه تصحیح شود. تعریف هدف و دامنه کاربرد یک پروژه ارزیابی چرخه حیات زمان و منابع مورد نیاز را تعیین می‌کند. تعریف هدف و دامنه کاربرد باعث حرکت در مسیر صحیح کل فرآیند می‌شود و منجر به دستیابی به معنی‌دار‌ترین نتایج می‌شود. هر تصمیمی که به واسطه مرحله تعریف هدف و دامنه کاربرد گرفته می‌شود هم بر نحوه اجرای مطالعه و هم بر مرتبط بودن نتایج نهایی اثرگذار است.

هدف مطالعه به صورت عباراتی از پرسش دقیق، مخاطب مورد نظر و کاربرد مورد نظر فرموله می شود. مطابق استاندارهای ایزو ۱۴۰۴۰ و ۱۴۰۴۴، در تعریف هدف ارزیابی چرخه حیات موارد زیر باید به طور شفاف بیان شود:

• کاربرد مورد نظر
• دلایل انجام مطالعه
• مخاطبین مورد نظر به عبارت دیگر کسانی که نتایج مطالعه به آن ها ارتباط دارد
• نتایجی که قرار است در بیان نتایج مقایسه ای جهت اعلان به عموم مورد استفاده قرار گیرند

دامنه ارزیابی چرخه حیات مطالعه به لحاظ پوشش زمانی، فنی و جغرافیایی و سطح پیچیدگی مطالعه در ارتباط با هدف مطالعه تعریف و تعیین می شود.

 

تجزیه و تحلیل سیاهه در ارزیابی چرخه حیات (LCA)

سیاهه چرخه حیات یا همان فهرست ورودی‌ها و خروجی‌های چرخه حیات که اصطلاحا به آنLife Cycle Inventory یا همان LCI گفته می شود، شامل جمع‌آوری داده‌ها و انجام محاسبات به منظور کمّی‌سازی ورودی‌ها و خروجی‌های چرخه حیات محصول می‌باشد. در واقع سیاهه به عنوان قلب روش ارزیابی چرخه حیات می‌باشد. جمع آوری صحیح و دقیق داده ها در این گام از ارزیابی چرخه حیات انجام می شود که البته نبود یا کمبود داده ها می تواند بزرگ ترین چالش در این فاز از LCA باشد.

داده‌های کمّی‌ و کیفی که در سیاهه وارد می‌شوند، باید برای هر فرآیندی که در مرز سیستم وارد شده است، جمع‌آوری شود. داده‌های جمع‌آوری شده، خواه اندازه‌گیری شده باشند خواه محاسبه یا برآورد شده باشند برای کمّی کردن ورودی‌ها و خروجی‌های یک واحد فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر داده‌ها از منابع عمومی جمع‌آوری شوند، باید مرجع آن‌ها مشخص شود. برای آن داده‌هایی که ممکن است برای نتیجه گیری مطالعه حائز اهمیت باشند، باید به تفصیل به فرآیند جمع‌آوری داده‌های مرتبط، مدت زمانی که داده‌ها جمع‌آوری می‌شوند و اطلاعات بیشتر درباره شاخص‌های کیفی داده‌ها اشاره شود.

 

ارزیابی پیامد در ارزیابی چرخه حیات (LCA)

ارزیابی پیامد چرخه حیات یا Life Cycle Impact Assessment که به اصطلاح LCIA گفته می شود، بخشی از ارزیابی چرخه حیات است که هدف آن دریافتن و ارزیابی بزرگی و اهمیت پیامدهای بالقوه زیست محیطی یک سیستم به واسطه چرخه حیات آن محصول می‌باشد. نقطه آغازین LCIA اطلاعات بدست آمده از بخش سیاهه چرخه حیات است. به همین خاطر کیفیت اطلاعات بدست آمده در بخش سیاهه مسئله ای کلیدی برای این ارزیابی است. ارزیابی پیامد چرخه حیات می‌کوشد تا ارتباطی بین محصول یا فرآیند و پیامدهای زیست محیطی بالقوه اش برقرار سازد. برای مثلا، پیامدهای رهایش ۹۰۰۰ تن کربن دی اکسید یا ۵۰۰۰ تن متان به اتمسفر چیست؟ کدام یک بدتر است؟ پیامدهای بالقوه شان بر دود و گرمایش جهانی چیست؟ در واقع هدف ارزیابی پیامد چرخه حیات تبدیل نتایج کمی بخش ارزیابی سیاه به نتایج کیفی و قابل فهم است که با استفاده از آن بتوان اثرات زیست محیطی سیستم مورد مطالعه را به درستی درک کرد.

 

تفسیر در ارزیابی چرخه حیات (LCA)

این آخرین بخش از مطالعه ارزیابی چرخه حیات است که در آن نتایج بدست آمده به صورت ترکیبی منابع بحرانی پیامدها و گزینه‌هایی برای کاهش آن‌ها ارائه می‌دهد. ایزو تفسیر را این طور توصیف می‌کند: بخشی از ارزیابی چرخه حیات است که در آن یافته‌های حاصله از تحلیل سیاهه یا ارزیابی پیامد، یا هر دوی آن‌ها، نسبت به هدف و دامنه کاربرد تعریف شده ارزیابی می‌شود تا به نتایج و توصیه‌ها برسیم. موارد زیر می‌تواند در این بخش انجام شود:

• شناسایی مسائل مهم
• یک ارزیابی شامل بررسی کامل بودن، حساسیت و سازگاری
• نتایج، محدودیت‌ها، و توصیه‌ها

متن ایزو در رابطه با بخش تفسیر کوتاه و مختصر است و جزئیات مسیر و تکنیک‌هایی که باید به کار گرفته شوند مشخص نشده است. شکل زیر ارتباط بین گام‌های مرحله تفسیر با سایر مراحل ارزیابی چرخه حیات را در فرآیند LCA نشان می‌دهد.

 ارتباط بین عناصر در مرحله تفسیر با سایر مراحل ارزیابی چرخه حیات (LCA)

 

انواع ارزیابی چرخه حیات

بسته به هدف و دامنه کاربرد مطالعه، ارزیابی چرخه حیات به چهار دسته تقسیم می‌شود که عبارت است از ارزیابی چرخه حیات “گهواره تا گور” یا به اصطلاح Cradle to grave، “گهواره تا دروازه” یا Cradle to gate، “دروازه تا دروازه” یا Gate to gate و “گهواره تا گهواره” یا Cradle to cradle. تفاوت این ارزیابی‌ها در انتخاب مرز سیستم اختیار شده در آن‌ها می‌باشد. “گهواره تا گور” به این معناست که تمام گام‌های مهم در چرخه حیات یک محصول در تحلیل گنجانده شود؛ مشخصاً استخراج مواد خام از محیط (خاک، آب، هوا)، تولید مواد و محصولات نهایی، استفاده و دور ریزی پسماند آن‌ها. هم چنین تمام حمل‌و‌نقل‌هایی که در بین این گام‌ها رخ می‌دهد هم به حساب می‌آیند. تفاوت رویکرد “گهواره تا دروازه” با “گهواره تا گور” در این است که ارزیابی چرخه حیات “گهواره تا دروازه” شامل بخش استفاده و دور ریزی پسماند نمی‌شود بلکه به ارزیابی چرخه حیات از استخراج مواد خام از محیط تا تولید محصول در دم دروازه کارخانه جهت عرضه به بازار را بررسی می‌کند. به همین شکل رویکرد “دروازه تا دروازه” به ارزیابی چرخه حیات از مواد ورودی به دروازه کارخانه تا محصول خروجی از دروازه کارخانه اشاره دارد و به دنبال ارزیابی مواد از مبدا استخراجی و هم چنین بخش استفاده از محصول و پسماند نمی‌پردازد. اما رویکرد “گهواره تا گهواره” نوع خاصی از دسته “گهواره تا گور” است که بخش نهایی آن به جای پسماند و دور ریزی محصول، بخش استفاده مجدد و بازیابی پسماند است به طوری که می‌توان از پسماند دوباره به عنوان مواد اولیه استفاده کرد. شکل زیر سه نوع اول از ارزیابی‌های چرخه حیات مورد بحث را نشان می‌دهد.

 

شماتیکی از انواع ارزیابی چرخه حیات  (LCA) “گهواره تا گور”، “گهواره تا دروازه” و “دروازه تا دروازه”.

 

انتخاب هر یک از این رویکردها به اهداف، مرز سیستم و محدودیت‌های سیستم مورد مطالعه بستگی دارد.

 

نرم افزار ارزیابی چرخه حیات

وابستگی شدید ارزیابی چرخه حیات به داده‌ ها باعث شد تا نرم ‌افزار‌های ارزیابی چرخه حیات (LCA) شکل بگیرد. فرآیندهای محیط زیستی اغلب بسیار پیچیده و به هم مرتبط هستند و این موجب می‌شود تا مدل کردن LCA دشوار گردد. علاوه بر این ارزیابی چرخه حیات (LCA) وابستگی شدیدی به داده‌ ها دارد. بنابراین کامپیوترها و ابزارهای نرم‌افزاری کافی به کاربر کمک می‌کنند تا این حجم عظیم از اطلاعات را مدیریت و ویرایش کنند. نرم‌افزارهای LCA همچنین زنجیره‌های فرآیند را نشان می‌دهد و نتایج را ارائه و تحلیل می‌کند. از نرم‌افزارهای LCA هر زمان که ارزیابی چرخه حیات به کار بسته می‌شود می‌توان استفاده نمود.

در حال حاضر نرم افزارهای زیادی برای ارزیابی چرخه حیات طراحی و ارائه شده است که اکثر آن ها نرم افزارهای تجاری هستند که از جمله مهمترین آن ها عبارتند از نرم افزار SimaPro سیماپرو، نرم افزار Gabi گابی، نرم افزار Umberto اومبرتو، نرم افزار Quantis Suite، نرم افزار EarthSmart، نرم افزار Sustainable Minds و نرم افزار Enviance System. اما در این بین یکی از بهترین نرم افزارهای رایگان ارزیابی چرخه حیات نرم افزار OpenLCA است که بر خلاف نرم افزارهای قبلی به صورت رایگان طراحی و عرضه شده است. استفاده از نرم افزار برای انجام ارزیابی چرخه عمر الزامی نیست ولی بسیار به روند محاسبات و ارائه بهتر نتایج کمک می کند.

         نرم افزارهای ارزیابی چرخه حیات) (LCA

 

کاربرد ارزیابی چرخه حیات (LCA) در مهندسی شیمی

سابقاً، بیشتر کاربردهای LCA محصول محور بود و محدوده وسیعی از محصولات را شامل می‌شد. مطالعات قبلی بر محصولات مصرفی مشتریان مانند، بسته‌بندی نوشیدنی‌ها، ماشین‌های ظرفشویی و پاک کننده‌ها تمرکز داشت، در حالی که در دهه ی ۱۹۹۰، این ابزار برای محصولات بخش‌های مختلف صنعتی زیر به کار بسته شد: انرژی، فلزات و مواد معدنی، پلیمرها، کاغذ، نساجی و چرم، الکترونیک، تولید، کشاورزی، غذا، نوشیدنی‌ها و هم چنین مواد شیمیایی. جدا از کاربردهای مستقیم محصول، LCA می‌تواند به شکل گسترده‌تری مورد استفاده قرار بگیرد. به جای بررسی کالاهای فیزیکی، LCA می‌تواند برای ارزیابی فرآیندها نیز به کار بسته شود؛ مانند مقایسه راهکارهای مدیریت پسماند مختلف، انواع گوناگون استفاده از بیومس، بسته‌بندی یکبار مصرف و یا قابل استفاده مجدد توسط یک صنعت.

صنعت شیمیایی یکی از ارکان اصلی کاربرد LCA، نه تنها در محصولات و فرآیندهای خودش بلکه در سایر بخش‌ها نیز می‌باشد. این به خاطر این واقعیت است که مواد شیمیایی به عنوان اجزا یا مواد واسطه‌ای در بیشتر محصولات بازار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از LCA برای ارزیابی عملکرد زیست محیطی یک محصول یا فرآیند شیمیایی در حیطه های مختلف صنعت مانند سوخت های زیستی، انرژی، تصفیه پسماند و آب، دارویی، پلیمر، نانو و سایر حیطه‌ها استفاده می‌شود.