劳万里，段新芳，李晓玲，张 冉

(中国林业科学研究院 木材工业研究所，北京 100091)

人造板是以木材或非木材植物材料为主要原料，加工成各种材料单元，施加(或不施加)胶黏剂和其他添加剂，组坯胶合而成的板材或成型制品，主要包括胶合板、刨花板、纤维板等，现已广泛用于室内装饰装修、家具、建筑、包装、交通运输、文体场馆等领域[1]。近年来，我国人造板产业获得了长足的发展，现已成为世界人造板生产和消费第一大国，形成了较为完备的产业体系[2]。随着国家环境保护政策要求的日益严格和消费者健康、环保意识的快速提升，通过科学的分析方法，定量评估人造板生产过程的环境影响，可为人造板行业实现清洁生产和绿色消费提供科学指导，并对人造板行业贯彻新发展理念，构建新发展格局，实现高质量发展具有重要意义。

作为一种权威的环境管理工具，生命周期评价(life cycle assessment,LCA)可以评估产品从原材料获取到生产、使用和报废处置等整个生命周期中造成的环境影响，识别环境负荷较大的单元过程，进而提出针对性的建议和举措，并预测改进举措的效果，可为相关决策提供科学依据，已广泛应用于各个领域[3-4]。国外学者积极将LCA方法引入人造板行业并开展了大量的研究工作，亦取得了丰硕的研究成果。然而，国内关于人造板LCA研究较为匮乏，现有少量文献报道涉及胶合板和定向刨花板。

笔者概述了近年来利用LCA方法研究胶合板、纤维板和刨花板等主要人造板产品环境负荷的新进展，在此基础上，提出了人造板LCA研究未来的方向和发展趋势，旨为相关研究提供参考和借鉴。

1 人造板LCA研究现状

1.1 胶合板

Wilson等[5]通过对美国代表性企业进行调研，梳理了针叶材胶合板制造过程的生命周期清单，为后续由胶合板构成的墙、地板、屋顶等产品的生命周期评价奠定了基础。Puettmann等[6]调研了美国东南地区8个代表性胶合板企业，发现干燥和热压工序能耗和排放较大；胶合板生产过程的环境负荷远大于森林经营阶段；生产1 m3胶合板固碳698 kg CO2，耗能3.8 GJ，耗电139 kW/h，需要原木和单板724 kg。美国太平洋西北地区生产1 m3胶合板固碳量少于东南地区，为674 kg CO2；耗能也小于东南地区，为2.2 GJ；耗电量比东南地区高，为145 kW/h；所需原木量少于东南地区，为640 kg[7]。Bergman等[8]的研究结果表明，美国西北地区生产1 m3胶合板的总体环境影响、能耗小于东南地区；产生的固废多于东南地区；消耗的非可再生材料多于东南地区；消耗可再生材料和淡水比东南地区少。

Bergman等[9]对美国太平洋西北地区单板层积材(LVL)进行了生命周期评价，结果表明，生产1 m3LVL总耗能8.97 GJ/m3，其中52.5%来自木质燃料，41.8%来自非可再生化石燃料，3.5%来自核能，1.8%来自水电、风能、太阳能和地热等；排放CO2199 kg；与单板干燥过程相比，LVL制备阶段能耗较小，原因在于单板干燥过程耗能较高，且LVL制备阶段在袋式除尘器外安装了排放控制装置；LVL生产过程排放远大于森林经营阶段，主要来自锅炉、热压和锯切工序。美国东南地区与太平洋西北地区情况有所不同，1 m3LVL总耗能9.98 GJ/m3，其中36.2%来自木质燃料，56.2%来自非可再生化石燃料，7.4%来自核能，0.2%来自水电、风能、太阳能和地热等；排放CO2310 kg[10]。

Jia等[11]对中国江苏宿迁某胶合板厂进行了调研，结果表明，单板干燥是胶合板生产中环境影响最大的过程，单板复合过程是环境影响最大的工序，其次为原木剥皮工序。建议采用以裂解生物质油生产的胶黏剂来替代酚醛树脂，采用胶合湿木材的新技术，工厂的位置应靠近木材资源集聚区等措施来改善胶合板生产过程的环境影响。也有研究表明，真空吸塑成型法制备胶合板比传统制备方法生产胶合板的环境负荷显著降低，主要原因在于真空吸塑成型法可以胶合湿单板，减少了单板干燥过程的能耗[12]。

总体来看，关于胶合板生命周期评价研究较少，现有的研究主要以美国为主，其他国家鲜有报道；研究的系统边界多为从原料获取到板材生产阶段，几乎没有涉及使用和废弃回收阶段；所用功能单元多为1 m3，少量研究使用了1 000平方英尺(0.884 m3)；大多使用SimaPro软件，数据来源主要为工厂调研，辅助性数据来自公开发表的文献、报告，以及相关的数据库等；主要使用质量和经济法进行分配，评价方法多为TRACI；所选的主要环境影响类别为：全球气候变暖、酸化、富营养化、臭氧损耗、光化学烟雾等。

1.2 纤维板

西班牙学者Rivela等[13]研究表明，中密度纤维板(MDF)生产中纤维制备阶段对人体健康、生态系统质量和资源的影响最大，相对贡献度分别达91.1%、94.8%和94.1%；对生态系统的影响主要是由于脲醛树脂(UF)的使用；此外，产品运输和电力生产的环境影响也较大。美国学者Wilson[14]研究发现，MDF生产过程中生物源CO2、CO和干燥，以及热压过程产生的VOC、悬浮颗粒物、甲醛和甲醇等的排放较大，化石源的CO2、氮氧化合物、硫氧化物的排放较小。美国学者Puettmann等[15]研究表明，MDF生产过程的排放大于森林经营阶段，主要源自锅炉、干燥和热压工序；生产能耗40%来自木材燃料，54%来自化石燃料，6%来自核能，其他能源不足1%。巴西学者Piekarski[16]发现，MDF生产耗能中76.6%为热能，23.4%为电能；生产过程的主要排放是CO2，其中天然气贡献了96.7%的化石燃料源CO2，通过使用木材燃料替代天然气，可以减少源自能源工厂排放的CO2，及对非可再生资源的依赖度。德国学者Diederichs[17]和美国学者Bergman等[8]研究证实，就全球气候变暖、酸化、富营养化、光化学烟雾、臭氧层破坏、非生物资源消耗(化石和非化石)而言，MDF的指标值均低于HDF。爱尔兰学者Murphy等[18]研究发现，对于MDF生产过程的温室气体排放，合成树脂的使用贡献最大，占比达62%，电力消耗占19%，生物质原材料占8%；对于累计能量需求，合成树脂生产过程占比达66%，其次为电力使用(15%)，最后为生物质的使用(6%)。伊朗学者Kouchaki-Penchah等[19]研究表明，MDF生产中纤维准备阶段环境影响较大；UF胶的生产是主要的环境热点，天然气、电力和运输及生产过程对于非生物资源损耗、酸化、臭氧破坏和光化学烟雾的贡献较大。此外，旋转干燥器、热压机、刨片机和锤式粉碎机、真空泵及柴油燃料的使用导致生产过程的排放较大。使用木材加工剩余物等其他材料生产热能可以降低MDF生产过程的排放量。美国学者Puettmann等[20]研究表明，由于MDF生产中使用了大量的化石燃料，导致板材制备阶段的环境负荷最大；纤维制备阶段的环境负荷因分配方法不同而异，经济分配法计算出的结果显著低于质量分配法；对于MDF生产过程来说，不采取任何分配方法时，与质量分配法的计算值相比，各环境影响指标略有下降；整体来看，从原料获取到板材生产阶段的生命周期内，质量法和经济法得到的结果相似。巴西学者Piekarski等[21]研究发现，MDF生产过程中主要的环境热点为热能工厂的天然气消耗、UF胶的使用、能量消耗、木片消耗，以及木片的运输。故可通过避免热能工厂的天然气消耗、减少电力消耗，缩减木片原料的运输距离等措施来改善环境表现。此外，该研究还与刨花板(PB)进行了对比，发现PB生产过程的环境负荷更小。日本学者Nakano等[22]研究表明，胶黏剂对MDF生产过程各环境影响指标的影响均最大，相对贡献度在28%～55%；随着产品环保等级的提升，产品对人体健康的影响大幅下降。

西班牙学者Gonzalez-Garcia等[23]对硬质纤维板(HB)生产过程进行了生命周期评价，结果表明：木材准备阶段贡献了超过50%的环境负荷，其次为板材成型阶段，再次为板材终处理阶段；酚醛树脂生产、电力生产、木纤维制备以及生物质燃烧产热工序是主要的环境热点。Gonzalez-Garcia等[24]还探讨了以双组分胶黏剂(基于漆酶活化酚醛体系)制备HB的环境影响，结果表明，与传统HB的制备过程相比，该方法的环保性能全面提升。漆酶、热能和电能的生产及切片阶段的环境影响较大。

巴西学者Freire等[25]分析了3种椰子碎料为基础的纤维板的环境表现，并与传统纤维板进行了对比。结果表明，与传统密度板相比，升级优化后的椰子碎料基中密度板和高密度板具有一定的环境优势，但以椰子壳为基础材料制备纤维板仍需进一步优化，以提升其在质量分配法时的环境性能。可以减少椰子碎料的运输距离，优化处理过程，以及耕作种植的过程。智利学者Casas-Ledon等[26]以桉树树皮纤维制造新型绝缘材料，探讨了4种密度板材的环境影响。结果表明，100 kg·m-3的板材环境负荷最大，原因在于基本单元的质量更大。板材制造、森林经营和生物质运输阶段具有较大的环境负荷，分别主要是因为合成纤维用于黏合树皮纤维，森林经营阶段大量的农药使用，以及较长的生物质运输距离。研究还发现与传统绝缘材料相比，20 kg·m-3和50 kg·m-3密度板材具有较低的内置能量和碳排放。因此，桉树树皮纤维是一种生产绝缘板材非常有前景的材料。

国内学者对MDF生命周期评价的研究较少。薛拥军等[27]依据生命周期评价的原则和框架，初步构建了我国现有的纤维板生产系统在环境效益、经济效益和技术性能方面生命周期综合评价的模式，并对MDF生产和使用过程的资源利用、能源消耗、污染物的产生、废弃物的利用等因素对环境的影响进行了简要分析。刘文金[28]对MDF生态循环周期评价进行了理论研究，确定了研究过程中采样点选择、数据收集、编目分析、评价模型建立、权重系数确定等具体工作的方法，明确了MDF生态循环周期评价综合分析的内容和要求。Zhang等[29]的研究表明，MDF生产中影响环境的因素主要有固碳量、种苗、电力和木材燃料的使用。今后可以改变化肥的种类和使用方法，减少电力消耗及木材燃料的使用来提升环境表现。

总体来看，研究主要集中在欧美国家；研究的系统边界大多选用从原料获取到板材生产阶段或仅为板材生产阶段，很少选用从原料获取到废弃回收阶段的全生命周期阶段；所用功能单元以1 m3为主；所用软件大多为SimaPro，数据来源主要来自工厂调研，辅助性数据来自公开发表的文献、报告，以及相关的数据库等；主要使用质量分配法；评价方法主要为CML、TRACI和USEtox；主要环境影响类别为：全球气候变暖、酸化、富营养化、臭氧损耗、光化学烟雾、生态毒性和人体毒性等。

1.3 刨花板

西班牙学者Rivela等[30]的研究表明，PB生产过程后处理阶段对人体健康的损害最大，板材成型阶段对生态环境质量和资源的影响最大。综合考虑环境、经济和社会效益，森林剩余物用于生产PB比作为燃料更合适。美国学者Wilson[31]从资源、排放、能源和碳足迹的角度，研究了PB生产过程的生命周期清单，为后续生命周期评价奠定了基础。巴西学者Silva等[32]研究表明，除生态毒性外，PB生产阶段对各环境影响指标影响远大于森林经营阶段，主要原因在于重燃油的使用和UF胶的制备；森林经营阶段草甘膦除草剂的使用产生了较强的生态毒性；以木质颗粒或柴油替代重燃油可以显著减少环境影响。美国学者Puettmann等[33]研究表明，PB生产过程的排放主要源自锅炉、干燥、热压过程；PB生产所需能源的25%来自生物质，68%来自非可再生化石燃料，6%来自核能，1%来自太阳能、风能等，生产1 m3PB固碳1 289 kg CO2。伊朗学者Kouchaki-Penchah等[34]研究显示，减少或避免使用UF胶，优化电机使用效率，减少停工时间，使用环保运输车辆，减少运输距离，采用排放控制系统，提升能源利用效率等措施可以提升PB生产过程的环境表现。巴基斯坦学者Hussain等[35]研究表明，UF胶生产、原材料运输和板材配送阶段的环境负荷最大；重燃油、天然气的消耗对非生物资源损耗、光化学烟雾、臭氧破坏、海洋水生生态毒性等指标的影响较大；旋转干燥器和热压工序的排放最大；生产1 m3PB耗能15 632 MJ。日本学者Nakano等[22]的研究表明，胶黏剂对刨PB生产过程各环境指标的影响均最大，相对贡献度在28%～55%；随着PB环保等级的逐步提升，产品对人体健康的影响大幅下降。西班牙学者Gonzalez-Garcia等[36]对比了巴西和西班牙PB生产过程的环境影响，发现巴西PB生产过程使用了重油等化石燃料作为能源，导致非生物资源损耗、酸化、全球气候变暖和光化学烟雾的指标值更高，而西班牙PB生产过程中使用的柴油量较大，导致富营养化、生态毒性和人体健康毒性的指标值更高。

美国学者Kline[37]收集了定向刨花板(OSB)生产中物质、能源及碳循环等生命周期清单，为OSB生命周期评价奠定了基础。卢森堡学者Benetto等[38]的研究发现，与传统干燥技术相比，采用蒸汽干燥生产OSB时气候变化和人体健康损害显著降低，分别为15%～20%和50%～75%。美国学者Earles等[39]研究证明，与传统OSB、乙醇和乙酸的生产过程相比，OSB生物炼制技术可以减少OSB制造过程VOC排放，进而可以显著改善人体和生态系统健康；但该技术也增加了温室气体排放，需要优化工艺来控制。美国学者Puettmann等[40]的研究表明，与PB相似，OSB生产过程的排放(主要来自干燥和热压过程)远大于森林经营阶段；OSB生产过程的所需能量38%来自可再生燃料，49%来自非可再生化石燃料。生产1 m3OSB固碳1 142 kg CO2。爱尔兰学者Murphy等[18]的研究发现，OSB生产过程的温室气体排放比MDF少，主要是由于OSB电力和树脂量的使用量更少；电力使用产生的温室气体排放量约占总排放量的34%，树脂使用产生的温室气体排放量占比35%。美国学者Bergman[8]的研究发现，生产1 m2OSB(9.5 mm厚)累计能量需求74.0 MJ，其中50%源自生物质；全球气候变暖潜值1.97 kg CO2；板材生产过程使用木质生物质能源可以减少对气候变化的影响。张方文等[41]研究表明，酸化效应、光化学臭氧创造潜力和全球气候变暖是OSB生产中最主要的环境影响类别；主要环境影响工序为施胶、热压成型和刨片。可通过提高机械设备的能源转化率，减少火力发电和能源工厂燃烧中SO2的排放，减少胶黏剂生产过程中的氮氧化物NMHC 和碳氢化合物CH 等一次大气污染物，减少生产过程中燃烧煤和木屑所直接排放的CO2；提高再生能源在电力中的比例等措施，降低OSB 生产过程的环境负荷。张方文等[42]研究发现，我国OSB 企业消耗的不可再生能源更多，欧洲OSB 企业生产偏向使用清洁的天然气能源；2家OSB 企业生产中CO2排放量接近；我国企业OSB 产品产生的酸化效应、富营养化和全球气候变暖的环境影响值相对较高，臭氧层损耗和光化学烟雾的环境影响值相对较低。巴西学者Ferro 等[43]研究发现，用于提升木材防腐性能的拟除虫菊酯白蚁消除剂的生产对臭氧损耗、自由水富营养化、人体毒性、淡水毒性的影响最大，采用硼基白蚁消除剂可以显著提升OSB生产过程的环境表现。

德国学者Diederichs[17]对比分析了PB、三聚氰胺饰面刨花板和OSB的环境影响，结果表明，全球气候变暖：PB

中国香港学者Hossain 等[44]研究证明，以废弃木材和氧化镁水泥为原料，采用CO2固化技术制备水泥刨花板的技术可行性；与传统硅酸盐水泥刨花板相比，采用新技术制备的水泥刨花板可节省9%的温室气体排放。巴西学者Silva等[45]研究表明，以甘蔗渣为原料生产PB的环境性能优于传统PB，故而甘蔗渣基PB可以替代传统PB；甘蔗渣基PB生产制备阶段是环境负荷最大的阶段；建议甘蔗渣的添加比例为75%。巴西学者Souza等[46]研究证明，采用环氧树脂油墨废弃物和木材废弃物生产PB的技术可行性，及环境、社会和经济方面的优越性。巴西学者Dossantos等[47]对比分析了甘蔗渣基PB和松木基PB的环境影响，结果表明，甘蔗渣基PB的环境负荷更小，影响环境表现的主要是原材料的运输距离和UF胶黏剂的使用量。

总体来看，研究主要集中在欧美国家，亚洲日本、中国等也有少量研究；与胶合板和纤维板相似，研究的系统边界很少选用从原料获取到废弃回收阶段的全生命周期阶段；所用功能单元以1 m3为主；大所用软件多为SimaPro和GaBi，数据来源主要来自工厂调研，辅助性数据来自公开发表的文献、报告，以及相关的数据库等；主要使用质量分配法和经济分配法；评价方法主要为CML、USEtox和TRACI；主要环境影响类别为：全球气候变暖、非生物资源损耗酸化、富营养化、臭氧损耗、光化学烟雾、生态毒性和人体毒性等。

此外，美国学者Taylor等[48]探讨了人造板LCA评价过程中质量与经济分配法的结果差异，表明使用木质碎料生产的人造板(如纤维板)采用经济分配法时环境负荷稍有下降；非采用木质废料生产的人造板(如胶合板)采用经济分配法时环境负荷有所上升。建议木制品LCA评价时采用质量分配法与经济分配法相结合。

2 展望

作为一种权威的环境管理工具，生命周期评价在人造板行业中展现出极大的应用潜力。国内外学者积极将生命周期评价理念和方法引入人造板工业，开展了一系列研究，取得了卓有成效的成果。然而，整体来看，现有人造板生命周期评价研究仍相对薄弱，未来的研究可从以下几个方面开展。

1)推动生命周期评价在人造板及其制品中的深度应用。加强生命周期评价在胶合板、功能型人造板、秸秆人造板，以及木地板、木门、衣柜和橱柜等领域的应用研究。作为最主要的人造板品种之一，当前关于胶合板生命周期评价研究非常薄弱。而胶合板是人造板中工业化程度最低，劳动密集度最高的产业，未来应着重加强胶合板生命周期评价研究，引领胶合板产业高质量发展；随着人造板工业的逐渐发展，人造板的产品种类日趋丰富，应将生命周期评价理念积极引入其他人造板产品及不同用途人造板，如秸秆人造板、饰面人造板、功能型人造板等；人造板制品直接面向消费者，与消费者的生活息息相关。应对主要人造板制品进行生命周期评价，帮助消费者科学认识人造板制品的环境性能。

2)加强人造板生产新技术、新工艺、新原料的生命周期评价研究。随着消费者对家具产品要求日益升高，倒逼人造板工业研发新技术、新工艺、新原料，不断提高产品质量，来满足市场的新需求。因此，应加强将生命周期评价在生产新技术、新工艺、新原料方面的应用研究，引领新技术、新工艺及新原料绿色化和环保化。

3)拓宽人造板生命周期评价研究的系统边界。当前研究多针对人造板生产过程，少量研究涉及木质原材料的获取过程即森林经营阶段，对后续使用维护和废弃处置阶段的研究亦不足。今后，应进一步扩展人造板生命周期评价研究的系统边界，开展全生命周期的评价研究，以便生产者、消费者、行业管理者和政策制定者等有关人士全方位认识人造板的环境性能。

4)研发人造板专用生命周期评价软件。当前人造板生命周期评价研究均采用通用生命周期评软件，而每个产品都有其独特性，故研究的精确度有待进一步提高。因此，今后可结合人造板的特点，开发专用评价软件，进一步提高研究的可靠度。

5)构建人造板行业生命周期评价标准体系。目前人造板生命周期评价主要参照ISO 14040-14044系列标准和GB/T 24040-24044系列标准。国内关于人造板行业的生命周期评价标准仅有1项LY/T 3045-2018《人造板生产生命周期评价技术规范》。今后，应进一步丰富人造板行业生命周期评价标准，推动人造板行业生命周期评价的标准化和规范化。

6)完善世界人造板行业生命周期数据库。现有生命周期研究多集中在欧美国家，而中国、俄罗斯等国的研究基础较薄弱。今后，应进一步加大力度推广生命周期评价方法在上述国家人造板行业的应用，丰富和完善世界人造板行业生命周期数据库。