摘要：為全面評估窯干鋸材的環境屬性，分析能源供應方式變化對鋸材生產的能源消耗和環境排放的影響，采用生命周期評價的方法，對橡木從木材采伐、運輸、制材到干燥各階段的物質和能耗進行采集和計算，并應用SimaPro軟件進行環境影響評價。結果表明：窯干橡木鋸材制備各階段的環境影響由大到小依次為海洋運輸、干燥、內陸運輸、木材采伐和制材，橡木鋸材的環境影響主要體現在呼吸性無機物的排放和化石燃料消耗等方面。經對比研究發現，生物質鍋爐和外購水蒸氣兩種熱源對橡木鋸材的環境性能影響差別不大，生產企業的生物質鍋爐具有保留應用價值。由于制材和干燥工藝的不同以及運輸質量上的差異，原產于美國的橡木鋸材產生的環境影響顯著小于國內生產的橡木鋸材，就環境性能而言，直接從海外進口板材優于進口原木后在國內進行鋸材加工。上述研究結果可為國內木材加工企業的清潔生產提供參考，并為我國木材產品生命周期評價體系的建立提供基礎性研究成果。

　　關鍵詞：生命周期評價;橡木;鋸材;木材干燥;環境性能;SimaPro

　　木材作為一種天然生物質材料具有可降解和可再生的優點，但不能據此就對木材的環境性能做出簡單判斷，木材的采伐、運輸和加工都伴隨著大量的物質和能量消耗，并對環境產生影響。對木材環境性能的評價應以系統性的視角，考慮從原料的獲取到產品最終廢棄處理的完整價值鏈，即按照生命周期評價(LCA)的方法來進行。

　　LCA是對一個產品系統從自然資源的產生直至最終處理過程中所有輸入、輸出和潛在環境影響的匯編與評估(GB/T24040—2008)，是目前最為全面和科學的環境影響評價方法。實木鋸材是最基本的木材加工中間產品，對鋸材的LCA研究可為實木成品的環境影響評價提供基礎數據。現有LCA研究表明，實木鋸材的環境影響因材種、產地、運輸距離等因素的不同而有顯著差異。一般而言，針葉鋸材的生產能耗低于闊葉鋸材，兩者的能耗值可能相差一倍，密度大、初含水率高的材種和較軟的干燥基準都會增加鋸材的生產能耗[1-3]。

　　地區差異會對鋸材的環境屬性產生顯著影響，Milota等[4]的研究顯示，美國東南地區針葉材生產所需能耗為5.15GJ/m3，遠高于太平洋西北地區的3.43GJ/m3。在木材生命周期的各階段中，干燥階段的能耗和排放水平都較高，對于出口木材，遠洋運輸也是產生環境影響的一個重要環節[5-6]，與此相對應，木材采伐階段的環境影響要相對小得多[7]。中國是世界木材生產和消費大國，2018年國內商品材產量8811萬m3，原木和鋸材進口量9642.2萬m3[8]。

　　木材來源廣泛，材種多樣，但對鋸材產品基于LCA的環境評價卻鮮見報道，更沒有系統性的研究，木材產品的基礎環境數據長期缺失。近年來，隨著國家對環境問題更加重視，木材企業的生產裝備水平和能源供應方式都發生了顯著變化，尤其是小型工業鍋爐的使用受限后，木材干燥的供熱方式發生變化[9]，生產裝備和工藝等也隨之調整，對鋸材生產的能源消耗、環境排放和生產成本都產生了顯著影響，需要進行量化評估。對此，本研究以橡木鋸材為典型范例，研究從木材采伐到鋸材生產全過程的消耗與排放水平，分析國內干燥板材和進口干燥板材環境性能的差異，以及供熱方式的變化對鋸材環境性能的影響，為深入性的木質產品環境影響評價提供方法和數據借鑒。

　　1研究對象

　　選用美國橡木(Quercusspp)鋸材作為研究對象。橡木是我國主要進口硬闊葉材樹種，廣泛用于室內建筑材料、家具、地板等產品。美國是我國最大的橡木進口來源國，2018年美國闊葉板材對中國市場出口額近19億美元[10]，其中橡木是美國出口中國量最大的樹種，以橡木鋸材為研究對象數據，結論具有較高代表性。本研究基準材選擇厚度為50mm的白橡木鋸材，為常見家具材厚度，氣干密度為755kg/m3。橡木屬于難干材，通常初含水率為60%左右，結合國內生產現場調研的數據并參照美國林產品實驗室發表的木材干燥基準[11]，板材干燥后含水率8%，干燥周期約為40d。該規格的橡木鋸材作為此次研究的基準參數。

　　2環境影響評價

　　2.1目標和范圍

　　1)目標：對窯干橡木鋸材生產的物質和能量輸入，以及相應的排放和產出進行量化分析，評價其環境影響，為橡木木質制品的環境影響評價提供基礎數據;比較鋸材生產地的不同和干燥供熱方式變化對鋸材環境性能的影響，為鋸材價值鏈和生產方式的優化提供數據參考。

　　2)范圍：完整LCA包括了一個產品從“搖籃到墳墓”所有階段。對于木材而言，包括森林經營、木材采伐、制材、干燥、成品加工、產品銷售/使用直至廢棄處理。由于美國闊葉林都是天然林，樹木生長過程中的人工干預較少[12]，因而森林經營階段的環境影響可忽略不計。

　　橡木鋸材的用途廣泛，不同終端產品的環境影響各不相同，本次研究的目的在于通過對鋸材環境屬性進行量化評估，為木質制品環境影響的評價提供基礎數據，研究只討論經干燥后得到的鋸材，不考慮木質制品的加工、使用和最終處理。對于在國內生產的橡木鋸材，其制材和干燥環節的系統邊界。二者的差異體現于以生物質鍋爐為熱源時，鍋爐和噴淋塔會消耗額外的電能，制材過程中產生的木廢料可以進行循環利用用作燃料，消除了外界的蒸汽輸入。

　　在生命周期各階段中存在一些影響較小可以忽略不計的工段，根據LCA標準(ISO14040—2006)可以通過設定一個閾值，將物質、能量或對重要環境性能影響較小的工段排除不進行分析，只保留重要的工段。本研究將閾值設定為環境影響值的1.4%，在此閾值標準下鋸材的全部生產工段都可以保留，同時忽略對結果影響過小的部分。系統中用于產生水蒸氣的水、用于調濕處理的水蒸汽、噴淋塔用水以及最終排出的廢水的環境影響均在閾值以下，因此忽略不計。

　　2.2清單分析

　　清單分析是對一個產品生命周期各階段的物質和能量的輸入和輸出進行量化的過程，通過與功能單元的關聯，計算環境負荷因子最終形成生產過程單位產量環境影響數據清單[15]。

　　2.2.1數據收集

　　橡木產地選擇美國產量最多的密蘇里州，采伐后的原木大約經2791km的公路運輸至美國加州的長灘港，再從長灘港經約9215km的海洋運輸至我國的上海港。以此為基準數據，代入Eco⁃invent數據庫和USLCI數據庫進行木材采伐和運輸階段的物質、能量的輸入和輸出清單。Eco⁃invent是由瑞士Eco⁃invent中心開發的商業數據庫，涵蓋了歐洲以及世界多國7000多種產品的單元過程和匯總過程數據集。

　　2.3影響評價

　　影響評價是指評價清單分析階段的消耗和排放數據對產品生命周期各部分環境影響的貢獻，并總結各影響因素對環境影響的排序。

　　2.3.1評價方法

　　本次研究選擇了SimaPro8.0.1軟件中的Eco⁃indicator99作為評價方法，是一種面向“終點”的損害取向評價方法理論。它將產品清單分析的數據按照一定的環境機制劃分為各種環境問題，并將各種環境問題對人體健康、生態系統和資源損害按一 定權重進行歸一化[21]。選擇它的原因是其應用最成熟，使用也較為廣泛，且影響類別全面，相關的木制品LCA研究也應用了此方法[22]。

　　2.3.2外購蒸汽為熱源的窯干鋸材的環境影響

　　窯干橡木鋸材最為顯著的環境影響類別是呼吸性無機物和化石燃料，加權后總得分均為25.50，均占總環境影響的40.79%，二者共計占比高達81.58%。呼吸性無機物的環境影響主要由運輸和干燥工段所引起，在運輸過程中87.47%的呼吸性無機物影響來自于燃料燃燒后所產生的NOx。

　　而干燥工段影響較為顯著的原因是，當以電廠外購水蒸氣作為熱源時，電廠所提供的水蒸氣多數是由燃煤鍋爐產生的，燃煤鍋爐的使用會向大氣中排放大量的SO2、NOx和顆粒物。對化石燃料資源的影響主要來自海洋運輸和鐵路運輸，占比分別達到60%和23.92%。運輸方面影響頗為顯著的原因是，進行鐵路和海洋運輸時火車及貨輪主要以燃油、天然氣和煤作為燃料，因此消耗了大量的化石燃料。

　　木材工業論文投稿刊物：中國木材是木材待業綜合性刊物。報道木材行業經濟體制改革的成就，研究改革中出現的理論與實際問題，推進現代科學管理方法在木材待業的應用。

　　3結論與討論

　　1)國內窯干橡木鋸材在生命周期各階段的環境影響從大到小依次為海洋運輸、干燥、鐵路運輸、木材采伐和制材。國內外窯干橡木鋸材所帶來的環境影響主要體現在化石燃料消耗和呼吸性無機物排放這兩種環境問題上，二者共占據總環境影響的81.58%。就環境影響貢獻最大的運輸而言，由于橡木為進口材導致其運輸距離過長，造成了較為顯著的環境影響，若想削弱這部分的影響可以增加清潔能源的使用。在木材干燥方面，若能縮短干燥周期，也可有效地減輕環境負擔，可將木材在窯干之前先進行預干燥或大氣干燥，以縮短干燥周期，減少能耗降低環境損害。

　　2)在干燥熱源的研究表明，以木廢料作為燃料的生物質鍋爐與電廠外購水蒸氣為熱源所產生的環境影響相差不大。主要環境影響方面，二者在呼吸性有機物的排放和化石燃料消耗之間的差距較小，分值相差在10%以內，而在氣候變暖方面相差較大，分值相差超過30%。生物質鍋爐是對加工產生木廢料的資源化利用，這部分可產生正向的環境影響，因而其環境性能與相同規模的燃煤鍋爐存在顯著差異，因此生物質鍋爐具有保留應用價值。

　　3)對比研究發現，由于國外制材生產方式與國內的不同，以及運輸時原木的運輸質量顯著大于運輸干燥后板材的質量，使得國內鋸材消耗了更多的化石燃料資源。在這些因素的影響下，橡木海外鋸材的環境性能在呼吸性無機物排放、化石燃料消耗和氣候變暖方面要顯著優于橡木國內鋸材，致使兩者最終的總體環境性能相差幾乎一倍。就環境性能而言，直接進口板材優于進口原木后在國內進行鋸材加工，可見我國的制材生產線、干燥加工的原料和能源利用效率與國外發達國家相比還有較大的提升空間。

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　　作者：呂赫1，丁濤1∗，程亞飛1，江寧2