Journal of Geoscience and Environment Protection, 2014, 2, 1-8 Published Online April 2014 in SciRes. http://www.scirp.org/journal/gep http://dx.doi.org/10.4236/gep.2014.22001

GIS-Based Regionalization of LCA

Kevin Fong-Rey Liu1, Ming-Jui Hung1, Po-Chung Yeh1, Jong-Yih Kuo2

1Department of Safety, Health and Environmental Engineering, Ming Chi University of Technology, Taipei, Taiwan

2Department of Science and Information Engineering, National Taipei University of Technology, Taipei, Taiwan

Email: kevinliu@mail.mcut.edu.tw

Received December 2013

Abstract

Although LCA is normally not focused on the local impacts for a product system, but when LCA is applied to other environmental system analysis tools the local impact may be important, such as the Strategic Environmental Assessment (SEA). In this study, the regionalization of LCA refers to the conversion of the results from site-generic or site-dependent LCIAs into smaller spatial units. The regionalization of LCAs is achieved by a geographic information system (GIS). GIS can easily allocate the impact into smaller spatial units through the overlay analysis of fate, exposure and effect layers.

Keywords

Life Cycle Impact Assessment; Geographic Information System; Strategic Environmental Assessment

1. Introduction

A life-cycle assessment is a technique to assess the environmental impact that is associated with all of the stages of a productrsquo;s life, from raw material extraction through materials processing, manufacture, distribution, use, repair and maintenance, and disposal or recycling. According to the ISO 14040 (2006) and 14044 (2006) stan- dards, a Life Cycle Assessment has four distinct phases. The first phase is “Goal and scope”, which requires an explicit statement of the goal and scope of the study. It establishes the context of the study and explains how and to whom the results are to be communicated. The second phase is a “Life cycle inventory (LCI)”, which in- volves the creation of an inventory of the flows from and to nature for a product system. Inventory flows include inputs of water, energy and raw materials, and releases to air, land and water. The third phase is a “Life cycle impact assessment (LCIA)”, which evaluates the significance of any potential environmental impact, based on the LCI flow results. A classical LCIA consists of the following mandatory elements: selection of impact cate- gories, category indicators and characterization models. In the classification stage, the inventory parameters are sorted and assigned to specific impact categories. In impact measurement, the categorized LCI flows are cha- racterized, using one of many possible LCIA methodologies, into common equivalence units that are then summed to provide an overall impact category total. The last phase is “Interpretation”, which is a systematic technique that identifies, quantifies, checks, and evaluates information from the results of the life cycle invento- ry and/or the life cycle impact assessment. The results of the inventory analysis and impact assessment are

How to cite this paper: Liu, K. F.-R. et al. (2014). GIS-Based Regionalization of LCA. Journal of Geoscience and Environment Protection, 2, 1-8. http://dx.doi.org/10.4236/gep.2014.22001

summarized during the interpretation phase.

ISO 14040 states that the mandatory steps for an LCIA are impact category selection, classification, and cha- racterization. The characterization factors convert and combine the LCI results into representative indicators of impacts to human and ecological health. The characterization factors can be site-generic, site-dependent, and site-specific (Table 1) (Potting amp; Hauschild, 2006).

• • Site-generic LCA. There is no difference in the locations of sources or receiving environment due to the lack

of spatial information and the assumption of globally homogeneous effects.

• • Site-dependent LCA. Some spatial information in sources and receiving environment determines the impact.

Sources are typically defined at the level of countries or regions within countries (scale 50-500 km). The re- ceiving environment is typically defined at 5 - 150 km.

Site-specific LCA. A very detailed spatial differentiation is performed by considering in sources and receiving environment at specific locations. This requires local knowledge about the fate, exposure and effect of a pollu- tant. The site-specific methods can be considered as the traditional modeling methods, which require a large amount of time, effort, and money.

In this study, the regionalization of LCA refers to the conversion of the results from site-generic or site-de- pendent LCIAs into smaller spatial units, focusing on local impact. Although LCA is normally not focused on the local impacts for a product system (Potting amp; Hauschild, 2006), but it is important when applied to other analysis tools such as the strategic environmental assessment (SEA). SEA is a procedural tool to facilitate early and systematic consideration of potential environmental impacts in policies, plans and programmes.

Geographic information system (GIS) integrates hardware, software, and data for capturing, managing, ana- lyzing, and displaying all forms of geographically referenced information. In this study, the regionalization of LCAs is achieved by a geograph

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基于GIS的生命周期评价（LAC）区域化

钟荣瑞，刘一杰，钟杰杰1，钟中叶1，钟义义2

1明志科技大学安全与环境工程系，中国台湾台北

2国立台北大学科学与信息工程系，中国台湾台北

概述

虽然LCA通常不会关注产品系统的本地影响，但是当LCA是应用于其他环境系统分析工具的本地影响可能很重要，如战略环境评估（SEA）。 在本研究中，LCA的区域化是指

将结果从站点通用或站点依赖LCIAs转换为较小的空间单位。LCA的区域化由地理信息系统（GIS）实现。 GIS容易通过对命运，曝光和覆盖的重叠分析，将影响分配给较小的空间单位效果层。

关键词

生命周期影响评估;地理信息系统 ; 战略环境

介绍

生命周期评估是评估与所有阶段相关的环境影响的技术从原材料提取到材料加工，制造，分销，使用，修理和维护，处置或回收利用。根据ISO 14040（2006）和14044（2006）标准，

生命周期评估有四个不同的阶段。第一阶段是“目标和范围”，需要一个明确说明研究的目标和范围。它建立了研究的背景，并解释了如何和向谁传达结果。第二阶段是“生命周期清单（LCI）”，涉及到创建产品系统流向和自然的清单。库存流量包括水，能源和原材料的投入，并释放到空气，陆地和水域。第三阶段是“生命周期”影响评估（LCIA）“，其评估任何潜在的环境影响的意义LCI流量结果。典型的LCIA包括以下强制性要素：选择影响类别，

类别指标和表征模型。在分类阶段，库存参数为排序并分配到特定的影响类别。在冲击测量中，分类的LCI流程的特征在于，使用许多可能的LCIA方法之一，成为当时的共同等价单位

总计提供总体影响类别。最后一个阶段是“解释”，这是一个系统的从生命周期清单的结果中识别，量化，检查和评估信息的技术和/或生命周期影响评估。库存分析和影响评估的结果是在解释阶段总结。ISO 14040规定LCIA的强制性步骤是影响类别选择，分类和表征。

特征因子将LCI结果转换并组合成代表性指标对人类和生态健康的影响。表征因素可以是站点通用的，站点依赖的具体地点（表1）（Potting＆Hauschild，2006）。

bull;现场通用LCA。由于缺乏，源或接收环境的位置没有差异的空间信息和全球均匀效应的假设。

bull;场地依赖LCA。源和接收环境中的一些空间信息决定了影响。来源通常在国家内的国家或地区（50-500公里）范围内定义。接收环境通常定义在5 - 150公里。场地特定LCA。通过考虑来源和接收来执行非常详细的空间差异特定地点的环境。这需要关于污染物的命运，暴露和影响的当地知识。站点特定的方法可以被认为是传统的建模方法，需要大量的方法时间，精力和金钱的数量。在本研究中，LCA的区域化是指结果从站点通用或站点依赖转换LCIAs成为较小的空间单位，重点关注当地的影响。虽然LCA通常没有关注产品系统的局部影响（Potting＆Hauschild，2006），但在应用于其他产品时很重要分析工具，如战略环境评估（SEA）。 SEA是一个程序性工具，可以及早促成并系统地考虑政策，计划和计划中的潜在环境影响。地理信息系统（GIS）集成了硬件，软件和数据，用于捕获，管理，分析，并显示所有形式的地理参考信息。在这项研究中，区域化LCA由地理信息系统（GIS）实现。 GIS可以轻松地将影响分配给更小的影响空间单位通过重叠分析命运，曝光和效果层。

材料与方法

2.1案例分析

研究案例是城市固体废物焚烧厂，位于桃园

如图1所示。其邻近乡镇是大连乡，平安镇，中力市，平镇市，杨梅镇乡，八德市，大溪乡，莺歌镇，桃园市，桂山乡，鲁珠乡其面积，人口和人口密度如表2所示。焚烧厂占地面积

3.1公顷。焚化厂有两台炉。每炉的加工能力为675吨/天，其设计热值为2300千卡/公斤。每年，其SOx，NOx，TSP，HCl，As，Cd，

Cr，Pb，CO和CO2分别为365,697.33,684,388.69,48,708.01,55,465.59,12.07,3.12,25.78,57.58,2,397.07和分别为1.31times;108公斤。

2.2生命周期影响评估

IMPACT 2002 （Jolliet等，2003）是瑞士最初开发的影响评估方法联邦理工学院 - 洛桑（EPFL），目前由同一团队开展的事态发展研究人员现在以生态系统生命周期系统（洛桑）为名。本方法提出组合中点/损害方法的可行实施，连接所有类型的生命周期清单结果（基本流动和其他干预措施）通过14个中点类别到四个损伤类别，如

表1. LCA中空间分化的空间分辨率

空间分化源 接收 环境

现场通用 地球仪 地球仪 站点依赖 国家 国家内的地区 5 - 150公里 50 - 500公里 特定地点 在特定地点 lt;10公里

表2.案例研究的邻近乡镇及其地区，人口和人口密度

乡镇 面积（平方米） 人口 大源乡 87,097,943 82,495 中立市 76,111,210 375,738 平镇市 43,447,999 209,189 杨梅乡 89,645,651 153,992 巴德市 33,779,044 178,670 大溪乡 105,166,183 91,916 莺歌区 21,892,512 88,122 桃园市 34,365,351 412,859 桂山乡 71,434,193 139,478 鲁珠乡 74,576,566 146,207	密度 0.000947 0.004937 0.004815 0.001718 0.005289 0.000874 0.004025 0.012014 0.001953 0.001960

2.3基于GIS的LCA区域化

LCA的区域化已经在文献中得到解决（Jolliet等，2003; Nansai，et al。，2005; Mutel＆

Hellweg，2009; Mutel等，2012; Mutel等，2013）。但LCA结果的区域化是完全定义的

不同。这取决于一些相关因素，分为三类：命运，暴露 - 和效果相关。命运因素是指影响污染物转移和分配的因素，包括地理条件，气象条件，背景水平等。曝光因素是指涉及环境影响受体（如人，动物或其他）的存在的条件保护区。影响因素是指受体对污染物的敏感性。这些因素是与地理相关的然后可以在GIS层上显示。

表3：

结果与讨论

3.1命运层

命运分析将排放（表示为质量）与临时浓度变化联系起来。 一，分散的NOx排放由高斯扩散模型承载。为简化起见其次，由于NOx排放的运输受到影响，所以考虑到地表风升高。

3.2 曝光层

暴露分析将这一临时浓度与剂量联系起来。 对于呼吸效应，受体是人。人口密度将影响LCIA结果的分配，这意味着更高的人口3.3。组合效应分析将剂量与许多健康影响相结合，如癌症的数量和类型。但在这个在区域化过程中忽略了学习效应分析。 DALY的影响分数计算呼吸效应引起的ADALY（每人平均DALY，DALY）。

图4.氮氧化物排放的分散使用高斯扩散模型

图6.表面风向玫瑰图

图5. 一个圆形的部门大约代表NOx排放的色散

4结论

这项研究提出了一个新概念 - 现有LCA方法的区域化。虽然LCA是正常的不关注产品系统对当地的影响，但在应用于战略环境时是很重要评估（SEA）。本研究使用地理信息系统（GIS）对LCA进行区域划分它可以通过对命运，曝光的重叠分析，轻松地将影响分配给较小的空间单位和效果层。案例研究表明，该方法可以适当地分配由呼吸引起的DALY根据气象条件和人口密度，对八个邻近乡镇的影响。

图7.疫区的概率

图8.在受影响地区人口密度

图9.戴利的分布引起的呼吸作用

图10.戴利在城镇的分布

图11.ada的分布引起的呼吸作用

图12.ada的分布在城镇

致谢

作者要感谢中华民国（台湾）国家科学委员会的财政

根据NSC 102-2221-E-131-010-003的合同支持这项研究。

参考文献

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标准化组织（ISO）。

ISO 14044（2006b）。环境管理 - 生命周期评估 - 要求和指南。日内瓦：国际

标准化组织（ISO）。

Jolliet，O.，Margni，M.，Charles，R.，Humbert，S.，Payet，J.，Rebitzer，G.，＆Rosenbaum，R.，（2003）。 IMPACT 2002 ：一个新的

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http://dx.doi.org/10.1007/BF02978505

Mutel，C.L。，＆Hellweg，S。（2009）。区域化生命周期评估：计算方法与应用

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Mutel，C.L.，de Baan，L.，＆Hellweg，S。（2013）。参数化和区域化生命周期的两步灵敏度测试

评估：方法与案例研究。环境科学与技术，47，5660-5667。

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发电方法与案例研究。环境科学与技术，46,1096-1103。

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Nansai，K.，Moriguchi，Y.，＆Suzuki，N。（2005）。通过相同方法进行现场依赖的生命周期分析：其概念

通过投入产出分析计算实体冲击强度的有用性和应用。环境

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Potting，J.，＆Hauschild，M.Z. （2006）。生命周期影响评估中的空间差异：方法开发十年

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