基于GaBi软件的彩印纸盒生命周期评价

摘 要：在考虑纸包装产品的环保性和材料成本节省情况下，基于生命周期评价方法，采用GaBi软件对不同生产工艺的彩印纸盒生命周期阶段的能源消耗和环境影响进行评价，并获得在影响评价中着重进行能耗和主要污染物的对比分析。分析结果表明：修改工艺后，与普通油墨印刷后覆膜的纸盒相比，采用防刮花油墨替代原来的油墨和覆膜工艺，纸盒在能源消耗和环境影响方面具有优势。另外，生产同等个数的纸盒，通过改良拼版方式，调整切纸尺寸，增加拼版数，减少印次及纸张边角料，能源消耗和环境影响方面也更具有明显优势。该研究方法可为包装设计变更提供节能减排的评价依据。

关键词：生命周期评价;GaBi软件;彩印纸盒

从包装材料角度看，全球包装行业可分为纸包装、塑料包装、金屬包装、玻璃包装及其他包装等细分市场，其中纸包装占比高达39%[1]。研究与纸包装相关的彩印纸盒的环境污染、资源与能源利用问题既是环境保护的焦点问题。彩印纸盒从生产、使用到最终报废，都会对环境产生巨大的影响。在考虑纸包装产品的环保性和材料成本节省情况下，修改工艺，进行材料替代，同时通过改良拼版方式，调整切纸尺寸，增加拼版数，减少印次及纸张边角料，提高包装的环保性。本文根据生命周期评价方法，运用GaBi软件对两种不同生产工艺的彩印纸盒进行环境影响评价，探索基于GaBi分析的生命周期评价方法在保证设计优化决策中的应用。

一、生命周期评价方法及软件

1.1 生命周期评价方法

生命周期评价方法（life cycle assessment，LCA）是对某种产品、工艺或活动从原材料采集，到产品生产、运输、销售、使用、回用、维护和最终处置整个生命周期阶段有关的环境负荷的过程[2]。LCA已经纳入ISO14000环境管理系列标准而成为国际上环境管理和产品设计的一个重要支持工具。

一个完整的生命周期评价包括4个组成部分：目标与范围的定义、清单分析、影响评价和结果解释，如图1-1所示。

1）目标与范围的确定：确定研究目的、系统边界、功能单位和假设条件等。

2）清单分析：对所研究系统中的输入和输出数据进行汇编和量化分析。

3）影响评价：通过使用与清单结果相关的影响类型和类型参数，对清单分析阶段所识别出来的环境负荷影响进行定量和定性描述与评价。

4）结果解释：根据目的和范围要求对评价结果进行评估，分析产品生命周期中的重大问题进而形成接了和建议。

1.2 GaBi软件

生命周期评价软件的发展速度很快，有国内的eBalance、台湾的DolTPro、日本的MiLCA、欧洲的SimaPro、GaBi。GaBi是超过10000家用户最信赖的产品生命周期评价软件，其中包括财富500强企业、行业的领导协会、创新型中小企业等。GaBi软件提供直观视觉化的方法展现工艺流程图反映真实的产品制造工艺，包含所有输入输出（例如，材料，能源，水和废弃物）以及潜在的环境影响，生命周期评价的结果转换成对整个公司可操作的可持续智能。产品可持续矩阵仅仅在有数据的前提下有用。而GaBi包含了最精确的现实数据，和其他商业数据库和地区数据库如ecoinvent，美国USLCI，ELCD及其他。因此，本文采用的软件为GaBi。

二、彩印纸盒的生命周期评价

2.1目标与范围的确定

本文选用同款纸盒两种不同生产工艺、不同纸张开度和拼版数量作为研究对象，目的是这两种不同情况的彩印纸盒的生命周期评价，对比其生命周期阶段的能源和环境影响差异，为包装设计人员选用彩印纸盒的生产工艺、拼版方法和材料尺寸提供参考依据。

彩印纸盒（工艺一：纸板拼版数为4，采用普通油墨印刷并进行覆膜）的工艺生产流程图见图2所示，其生命周期系统边界如图3所示。

彩印纸盒（工艺二：纸板拼版数为6，采用防刮花油墨，取消覆膜工艺）的工艺流程图见图4，其生命周期系统边界如图5所示。根据研究目的确定研究范围，重点是生产阶段（切纸、印刷、印后表面处理（覆膜）、模切、糊盒）及运输阶段的全过程。与其他各阶段相比，销售阶段对环境的影响较小，故本文不忽略不计。

两种工艺的彩印纸盒主要参数见表1，表中的数据来源于国内某大型印刷企业。生命周期评价的功能单位确定为彩印纸盒质量（kg）。

2.2数据清单分析

生命周期评价中的清单分析是对产品，工艺过程或活动等研究系统整个生命周期阶段，资源和能源的使用及向环境排放废物进行定量的技术过程。

清单分析是LCA研究的核心环节，也是研究最成熟的一个阶段。其主要流程有数据的收集与确认，数据与单元过程的关联，数据与功能单位的关联，数据的合并，系统边界的修改以及数据的反馈，最后完成清单 [3]。

2.2.1生产阶段

生产阶段的物质能源耗用清单详见表2。

生产阶段主要是工艺流程：切纸→印刷→→印后表面处理（覆膜）→模切→糊盒。工艺一（生产过程A）GaBi建模过程见图5：

工艺二（生产过程B）GaBi建模过程见图6：

从所建立的软件模型可以看出不同工艺彩印纸盒的生产阶段消耗的电能皆为11000kwh。其输入输出情况如表3所示。

2.2.2运输阶段

运输阶段的物质能源耗用清单详见表4：

从所建立的软件模型可以看出运输阶段消耗的柴油40.8L。其输入输出情况如表5所示。

2.3影响评价与结果解释

运用LCA软件GaBi对同款产品，不同工艺、不同拼版方式及不同开料尺寸的彩印纸盒进行生命周期评价，获得了这些不同彩印纸盒的生命周期阶段对能源与环境的影响评价结果。

1）材料消耗对比：从软件分析结果可以得出彩印纸盒的材料消耗，如表5所示。工艺一生产阶段的材料消耗为41220kg，工艺二生产阶段的材料消耗为36728kg，工艺二比工艺一低节约10.9%，从环保的角度考虑，彩印纸盒采用工艺二（生产过程B）比工艺一（生产过程A）更节约环保。

2）污染物排放对比：选择对环境影响较大的气体CO、CO2、NO、NO2和SO2作为主要的污染物，对比两种工艺生产过程的排放情况。表6列出了同款彩盒两种不同工艺不同生产过程的主要污染物排放对比分析数据。结果表明：用工艺二，经生产过程B生产的盒子，对比工艺一，其CO2 的排放降低64.85%，NO的排放降低81.58%，SO2的排放降低87.02%，彩盒用工艺二的环境的影响明显小于采用工艺一。

3）酸雨、富营养化、温室效应和光化氧化污染潜力对比：从软件分析结果可知两种工艺的环境影响结果对比，如表7所示。由以下数据可知，工艺二的环境影响值效应比工艺一更低，其中酸雨的影响减少81.29%，最为显著，其次是光化氧化污染潜力影响减少80.46%。

结束语

综合分析了同款彩印纸盒在不同工艺、不同拼版方式、不同开料尺寸的生产和运输过程中生命周期各阶段的5类污染物排放对比，4类环境影响结果对比。通过对两种工艺的彩印纸盒生命周期评价的对比分析，我们发现，从工艺一改进成工艺二之后，由于同一张纸上的拼版数量增加，纸张的耗用更少，另一方面，把原来的裱哑膜工序去掉，把普通油墨换成可刮花油墨，不仅工序和材料节省，在对污染物排放和對环境的影响方面明显降低。从分析结果上，就能指导我们的研发人员，包装设计人员，除了考虑包装外观、成本、强度性能、生产效率等因素外，同时需要关注到产品工艺布置和材料选用方面，可使用更节能、更环保的方案，具有可持续发展意义。

本研究存在以下不足：采集数据的完整性有限，对某些生命周期阶段进行了忽略假设;在运用GaBi软件分析时对某些材料用量进行大致估算。未来可针对上述不足做进一步研究。

参考文献

[1]羽佳.2017年我国包装市场概况分析及行业细分领域需求规模测算.中国产业信息网，2017

[2]秦雪梅，俞宁，詹捷.应用GaBi的两种汽车转向器防尘罩的绿色评价[J].重庆理工大学学报（自然科学），2013（10）：24-28.

[3]姜雪. 基于GABI软件的碳钢产品喷涂工艺生命周期评价[A]. 中国环境科学学会.2013中国环境科学学会学术年会论文集（第四卷）[C].中国环境科学学会：，2013：7.

作者简介：

李叶红，女，汉族，广东中山，1975年12月，本科，工程师，中荣印刷集团股份有限公司，单位所在省市（广东中山），单位邮编（528400），研究方向（轻工包装印刷）