Sci. Total Environ.丨棉纺织产品生命周期环境绩效系统回顾

论文内容

研究背景：

由于消费量巨大，2021 年全球纤维产量达到 1.13 亿吨。在 2021 年的全球纤维产量中，棉纤维仅次于聚酯纤维，占 22%，再生棉占 1%，有机棉占 1.4%。随着服装消费量的增加，时尚产业对环境的影响也越来越大。例如，如果时装业继续照常生产，估计到 2030 年二氧化碳排放量将达到 2.79 亿吨。在传统棉花种植过程中，需要消耗大量的水、能源、杀虫剂和化肥，并占用大量土地，所有这些都会对环境和人类健康产生负面影响。

研究内容：

图1: 选定棉质 T 恤衫的生命周期系统边界

在研究棉纺织品生命周期的环境绩效时，最常用的影响指标可分为 5 个方面：气候变化（全球变暖潜能值）、酸化潜能值、耗水量、毒性和富营养化潜能值。这是因为在棉花种植、漂白和染色过程中会消耗大量的水。此外，棉花种植过程中使用的化肥和农药以及棉纺织品生产过程中使用的化学品会向环境释放有毒化学物质，对生态系统和人类造成危害。此外，棉纺织品在整个生命周期中所消耗的能源，如柴油、电力和天然气，是造成气候变化的最大因素。

图2: 基于碳足迹法的棉纺织品环境影响结果

如图2所示，将各种棉纺织品的功能单位换算成1千克或1件，棉纤维的碳足迹值在 1.42 至 4.430 千克二氧化碳当量/千克之间，棉织物的碳足迹值在11.17至34.90千克二氧化碳当量/千克之间，棉服的碳足迹值在1.34 至 90.37 千克二氧化碳当量/件之间。由此可见，棉纺织品的碳足迹值可能比相同功能单位的同类产品大/小几十倍。除功能单元外，棉纺织品碳足迹差异较大的原因还在于系统边界、生产工艺等方面的差异。

图3: 棉纺织品在特定生命周期阶段的碳足迹

从图3中可以看出，大多数碳足迹研究都集中在棉纺织品的原料提取阶段，而对棉纺织品的使用和报废阶段关注较少。一般来说，工业生产阶段，尤其是织造和制作阶段对碳足迹值的贡献最大，而棉纺织产品在原料提取阶段的碳储存潜力较大。不过，从图3中也可以看出，不同物品在同一特定生命周期阶段计算出的碳足迹值有很大差异，这主要是由于功能单元、工艺条件、输入能源或材料的不同造成的。例如，在制作阶段，T恤衫缝制后一般不需要水洗，而牛仔裤则需要水洗，这意味着牛仔裤通常需要消耗额外的水、电，特别是化学添加剂。此外，在纺纱过程中，同一类型设备的工作效率不同，消耗的电力也不同，导致最终的碳足迹结果也不同。

图4: 棉纺织品环境影响评估的系统边界

箭头的颜色代表应用相应系统边界的论文数量，箭头的起点和终点分别代表 16 篇文献中使用的系统边界的起点和终点。从图4中可以看出，以 "原料提取 "为系统边界的文章数量占比最高，约为 25.00%，其次是 "原料提取到报废 "和 "原料提取到生产"，占比分别为 18.75%。从图4中还可以看出，不同研究选择的系统边界通常仍具有主观性，没有统一的标准。更重要的是，对于不同研究选择的同一系统边界，其输入实际上并不完全相同，这导致目前的研究仍然是相互独立的，难以进行直接比较或综合分析。

消费观念和消费模式的改变缩短了纺织品和服装的生命周期，再加上纺织业生产能力的不断扩大，产生了大量废弃纺织品和服装。废弃纺织品和服装的处理方法通常包括填埋和回收。全世界每年产生约 9200 万吨纺织品废物，其中 85% 最终被填埋或焚烧。填埋不仅造成资源浪费，还会对环境造成影响，而废旧棉纺织品的回收利用可以实现资源循环利用，受到广泛关注。回收过程对环境的影响也引起了更多关注。棉纺织品生产过程中有两种碳储存途径：其一是通过将棉秆碳化后还田，使碳元素稳定地储存在土壤中。第二种碳储存方式取决于服装的使用寿命。

研究结论：

本研究通过系统的文献综述，整理了基于生命周期评估、碳足迹和水足迹的环境影响数据，这些数据发生在棉纺织品的整个生命周期中。整理后的数据将对需要温室气体排放、能源和水使用的生命周期影响指数数据的研究人员有所帮助。此外，根据从现有文献中提取的结果，确定并进一步讨论了有关棉质服装环境影响评估的四个关键问题。由于棉花的耗水量在很大程度上取决于地理位置和当地气候条件，因此在比较有机棉花和常规棉花的耗水量时，必须确保它们种植在相同的地理位置。此外，在有机棉花环境影响评估中还应考虑有机肥料生产对环境的影响以及有机棉花种植过程中有机肥施用对环境的影响。

模块法的优势在于评估过程的灵活性和效率，以及评估结果的可重复性和可比性。当一个过程产生多种价值产出时，不同的产品需要分担该过程对环境的影响。棉制服装涉及两个主要生命周期阶段的分配：棉纤维提取阶段和纱线生产阶段，大多选择基于经济关系的分配方法。废旧纺织品和服装循环周期的环境效益可通过扩展系统边界法进行计算。回收原材料的替代率和质量直接影响回收循环的环境净效益。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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