【本文由林心恬教授撰寫，發表於永續產業發展期刊】
生命週期評估的目標及基本概念
當產業在設計或製造產品時，產品的工程師、設計師或者企業的經營者會考慮什麼呢？傳統上，他們考慮的可能是市場需求、功能、外觀、成本等，但在永續發展成為主流的今天，製造出性能好的產品已經不是唯一的選項，更重要的是如何在製造產品的過程中兼顧企業、社會及環境的永續發展，各國也紛紛修訂相關法規，以規範產品所需要符合的特定環境標準，唯有符合法規才能夠進行販賣，並針對其環境影響而有相對應成本增加的情況。如果我們想要知道一個產品對環境友善與否，或者如何透過改善設計來達成減少產品的
環境影響時，該怎麼做呢？我們要如何知道一個產品及其製程對環境的污染是多還是少？怎麼有效針對問題熱點去做改善？想回答上述這些問題，我們需要的方法學稱為「生命週期評估」。
生命週期評估（Life Cycle Assessment, LCA）也被稱為生命週期分析，是一種評估商業產品、流程或服務，在整個生命週期中與環境相關影響的方法學。以製造產品為例，從原物料的萃取、加工、產品的製造、銷售及使用，一直到回收或最終處置的過程中，環境影響都能以生命週期方法進行評估。生命週期評估需要統整產業價值鏈全面的能源和材料清單，並計算其對環境產生的相應排放量。因此，生命週期評估的關鍵在於評估累積潛在的環境影響，其目的為記錄並改善產品的整體環境概況[1]。
生命週期評估的發展歷程
生命週期評估的研究始於1960年代末期，由於當時社會大眾開始關注資源和能源的使用效率、環境污染、廢棄物等問題，因此會針對不同的系統進行相關評估。可口可樂公司在1969年就委託了美國中西部研究所(MidWestern Research Institute, MRI)針對其飲料包裝進行資源及能源的使用分析，並利用該分析結果來對可口可樂公司產品的包裝方式進行調整及決策[2]。由此案例可以看出，初始的生命週期評估研究是為了因應產業需求而存在。當時，中西部研究所採用「資源與環境分析(Resource and Environmental Profile Analysis, REPA)」來描述其分析方法，並且特別強調供應鏈「從搖籃到墳墓」的整個系統進行分析[3]。
後來的生命週期評估則更加廣泛的應用在各種領域上，1990年代開始出現了生命週期評估相關的科學論文、研討會、論壇及期刊，也陸續有學者發表許多生命週期評估的指南及手冊。當時的一個重要進展為國際標準組織（International Organization for Standardization, ISO）正式制定出關於生命週期評估的國際標準，分別為ISO 14040（2006E）：「環境管理-生命週期評估-原則和框架」[4]及ISO 14044（2006E）：「環境管理-生命週期評估-要求和指南」[5]，ISO國際標準的設立為生命週期評估定義了一個通用的方法論框架。在此期間，生命週期評估也被應用於政策與立法，例如歐盟及日本的包裝相關法律，顯示了生命週期評估在政策立法上有其價值[2]。
生命週期評估的四個步驟階段
實際執行生命週期評估的方法是由前述ISO的兩項國際標準為規範，本段針對生命週期評估的做法進行說明及案例介紹。在ISO 14040中，生命週期評估被定義為：生命週期評估研究產品整個生命週期（即從起點到終點，從原材料獲取到生產、使用和處置），研究其環境方面和潛在影響。需要考慮的環境影響的一般類別包括資源利用、人類健康和生態後果。同時在ISO14044中清楚敘明了一個完整的生命週期評估必須包含：目標與範疇、盤查分析、生命週期衝擊分析、結果詮釋等四個階段，如圖一所示。接下來的段落將會針對生命週期評估的四個階段及各階段再執行上需注意的項目進行介紹。
圖一 生命週期評估的四個階段
- 目標與範疇
生命週期評估的範圍，包括系統邊界和詳細程度，取決於研究的主題和預期的使用目的，具體評估的深度和廣度可能因特定評估的目標而有所不相同，這就稱為生命週期評估的第一個階段：目標與範疇。本階段要思考的問題為：研究被應用在什麼地方？為什麼要進行這個研究？舉例來說，前面提到的可口可樂公司針對其飲料容器進行生命週期評估，乃是因為發起該研究的可口可樂公司意識到他們需要環境知識來進行內部規劃和公共關係，因此其使用目的即為判斷公司未來選用並發展飲料包裝時所能提供環境相關的準則。目標與範疇階段也必須決定分析的對象產品，如可口可樂公司的研究分析選項包括了可重複使用玻璃瓶、一次性鋁罐和塑膠替代品之間的比較分析，在進行分析時，有一個重要的問題為：「比較是否公平」。以可口可樂的案例來說，其中分析包含了可重複使用的玻璃瓶及一次性的鋁罐，如果我們用一個玻璃瓶跟一個鋁罐進行比較的話就不是很公平，因為重複使用的產品通常需要使用更多材料製作以達成產品的堅固耐用，因為該產品往往必須討論到清洗及運送的過程。為了回答這個「是否公平」的問題，我們需要的方法叫做「功能單位(Functional Unit)」。功能單位代表的是比較的基準，以飲料瓶為例，功能單位可能就是設定為「承裝一份400ml飲料給消費者飲用」，在一次性容器的情況下也許是一個容器，然而在重複使用的情況中可能就是清洗、運送一次容器，並且同時考量到製造該容器及容器的使用次數及壽命等因素。這個階段的另外一個任務為定義「系統邊界(System Boundary)」，系統邊界會決定哪些項目必須被列入分析範圍、哪些項目則需要被撇除於分析範圍外或者將其忽略。這個階段會涉及許多假設，因為現實情況當中物品的製造、原料的來源都有非常多的細節及多樣性，我們通常很難針對一個產品或服務的每一個部分來進行最精細的分析探究，因此有效而假設正確的系統邊界可以確保研究具備完整性及代表性。
- 生命週期盤查分析
盤查分析(Life Cycle Inventory, LCI)是生命週期評估的第二階段，它是關於研究系統的輸入和輸出數據的清單，盤查分析涉及收集必要的數據以達到所定義研究的目標。為了執行盤查，我們會建議由系統中的基礎物質流來進行分析，通常會從產品製程的流程圖開始建構，再針對流程圖中產品製造的每一個步驟的物質投入需求以及排放物質列出清單並加以搜集相關數據，最後統整出整個製程物質的輸入和輸出總量。以飲料容器的例子來說，製造一個塑膠飲料容器開始於萃取石油原料、製成塑膠顆粒、射出成型成為塑膠瓶、填充與組裝，接下來配送、銷售，經過消費者使用後，再進入廢棄物處理系統回收或是最終處理。這整個過程中所牽涉到的能源及資源投入、廢水、廢氣、廢棄物等副產品的產生，都必須要列入盤查分析考量。同時，重複使用的玻璃瓶還需要額外考慮清洗過程中的消耗的水及能源、清潔劑使用等。在某些情況下，生命週期評估的四個階段只需進行至生命週期盤查分析階段，代表對單一清單進行分析和解釋，即可滿足生命週期評估的目標，這通常被稱為生命週期盤查分析(LCI)研究。
- 生命週期衝擊分析
衝擊分析(Life Cycle Impact Assessment, LCIA)是生命週期評估的第三個階段。衝擊分析的目的是為了提供額外關於環境衝擊的資訊，以幫助評估產品系統的盤查分析結果，從而更好地了解它們的環境重要性。到上一個階段為止，我們可以得到的資料為產品或服務消耗了多少東西、產生了多少副產品，而在這個階段則會將上個階段的資料轉換成對環境的影響，稱之為環境衝擊。環境衝擊包含許多不同的類別，除了最常見的全球暖化效應以及臭氧層破壞外，還有土壤酸化、優養化、生態毒性、人類毒性、懸浮微粒生成、土地使用改變、水資源使用及非生物資源使用等，如圖二所示。常見的衝擊評估方法有TRACI, ReCiPe, AWARE等，每一項環境衝擊類別的數值都可以用科學方式量化，並且每個項目都有不同單位。舉例來說，全球暖化效應的單位為二氧化碳當量(CO2-e)，而水資源的消耗的單位則為體積單位，如公升或立方公尺。由於每一項環境衝擊類別都擁有各自的計算單位，如果要綜合每項衝擊的結果，我們需要經過一系列的轉化運算，包含了選擇衝擊類別、分類、特徵化、正規化及權重等，在這一系列過程中，會有針對各衝擊類別相對重要性的主觀判定，因此在不同方法學的情況下，可能會出現不同的結果。以前述之可口可樂飲品包裝為例，經過衝擊評估階段後，我們可以得知各種不同包裝所產生的全球暖化效應、臭氧層破壞、人類毒性等各項環境衝擊孰多孰少，也可以透過進一步的綜合評估後，得出各設計選項的評比分數，再比較何者是較為環境友善的產品。
圖二 生命週期衝擊分析環境衝擊類別示意圖
- 結果與詮釋
結果與詮釋是生命週期評估的最後一個階段，在此階段中，盤查分析或衝擊分析結果會被總結和討論，作為據此得出結論、建議和決策的基礎，以符合目標和範疇的定義。在飲品包裝的例子中，若其中一個包裝選項被證實了有較低的環境影響，那麼公司在未來選擇使用何種包裝材料來盛裝飲品時，即可以根據此結果進行決策。同時，若發現某個資源的使用或某個製程階段的能源使用造成了可觀的環境影響，則可針對該部分進行改善，以使產品的發展往更少的環境污染方向去進行。
上述之生命週期方法論及生命週期評估的四個階段，目的為使生命週期評估的結果能更有代表性及可信度，然而仍然有部分人對生命週期評估提出批判。這些批判主要是針對方法學的一致性、特別是系統邊界的一致性，或是執行生命週期評估者的偏見對評估結果的影響等，因為ISO雖然對生命週期的方法論提出了指南，但卻沒有正式要求或是設定非常詳細的限制。因此，我們可以說10個不同人做的生命週期評估，可能會出現10種不同的結果[2]，但這並不代表產出之結果不可靠，只要是正確遵照ISO規範的生命週期評估步驟，並且強調數據及系統的完整度，雖然各機構做出來的結果可能略有出入，但仍然可以提供對產品或服務的環境影響的大方向認知及理解、並提出有效的結論與建議。
結語及建議
經過以上的介紹，我們可以對生命週期評估的方法學有大略的概念，然而實際在執行上仍然可能遇到許多挑戰，例如數據取得不易、分析中的不確定性、系統邊界假設的不當等等。一個好的生命週期評估研究及實作，需要的是對方法學正確的了解，同時也需要結合各領域的專業知識，如果分析人員對於一個產品及其製程完全不了解，那麼做出來的評估可能會忽略或錯判一些關鍵的部分，導致該評估欠缺實際參考價值。此外，在生命週期評估的研究中，也有賴評估研究人員與該產業的專業人員之間良好的溝通、共有資訊及協力合作，方能使得生命週期評估的正確性及精準性得以提升，並在後續應用上能更貼近實務的需求。
在企業及社會不斷追求永續發展及環境影響的時代下，生命週期評估的重要性日益提升，然而生命週期評估之研究人員或可提供相關服務之企業或機構仍顯不足，同時各界人士對於生命週期評估的了解尚不夠全面，以至於在永續及環保相關議題上，兩方常會出現意見分歧。相信透過科學方法的普及與推動，可以協助回答並解決此類問題，期盼未來不論是各類產業或各領域專業人士，都能對生命週期評估方法學及環境影響的觀念具備基本認知，並且可以透過生命週期評估的技巧，來協助企業及各領域專家做出真正對環境有益的決策。
參考文獻：
[1] Ilgin, Mehmet Ali; Gupta, Surendra M. (2010). “Environmentally Conscious Manufacturing and Product Recovery (ECMPRO): A Review of the State of the Art”. Journal of Environmental Management. 91, 3, 563–591.
[2] Jeroen B. Guinée, Reinout Heijungs, Gjalt Huppes, Alessandra Zamagni, Paolo Masoni, Roberto Buonamici, Tomas Ekvall, and Tomas Rydberg (2011) “Life Cycle Assessment: Past, Present, and Future.”Environmental Science & Technology. 45,1, 90-96
[3] Geoffrey Guest (2015) “A brief history of LCA in the corporate world” https://www.linkedin.com/pulse/lca-inc-geoffrey-guest/ Accessed 14 Apr 2023
[4] ISO 14040 International Standard. (2006) Environmental management – Life cycle assessment – Principles and framework; International Organization for Standardization: Geneva, Switzerland
[5] ISO 14044 International Standard. (2006) Environmental management – Life cycle assessment – Requirements and guidelines; International Organization for Standardization: Geneva, Switzerland