为了详细介绍生命周期的评价方法在包装物流系统中的应用过程，这里介绍了密西根大学Gregory A • Keoleian等人对酸奶酪产品的包装物流系统的生命周期评价的研究案例。
一、产品配送系统的描述
在案例中，酸奶酪产品配送系统（product delivery system，PDS)被定义为从Stony- field Farm's酸奶酪加工厂到市场（配送者或零售商）的整个系统，包括一类包装、二类包 装和在这个系统模型中所有的各个部分之间的材料、包装和酸奶酪产品所需的运输连接。
在这个系统中，产品运输系统使用的功能单元被定义为运输1000磅的酸奶酪产品到市场上 (配送者或零售商）。在这个案例中使用的是Stonyfield Farm公司2002年的数据，在结论中 给出了改进建议。
6盎司、8盎司和32盎司容器的一类包装由一个PP杯、一个LLDPD盖和一个PE/ PET密封组成。4盎司容器使用一个PP杯和一个PE/PET密封，6个容器用一个纸板包装 在一起出售。2盎司容器用一个可挤压的LLDPE管装，一个纸盒中装8管一起出售。
二类包装主要指用于将一类包装运输到酸奶酪充填点和将充填好的酸奶酪运到市场的运 输过程中需要的包装容器，如托盘、收缩薄膜、瓦愣纸箱和箱衬垫。
产品运输系统的生命周期由9个过程单元组成：材料生产、配送1、 制造、配送2、充填、配送3、配送者/零售商、酸奶酪的消费和生命终结。
生命周期的清单分析用来评价材料和资源消耗以及污染排放和整个系统产生的废弃物。清单分析包括数据收集和在系统内每个单元过程发生的输人输出的量化计算。该模型用于评 价北美的产品传送系统。然而，由于缺乏美国公布的与包装材料及产品相关的数据，因此有关的大多数数据来源于欧洲。在不同的国家生产过程是类似的，但这些过程的环境排放在不同的国家和给定的国家的不同工厂之间是不同的。在每个过程中的排放和能量消耗的计算是 以各种包装配置的模型参数为基础的。模型参数包括质量、成分和一类包装、二类包装的制造过程及运输距离和每个单元过程的运输模式。
在生命周期清单分析中，与每个单元过程相关的输人输出数据包括：能量消耗、固体废弃物、空气污染排放物、水污染排放物和用水量。
二、系统边界
(1) 材料生产材料生产阶段包括用于一类包装的原材料的提取，原材料的加工，即原 材料转变为中间材料的过程。二类包装材料的生产包含在配送阶段。与PP、LLDPE、 HDPE、PET、PE和浓缩颜料相关的材料产品的环境影响是以欧洲生命周期清单数据为基础的。假定在欧洲塑料生产的材料负荷与北美类似，辅助材料如黏合剂、墨水和添加剂不包 括在这个研究范围内。
(2) 配送1配送1包括一类包装的输人材料（如塑料树脂）在生产者和相关容器生产者之间的运输。建模时考虑了燃油产品、铁路和卡车运输的燃油负荷。在这个阶段的发货几 乎全部是使用卡车或火车，因此非重复使用的二类包装的使用是非常有限的。故在清单分析中没有包含这部分内容。
(3) 制造制造阶段仅仅包括一类包装的制造，如杯和盖的注射铸造。二类包装的加工包括在配送阶段。与产品生产相关的设备负荷被排除在系统模型外，其原因是它们与清单分析过程的负荷关联较小。
(4) 配送2配送2包括一类包装材料从它们的制造位置到酸奶酪充填厂的运输，以及二类包装的材料生产、运输和处理。建模时考虑了用于卡车运输的燃油产品和燃油使用负荷。与二类包装的转化过程相关的负担，如瓦愣纸板转换成纸箱或木材转换成托盘被认为影响很小而被忽略。
(5) 充填与酸奶酪充填过程相关的环境负荷被排除在这个研究之外。Stonyfield Farm 表示在一类包装构成或材料的改变在充填过程中的负荷可以忽略。但考虑了密封过程产生的固体废弃物，其原因是它被认为是包装系统的一部分。
(6) 配送3配送3包括酸奶酪和它的一类包装、二类包装从充填位置到第一个目的地(典型的配送者或零售商）的运输。这个和其他配送阶段的运输负担一样是与质量相关的。环境负荷是与材料生产、加工、运输和在运输旅程中使用的二类包装的最终处理相关。与配送2—样，这些材料被转换成二类包装，如瓦愣纸板转换成纸箱或木材转换成托盘不包含在该模型中。
(7) 配送者/零售商在配送者/零售商阶段相关的活动的环境负担不包括在该系统模型中。
(8) 消费消费阶段为消费者购买了酸奶酪产品之后的活动。由零售商到客户的酸奶酪运输过程的环境负荷在建模中没有考虑。在这个阶段包含的两个活动是酸奶酪的冷藏和消费 者使用的碗和勺子的洗涤。
在计算消费者冷藏酸奶酪使用的能量时，以消费者每天吃一盒，每周购买一次为基础，平均冷藏三天。冰箱中与酸奶酪相关的能量消耗是以酸奶酪包装占据的冰箱有用体积的比例为基础的。在生命周期的这个阶段能量消耗所包含的空气和水的排放的负荷是以美国平均动力生产为基础的。
(9) 生命终结生命终结过程建模考虑的环境负荷是用过的一类包装的废弃物处理，包括从消费者到处理点的运输。需要注意的是二类包装的处理包含在它的使用阶段。假设在充 填阶段生产的酸奶酪产品被消费，并且所有的容器被运输到废弃物处理点去回收再生、焚烧 或填埋。根据EPA (environmental protection agency)固体废弃物报告，宽口塑料容器的 回收再生率为〇，纸板为15.8%。EPA的报告指出，整个市政废弃物有55.1%被填埋，28%被回收再生，16. 9%被焚烧。使用这些数据来估计在扣除回收再生材料之后的市政废弃 物的平均焚烧率是23. 5%。因此，在这个研究中使用23. 5%的焚烧率。
空气排放和水排放数据查阅每个生命周期阶段向水和空气中的排放总量，用质量表示。在生命周期中使用的水的总量用体积度量。这些总量包括在整个生命周期中提供给各个阶段的能量及产生的排放，包括一类包装的加工和消费。
全球变暖潜力是测试产品配送系统对温室效应的潜在贡献的影响，用二氧化碳的排放量来度量。
臭氧损耗潜力是测试产品配送系统对最上层的臭氧退化的潜在贡献的影响。用氟氯化碳(CFC)的质量来表。
三、评价结果
LCA的评价结果分为两部分：一是与当前产品传送系统相关的定量负荷，它表示了这些负荷在整个生命周期阶段和各种尺寸的杯中是如何分配的；二是调整极小化环境负担的策略，结果是以运送1〇〇〇磅（1磅=〇• 45359kg)酸奶酪到市场上为基础的。
(1)当前的产品传送系统这个研究的结果证明了一般的理解，即较大的容器有较低的环境负担。在比较产品配送系统所需要的总能量时，32盎司的容器最好。在2盎司、4盎司、6盎司、8盎司和32盎司中的总能量消耗分别是4〇5〇MJ、467〇MJ、523〇MJ、439〇MJ和3620MJ。大量的能量被消耗在材料生产和加工阶段以及在配送3中（从酸奶酪的生产者到配送者和零售商的运输过程）。
在材料生产阶段，6盎司的容器在生产中需要运输酸奶酪的一个功能单元的材料数量，以及盖的材料生产所需要的能量，在该容器生产阶段达到最高。6盎司、8盎司和32盎司容器生产所需的能量结果说明了材料强度与能量负担之间的关系。然而，2盎司和4盎司产品传送系统的情况不符合容器尺寸-能量强度模式，其原因是它们采用了不同的元件配置，在这两个产品中的每个功能单元都使用了更少的塑料。2盎司和4盎司的每功能单元的一类包装的质量超过了 6盎司的质量，但由于生产覆膜纸板材料的能量（25. 7MJ/kg)远低于生产 LLDPE盖（72. 3MJ/kg)和PP杯（74. 9MJ/kg)的能量，因此这两种容器在能量消耗上有优势。
在每种容器尺寸的PDS中需要的材料数量和品种也与制造阶段的模式有关。对塑料的注射铸造建模，这里假定每个塑料件成型的环境负担是一个常数。因此，强化塑料的6盎司容器的PDS再次有最高的能量负担。由于纸板的转化过程仅需要6. 9MJ/kg，而注射铸造需 要19. 6MJ/kg，使得2盎司和4盎司的容器偏离了前面的模式。
另一个值得注意的方面是配送3阶段的意义。在这个生命周期阶段，整个能量消耗的58%归结于二类包装的生产和运输，而40%归结于酸奶酪产品的运输。运输能量被定义为物理移动各种元件（酸奶酪，一类包装和二类包装) 所需的能量（按质量分配）以及在产品生产和运输燃料生产中（在这个案例中是柴油）消耗的能量。
在生命终结阶段中能量的负值是由于焚烧一类包装材料如塑料和纸板产生电能。在这个模型中考虑了在塑料和纸板包装材料的焚烧中产生的环境负担。
在每种容器的生命周期中对可更新的能源和不可更新的能源也进行了追踪。
容器的产品传送系统有最高的可更新能量部分，分别为28%和22%，而6盎司的容器为 17%，8盎司的容器为16%，32盎司的容器为14%。
生命周期中固体废弃物遵循的模式是：运送同样数量的产品，容器越小需要的材料数量越多。随着尺寸的下降质量增加，32盎司所产生的固体废弃物为27.3kg，8盎司的为 36.4kg，6盎司的为42. 8kg，4盎司的为47.5kg, 2盎司的为56. 2kg。对2盎司和4盎司的 产品而言，最大量的固体废弃物产生阶段是制造阶段和生命终结时。
在制造阶段产生的固体废弃物的计算是以材料数量和使用的转换过程为基础的。在2盎司和4盎司容器中，对每个功能单元需要运送的一类包装材料的质量分别为48.2kg和35.7kg,而6盎司容器为34. 5kg。在生产缠绕材料的转换过程中每千克输出产生〇.62kg的固体废弃物，而注射铸造每千克输出仅产生〇• 15kg固体废弃物。
通过从总的一类包装的质量中减去可回收再生的杯、盖和缠绕材料来计算生命终结时固体废弃物的负担，剩下的废弃物被填埋或焚烧，焚烧率按美国的平均水平计算。而缠绕材料 和硬纸盒的15. 8%的回收再生率使2盎司和4盎司的产品运送系统的固体废弃物减少，但
这个减少不能弥补这两个系统由于运送1〇〇〇磅的酸奶酪需要的一类包装材料增加而产生的更大量的固体废弃物。
除了能量和固体废弃物，也计算了其他负荷和影响，包括空气排放、水排放、水的使用、全球变暖潜力和臭氧损耗潜力。在容器系统中与配送相关的空气污染排放和水污染排放没有显著的变化。这是因为在当前的PDS系统中的材料成分、运输 模式和使用的能量是类似的。
大多数其他的项目也遵循期望的模式，空气排放和全球变暖潜力都粗略地符合能量使用的情况。向水中的排放随着容器尺寸的增加而减少。在2盎司和4盎司产品运送系统中使用 的纸板比塑料材料产生更多的水污染。臭氧损耗潜力也遵循类似的模式。只有水的使用是一个例外，32盎司的产品传送系统水的使用量最大，这是由于在消费阶段需要洗碗。所有其他容器是单个服务容器，假定它们自己起着盘（碟）的作用，因此没有这个负担。
(2)改进建议通过研究，LCA的结果提出了环境性能改善策略。对每个策略建模，量化在生命周期每个阶段的环境负担影响。最有意义的负担降低策略推荐如下：
•改变杯的加工过程，从注射铸造到热成型；
•在6盎司和8盎司容器中去掉盖，仅仅留下密封；
•增加每个纸盒包装中2盎司管的数量，从8个到10个；
•通过开设第二个工厂减少成品的运输距离•这将平均减少大约35%的距离；
•改善运送卡车10%的燃油效率；
•更新消费者的冰箱；
•在消费者家里更新高效益的热水器；
•增加一类包装在生命周期终结时的回收再生率，塑料从0增加到10%,纸板从16% 增加到26%;
•增加在生命周期终结时容器的焚烧率，从平均的23. 5%增加到30%。
合成的PDS,它是以被运送的酸 奶酪的质量为基础的，由5种容器尺寸的相同百分比组成，实际上的销售并不均匀，8盎司和32盎司尺寸的酸奶酪销售占主流。然而，更小的尺寸是增加最迅速的部分。合成的PDS 被使用来显示改进的总体效果。
① 包装设计和制造在一类包装设计和制造中采用的技术对降低生命周期的能量消耗、固体废弃物的产生和其他环境负担有显著影响。酸奶酪生产者主要从他们的包装供应商的输人来确定它们的包装特性。而包装设计主要受性能、市场和经济因素的约束。研究结果表明 通过包装设计和制造方法的改变仍然可获得显著收获。
热成型过程与制造杯的注射铸造过程相比可获得更薄的杯壁，可减轻容器的质量和相关的环境负担。几个大规模的酸奶酪生产商目前使用热成型PP杯和热成型PS杯，在欧洲这种杯使用广泛。改为热成型杯将减少10%的合成PDS的能量消耗，同时减少多于8. 8%的 固体废弃物，降低生命周期的全球变暖潜力大于6. 6%。
选择取消6盎司和8盎司的杯盖是因为这两种尺寸的容器单个出售，因此大多数消费者不需要盖来重新密封。至少目前一家大的制造商厂正在销售8盎司没有刚性盖的容器。去掉6盎司和8盎司的杯盖将减少合成产品传送系统8. 1%的能量消耗，同时也将减少7_ 1 %的固体废弃物。
第三个包装设计策略是将每盒中2盎司管的数量从8个增加到10个，这将允许在同样数量的盒中运输更多的酸奶酪。因此减少了制造纸盒的纸板生产、运输和处理的相关负担。由于这个改进，可能会减少9.0%的能量消耗，减少15%左右的固体废弃物。
② 配送策略在整个产品配送系统中用于运输材料的能量占整个生产周期总能量的15%左右。能量消耗取决于各种因素，包括运输模式、运输效率、运输距离、产品质量和速度。通过许多新技术和运行机制的改变，如提高运输车辆传动系统的效率，减少车辆载荷(如改进车辆的空气动力学性能和减少滚动阻力），减少驾驶速度和空闲时间，卡车效率改进 可达到10%。卡车燃油效率10%的改善将导致能量使用减少1.5%,减少全球变暖潜
力5. 2%。
第二个配送策略是减少35%的在酸奶酪制造厂和零售商及配送者之间的距离。Stony- field Farm位于东海岸，从这个位置运送酸奶酪到全国各地。如果在西海岸开设第二家工厂，配送者服务于这个厂的附近，计算可知酸奶酪的运输距离大约可减少35%。减少酸奶酪的运输距离一项可导致减少47%的生命周期的能量消耗，减少10%的全球变暖潜力。
③ 消费者的选择在这个案例研究中，消费阶段的建模远远超过了喝酸奶。酸奶酪必须在消费者家中冷藏，在消费过程中使用的勺子和碗必须被洗干净，同时消费者也负责选择购买酸奶酪的容器尺寸。
冰箱的能量效率在过去的15年有显著的改善。在1987年，典型的冰箱是0. 137kW • h^ft3.天）（lft = 0.3048m),而在1995年制造的冰箱的平均能量效率是0.0893kW.h/ (ft3 •天）。调查表明，当前可用的冰箱更有效，其能量效率是0.054kW*l^(ft3 •天）。因 此使用更有效的冰箱能减少整个生命周期能量的1.3%，减少全球变暖潜力6.9%。
更换更有效的热水器比冰箱的影响要小，能量节省仅是合成PDS的1.8%，其原因是消费酸奶酪需要洗的碗碟相当少。假定仅32盎司的容器需要碗，而其他尺寸仅需要勺子，而2盎司的管什么都不需要。
最重要的是消费者决定购买哪种容器尺寸的酸奶酪。如果全部购买32盎司的酸奶酪，生命周期的能量可减少近18%，固体废弃物能被削减35%以上。
④ 生命终结的管理选项改进策略的最后范畴是在生命终结阶段选择更好的管理方法。当前的技术和法规，对单向使用的酸奶酪容器在生命终结时的处理有三个选项：填埋、焚烧和回收再生。回收再生为最好的选项，保留了包装中包含的能量，但这通常呈下降性循环，其原因是市场关注塑料的污染物向食品的潜在漂移。因此，现在用于与食品接触的回收再生 塑料是非常有限的。尽管有这个事实，对生命终结阶段的两个策略仍然包括增加回收再生率和增加焚烧。
对塑料增加回收再生率从0到10%，对纸板从16%到26%。可减少固体废弃物3.4%, 但对能量使用的影响有一点与直觉相反。其原因是回收再生将高能量的塑料材料从废弃物物流中移走了，使得从焚烧中产生的电能更少。在生命周期终结时的能量减少导致了生命周期的能量使用增加0.3%。
增加焚烧率的其他策略能减少生命周期使用的能量和废弃物的产生。在发电厂通过燃烧 塑料和纸板或使用它们作为水泥窑的燃料，把包含的能量使用于产品中取代在填埋时的简单焚烧。增加焚烧率从6. 5%到30%时，将导致生命周期的能量使用减少1.1%，产生的固体废弃物减少5.9%。然而，燃烧废弃物得到能量时，将使得生命周期的空气排放和全球变暖 潜力分别增加〇. 6%和3. 9%。
四、结论
这项研究使用了生命周期评价方法建模，评价了一个国家级商标的酸奶酪制造者的产品 传送系统的环境功能。LCA的研究结果表明：在配置包括一个杯、密封和盖的包装时的环境负担与容器尺寸成反比。因此，在6盎司、8盎司和32盎司容器中，32盎司容器的酸奶酪在每种数据中都被证明是最好的选择。消费者购买32盎司的酸奶酪与购买6盎司的酸奶 酪相比能减少15%的生命周期的能量消耗，减少27%的生命周期的固体废弗物。2盎司和4盎司容器并不总是符合于容器尺寸越大越好的模式，特别是多个包装胜过于6盎司容器在生命周期中的能量需要、可更新的能源和向空气中的排放。然而，2盎司管和4盎司容器的产 品传送系统产生的固体废弃物、使用的水和臭氧损耗潜力到目前为止是最高的。
确定产品传送系统对环境影响最大的阶段，然后针对这些阶段作改进。在这里这些阶段分别是：从酸奶酪生产者到配送者和零售商的阶段；一类包装的材料生产；酸奶酪容器的加工。这些阶段的改进策略表明，通过包装设计、配送网络、消费者的选择和生命终结的管理可显著改善对环境的影响，特别是通过包装设计和制造可获得最大的改善。
将32盎司的容器加工方法从注射铸造转变为热成型时，分别减少19%的生命周期能量消耗和20%的固体废弃物。取消6盎司和8盎司容器的盖也显著减少了环境负担，生命周期的能量使用对6盎司和8盎司容器分别减少了 20%和18%，固体废弃物分别减少了19% 和17%。简单地将每个纸盒中的2盎司管从8个增加到10个，这个产品传送系统将减少9.0%的生命周期的能量消耗和15%的生命周期的固体废弃物。在西海岸新开一个厂，增加一个配送点也能给能量极小化带来益处。研究表明通过消费者更换更高效的冰箱来储存酸奶酪和更新更高效率的热水器来洗碗和器具也能节省能量，但这些利益明显低于包装设计的改变。
与酸奶酪容器相关的二类包装是非常重要的。在配送3中（从酸奶酪充填厂到零售商） 二类包装的生产占主要能量消耗的55%，运输酸奶酪本身的能量占40%。
系统的生命周期分析揭示了在酸奶酪产品传送系统的元件之间的相互作用和连接，例如，质量轻的瓦楞纸箱（二类包装）在实际中将导致环境负担增加，这可能是由于需要增加一类包装的能量-强度的权重来补偿箱子的结构性能的降低。生命周期建模技术可使包装设计者发现最优的关系。
研究结果提交给Stonyfield Farm后，Stonyfield Farm开始执行了这些改进策略。Stonyfield Farm在6盎司和8盎司容器中用箔密封代替了塑料盖和塑料内密封，并且也开始研究和使用热成型过程加工的杯。从注射铸造成型转换为热成型将显著减少一类包装的质量。Stonyfield Farm也使用网站提示它的消费者改善家用电器的能耗，诸如更换高效率的冰箱、热水器等。
