道路扩建的生命周期评估:萨尔瓦多地区的基准环境影响

《Science of The Total Environment》:Life Cycle Assessment of road expansion: Baseline environmental impacts in El Salvador

【字体: 时间:2026年02月08日 来源:Science of The Total Environment 8

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  本研究基于生命周期评估方法,分析萨尔瓦多道路扩建项目环境足迹,发现材料生产与运输是主要贡献者。敏感性分析表明优化材料用量和运输可显著降低排放与生态毒性。结果强调在基础设施规划中纳入全生命周期评估的重要性,为资源有限地区提供可复制框架。

  
埃丽卡·伊里尼娅·克鲁兹·佩拉扎 | 刘彤
北海道大学环境科学研究生院,日本札幌,060-0810

摘要

道路基础设施对城市连通性和经济发展至关重要,但其建设阶段往往会对环境产生重大影响,尤其是在生命周期数据和评估能力有限的发展中地区。本研究应用ReCiPe 2016影响评估方法和根据当地情况调整的ELCD背景数据,对萨尔瓦多一个9.6公里的四车道道路扩建项目进行了从摇篮到终点的生命周期评估(LCA)。研究结果表明,水泥、柴油和钢铁是导致全球变暖潜力、陆地和海洋生态毒性以及资源枯竭的主要因素。敏感性分析表明,减少材料用量和运输距离可以显著降低排放和生态毒性影响。这些发现强调了在道路基础设施的早期设计和采购决策中纳入生命周期考虑的重要性。本研究提供了一个可复制的分析框架,以支持在数据受限的环境下进行具有气候适应性和资源效率的基础设施规划,从而有助于实现国家可持续发展目标和国际发展目标。

引言

全球南方城市的快速扩张需要具有韧性和效率的交通系统。然而,在许多发展中国家,道路基础设施仍然落后且资金不足,导致效率低下、排放增加以及错失可持续发展的机会(Dulac, 2013; Gurara et al., 2017)。由于成本和土地使用方面的原因,道路扩建通常比新建道路更受青睐,已成为提高交通流动性的关键策略(欧盟理事会, 2019)。然而,其环境后果很少超出局部影响范围进行评估,尤其是在环境数据和监管能力有限的地区。
尽管在萨尔瓦多等国家,环境影响评估(EIA)是法律要求的,但它们通常仅关注现场层面的短期影响,未能涵盖材料生产和供应链中的更广泛环境负担(Lee and George, 2000)。这一差距在建设阶段尤为明显,因为该阶段高度依赖水泥、钢铁和柴油等传统材料,而这些材料都与显著的全球变暖潜力和生态毒性相关(Jiang and Wu, 2019; Alshuwaikhat, 2004)。
本研究的核心问题是,低收入和中等收入国家(LMICs)的道路扩建项目往往主要通过以现场为中心的环境评估进行评估,而建筑材料供应链中涉及的生命周期相关环境负担尚未得到充分量化。因此,在设计和采购决策阶段,材料和运输对气候和生态系统影响的贡献了解不足。这种有限的生命周期可见性限制了低碳和资源高效基础设施规划的机会,并加剧了基于不完整环境信息的决策。
生命周期评估(LCA)提供了一种结构化且基于科学的方法,用于量化基础设施开发整个价值链的环境影响(ISO, 2006; Hauschild et al., 2018; Wu et al., 2024)。它能够对排放、资源使用和生态毒性效应进行从摇篮到坟墓的分析,从而提供传统项目级评估中忽略的关键见解(Pieragostini et al., 2012; van der Giesen et al., 2020; Wu et al., 2023)。尽管LCA在交通基础设施研究中得到广泛应用,但现有的应用主要集中在高收入国家的新建项目中,这些国家拥有完善的库存数据库和成熟的可持续性法规(Hoxha et al., 2020; Parrish and Chester, 2014; Beckert et al., 2024)。
相比之下,低收入和中等收入国家的道路扩建在LCA文献中的代表性明显不足(Hoxha et al., 2021)。这种缺失反映了更深层次的结构障碍:难以获取本地化库存数据、采购标准过时,以及基础设施规划与环境绩效指标之间的整合不足(Rodríguez et al., 2023; Ebisemiju, 1993; Dong et al., 2018)。因此,通过设计阶段决策减少排放和提高材料效率的机会常常被忽视(Fenner et al., 2018)。
萨尔瓦多为推进交通政策中的生命周期思维提供了一个有力的案例。2017年至2019年间,政府在全国“Surf City”计划下实施了9.6公里的道路扩建项目,将CA04S高速公路升级为四车道,并进行了排水系统改进和新建桥梁(MITUR, 2021)。尽管该项目通过了EIA审查,但其更广泛的环境影响,特别是上游材料采购和运输物流的影响尚未得到评估。因此,这是一个实际机会,可以评估生命周期工具如何在数据受限的环境中补充现有的规划框架。
本研究使用ReCiPe 2016方法和ELCD v3.2背景流程,对萨尔瓦多一个实际的道路扩建项目进行了从摇篮到终点的LCA,采用了特定的项目活动数据和代理数据集选择策略来近似当地情况。我们的目标有三个:
  • 1.
    量化关键类别的环境负担,包括全球变暖潜力、陆地和海洋生态毒性以及资源枯竭;
  • 2.
    确定影响的主要驱动因素——尤其是材料生产和运输;
  • 3.
    通过基于情景的敏感性分析评估缓解措施的潜力,重点关注材料和物流优化。
据我们所知,这是中美洲首批关于道路扩建的实证LCA研究之一。除了为国家基础设施排放提供基准外,我们的结果还为低碳采购、可持续交通规划以及将生命周期思维纳入全球南方基础设施发展提供了可操作的见解。

材料与方法

本研究采用LCA方法评估萨尔瓦道扩建项目的环境影响。评估遵循ISO 14040/44标准(ISO, 2006),包括四个标准阶段:目标和范围定义、生命周期清单(LCI)、生命周期影响评估(LCIA)和解释(Curran, 2012)。ReCiPe 2016是一种广泛使用的LCIA方法,可将生命周期清单流量转换为标准化的中间点(和终点)影响指标。

总环境影响概述

表1总结了该道路扩建项目的十一个中间点类别的环境影响。其中,全球变暖潜力(GWP)和化石资源稀缺性(FRS)的绝对值最高,反映了其对气候变化和不可再生资源枯竭的显著贡献。GWP约为每平方米每年111公斤二氧化碳当量(kg CO?-eq/m2/year),其次是FRS,为每平方米每年22.8公斤石油当量(kg oil-eq/m2/year)。
值得注意的是,超过96%的总影响来自建设阶段,而拆除和现场

结论

本研究量化了萨尔瓦道大规模道路扩建项目的环境影响,发现上游材料生产,尤其是水泥和钢铁,是大多数影响类别的主要因素。这些结果揭示了在供应链特征相似且国内工业能力有限的基础设施规划背景下存在结构性失衡:建设部门仍然严重依赖进口的、高碳含量的材料。

作者贡献声明

埃丽卡·伊里尼娅·克鲁兹·佩拉扎:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法论、调查、数据分析、数据整理。刘彤:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、资源协调、项目管理、方法论、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了日本国际协力机构(JICA)资助的“人力资源发展奖学金(JDS)”项目的支持。
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