《Developments in the Built Environment》：Material- and stock-level environmental impact assessment of two circular carbon reduction strategies applied to the European building sector
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这项研究聚焦于建筑领域碳减排的挑战，旨在评估可再生能源（RES）使用与回收材料（RC）应用这两种循环策略的环境影响。研究人员通过全生命周期评估（LCA）方法，量化了九种建筑材料在采纳RES和RC策略后对19项环境指标的改善潜力。结果表明，RES策略对所有材料带来的减碳效益相近，而RC策略的效果则因材料而异。研究为建筑存量层面的政策情景分析提供了全面的评估基础，强调了在制定减碳与循环经济政策时需采用一致的建模方法并考虑广泛的环境影响类别。
建筑领域是全球资源消耗和环境排放的主要贡献者之一，尤其在欧盟，该行业消耗了约一半的原料提取、产生约35%的废弃物及约36%的能源相关温室气体排放。因此，实现建筑行业的深度减碳和环境可持续发展是欧盟政策议程中的核心议题。然而，要实现雄心勃勃的气候目标，仅仅关注温室气体减排是不够的，还必须避免在不同环境指标间产生负担转移。那么，具体采用哪些技术策略能有效降低建筑业的环境足迹呢？特别是像使用可再生能源（RES）和增加回收材料（RC）含量这两种公认的循环策略，它们在不同建筑材料上的表现有何异同？这些策略对整个庞大的建筑存量又会带来怎样的影响？这些是当前政策制定与行业转型亟待厘清的关键问题。
发表在《Developments in the Built Environment》期刊上的这项研究，正是为了回答这些问题。研究人员采用了一种细致的建模方法，在材料和建筑存量两个层面上，系统地评估了九种常见建筑材料采纳RES和RC策略后，对EN 15804+A2标准下的19项环境指标的影响。本研究的一个独特之处在于，它不仅计算了全球变暖潜能（GWP化石能源）这一通常被关注的指标，还拓展到了如非生物资源耗竭、人体毒性、土壤酸化、富营养化等更广泛的环境影响类别，从而能够识别策略可能带来的协同效益或潜在权衡。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下几个关键技术方法：首先，他们采用了生命周期评估（LCA） 方法，并利用SimaPro 9.6.0.1软件结合Ecoinvent 3.9数据库，对两种策略（RES和RC）下的材料生产过程进行了详细的建模和情景分析。其次，研究依托于一个已开发的欧盟范围内的建筑存量模型（PULSE-EU模型）。该模型是一个自下而上的原型模型（bottom-up archetype-based building stock model, BSM），它将复杂的建筑存量简化为具有代表性特征的虚构原型建筑，并基于这些原型的有效楼面面积将单个建筑的环境影响结果放大到整个存量层面（upscaling）。最后，为了量化策略的实施效果，研究人员将计算得到的材料层面环境影响变化（百分比）与代表欧盟各成员国随时间推移对措施采纳能力的扩散率（diffusion rate） 相结合，从而模拟出从基准年（2020年）到205年间，在建筑存量层面实施策略的预期环境效益。
研究方法与建模
研究采用了两种建模方法来评估RES和RC策略。RES场景针对铝、砖、混凝土、玻璃和钢铁，通过将制造过程中的能源完全替换为可再生能源（如可再生能源发电或生物甲烷）来建模。对于钢铁，还考虑了从传统的高炉-转炉工艺转向电弧炉的必要改变。RC场景则针对更广泛的九种材料（包括铝、砖、混凝土、铜、玻璃、石膏板、保温材料、塑料和钢铁），通过调整Ecoinvent数据库中的生产过程数据来模拟在制造过程中融入最大可行比例回收成分的影响，并优先考虑了闭路循环回收路径。这两种方法的建模细节均与DG GROW项目中基于文献数据的简化方法进行了对比，以验证不同详细程度的建模是否会影响最终结论。
可再生能源在制造过程中的应用效果
在材料层面，转向RES在降低GWP化石能源方面效果显著。研究结果显示，GWP化石能源的降低幅度大致为：铝80%、砖85%、混凝土13%、玻璃64%、钢铁87%。除了GWP外，更详细的分析揭示了不同环境影响类别之间的权衡。例如，虽然大多数指标得到改善，但非生物资源耗竭（矿物和金属） 这一指标在所有材料的RES场景下均呈现增加趋势。这主要是因为电力传输网络基础设施对金属资源的高需求，即使电力来源于可再生能源也无法避免。此外，对于玻璃和铝，土壤质量影响有所增加；对于砖和混凝土，水资源耗竭影响有所增加。这些发现突显了单一指标（如仅关注GWP）评估的局限性，强调了进行全面环境影响评估以避免负担转移的重要性。
制造过程中增加回收材料含量的效果
相比RES场景，RC策略的效果在不同材料间差异更大。材料层面的GWP化石能源减排幅度从混凝土的0.5%到石膏板的76%不等。这表明，回收策略的有效性高度依赖于具体材料的特性和回收工艺。更广泛的环境指标分析也显示了类似的差异性。例如，钢铁在增加回收含量后，其GWP土地利用 和电离辐射影响会增加，这主要归因于回收过程中电力消耗的增加。塑料（聚氯乙烯PVC）的淡水生态毒性也出现了增长，这与材料损失部分的焚烧处理方式有关。研究指出，回收内容的比例、具体的回收工艺，尤其是运输距离，是导致RC方案结果不确定性和变异性的关键因素。
建筑存量层面的结果与对比
将材料层面的影响变化率通过PULSE-EU模型放大到整个欧盟建筑存量（包括住宅和非住宅）后，研究发现两种建模方法（本研究详细建模与DG GROW项目文献估算）在存量层面的GWP化石能源减排结果上差异很小（<5%），可忽略不计。这一结果表明，对于大规模的存量情景分析，较为简化的文献估计方法同样有效。然而，本研究的详细建模方法的真正价值在于能够获得其他18项环境指标的全面数据，这是文献方法目前无法实现的。此外，分析显示，尽管RES场景在存量层面带来的碳减排潜力总体上大于RC场景，但两种策略的贡献相对有限。以205年为例，即使充分实施，RES场景也仅能使整个欧盟建筑存量的前期碳排放减少不到3%，而RC场景的贡献更小。这凸显了在建筑存量领域实现深度减碳需要多策略、全方位努力的挑战。
结论与重要意义
本研究为量化建筑行业两种关键循环碳减排策略（可再生能源利用和回收材料使用）的环境影响提供了系统、一致的分析框架。其核心结论是，RES策略带来的环境效益（包括GWP减排）在所有评估材料中表现出相似性，而RC策略的效果则因材料特性而有显著差异。更重要的是，研究证明了即使采用不同详细程度的建模方法，两种策略在建筑存量层面（尤其是在碳排放方面）的整体评估结论也是一致的，这为政策制定者使用更高效、简化的评估工具提供了信心。
研究的深刻意义在于，它突破了传统建筑存量评估仅聚焦于温室气体排放的局限，通过涵盖EN 15804+A2标准的全部19项环境指标，首次在存量层面系统地揭示了循环策略可能带来的环境影响权衡（trade-offs）。例如，RES虽能大幅减碳，却可能加剧金属和矿物资源的消耗。这一发现警示政策制定者，在推动单一维度（如碳排放）的环境政策时，必须采用更全面的视角，以避免解决一个环境问题却无意中加剧另一个问题的风险。研究结果为未来开展全面的建筑存量情景分析、支持更科学和可持续的建筑行业循环经济与减碳政策奠定了坚实基础。
