废旧纺织品服装回收再利用环境影响评价综述

2022-11-16黄倩雯王彩虹王璐瑶叶翔宇王来力1b

现代纺织技术 2022年6期

陈爽，黄倩雯，刘灿，王彩虹，王璐瑶，叶翔宇, 王来力,1b

(1.浙江理工大学，a.服装学院，b.浙江省服装工程技术研究中心, 杭州 31008； 2.浙江省轻工业品质量检验研究院，杭州 310018)

消费观念和消费模式的转变使纺织品服装的生命周期缩短，纺织服装产业的产能持续扩大，综合导致产生大量的废旧纺织品服装。GB/T 38923—2020《废旧纺织品分类与代码》中将废旧纺织品分为废纺织品和旧纺织品。废纺织品又可称为生产过程废品，指在纺纱、织造和制成品(如服装、服饰、家纺产品等)生产加工的各道工序产生的废弃纺织原料或半成品，如纺纱清花、梳棉工序以前的落物(回花、地弄花、盖板花等)，制成品加工过程中的废纱、废布、布碎等[1]。旧纺织品通常是指丧失部分或全部使用功能、时尚性的纺织服装制成品，如不再穿着的旧服装、不再使用的旧家纺产品、积压过时的库存纺织服装产品等，是废旧纺织品的主要来源。

废旧纺织品服装的处理方式通常有填埋和回收再利用，其中填埋的方式不仅造成了资源浪费，且造成环境影响。废旧纺织品服装的回收再利用可实现资源循环，受到广泛的关注。《纺织行业“十四五”发展纲要》指出开发废旧纺织品高值化利用技术是“十四五”发展重点突破的关键技术之一。2022年3月由国家发改委发布的《关于加快推进废旧纺织品循环利用的实施意见》指出，到2025年、2030年中国的废旧纺织品循环利用率分别达到25%和30%，废旧纺织品再生纤维产量分别达到200万吨和300万吨。

废旧纺织品的回收再利用可丰富纺织纤维材料的来源，减少资源浪费，其回收再利用过程的环境影响亦受到较多的关注。本文采用CiteSpace可视化文献分析工具对废旧纺织品服装回收再利用环境影响评价的中英文文献进行计量分析，并对废旧纺织品服装回收再利用环境效益的计算方法、不同回收方式造成的环境影响综合评价、回收再利用给前后两个纺织服装产品生产带来的环境效益评价等关键问题进行了讨论，为废旧纺织品服装回收再利用的环境影响评价提供参考。

1 回收再利用环境影响研究文献计量分析

1.1 数据来源

在WEB OF SCIENCE核心数据库中，选择文献类型为“article”，选择主题为“recovery, reuse, recycle, recycling, waste textile, textile fiber, fabrics, textiles, yarn, garment, clothing, apparel, environment impact, life cycle assessment, life cycle analysis”，检索词之间以“OR”或“AND”进行连接，经检索并删除与废旧纺织品回收再利用研究无关的条目后，得到32篇文献，时间分布于2008年1月至2022年6月。

在CNKI数据库中，选择文献类型为“期刊”，利用高级检索，选择主题“再生、回收、回收再利用、纺织品、纺织服装、纺织纤维、纱线、面料、环境影响评价、生命周期评价、足迹评价、环境足迹评价、碳足迹、化学品足迹”，检索词之间以“OR”或“AND”连接，经检索并删除与废旧纺织品服装回收再利用研究无关的条目后，得到59篇文献，时间分布于2006年1月至2022年6月。使用CiteSpace 5.8.R3(64bit)版本软件对筛选得到的中文和英文文献进行研究热点和演进趋势计量分析。

1.2 计量结果分析

时间线视图侧重于勾勒出各个聚类之间的关系和每个聚类中文献的历史跨度，通过时间线视图可以观察到各个聚类之间的主要关键词以及关键词的分布时间与连接关系。时间线图谱能够有效呈现出某一领域中的关键词聚类分布和关键词热点演变，每个聚类所对应的横向粗线越长，代表该聚类跨越的时间就越长。视图中节点大小与关键词频次成正比，关键词频次越高，节点越大。聚类模块性指数Q值和聚类轮廓性指数S值来评估图谱聚类效果，一般认为Q>0.3意味着聚类结构显著，S>0.5聚类就是合理的，S>0.7意味着聚类是令人信服的[6]。废旧纺织品服装回收再利用环境影响研究中英文文献时间线视图见图1和图2。

图1 2008—2022年废旧纺织品服装回收再利用环境影响研究英文文献时间线视图Fig.1 Key word timeline view of English research literature on environmental impact of waste textile recycling from 2008 to 2022

图2 2006—2022年废旧纺织品服装回收再利用环境影响研究中文文献时间线视图Fig.2 Key word timeline view of Chinese research literature on environmental impact of waste textile recycling from 2006 to 2022

由图1可知，Q=0.708，S=0.9254，说明2008—2022年间废旧纺织品服装回收再利用环境影响评价类研究英文文献关键词聚类效果显著。聚类结果排最前的是“chemical recycling”，这反映出化学回收方式是废旧纺织品服装回收再利用环境影响评价领域较热门的研究点，并且该聚类时间跨度为2015年至今，说明对其研究一直持续。另外，关键词“life cycle assessment”节点最大，即关键词“life cycle assessment”出现频次最高，该关键词于2012年首次出现，从图谱中的连接线可知其与后来绝大多数的文章都有一定相关性，表明越来越多的文献对废旧纺织品服装回收再利用环境影响评价以生命周期评价方法为基础，例如，对不同的回收方式进行生命周期评价的比较、对含有不同再生原料的纺织品进行生命周期评价比较。在以“life cycle assessment”为关键词的文章中最具影响力的一篇是2017年发表于Resources,ConservationandRecycling上的论文，至今被引高达65次。该文章基于生命周期评价方法对回收棉、普通棉和有机棉的环境影响进行比较，为废旧纺织品服装回收再利用环境影响评价研究提供了新的思路[8]。此外，聚类“recycling”和聚类“reuse scenario”在时间上呈现出交替现象，关于“reuse scenario”的研究在2018年后逐渐结束，同时对“recycling”的研究自2016年起越来越多，表明当前废旧纺织品服装回收再利用的研究重点已经从原来的直接二次使用转向资源化再利用。

由图2可知，Q=0.7855，S=0.8983，说明2006—2022年废旧纺织品服装回收再利用环境影响评价类研究中文文献关键词聚类效果亦显著。聚类结果排前三的依次为“回收利用”“回收”“循环利用”，对检索筛选出的中文逐篇分析可知，中文文献中的综述性文章占大多数，通常为回顾总结废旧纺织品服装的回收模式、再生方式、再生处理的关键技术等问题，使得关键词相似度较高。聚类“焚烧”的研究高峰时段是2012—2017年，聚类“纺织”“碳排放”和“废旧”包含的关键词最少，均短暂出现后又消失，表明中文文献对废旧纺织品服装回收再利用环境影响评价的细化研究较少。

2 回收再利用环境影响研究结果与讨论

废旧纺织品服装回收再利用可延长纺织品服装使用周期、实现纺织纤维或能量的再循环(见图3)，回收再利用方法有物理法、化学回收法和能量法[9]。基于回收后的不同用途，亦可以将废旧纺织品服装回收再利用分为闭环循环和开环循环两类[10]。闭环循环是指产品中的材料被回收并用于相同或近似相同的产品，开环循环是指产品中的材料被回收并用于另一类产品的过程。闭环循环和开环循环涉及到的回收再利用技术不同，过程中产生的环境影响亦不相同。

图3 废旧纺织品服装回收再利用方法和产品Fig.3 Recycling methods and products of waste textiles and clothing

对计量分析筛选出的中英文文献分析发现，现有文献中环境影响评价的系统边界涉及废旧纺织品的收集、回收处理、再生产品(如纤维、纱线、面料、制成品)生产等单个或多个阶段。文献中对棉/涤纶混合组分的废旧纺织品服装回收再利用环境影响的研究最多，其次是羊毛/涤纶混合组分的废旧纺织品服装，其他为粘胶、腈纶混合组分的废旧纺织品。废旧纺织品服装物理法再生处理和化学法再生处理环境影响的研究文献较多，其中物理法再生处理的环境影响主要来自现场操作过程，化学法再生处理除了现场操作的直接环境影响外，还包括生产各类化学品的间接环境影响，因此，物理回收法在能源使用、温室气体排放等方面的表现优于化学法[11]。环境影响的量化与评价指标包括全球增温潜势、酸化潜势、富营养化潜势、水稀缺足迹、水劣化足迹、水压力以及累计能源需求等，其中研究回收再利用造成的全球增温潜势影响的文献最多，其次是酸化潜势影响和富营养化潜势影响。对文献中废旧纺织品服装回收再利用环境影响研究结果进行汇总，结果见表1 和表2。

表1 废旧纺织品服装物理法回收再利用的环境影响Tab.1 Environmental impact of physical recycling of waste textiles and clothing

表2 废旧纺织品服装化学法回收再利用的环境影响Tab.2 Environmental impact of chemical recycling of waste textiles and clothing

续表

将表1和表2中的功能单位均转换成1 kg时，物理法回收的碳排放在-8～6.060 kgCO2eq之间，化学法回收的碳排放在-5.6～753 kgCO2eq之间，其中，负值代表基于扩展系统边界方法计算出的再生产品带来的环境效益，正值表示再生产品某生产过程的环境影响大于环境效益，或者文章仅计算了再生过程环境影响的负外部性，并未考虑其环境影响的正外部性。研究结果表明同一种纺织废料采用不同的回收工艺处理，或生成不同的再生产品，造成的环境影响具有明显差异，例如，文献显示同样的纺织废料再生成纺织袋比再生成聚酯纱线的环境效益高出近10倍；文献显示利用相同的废料再生成的再生棉，在最终成品中再生棉含量越大，造成的环境影响就越小，同样的再生棉和原生棉的比例，生产过程中使用来自电热联产的能源比使用来自电网的能源造成的环境影响小；文献中同样是将废棉的聚合度降低至1000，结果则显示酸处理的环境影响要比碱处理的环境影响低；文献显示再生纤维生产工厂的联合运作可大幅降低废旧纺织品回收过程的环境影响。

废旧纺织服装能量法回收再利用的环境影响评价研究较少，通常是比较回收能量而节约的温室气体排放量与燃烧过程排放的温室气体量或其他回收方式排放的温室气体量之间的大小关系，例如，以能量回收方式回收1 t 50%棉/50%聚酯混合组成家用纺织品废料造成的全球增温潜势为0.23 t CO2eq；通过焚烧处理进行能量回收1 t棉纤维、羊毛、聚酯纤维混合组成的消费后纺织废料可减少排放1040 kg CO2eq；以生物回收法(即通过酶水解掉纤维素回收聚酯纤维)回收棉、聚酯纤维混合的废旧纺织品，生成1 kg再生聚酯纤维造成的全球增温潜势为 170.14 kg CO2eq[22]。

废旧纺织品服装再生循环的环境影响评价研究有3个待解决的关键问题：一是纺织废料再生过程的环境影响和环境效益计算的问题；二是废旧纺织品服装再生循环产生的环境效益如何在前后两个生命周期之间进行分摊的问题；三是环境影响评价结果大小的综合比较。

环境影响通常按照常规生命周期评价方法计算，环境效益则需要通过扩展系统边界法计算得到。废旧纺织品服装再生循环的环境效益在于能够避免原材料的生产，减少的环境影响即为再生原料的环境效益，因此再生原料替代率的选择至关重要，现有研究中通常假设比率为1∶1。另外，再生原料的质量和性能与原生原料的匹配度也会影响再生原料环境效益的大小。废旧纺织品服装回收过程本质上也是一个生命周期过程，图4展示了废旧纺织品服装再生过程与其前后两个生命周期之间的关系。现有文献研究中共有3种分摊方法：第一种方法是直接将再生原料带来的环境效益全部算入前一个产品的生命周期当中，能使产生可再生废料的产品具有更高的环境效益；第二种方法认为再生原料不具有负面环境影响，将再生原料带来的环境效益全部算入后一个产品的生命周期当中，因此使用了再生原料的产品有更高的环境效益；第三种方法则提出通过一定的比例大小来决定前后两个生命周期当中各自分摊的环境效益值[24]。现有研究中多采用第二种方法，然而第三种方法亦受到越来越多的关注，例如，欧盟产品环境足迹指南基于第三种方法提出一套计算再生循环环境足迹的方法，规定环境效益在回收材料提供者和使用者之间的分摊系数应在0.2～0.8之间，并给出了一些常见材料(如PET、芳纶、玻璃纤维等)的分摊系数参考值。

图4 废旧纺织品服装再生循环示意Fig.4 Schematic diagram of regeneration cycle of waste textiles and clothing

环境影响评价指标有单一指标和多维指标。单一指标聚焦某一类环境影响，多维指标可同时涵盖多个环境影响类别。在评价和比较废旧纺织品服装回收再利用的环境影响时，通常需要运用综合评价方法将多维环境影响指标归一为统一的量化指标，以实现不同再生方式之间整体环境影响的比较[25]。环境影响归一化表征方法有以价值法表征的环境损益法[26]和影子价格法[27]，以评分法表征的Higg MSI[28]、ReCiPe[29]和Eco-indicator[30]，以几何面积表征的LCA多边形方法[31-32]等。其中价值法可以纳入企业的经济效益分析，量化与评价企业生产活动造成的环境影响潜在的经济成本；评分法和LCA多边形法则是将多种环境影响转换为无量纲的数值，进而比较综合环境影响的大小。在具体应用中，可根据需要选择上述归一化的综合评价方法。