倡导硬盘循环经济再利用

尽管重复使用非常有利于环境，但计算其成本价值和 GHG 报告优势并非易事，因为重复使用产品具有多功能性。也就是说，产品的早期生命周期阶段（原材料提取、处理和制造以及相关的环境影响）为第一和第二用户提供功能益处，其使用寿命终止时的影响来自于，在产品的使用生命周期内对两种用户均有益的材料的回收或处置。考虑到拥有 150,000 个或更多硬盘的数据中心，重复使用计划有望将大量硬盘返回到供应链中，从而改善循环并直接抵消新材料的生产。

在以下几页中，我们将探讨在产品的第一和第二用户之间公平分配延长生命周期的产品对环境的影响这一难题、可以实现这一目标的各种分配方法以及寻求行业标准方法的好处。

2.背景：配置方法

当产品在其生命周期中由不同的用户多次使用时，LCA 使用分配方法在多个用户之间划分总排放量或清除量。就本报告而言，分配是指在产品生命周期中在不同用户之间分配产品材料生产、回收和最终处置对环境的影响的过程。

回收利用和再循环方面的分配方法上缺乏标准化，这一问题已被广泛记录xi，可用分配方法多种多样，导致已发表的文献和 LCA 结果中存在不一致。ISO 14040:2006 LCA 标准建议根据 (a) 物理属性，如质量；(b) 经济价值，如回收材料相对于新材料的成本，或 (c) 回收材料的使用次数进行分配^xii。国际环保产品声明 (EPD) 系统的产品类别规则 (PCR) 等其他标准^xiii，可能要求使用特定的分配方法。迄今为止，还没有可用的 PCR 来提供有关重新使用或翻新/再制造电子产品的具体指导。

除了存在不同的方法外，LCA 研究和 GHG 核算之间还缺乏协调。温室气体协议的产品生命周期核算和报告标准（以下简称“产品标准”）支持两种分配方法：闭环近似值法和截断法，其中截断法在实际中使用更为广泛。根据现行的核算准则，无论 LCA 可能显示什么，用户都将基于截断法报告排放量。由于电子设备的性质，这会导致设备的第一和第二用户之间存在分配不平衡的问题，因为电子设备的生产产生的 GHG 影响通常远大于后期的重复使用、回收和使用寿命终止。因此，使用截断法会导致第一用户比第二用户承担更多，（从排放量角度来看）对第一用户返回设备供二手市场重新使用的鼓励微乎其微

此外，由于缺乏标准化，大多数分配实践都未能考虑循环经济实践。例如，温室气体协议的产品标准只将重复使用和翻新作为一种回收形式，而 LCA 的 ISO 标准并未直接涉及重新利用和翻新。因此，没有针对在重复使用或翻新/再制造产品的延长生命周期中分配影响的具体指南。

正如 Wynne 和 Kenny ii 所指出，由于缺乏一致的核算方法以及 GHG 报告中对重复使用/翻新产品既定、普遍的碳排放效益，削弱了大规模采用循环经济实践的势头，甚至会抑制这种转变。

在本文中，我们重点介绍三种分配方法，这些方法为影响分配提供了备选方案，阐述了它们的主要优势、权衡以及对第一和第二用户的激励措施。其中一种方法的标准化可以支持更广泛地采用产品回购和重复使用计划，并且这些方法在 LCA 专业人员和行业利益相关者等人员中受到支持。

截断法：使用截断法，在产品退役进行回收之前，将材料或产品的所有生命周期阶段的影响分配给第一用户，而从回收到处置的所有影响分配各第二用户。用户之间不会共同分担任何影响，这使得截断成为 LCA 和 GHG 排放清单中常用的简单、直接的方法。然而，电子产品在早期材料生产阶段产生的影响远大于其使用寿命终止阶段，这给第一用户带来了较大的负担，并且由于第一用户获得的 GHG 益处极低，打消了他们返回设备进行重新使用的积极性。

经济分配法：这种方法根据回收材料相对于原生材料的经济价值，在用户之间分配原生材料的提取、加工和制造的影响——即，新设备与二手/重新认证设备之间购买价格的差异决定了分配给第一和第二用户的环境影响百分比。易于获得价格数据是采用这种方法的一个优势。但是，缺点是价格通常受外部因素影响，而这些外部因素与设备的环境影响可能关系不大或没有关系。

循环足迹公式 (CFF) 方法：CFF 是作为欧盟产品环境足迹方法^xiv一部分开发而成，与截断法和经济分配法不同之处在于，这种方法是从循环视角去考虑材料、能源和处置。其材料评估旨在满足一种一致的分配方法的需求，即根据市场特征将环境负担分配给回收材料的供应商和使用者。具体而言，当回收材料供应低且需求高时，那些在产品生命周期结束时促进材料回收的制造商将被分配较低的环境负担；而在回收材料供应高且需求低的时期，使用回收材料的用户则会累积较少的环境影响。CFF 考虑当回收材料替代原生材料生产时避免的影响、进入和退出生命周期的回收材料的质量，以及各种回收材料的供需平衡。虽然所有这些因素都会造就更强大和更详细的方法，但将其应用于 LCA 需要更多可能难以获得的数据。

3.案例研究

3.1 目标和范围

下文以 Seagate Exos X16 硬盘^xv的全生命周期 LCA 为例，分析本文中讨论的分配方法。本案例研究的目标是展示重新认证的硬盘在其使用寿命（包括第一次使用、一个重新认证周期和第二次使用）内的生命周期环境影响。按照第 2 部分所述的每种方法在硬盘用户之间分配影响。  

本研究的功能单位是硬盘型号 Exos X16 的容量一太字节-年（TB-年）。TB-年单位考虑硬盘的容量（单位 TB）和使用年限。表 2 中介绍了研究的功能单位和范围。

重新认证的硬盘的生命周期（见图 2）从原材料生产和硬盘制造开始，然后是测试。硬盘通过测试之后，将分销给第一用户。假定用户 1 持有硬盘达到五年完整质保使用寿命。在该五年质保期限结束时，硬盘经过清理并送回 Seagate 进行重新认证。

表 2：LCA 范围描述

在重新认证过程中，Seagate 会清理硬盘中的数据并执行验证步骤，以确保数据已移除。清理硬盘后，对硬盘进行测试以确保其性能符合转售标准。在测试期间，硬盘的某些部分可能不符合标准并被移除，这会降低硬盘在二次生命周期中的容量。表 3 中显示硬盘容量的详细信息。

表 3：重新认证期间硬盘容量会发生变化。

硬盘完成重新认证过程后，批发经销商从 Seagate 收取硬盘，用于在二手市场上转售给用户。第二次使用的时间预计少于第一次使用的时间，有两年使用时间。在此期限后，硬盘将进入使用寿命终止时的回收或处置。

案例研究考虑了新硬盘生产（包括制造和测试）、重新认证过程和使用寿命终止时的影响分配。由于使用阶段影响将始终分配给使用硬盘的用户（相较于在不同用户之间共同分担影响），因此本研究对所有分配方法均排除这些影响。

首先显示的结果没有任何分配，以比较重新认证的硬盘相对于购买新硬盘的生命周期影响。然后，使用截断法、经济分配法和 CFF 方法在两种用户之间分配重新认证的硬盘的影响。

3.2 生命周期清单和数据源

在本案例研究中，我们使用了 Seagate 最近完成的 Exos X16 硬盘 LCA，其中分析了六个生命周期阶段（原材料生产、制造、包装、分销、使用阶段、使用寿命终止），衡量了在以下四个主要优先事项方面，单次使用寿命中产生的影响：GHG 排放量、人体毒性、矿物资源稀缺、水资源消耗。在此，我们使用来自 Seagate 有关硬盘清理和测试的能源输入、重新认证硬盘的容量变化（见表 3）、包装，以及重新认证硬盘的预期使用寿命方面的主要数据，对 LCA 的范围进行了扩展，将重新认证过程纳入考量。我们基于 Exos X16 LCA 的首次使用数据，得出了重新认证的硬盘的分销和使用寿命终止阶段的相关数据。

表 4 中介绍了生命周期阶段和数据源。

表 4：本研究中使用的生命周期清单和数据源

3.3 分配方法计算

本研究在第 2 节介绍三种分配方法的结果，以进行比较。下文详细介绍了每种方法所用的计算方法。

截断法：由于截断方法将给定生命周期阶段的所有影响都分配给与该阶段相关的用户（相较于在用户之间划分生命周期阶段的影响），此方法不需要计算。

经济分配法：经济分配法将新硬盘生产的影响划分给硬盘的用户 1 和用户 2。在本研究中，经济分配法基于新硬盘和重新认证硬盘之间的价格差。重新认证的硬盘预计以新硬盘价格 30% 的折扣进行出售。为计算影响分配，我们假设新硬盘的全价为价格 P。用户 1 支付 P 的 100%，用户 2 支付 P 的 70%。为硬盘支付的总成本为 1.7P。用户 1 支付 1P/1.7P = 总成本的 59%，用户 2 支付 0.7P/1.7P = 总成本的 41%。这些部分用于分配新硬盘生产的排放量；因此，用户 1 承担总生产影响的 59%，用户 2 承担 41%。

CFF 方法：CFF 是一个复杂的公式，会考虑到新硬盘生产、认证影响、避免的新硬盘生产、使用寿命终止影响以及重新认证硬盘的供需。完整的 CFF 包括来自垃圾焚烧的能源回收。我们在研究中的使用寿命终止处置计算中未考虑能源回收，而是使用 CFF 的简化版本（见公式 1）。

表 5：循环足迹公式 (CFF) 中使用的变量摘要

3.4 影响评估方法

研究使用 ReCiPe (2016) 评估方法^xvii，以衡量四个类别的影响：全球变暖潜势 (GWP)、人体毒性、矿产资源稀缺、水资源消耗。纳入这些类别是为了显示跨多个指标的环境绩效的整体视图，但是只有 GWP 与 GHG 核算的讨论相关。因此，我们的结果部分侧重于 GWP。人体毒性、矿产资源稀缺和水资源消耗包含在附录中。

4.0 结果和讨论

4.1 无分配

将重新认证过程的结果首先与两块单次使用硬盘（见图 3）进行比较，得出以下结论：与新硬盘相比，重新认证硬盘的总排放量每 TB-年低 25%。包括所有物流运输，重新认证每 TB-年产生 0.22 kg CO2 当量，而两块新硬盘的影响（作为第一次使用，外加重新认证的第二次使用的替代方法）是每 TB-年 0.46 kg CO2 当量。对于重新认证的硬盘，分销和使用寿命终止具有更大的影响，因为这些硬盘的容量和使用时限较低。与新硬盘相比，排放量分布在更少的 TB-年中。尽管这些阶段的排放增加了，重新认证的硬盘仍展现出优异的总体环境绩效。需要使用分配方法来说明如何在硬盘的两种用户之间划分重新认证硬盘的 0.69 kg CO2。

4.2 截断方法

图 3 显示使用截断法在第一和第二用户之间分配重新认证的硬盘的影响结果。此方法的结果如下：

在截断法下，新硬盘生产和分销产生的影响被分配给用户 1。第一用户之后的所有生命周期阶段都分配给用户 2，包括将硬盘从用户 1 运送到 Seagate 进行重新认证。在这种方法下，用户 2 分配的排放量比用户 1 少 50%。较低的每 TB-年排放量有助于鼓励用户购买重新认证的硬盘。

按照截断法，不会向用户 1 分配使用寿命终止排放量，但与新硬盘生产的影响相比，这带来的益处可忽略不计。因此，与线性处置途径相比，对用户 1 退回硬盘进行重新认证产生的鼓励效果微乎其微。

4.3 经济分配

图 5 显示使用经济分配法来分配重新认证的硬盘的影响结果。此方法的结果如下：

• 在经济方法下，向用户 1 分配 58% 的新硬盘生产，向用户 2 分配 41%（见第 3.3 节）。
• 相对于截断方法，用户 1 总分配排放量减少了 39%，从而鼓励了用户 1 返回硬盘进行重新认证。
• 从用户 1 获得的排放量必须分配给用户 2，相对于截断方法，显着增加用户 2 的排放量（74% 增长）。
• 尽管经济分配法可能对用户 2 不利，但分配给用户 2 的总排放量仍低于购买新硬盘（分别为每 TB-年 0.40 kg CO2 当量与每 Tb-年 0.46 kg CO2 当量）。但是，相较于购买新硬盘，为重新认证的产品分配更大的总排放量份额，可能会降低用户购买重新认证硬盘的意愿。
• 经济分配法可能会根据重新认证的硬盘的价格而有所变化。价格可能受硬盘本身质量以外的许多因素的影响。

4.4 循环足迹公式

图 6 显示了使用 CFF 方法分配重新认证硬盘的影响结果。此方法的结果如下：

• 与经济分配相似，与截断方法相比 CFF 向用户 1 分配的排放量较低，向用户 2 分配的排放量较高。
  • 与截断方法相比用户 1 排放量减少了 24%。
  • 与截断方法相比用户 2 排放量增加近 50%，但仍低于购买新硬盘（每 Tb-年 0.46 kg CO2 当量）。
• CFF 在用户之间实现了最平衡的方法，将几乎相同的排放量分配给两种用户。与可能对用户 2 不利的经济分配法相比，这种平衡方法可能有助于鼓励两种用户参与。另外，第一次和第二次使用之间的排放量相同，可能会打消一些潜在用户购买重新认证的硬盘的积极性，尽管这些硬盘性价比较高。

结论

要解决生产和处置数据硬盘对环境的重大影响，需要改变思维模式、业务实践以及核算框架。使用截断法以外的方法，可以在多个用户之间更公平地分配重新认证的硬盘的 GHG 影响。这样做将会鼓励更多的企业参与到循环使用和翻新实践中，这是循环经济和实现可持续性发展目标（例如，联合国定义的可持续性发展目标 12 ^xviii）的关键推动因素。

本文通过一个案例研究，对比了截断法与两种替代方法：经济分配法和 CFF 方法。基于该研究，我们得出以下结论：

• 相对于截断方法，经济和 CFF 分配方法均能减少分配给用户 1 的排放量，从而鼓励第一用户返回已停用的硬盘进行重新认证。
• 在经济分配法和 CFF 方法下，相对于截断法，向用户 2 分配了更多排放量。虽然这可能打消用户 2 的积极性，但是与硬盘重复使用相关的排放量仍低于同类的新硬盘排放量。因此，从排放量的角度来看重新认证仍然是有益的。
  • 如果重新认证的硬盘的价格接近同类新硬盘的价格，经济分配可能会向用户 2 分配更高的排放量。
• 在本研究中采用的假设条件下，使用经济分配法分配给用户 2 的总排放量大于分配给用户 1 的排放量。经济分配结果也可能会因市场因素而异，包括重新认证的硬盘和新硬盘之间的价格差。
• CFF 方法在用户之间实现最平衡的分配，接近 50/50 划分。鉴于市场对返回和购买重新认证的硬盘的需求，CFF 最大程度地鼓励了两种用户。
  • Seagate 支持将 CFF 作为分配循环系统排放量的可行选项。
• 截断方法最能鼓励购买重新认证的硬盘，而经济方法最能鼓励返回硬盘进行重新认证。

如案例研究所示，分配方法的选择非常重要，因为这不仅会影响数值结果，而且结果也有可能影响企业的行为。在推荐分配方法时，标准制定机构应考虑多个因素，包括激励的行为、实施的相对难易程度以及对行业一致性的需求。

附录

A1.支持结果

表 6 中显示了人体毒性、矿产资源稀缺、水资源消耗的结果。虽然这些类别未包含在 GHG 排放清单中，但可采用 LCA 研究中的分配方法。第 2 节中所述的 LCA 方法适用于每个类别。可从表 6 得出以下几点：

• 趋势与第 4 节中讨论的 GHG 排放量一致。
• 截断法对用户 2 的分配最有利。经济分配对用户 1 的分配最有利。
• CFF 是最平衡的方法。
• 这些类别的影响主要是由新硬盘生产导致。尤其是在矿产资源稀缺方面，99% 以上的影响来自新硬盘生产。重新认证过程因发电会间接消耗水而增加了水资源消耗。人体毒性受到所有生命周期阶段排放量的影响，但新硬盘生产占大部分 (90%)。

表 6：人体毒性、矿物资源稀缺和水资源消耗类别的分配结果。

参考文献

图列表

表列表

缩写和缩略词

代表以下组织进行的研究：

Seagate Technologies LLC

联系方式：

Caroline Gaudreault

总监兼 LCA Services 主管

[email protected]

Callan Glover

高级顾问
[email protected]

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1002 Walnut Street, Suite 202
Boulder, CO 80302

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