生命周期评价方法在医药领域的应用现状与研究进展

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2023-2048

化工进展 ›› 2024, Vol. 43 ›› Issue (5): 2851-2861.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-2048

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生命周期评价方法在医药领域的应用现状与研究进展

李晶莹¹^,²(), 马龙飞¹, 张红娟¹, 潘一搏¹, 卢山¹, 徐龙¹^,², 马晓迅¹^,²()

^1.西北大学化工学院，陕西西安 710127
^2.碳氢资源清洁利用国际科技合作基地，陕西西安 710127

收稿日期:2023-11-23 修回日期:2023-12-19 出版日期:2024-05-15 发布日期:2024-06-15
通讯作者: 马晓迅
作者简介:李晶莹（1990—），女，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为生命周期可持续性评价与多目标集成优化。E-mail：lijingying99@nwu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金(22008198);陕西省科协青年人才托举计划(20220602);陕西省教育厅高校青年创新团队科研项目(22JP090);陕西省博士后科研项目(2023BSHEDZZ231)

Current status and research progress of life cycle assessment method in pharmaceutical field

LI Jingying¹^,²(), MA Longfei¹, ZHANG Hongjuan¹, PAN Yibo¹, LU Shan¹, XU Long¹^,², MA Xiaoxun¹^,²()

^1.School of Chemical Engineering, Northwest University, Xi’an 710127, Shaanxi, China
^2.International Science & Technology Cooperation Base of MOST for Clean Utilization of Hydrocarbon Resources, Xi’an 710127, Shaanxi, China

Received:2023-11-23 Revised:2023-12-19 Online:2024-05-15 Published:2024-06-15
Contact: MA Xiaoxun

摘要/Abstract

摘要：

生命周期评价（life cycle assessment，LCA）方法可以系统识别和评估不同产品与工艺之间的环境问题，确定污染物排放量并最大限度地减少产品和工艺过程中的环境影响。相比于基础大宗化工产品，医药化学品及中间体通常比较复杂，所带来的环境影响更大，通过生命周期评价可以量化分析医药领域中产品全生命周期过程造成的潜在环境影响，以支持医药领域“双碳”目标发展。本文简述了生命周期评价方法的四个步骤：目的和范围的确定，生命周期清单分析，生命周期影响评价和生命周期解释。并在此基础上，从药物生产、医疗器械、医疗服务三方面综述了生命周期评价在医药领域的应用现状和研究进展，指出了现有的医药生命周期评价研究所存在的一些问题，如研究相对较少、数据收集困难，尤其是药物中间体结构复杂、生命周期上游清单数据缺失，以及数据质量不高、生命周期影响评价方法不统一等。最后，针对未来医药领域生命周期评价发展提出相关建议。

关键词: 医药领域, 生命周期评价, 温室效应, 药物生产, 医疗器械

Abstract:

The life cycle assessment (LCA) method is widely used for the systematic identification and assessment of environmental issues among different products and processes, especially for identifying pollutant emissions and minimizing the environmental impacts of products and processes. Pharmaceutical chemicals and intermediates are usually more complex, which result in greater environmental impacts than basic bulk chemicals. Therefore, LCA can systematically quantify and analyze the potential environmental impacts of the entire life cycle of products in the pharmaceutical field to support the “dual-carbon” goal of China. This paper briefly describes the four steps of the LCA method, including goal and scope definition, life cycle inventory, life cycle impact assessment, and life cycle interpretation. On this basis, the current status and research progress of the application of LCA in the pharmaceutical field are specified from the aspects of drug production, medical devices, and medical services. Additionally, the crucial existing problems in the pharmaceutical LCA studies are identified, such as relatively rare studies, difficult in the data collection, especially for drug intermediates which usually have complex structures, lack of the life cycle upstream data, the low accuracy of the data, and inconsistency in the LCA method. Finally, relevant suggestions are proposed to support the sustainable development of the pharmaceutical field from the life cycle perspective.

Key words: pharmaceutical field, life cycle assessment (LCA), global warming potential (GWP), pharmaceutical production, medical devices

中图分类号:

TQ460.1

李晶莹, 马龙飞, 张红娟, 潘一搏, 卢山, 徐龙, 马晓迅. 生命周期评价方法在医药领域的应用现状与研究进展[J]. 化工进展, 2024, 43(5): 2851-2861.

LI Jingying, MA Longfei, ZHANG Hongjuan, PAN Yibo, LU Shan, XU Long, MA Xiaoxun. Current status and research progress of life cycle assessment method in pharmaceutical field[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2024, 43(5): 2851-2861.

图/表 5

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数据库名称	国家/地区	简介
Ecoinvent	瑞士	Ecoinvent数据库涵盖了欧洲及世界各国19000多种产品的单元过程和汇总过程数据集（3.8版），包含各种常见物质的LCA清单数据，是国际LCA领域使用最广泛的数据库之一，也是许多机构指定的基础数据库之一
ELCD	欧盟	ELCD数据库涵盖了欧盟440多种大宗能源、原材料、运输的汇总LCI数据集，是欧盟环境总署和成员国政府机构指定的基础数据库之一
GaBi	德国	GaBi数据库（2022年更新后）包括世界各国和各行业的17000个汇总过程数据集，涵盖了建筑与施工、化学品和材料、消费品等16个行业
U.S.LCI	美国	U.S.LCI数据库包含了950多个单元过程数据集及390个汇总过程数据集，涵盖常用的材料生产、能源生产、运输等过程
KCLCD	韩国	KCLCD数据库包含了393个汇总过程数据，涵盖物质及配件的制造、加工、运输、废物处置等过程
IDEA	日本	IDEA数据库包含了4700条非制造业、制造业及其他部门的LCI数据集，涵盖了日本标准商品分类范围内的所有产品
CLCD	中国	CLCD数据库由亿科环境自主开发，是目前国内唯一达到自身生命周期完整的基础数据库，包含数百种大宗能源、原材料、化学品的上千个生产过程数据，数据均来自中国本国行业统计、相关标准、企业公开报告等。CLCD数据库发布公开透明的CLCD数据库文档，并将发布可在线追溯的原始模型^[6]
CPCD	中国	CPCD为中国产品全生命周期温室气体排放系数库，涵盖了1081条能源产品、工业产品、生活产品、交通服务、废弃物处理和碳汇的数据集。数据集包括产品上游排放、下游排放、排放环节、温室气体占比、不确定性、数据时间、参考文献或数据来源等信息
SinoCenter	中国	SinoCenter数据库由北京工业大学开发，涵盖了材料生命周期分析基础数据十余万条，包含公用系统、典型材料（建筑材料、钢铁、有色金属、高分子材料、连接材料）等70多个我国材料LCA数据集产品，被国内外广泛应用

数据库名称	国家/地区	简介
Ecoinvent	瑞士	Ecoinvent数据库涵盖了欧洲及世界各国19000多种产品的单元过程和汇总过程数据集（3.8版），包含各种常见物质的LCA清单数据，是国际LCA领域使用最广泛的数据库之一，也是许多机构指定的基础数据库之一
ELCD	欧盟	ELCD数据库涵盖了欧盟440多种大宗能源、原材料、运输的汇总LCI数据集，是欧盟环境总署和成员国政府机构指定的基础数据库之一
GaBi	德国	GaBi数据库（2022年更新后）包括世界各国和各行业的17000个汇总过程数据集，涵盖了建筑与施工、化学品和材料、消费品等16个行业
U.S.LCI	美国	U.S.LCI数据库包含了950多个单元过程数据集及390个汇总过程数据集，涵盖常用的材料生产、能源生产、运输等过程
KCLCD	韩国	KCLCD数据库包含了393个汇总过程数据，涵盖物质及配件的制造、加工、运输、废物处置等过程
IDEA	日本	IDEA数据库包含了4700条非制造业、制造业及其他部门的LCI数据集，涵盖了日本标准商品分类范围内的所有产品
CLCD	中国	CLCD数据库由亿科环境自主开发，是目前国内唯一达到自身生命周期完整的基础数据库，包含数百种大宗能源、原材料、化学品的上千个生产过程数据，数据均来自中国本国行业统计、相关标准、企业公开报告等。CLCD数据库发布公开透明的CLCD数据库文档，并将发布可在线追溯的原始模型^[6]
CPCD	中国	CPCD为中国产品全生命周期温室气体排放系数库，涵盖了1081条能源产品、工业产品、生活产品、交通服务、废弃物处理和碳汇的数据集。数据集包括产品上游排放、下游排放、排放环节、温室气体占比、不确定性、数据时间、参考文献或数据来源等信息
SinoCenter	中国	SinoCenter数据库由北京工业大学开发，涵盖了材料生命周期分析基础数据十余万条，包含公用系统、典型材料（建筑材料、钢铁、有色金属、高分子材料、连接材料）等70多个我国材料LCA数据集产品，被国内外广泛应用

年份/年	评价目的	功能单位	研究结果	参考文献
2015	分析废弃温度计中汞的不同处理方式下的环境影响	温度计中1kg汞废弃物	消除露天倾倒废弃温度计中的汞和提高汞的回收率，可以大幅度减少汞对环境的影响，并且在进行汞回收时，减压蒸馏工艺优于手工蒸馏工艺	[38]
2016	分析一家医院七种医疗器械不同程度处理方式的环境影响	一家综合医疗外科医院中的七种医疗设备（深静脉血栓形成压缩套管、脉搏血氧仪、韧带、电脑反馈控制双极切割刀片、腹腔镜套管针、关节镜和剪刀）	在全球变暖潜值（GWP 100 years）影响方面，加压套管和韧带对环境影响最大，剪刀对环境影响最小。对于这些器械，环氧乙烷、电力和水的优化将进一步降低对环境影响	[39]
2017	比较计量吸入器和电动雾化器的全球变暖潜值	一剂硫酸沙丁胺醇	在全球变暖潜值（GWP 100 years）影响方面，计量吸入器（0.0972kg CO₂）明显高于电动雾化器（0.0294kg CO₂）	[40]
2021	评价医用口罩生产和消费的环境热点	2020年（2020年2月1日—2020年12月31日）在中国生产的医用外科口罩和N95口罩的总和	在COVID-19病毒发生期间，医用外科口罩大幅消耗导致聚丙烯消费量剧增，人类健康、环境质量、气候变化和资源类别的损害加深；同时，处理不当的废弃口罩进一步加深了环境危害	[41-42]
2021	分析可重复使用电生理导管的环境影响	生产一根一次性电生理导管和一根可重复使用电生理导管	在全球变暖潜值（GWP 100 years）影响方面，可重复使用电生理导管相较于一次性电生理导管可减少50.4%，化石资源消耗减少28.8%	[43]
2022	分析可重复使用电生理导管的环境排放	生产一根一次性电生理导管和一根可重复使用电生理导管（与上述型号不同）	可重复使用电生理导管相比于一次性电生理导管可减少60%的温室气体排放；且通过长期生产再循环电生理导管，总排放减少依然可达48%	[44]
2022	分析两种不同类型的医用吻合器对环境的影响	生产一个旋转头式医用吻合器和一个一次性医用吻合器	相比于没有加钢的医用吻合器，加钢的医用吻合器在富营养化、化石资源消耗和生态毒性方面明显高于一次性医用吻合器，且环境影响取决于加入的塑料质量	[45]
2023	对比分析一次性防护服和可重复使用防护服的环境足迹	分别生产1000kg一次性防护服和可重复使用防护服	全球变暖效应与陆地生态毒性在生命周期阶段中占主要地位，且一次性防护服环境各影响类别远大于可重复使用防护服	[46]

年份/年	评价目的	功能单位	研究结果	参考文献
2015	分析废弃温度计中汞的不同处理方式下的环境影响	温度计中1kg汞废弃物	消除露天倾倒废弃温度计中的汞和提高汞的回收率，可以大幅度减少汞对环境的影响，并且在进行汞回收时，减压蒸馏工艺优于手工蒸馏工艺	[38]
2016	分析一家医院七种医疗器械不同程度处理方式的环境影响	一家综合医疗外科医院中的七种医疗设备（深静脉血栓形成压缩套管、脉搏血氧仪、韧带、电脑反馈控制双极切割刀片、腹腔镜套管针、关节镜和剪刀）	在全球变暖潜值（GWP 100 years）影响方面，加压套管和韧带对环境影响最大，剪刀对环境影响最小。对于这些器械，环氧乙烷、电力和水的优化将进一步降低对环境影响	[39]
2017	比较计量吸入器和电动雾化器的全球变暖潜值	一剂硫酸沙丁胺醇	在全球变暖潜值（GWP 100 years）影响方面，计量吸入器（0.0972kg CO₂）明显高于电动雾化器（0.0294kg CO₂）	[40]
2021	评价医用口罩生产和消费的环境热点	2020年（2020年2月1日—2020年12月31日）在中国生产的医用外科口罩和N95口罩的总和	在COVID-19病毒发生期间，医用外科口罩大幅消耗导致聚丙烯消费量剧增，人类健康、环境质量、气候变化和资源类别的损害加深；同时，处理不当的废弃口罩进一步加深了环境危害	[41-42]
2021	分析可重复使用电生理导管的环境影响	生产一根一次性电生理导管和一根可重复使用电生理导管	在全球变暖潜值（GWP 100 years）影响方面，可重复使用电生理导管相较于一次性电生理导管可减少50.4%，化石资源消耗减少28.8%	[43]
2022	分析可重复使用电生理导管的环境排放	生产一根一次性电生理导管和一根可重复使用电生理导管（与上述型号不同）	可重复使用电生理导管相比于一次性电生理导管可减少60%的温室气体排放；且通过长期生产再循环电生理导管，总排放减少依然可达48%	[44]
2022	分析两种不同类型的医用吻合器对环境的影响	生产一个旋转头式医用吻合器和一个一次性医用吻合器	相比于没有加钢的医用吻合器，加钢的医用吻合器在富营养化、化石资源消耗和生态毒性方面明显高于一次性医用吻合器，且环境影响取决于加入的塑料质量	[45]
2023	对比分析一次性防护服和可重复使用防护服的环境足迹	分别生产1000kg一次性防护服和可重复使用防护服	全球变暖效应与陆地生态毒性在生命周期阶段中占主要地位，且一次性防护服环境各影响类别远大于可重复使用防护服	[46]

[1]	杨梦茹, 彭琴, 常玉龙, 邱淑兴, 张溅波, 江霞. 生物炭替代煤粉/焦炭高炉炼铁碳减排技术研究进展[J]. 化工进展, 2024, 43(1): 490-500.
[2]	刘含笑, 吴黎明, 林青阳, 周烨, 罗象, 桂志军, 刘小伟, 单思珂, 朱前林, 陆诗建. 碳足迹评估技术及其在重点工业行业的应用[J]. 化工进展, 2023, 42(5): 2201-2218.
[3]	常斐, 詹国雄, 史森森, 曾少娟, 张香平. 离子液体电还原CO₂合成甲醇过程评价与分析[J]. 化工进展, 2022, 41(3): 1256-1264.
[4]	代丹阳, 陈逸琛, 祝文哲, 石磊, 程荣, 郑祥, 李洁. 废旧反渗透膜循环再利用研究现状与进展[J]. 化工进展, 2021, 40(4): 2290-2297.
[5]	王韬翔, 康丽霞, 刘永忠. 固定二次应用场景下基于LCA的动力电池退役点定量确定方法[J]. 化工进展, 2019, 38(05): 2197-2204.
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生命周期评价方法在医药领域的应用现状与研究进展

Current status and research progress of life cycle assessment method in pharmaceutical field

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