家具制造是年代最为久远的工业活动之一，技术进步使其制造系统不断发展，规模不断扩大。
全球77%的家具生产集中在10个国家，其中巴西是第六大家具生产国。家具制造业的主要原材料是实木和木板，在切割和打磨过程中会产生大量木材废料（WW）。
在巴西从事木制家具业的单位占全国家具生产单位的80%。2022年，巴西共有1.79万个单位生产了3.72亿件家具。而值得注意的是，巴西每年产出约3000万吨的木材废料（WW）。因此，妥善管理木材废料（WW）已成为一项重要的工作目标。
木材废料（WW）的管理应考虑将木材废料（WW）作为一种投入形式以生产材料和能源。对49项研究的分析表明，将木材废料（WW）用于产出热能和电能是很普遍的；在这些研究所涉及的木制品方面，将木材废料（WW）用于生产中密度刨花板（MDP）和中密度纤维板（MDF）等重组板材是被调研最多的。
然而，世界上仍有许多地方将木材废料（WW）送往垃圾填埋场；这种做法不应优先考虑，因为会产生沥滤液和温室气体（GHG）的排放，同时会减少垃圾填埋场的寿命并浪费土地。
注：沥滤液是指滤液或浸出液，是一种高浓度的有机废水。
循环经济（CE）是一种经济模式，它描述了通过鼓励废料返回生产流程或引导废料进入可回收其价值的新生产周期来避免废料产生的做法。这一过程为材料的再利用和再循环提供了选择。
在这种情况下，工业共生的概念值得被借鉴。它提出了生产单位之间的联系，其中一个单位的废料被另一个单位用作原材料。具体而言，工业共生指的是一种工业组织形式，从某一生产过程的废料可以用作另一生产过程的原料，从而最高效地利用资源和最大程度减少工业废料。
在研究者Cárcamo和Panãbaena-Niebles开展的研究中，巴西地区的研究项目数量（占比81%）在美洲遥遥领先，这对于一个新兴经济体来说意义重大。然而，木材废料（WW）所包含的污染物会导致其难以被应用于循环经济（CE）模式。
为确保木材废料（WW）的质量，有必要将包含潜在污染物的木材废料（WW）与可作为潜在材料的木材废料（WW）区分开。因此，对木材废料（WW）进行适当处理和分类可提高其循环性。
生命周期评估（LCA）是一种广泛使用的工具，可用于确定木材废料（WW）管理方案的环境效益。在这种情况下，生命周期评估（LCA）是一种支持循环经济（CE）的方法，从而也支持基于循环经济（CE）模型所制定出的稳健决策。
来自巴西东南部地区的圣埃斯皮里图州（ES）家具行业的管理人员缺乏对家具制造业全部价值的系统性认识。这包括对产品生命周期中从原材料提取到最终处置的每个阶段的了解。
在巴西国内绝大多数公司都在线性生产系统中工作，其产出的废料被填埋或焚烧。这种生产模式所涉及的主要阶段包括开采、生产、使用和处置；而这一整个过程已达到极限。
圣埃斯皮里图州的家具行业包括了479家企业，其中417家主要使用木质材料生产家具。其家具行业的另一个特点是小型企业数量较多，占该州所有生产单位的55%。
在圣埃斯皮里图州的中北部地区进行了一项研究，其重点是位于巴西科拉蒂纳（Colatina）和Linhares地区的家具中心，这两个中心共包含了75个企业单位。
Linhares地区的家具中心在批量生产家具方面占据巴西全国领先地位，而科拉蒂纳（Colatina）地区家具中心传统上是以生产定制家具为主的。
据估计，这两个家具中心每年产生的木材废料（WW）大约为80,000吨，不过由于市场波动，其每年的产量可能会有所不同。
产生的大部分木材废料（WW）都被送往陶瓷工业的窑炉中烧制。
此外，在圣埃斯皮里图州最北部还有一个木板工业，它是家具业原材料的主要供应来源之一。
这种情形支持生产单位之间基于工业共生的概念产生联系，使生产单位能够在区域或地方范围内开展合作；工业之间的协同作用是可察觉的，运输距离的调整在技术和经济方面是可行的，从而使废料能够替代自然资源。
本研究的目的是通过比较性生命周期评估，分析圣埃斯皮里图州家具业不同的木材废料（WW）管理方案在环境方面产生的影响，研究的重点是该州的中北部地区。
具体而言，主要对以下木材废料（WW）管理场景方案进行了研究：将木材废料（WW）用于中密度纤维板生产、中密度刨花板生产、陶瓷砖生产、陶瓷工业的热能生产（现行做法），以及将木材废料（WW）作为垃圾填埋处理。
与此同时，我们还将产品和能源生产与使用原生资源的主要市场场景进行了比较。据了解，还没有其他任何一项生命周期评估研究对家具业木材废料（WW）的不同备选管理方案进行过广泛的概述，也没有根据特定地区的工业协同作用对各种管理方案进行过预测。
此外，基于目前对木板废料的研究还很少，本研究还将木板废料纳入了分析范围。虽然此次研究以巴西地区为重点，但也旨在为今后在其他地区开展的相关研究做出贡献。
理论背景
木制家具业的基本原材料是实木和人造板，如胶合板、单板、中密度纤维板（MDF）、中密度刨花板（MDP）和定向刨花板（OSB）。
这些原材料中的一部分在生产过程中会变成废料然后流失掉，估计占原材料总质量的10%。然而，在圣埃斯皮里图州的一家中型家具企业进行的一项研究显示，原材料的损耗比例超过20%。
许多研究已经证明了使用木材废料（WW）的技术可行性。具体如下：
（1）研究者Buschalsky和Mai研究了通过热水解分解使用后的中密度纤维板（MDF）废料，再从中回收木纤维的方法，其结果证明了这一技术工艺在第三代板材中的可行性。
（2）研究者Teixeira研究了综合利用中密度刨花板（MDP）废料和新鲜残留木材制造新型中密度刨花板（MDP）板材的方法，得出的结论是，该产品的所有特性都得到了保留。其他相关研究则考虑将100%天然木材废料（WW）作为生产中密度刨花板（MDP）的原材料。
（3）研究者Mori等人还发现，在不改变陶瓷砖技术特性的情况下，添加多达11%的木材废料（WW）是可行的。
（4）研究者Kim和Song运用生命周期评估（LCA）方法，评估了用于生产刨花板、以及用于联合生产热与电的木材废料（WW）循环系统的性能，其结果表明用于生产刨花板的木材废料（WW）循环系统优势更大。
研究者Hossain和Poon对中国香港目前在垃圾填埋场处理木材废料（WW）的做法进行了生命周期评估（LCA），并与三个拟议的木材废料（WW）管理场景方案进行了比较，这三个场景方案包括使用木材废料（WW）生产刨花板、木质水泥板和能源。
该作者得出结论，与煤炭发电相比，利用木材废料（WW）发电的方案所获得的环境效益最佳。
研究者Sormunen等人进行了一项比较研究，将包括木材在内的各种建筑废料用于制造热塑性复合材料；该研究分别基于生命周期评估和会计原则，涵盖了环境和经济方面。
根据这项研究的环境分析结果表明，在生产复合材料过程中使用木材废料（WW）与塑料废弃物相比，其效益较低，因为木材废料（WW）的处理过程产生了不可避免的影响。
此外，研究者Pinho和Calmon对有关木材废料（WW）管理系统生命周期评估的研究文献进行了大范围的评论性综述。其调查和整理结果表明，尽管这些研究遵循了国际标准化组织的标准，但在以木材废料（WW）管理系统的环境分析为中心的调查中，关于如何应用生命周期评估方法方面缺乏标准化和明确性。
评估不同的木材废料（WW）管理场景方案
此次研究评估了五种木材废料（WW）管理场景方案：三种材料产品生产场景方案（将木材废料用于生产中密度纤维板、中密度刨花板和陶瓷砖）、一种能源产品生产场景方案（将木材废料用于陶瓷工业的热能生产——现行做法）和一种以垃圾填埋的方式处理木材废料的场景方案。
将这三种材料产品（由木材废料制成）与市场上的主要产品（完全由原生资源制成）进行了比较，并将由木材废料制成的能源产品与由原生木材制成的能源产品进行了比较。
废料在被收集并运送到材料产品生产基地后，需要经过处理才能使用。根据这样的情况，以质量比（w/w）为计算单位进行计算后发现，在板材和陶瓷砖中分别有20%和11%的原生资源被替代。
由于研究地区的板材厂尚未生产中密度纤维板，在此次研究中我们认为其生产数据与通常情况下中密度纤维板的生产数据相等，即每天中密度纤维板的产量为1200立方米，每月为30000立方米。
关于陶瓷砖和陶瓷热能的生产，我们考虑了属于圣埃斯皮里图州北部陶瓷工业集群的各行业生产的总和，这些行业由当地最重要的市级地区为代表：即科拉蒂纳（Colatina）地区和圣保罗州do Canaã地区（São Roque do Canaã）。
这些城市相互毗邻，大多数工业也彼此靠近。其陶瓷砖的日产量为13吨。为了生产热能，这些行业平均每天生产800吨陶瓷产品。
在中密度纤维板和中密度刨花板的生产过程中，锅炉中木质燃料产生的生物所造成的二氧化碳排放量被假定为中性，因为桉树在巴西的轮伐时间很短，在其生长过程中会吸收等量的二氧化碳排放量。
在物资运输方面，采用的运输设备通过了由巴西再生资源及环保局(IBAMA)发布的CONAMA/2018 Resolution 490法规，这是对进入巴西的农用和道路机械进行管制的法规，被用于确定自2023年1月起采用的运输设备是符合欧6标准的（符合欧6标准的柴油发动机汽车行驶每公里碳烟排放低于5毫克，一氧化氮排放低于80毫克，其尾气污染物排放已降到几乎测不出的水平）。该法规旨在大幅减少柴油动力车辆的污染物排放。
本研究采用的分配程序是对家具厂产生的木材废料（WW）进行工艺细分（也称为截止标准），以忽略上游环境负荷。
所研究的管理场景方案的主要特点如下：
管理场景方案1
管理场景方案1考虑使用20%w/w废料（指的是方案1的木材废料（WW）的质量占比为20%，简称S1-20%WW）用于生产中密度纤维板，其中GA木材废料（WW）占10%，GB木材废料（WW）占10%，以及原始木材占80%（80%w/w），然后与使用100%原始桉树木材（简称S1-100%NW）生产的中密度纤维板进行比较。
注：这里的GA和GB指的是A级材料和B级材料，前者代表无污染的天然实木，后者代表未经卤化（加入卤化物以起到阻燃等效果）、抗真菌剂、油漆、清漆或粘合剂处理的无表面涂层的人造板。
该方案参考的是生产一立方米未经过涂层处理的中密度纤维板的流程，其厚度为15毫米，平均密度为690千克/立方米，含水率为 8%（w/w）。
在这一方案中，家具行业首先对木材废料（WW）进行了分类，确定可供收集的废料类型和数量。然后用卡车收集这些废料，运往位于巴西圣保罗皮涅罗斯 (Pinheiros)地区 的板材厂。
接着废料被放置在干燥的地方，然后送去处理。GA废料经过电动削片机和筛分机处理得到木屑。GB废料采用研究者Buschalsky和Mai所描述的热水解分解法进行回收。经过适当处理后，这些废料可用作制造中密度纤维板的原材料。
在2020年和2022年，研究人员在圣保罗皮涅罗斯 (Pinheiros)地区的中密度纤维板工厂与负责各生产区的管理人员一起收集了重要的材料库存清单的原始数据。
通过2.6.801版STAN软件进行了物料流分析（MFA），以检查工艺中物料的质量平衡情况。输入和输出数据之间的差异为1.36%（w/w），在文献报告指出的5%的最大范围内。
注：STAN是一个统计建模和统计计算的平台。
关于生产中密度纤维板的重要库存清单数据是利用直接从该行业收集的原始数据构建的。空气、土地和水的排放情况数据是根据巴西再生资源及环保局(IBAMA)、巴西的城市部门和研究者Piekarski等人提供的所研究行业的排放报告编制的。
管理场景方案2
管理场景方案2考虑使用20%w/w废料（指的是方案2的木材废料（WW）的质量占比为20%，简称S2-20%WW）、5%中密度刨花板废料、15%实木木材废料、以及原生木材（80%w/w），用于生产中密度刨花板，然后与使用100%原生桉树木材（简称S2-100%NW）生产的中密度刨花板进行比较。
该方案所采用的废料比例沿用了巴西研究者Teixeira的研究结果。Teixeira的研究还指出，如果采用5%的中密度刨花板剩余物比例，就可以在不改变技术和不降低质量的情况下生产出新的木板。所分析的这两种中密度刨花板板材生产方案使用的数据来自研究者Silva等人的研究。
Linhares地区和科拉蒂纳（Colatina）地区家具业的废料被运往圣埃斯皮里图州皮涅罗斯 (Pinheiros)地区的板材厂。该方案参考的是生产一立方米无涂层的中密度刨花板的流程，其厚度为15毫米、平均密度为630千克/立方米、含水率为8%（w/w）。
在这一方案中，家具行业首先也会对木材废料（WW）进行分类，确定可供收集的废料类型和数量。然后用卡车收集这些废料，运送至皮涅罗斯 (Pinheiros)地区的板材厂。这些废料同样会被堆放在干燥的地方，然后送去处理。
GA和GB废料经过电动削片机和筛分机处理，得到了颗粒大小（2-20毫米）合适的废料。然后，这些废料被用作生产中密度刨花板的原材料。
对于S2-20%WW和S2-100%NW，都计算了其耗电量、原材料和化学品用量。此外，研究者Silva等人指出，每立方米的中密度纤维板中需要有75.5千克的废料才能满足锅炉的能源需求；这项管理场景方案是根据这些数据进行的，因此所研究的中密度刨花板的生产结果更加环保，与巴西圣埃斯皮里图州生产的中密度纤维板的结果类似。
在此研究方案中，由于板材厂没有生产中密度刨花板，因此根据研究者Silva等人的研究成果建立了重要的相关材料库存清单数据。
管理场景方案3和4
管理场景方案3考虑使用11%w/w废料（指的是方案3的木材废料（WW）的质量占比为11%，简称S3-11%WW）以及89%w/w粘土生产陶瓷砖；其中GA和GB木材废料的比例相同，然后将这些陶瓷砖与使用100%粘土生产的陶瓷砖（简称S3-100%NC）进行比较。
由废料制砖时燃烧的燃料也是以木材废料（WW）（GA+GB）为基础，而用100%粘土制砖时，则选择原生桉树作为能源。
Linhares地区和科拉蒂纳（Colatina）地区的家具行业的废料被运往位于科拉蒂纳（Colatina）地区和圣保罗州do Canaã地区（São Roque do Canaã）的陶瓷厂。该方案参考的是生产一千克陶瓷砖的流程。
在这一方案中，家具行业同样先对木材废料（WW）进行分类，并告知陶瓷厂可供收集的废料类型和数量。然后用卡车收集这些废料，运往位于圣保罗州do Canaã地区（São Roque do Canaã）和科拉蒂纳（Colatina）地区的陶瓷厂。
废料还是会被堆放在干燥的地方，然后送去处理。接着将其放入电动削片机和筛分机中，以获得颗粒大小（0.5-2.5毫米）合适的废料，然后用作制砖过程中的原材料。
管理场景方案4考虑使用100%的木材废料（WW）（指的是方案4的木材废料（WW）的质量占比为100%，简称S4-100%WW）生产热能（现行做法），其中GA和GB木材废料的比例相同，然后将其热能生产结果与使用100%原生木材（简称S4-100%NW）生产的热能进行比较，并考虑了CONSEMA Resolution 370/2017法规中规定的关于使用未受污染的中密度纤维板和中密度刨花板作为燃料源的最大排放参数。
这项立法旨在限制对人体健康极为有害的甲醛和挥发性有机化合物的排放。
该法规由巴西南部南里奥格兰德州地区颁布，在本研究中被采用，因为在圣埃斯皮里图州还没有这方面的具体立法。因此，此次所获得的研究结果是在该立法规定的、得到控制的燃烧范围内进行比较的。
Linhares地区和科拉蒂纳（Colatina）地区的家具业产生的废料被运往科拉蒂纳（Colatina）地区和圣保罗州do Canaã地区（São Roque do Canaã）的制砖厂。该方案参考的是生产一千克陶瓷砖的流程。经过电动削片机处理阶段后，废料被送入窑炉，作为热能生产的燃料。
重要的材料库存清单数据是根据Vinhal编制的。有关空气排放的数据来自巴西再生资源及环保局(IBAMA)报告、CONSEMA resolution 370/2017法规规定的排放上限数据以及Vinhal。在窑炉中燃烧木材产生的生物所造成的二氧化碳排放量被认为是中性的。
注：在巴西地区一博士论文中介绍了Vinhal，其专注于以巴西地区为背景，基于生命周期评估的陶瓷砖环境指标研究。
在本研究中，关于制砖有一点比较重要，即虽然对管理场景方案3和管理场景方案4分别进行了分析，但这两种方案有一个共同特点在于在生产和加热过程中都使用了木材废料（WW）且最终用于制砖行业。
基于研究结果，而且为了避免两种应用之间的竞争，我们认为GB废料在制砖中的应用潜力巨大。不过，在温度超过750摄氏度的砖块中，源于中密度纤维板和中密度刨花板的这类废料的表现还需要进一步调查，以深度了解由此产生的排放情况。
管理场景方案5
管理场景方案5考虑通过运往垃圾填埋场的方式处理木材废料（WW），包括从家具行业到垃圾填埋场的运输过程——科拉蒂纳（Colatina）地区和Linhares地区从家具行业到垃圾填埋场的平均距离为30公里。
该方案参考的是处理一千克的废料流程。在这种情况下，废料由卡车收集并运往位于科拉蒂纳（Colatina）地区和Linhares地区的垃圾填埋场，然后对这些废料进行处理。此外，这一方案的数据处理使用的是Ecoinvent数据库3.6版。
结论
在本研究中，以圣埃斯皮里图州中北部地区作为研究的重点地区，开展了生命周期评估比较，接着再评估处理圣埃斯皮里图州家具业产生的木材废料（WW）的不同管理方案的环境效益。
为了评估木材废料（WW）的处理过程对环境的影响，研究了五种木材废料（WW）管理场景方案，包括（1）将木材废料（WW）用于生产中密度纤维板；（2）将木材废料（WW）用于生产中密度刨花板；（3）将木材废料（WW）用于生产陶瓷砖；（4）将木材废料（WW）用于陶瓷工业的热能生产（现行做法）；（5）直接以垃圾填埋的方式处理木材废料（WW）。
结果表明，与不使用废料的基本管理场景方案相比，管理场景方案1（将木材废料（WW）用于生产中密度纤维板）在所有评估影响分类结果中都显示出它取得的环境效益是最高的。
在此次研究结果中，值得注意的是，每立方米中密度纤维板能够储存1080千克的二氧化碳当量，根据相关数据统计和软件测算得到结果：每立方米中密度纤维板的净影响为-849千克二氧化碳当量。
就中密度刨花板而言，所研究的每立方米中密度刨花板可储存1174千克的二氧化碳当量，根据相关数据统计和软件测算得到结果：每立方米中密度刨花板的净影响为-975千克二氧化碳当量。
管理场景方案5（垃圾填埋处理）是最不利的做法，一种类型的木材废料（WW） 每吨会排放83千克的二氧化碳当量。
关于管理场景方案4（将木材废料（WW）用于陶瓷工业的热能生产——现行做法），只有与管理场景方案3（将木材废料（WW）用于生产陶瓷砖）相比时，其在所有评估影响分类结果中显示出它的环境效益都更高。
总之，根据上述分析以及相关数据统计和软件测算结果可以看出管理场景方案1和管理场景方案2相比管理场景方案3和管理场景方案4更有利。不过管理场景方案3虽然与其他方案相比其环境效益较低，但却是处理木板废料（GB）的比较有发展前景的备选方案之一。
此次研究的文献中特别强调了木板废料处理方面，这类产品在被送往垃圾填埋场或被焚烧之前有着潜在的循环性。例如研究发现，中密度刨花板在使用后还可被循环利用16次。
与运输距离有关的敏感性分析结果表明，从Gran Vitória地区的公司购买的木材废料（WW）生产所研究的产品在环境方面是可行的。在这一方面，管理场景方案3和管理场景方案4显示能够取得最高的环境效益，尤其是在运输途中包括铁路运输时。
源于家具行业的木材废料（WW）根据不同的质量可用于不同的处理方案，从而避免它们之间的竞争。然而，大多数接受调查的家具公司并没有对其木材废料（WW）进行仔细分类，这是限制将其用于新循环以增加这些废料价值的一个因素。
通过此次研究，我们认为建立行业间数据共享平台很有必要；这些平台应包括有关可用废料分类和数量的信息，以更好地支持供需规划。
此外，政府也应尽可能推出并加强政策的实施，以进一步鼓励和推动有利于发展循环经济（CE）的实体基础建设。
这项研究旨在对减少环境影响的不同木材废料（WW）管理方案进行广泛概述，同时提出管理木材废料（WW）的有效和可行的解决方案。这些方案是通过探查现有产业之间的协同性并与当地产业互相联合而构建出来的，目的是为利益相关者建立一个有价值的网络体系。
关于本研究的展望，希望此次进行的分析能够引起重点研究地区（巴西圣埃斯皮里图州中北部）各行业、与家具行业有关的实体以及公共政策制定者的兴趣，因为这些机构能够在木材废料（WW）管理的决策过程中起到关键作用，特别是在本研究涉及的区域范围内。
根据本次研究结果，显而易见的是，将木材废料（WW）作为原材料，用于生产新产品包括中密度纤维板、中密度刨花板以及陶瓷砖，能够取得很高的环境效益。基于这一点，说明这种木材废料（WW）处理方式既能够减少对环境的影响，同时还有利于减少对原生木材资源的需求，是符合循环经济（CE）理念以及非常值得借鉴的木材废料（WW）管理方案。
