「可持续设计理念」课程系列20丨弃：卫生纸全生命周期对环境的影响
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可持续设计理念
Sustainability consciousness
我们的星球是一个巨大的生态系统，由无数相互关联互动的子系统构成，可持续性既在于宏观星球尺度，也在于无数细小短暂的微观层面。
设计属于人类的基本活动，而每一件设计都将对可持续性产生积极或消极的影响。如果设计师能理解人类活动是如何影响环境的，设计就能使人类的命运重获生机。在年轻的设计专业学生中根植可持续意识，是迈向真正的可持续发展的重要一步。
在这样的背景下，同济大学设计创意学院多年前便开设了 “可持续设计理念”(Sustainability consciousness)课程，希望培养具有“可持续理念”的设计师。课程的核心是引导同学们理解人类系统与自然系统之间的互动关联，洞察生活中可持续性的议题：在衣、食、住、行、文、弃等诸多生活场景中，研究人类行为对生态环境的影响；探讨现有的设计实践、潜在的设计策略，可以/可能在哪些环节、怎样的层面上、如何影响到人类系统的衣、食、住、行、文、弃，进而影响到自然系统的大气、水体、土地环境、生物圈等等，领悟设计所能产生的影响。
近年来我院朱小村、姚雪艳、曹静、刘洋、莫娇、童毓舟等多位老师，与校内外专家共同开展了这项课程的教学和指导工作。课程结题作业要求学生们3-6人一组，从日常生活出发挖掘可持续议题，探究“熟视无睹、习以为常、理所当然”的现象背后的深远影响，并通过设计专业技能，将这些分析和思考呈现传达出来，鼓励同学们在探究的基础上提出新颖、创新的想法和概念。
我们选取了自2017年至2021年五年间的共约20个有代表性的学生作业，按照衣、食、住、行、文、弃几个方面的顺序依次向读者呈现，希望与社会各界人士共同交流和探讨“可持续”相关议题的同时，激发和引导公众在日常生活中增强可持续发展意识，践行可持续发展理念。
全世界每天约有270,000棵树被冲进马桶或倾倒在垃圾填埋场中，其中卫生纸大约占到10%。美国人平均每年使用70亿卷卫生纸，而一棵树能提供1000卷卫生纸，算下来他们每年使用700万棵树来擦屁股。
——《世界观察杂志》 May/June 2010,Volume 23, No. 3本期主题：弃 · 擦屁股的代价是什么？——从生命周期评估卫生纸对环境的影响
关键词：卫生纸，再生纸，全生命周期评估，卫生纸使用误区
01/ 选题背景
据中国造纸协会调查资料，2017年全国纸及纸板生产量11130万吨，消费量10897万吨，人均年消费量为78kg（13.90亿人）。生活用纸生产量960万吨，消费量890万吨生活用纸。我国生活用纸的人均消费量快速增长，1990年，人均消费量只有0.59kg，到2017年人均年消费量已增长为6.4kg。
图1 2017年中国生活用纸消费中卫生纸占市场份额的55.2% (作者根据《中国造纸工业 2017 年度报告》自绘)
2017年，中国卫生纸消费量约为469.9万吨，占中国消费的生活用纸中市场份额的55.2%，占纸和纸板总消费量的4.31%，折合人均年消费量3.3kg。以1卷卫生纸150g的重量来计算，去年一年每个中国人（以总人口13.9亿的算术平均值估算，其中城镇人口占58.52%）平均使用了22卷卫生纸，平均每半个月就要用掉一卷卫生纸。
根据《中国生活用纸行业2017年概况》估算，1棵标准大树一年可供14.5个中国人用以厕后清洁。2017年中国人使用了469.9万吨卫生纸≈671.3*81.7%万吨原生木浆≈1371.1万m³木材≈9598万棵树来擦拭屁股。
02/ 研究部分
卫生纸的使用与我们的生活息息相关，但我们在使用的过程中却常常忽略它给环境带来的负担。因此，本次研究聚焦于卫生纸在整个生命周期中造成的污染，并通过对比全生命周期下原木卫生纸与再生卫生纸对环境影响的差异，寻找减少卫生纸污染的方法。此外本次研究还调研分析了人们日常的用纸习惯，希望能提醒并纠正人们的卫生纸误用行为，在现有的条件下，将卫生纸的污染尽可能降低。
1. 从林木到卫生纸
卫生纸通常由原木木浆制成，通常是大约70％硬木和30％软木的组合。尤其是美国人对纸品触感的极致追求使得美国有98%的卫生纸都是原木制浆所生产。2017年，中国生活用纸委员会对近百家卫生纸原纸生产企业所使用的纤维原料种类进行了调查（如图2所示），推算出生活用纸行业使用纤维原料的结构:木浆占81.7%，草浆占1.3%，蔗渣浆占5.9%，竹浆占9.8%，废纸浆占1.3%。
图2 生活用纸行业使用纤维原料的结构示意(作者根据《中国造纸工业 2017 年度报告》自绘)
2. 卫生纸的生命周期边界
原木木浆生产卫生纸的生命周期包括以下几个步骤：木材采伐，制浆和化学品的制造过程，产纸过程，最后是纸巾的使用和丢弃。产纸过程包含两个基本环节：浆料制备和造纸机内生产。浆料制备包括以下阶段：纤维捣碎，去除杂质，纤维精制。最后，将纸浆送入造纸机，在造纸机中形成纸浆并使其稳定。
3. 原木木浆卫生纸LCA对环境的影响因素
原木木浆卫生纸的生产过程中，电力消耗与制浆对整体环境影响的参与度非常大。对环境造成的负面影响在所有负面影响中占近80％。电力消耗对环境的影响占比高达56.5％。这是由造纸工业的能源消耗和电力生产过程中产生的负面影响造成的。为了维持发动机在卫生纸生产过程中的运动，会消耗大量能量，导致自然环境的退化和污染。尤其是通风干燥过程消耗非常高，因为在此过程中需要加热大量空气。原始制浆对环境的主要影响是城市和农业占地和陆地生态毒性。卫生纸生产过程中自然环境的退化也源于原浆的使用，其生产涉及如下重要的环境因素：原材料的使用，包括木材，化学品和能源的使用，向大气的排放，废水中的污染物排放和固体废物的产生。
除了巨大的能源消耗之外，其影响也体现在温室气体排放、木材消耗、水资源消耗以及固体废物排放。下文将会具体分析1t原木卫生纸的LCA在空气、水体、土地方面产生的衍生影响。
图3 对环境产生主要影响的污染分类图示（作者自绘）
空气——1t原木卫生纸生命周期中来自于化石燃料燃烧及垃圾填埋场分解的甲烷，产生了26,200磅二氧化碳，相当于每年2.4辆汽车的温室气体排放量。
图4 原木卫生纸生命周期中的空气污染物分析（作者根据Life Cycle ImpactAssessment Methodology for Environmental Paper Network Paper Calculator v4.0自绘）
水体——1t原木卫生纸使用169,964升的水，相当于每年运行32.4个洗衣机。
图5 原木卫生纸生命周期中的水体污染物分析（作者根据Life Cycle ImpactAssessment Methodology for Environmental Paper Network Paper Calculator v4.0自绘）
土地——1t原木卫生纸使用了4.9吨木材，由大约32.4棵树木制成。生命周期中的所有耗能，包括所有可再生和不可再生资源的使用，包括黑液和所有木材来源，消耗了4110万BTU的能源，相当于49台冰箱运作耗能。生命周期中产生的污泥和其他废物，以及在垃圾填埋场和焚化炉中处理的已使用纸张，产生了313磅固体废物，相当于71.5个人每天的产生固废量。
图6 原木卫生纸生命周期中的土地污染物分析（作者根据Life Cycle ImpactAssessment Methodology for Environmental Paper Network Paper Calculator v4.0自绘）
4. 原木卫生纸为何耗费了如此多树木？
在美国，纸张消费长期以来一直在增加，进入垃圾填埋场的纸张数量随着购买的纸张数量的增加而增加。美国环保署2009年的实况报告显示，美国平均填埋量的28％被纸张占用。与有机物质食物残渣、树叶等相比，纸张需要相当长的时间来分解，很多人都没有意识到纸张可能需要5到15年的时间才能完全分解。现代世界中大量的纸张可以快速填满垃圾填埋场，减少可用于真正垃圾的空间（无法回收的垃圾）。据科罗拉多大学环境中心的说法，“在这十年中，美国人将扔掉超过550万吨办公用纸和近1000万吨报纸。几乎所有这些都可以回收利用。”美国公司Marcal的首席执行官蒂姆•斯普林 (Tim Spring) 表示“所有纸张制造的60％最终都被填埋，只有40％被重新回收以供进一步使用。我们扔掉足够的纸张来制作卫生纸一辈子，”他说，“大多数纸制品可以经过四个循环再循环，每个循环都会缩短纤维。各种等级的再生纤维可以混合在卫生纸中。”
图7 从原木木浆到回收三次的纸制品纤维强度与产品对照图( Source : Domtar )
5. 再生与原木卫生纸对环境影响的对比研究
* 再生纸与原生纸对空气、水体、土地的污染比较
通过提供从垃圾填埋场转移的废纸量的信用，探索了100％再生纸的温室气体影响指标、海洋酸化影响指标和固体废物影响指标的敏感性分析。为了进行比较，图表中显示了100％原生质纸和100％再生纸（具备垃圾填埋避税信贷）的结果。(具备垃圾填埋避税信贷意味着垃圾转移成本更低，垃圾转移有助于填埋场分流，从而保护自然资源。)根据敏感性分析结果，与100％原生纸相比，100％再生纸对环境显得非常有利，即使没有应用填埋场避税信用，依然有很大的环境保护优势。
图8 敏感性分析Sensitivity Analysis : GHG Impacts, Ocean Acidification,Solid Waste.（Source: SCS Global Services Report）
* 再生纸与原生纸的LCA报告对比分析
通过比较再生纸和原生纸的LCA报告，可以看出对于所有五个影响类别：气候变化（CC），淡水富营养化（FE），光化学氧化剂形成（POF），陆地酸化（TA）和农业占地（ALO）。原生纸与再生纸生产对环境影响的差值为：CC为11％，TA为32％，FE为12％，POF为24％，ALO为70％（数值越大说明再生纸越环保。）
气候变化(CC) 11%：原木卫生纸的全球变暖潜能值（GWP）略高于再生卫生纸。尽管回收造纸过程中（后制浆过程）消耗的能量略高于原始造纸，但原始制浆阶段所需的电量更高。
淡水富营养化(FE) 12%：原木卫生纸的富营养化程度高于再生纸。富营养化是由过量的磷和藻类生长增加引起的过程，这会降低淡水体中溶解氧的水平。
陆地酸化(TA) 32%：陆地酸化会影响土壤的酸度，这会阻碍植物生长或改变生态系统的生物组成。加剧酸化的物质是二氧化硫，氮氧化物和氨;这些排放在原始组织生产中更为普遍。Ecoinvent报告显示这些物质在再生纸浆模型中不存在。
光化学氧化物形成（POF）24%：因为原木纸浆生产和海运运输纸浆等步骤，原生纸具有更高的光化学氧化剂形成潜力。在越洋运输过程中消耗的原木纸浆生产和燃料油耗导致氮氧化物，二氧化硫和二氧化碳的排放。
农业土地占用(ALO) 70%：生产一吨卫生纸每年需要大约989平方米的土地，而再生卫生纸生产需要296平方米/年。用于生产卫生纸的土地被树木占据，将用于纤维生产。
图9 世界十大纸品生产&消耗国家The top ten paper producing&consumption country inthe world (Source: Statista website)
* 再生纸与原生纸对人类健康的影响
原始纸和再生纸的生产是以下环境影响类别的最大影响者：人类毒性，气候变化，人类健康和生态系统以及化石消耗。在原生纸和再生纸的生产中对这些类别的影响构成平均分别为49.85％，15.85％，12.65％和12.35％。在所有影响类别中，原生纸浆的制造在人类健康，生态系统和资源消耗方面比回收纸巾更加密集和严重。
图10 原生于再生卫生纸环境影响评估对比 (Source : Life cycle analysis of tissue paper)
总而言之，来自原始纸浆的薄纸生产过程的整体环境影响比再生纸大0.4Pt（克数单位）。主要是因为原材料（木浆）并与之相关的森林砍伐，运输产生的化石燃料排放，以及最后使用大量水、能源和化学品的制浆过程。
6. 同济大学设计创意学院内卫生纸情况调查
* 学院内卫生纸放置情况调查
图11 学院男女单次如厕平均用纸与建议用纸节数 (来源：作者自绘)
据实地调查，我院厕所分布男女厕所各楼层2间。女厕所一至三楼共20个隔间。男厕所一至三楼共13个隔间。我院在每个隔间内都放有一卷卫生纸。厕所放置的卫生纸为”高品质环保生活用纸“240米，2层。经测量，每节纸125毫米，即一卷卫生纸中有1920节纸。
* 学院内卫生纸使用情况调查
图12 学院一楼提供的的一次性马桶垫 (来源：学院一楼女厕所内拍摄)
若学院内无特殊情况（如大型活动等），女生厕所中每个隔间平均每天用完一卷纸，男生厕所每个隔间平均三天用完一卷纸。
* 学院个人卫生纸使用情况调查
据我们对学院近150个学生的调查，女生平均一次如厕用纸数量为24节，平均取纸次数为3.5次，包含厕前擦马桶圈，用纸垫马桶圈等（一楼的厕所配有一次性马桶垫，用纸数量缩减到13节。虽马桶垫为100%原生浆制造，但经换算单张一次性马桶垫消耗≈4节卫生纸消耗，用纸数量仍净减少9节。）。男生平均一次如厕（大解）用纸数量18节。而日本环境协会曾指出，一个人一次普通如厕用纸数量应控制在9节左右，因此存在严重超量问题。
03/ 设计思考
1. 提高再生纸回收效率
我国在17年的纸品回收率为72%，废纸回收率仅为47%。我国从97年开始就是纸品消费大国，但由于森林资源短缺、废纸回收率低，纸品供需严重失衡。18年中国成为了最大的废止进口国，进口废纸占世界废纸出口量的1/3。而日本是整个亚洲废纸回收率最高的国家，纸品回收率高达80.9%，废纸回收率为64.1%。自2000年起，日本的废纸回收量开始超过国内消费并出口亚洲其他国家，支持全球的废纸回收事业。日本除了政策法规，还有专门的纸张回收据点、网站、回收标准成文规范。这些做法都值得我国思考和借鉴。
图13 各国废纸利用率表（资料来源：日本经济、贸易和工业“纸和纸浆统计年报”）
2. 提倡利用再生纸
美国环保网站Simple Ecology 表示:使用新的卫生纸和由再生材料制成的卫生纸的区别在于浪费的 4 亿棵树，6.6 亿吨水和 4500 万吨石油。由此呼吁人民使用100%的再生卫生纸。并表示通过转化用纸习惯，可以将美国的纸本组织使用量控制到西欧和日本的水平:意味着每年每人减少22kg至15kg的使用量。如果除了卫生纸，其余的家用纸张也变成 100% 的可再生纸的话，一个四口之家将对环境作出以下贡献:每年会增加一又二分之一的活树;造纸业用水和能源消耗将减少一半以上。
中国的废纸进口成本过高，脱墨技术不够完善等问题都在不断得到解决。回收纸宣传也在逐步改善，越来越多的再生卫生纸流入市场，进入人们的生活。回收纸在减少污染的同时怎么通过宣传让人们更乐于接受和使用，也是一个需要解决的问题。
3. 改变再生卫生纸的消费理念
据我们对学院近150个学生的问卷调查，其中有63.8%的同学认为再生纸不那么卫生。而事实上以现在的生产技术，经过一系列严格的分拣、脱墨、消毒工序的再生卫生纸，完全可以达到与原木卫生纸相同的卫生标准。因此目前市面上大多数卫生纸在进行广告宣传时都追求洁净与无暇的商品定位，以纯白为号召；但在欧美国家中，卫生纸已经主打环保与健康、易于环境中（马桶里）分解，降低对环境负担的宣传理念。
图14 再生卫生纸宣传理念断层图示，红点为设计思考切入点，即消费者挑选卫生纸的过程（作者自绘）
因此我们认为，设计可以从消费者挑选环节介入，以卫生纸包装设计为媒介，引导人们的主动行为。在卫生纸的包装上，不仅应该传达给消费者再生卫生纸对环保的益处（如图15紫色框），更应该让大众接受“再生卫生纸很卫生“（如图15红色框）的理念。此外，目前大多数再生纸包装通常采用“树木”作为视觉元素进行广告宣传，和原木木浆卫生纸的包装也没有太大区分。
图15 学院厕所的再生卫生纸盒包装（左, 设计思考图示 / 右，作者自绘）
参考文献
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点评
有关卫生纸的研究思路清晰，信息搜集有质量，而且结合我们身边典型的日常行为做了非常好的实地调研和数据收集，对相关信息的理解、整理、加工、视觉化等均颇为出色，极大增加了该研究的可读性，提升了知识交流、协同学习的效率。有关生命周期的概念理解较为到位，末尾的设计思考较为扎实地建立在此前的研究和调研基础上：从改变消费者认知误区入手，希望通过设计提高大众的认知乃至“助推”自觉行为，不仅以小见大、切实可行，而且具有影响深远的实践价值，这很好地体现了设计的力量所在！也反映出“为可持续而设计”是完全可以结合同学现有的设计技能发生在各层面上，并不依赖于高科技。该小组的协作较强，整个学习过程中的持续修改进步令人印象深刻。总体而言是完整而优秀的小研究。
教学团队 | 朱小村（主讲）、莫娇、曹静、姚雪艳、杨皓、郭光普、潘朝阳（Raefer Wallis）、龚万彬、江垚、王茜、白梓迪、汤润瑜、保佳祺