Trade-off between remanufacturing and recycling of WEEE and theenvironmental implication under the Chinese Fund Policy
Zhi Liu
Abstract:China is the second largest producer of waste electrical and electronic equipment (WEEE) in the world.To manage WEEE, the Chinese government has enacted a series of laws and regulations, the mostimportant one being the Chinese Fund Policy. In an industry regulated by disposal fees and subsidises included in the fund policy, companies facing higher manufacturing costs may consider engaging in WEEE collection and recovery. This study considers a manufacturer with a WEEE recycling qualification,which combines remanufacturing and recycling to treat WEEE and sells remanufactured products under its brand name. A stylized model is applied to characterize the optimal solutions for the manufacturer and analyze the effects of the fund policy on the manufacturers collection and recovery decisions.Furthermore, this study investigates the environmental impact of the product using a life cycle analysis ebased (LCA-based) approach and characterizes the conditions under which the recovery of WEEE in-creases the environmental impact of the fund policy. The results herein show that applying for recycling qualifications is always profitable for the manufacturer, and the profits increase as the subsidy increases and the disposal fee decreases. However, high disposal fees or subsidies may have adverse effects on the environment. Low remanufacturing costs and high remanufacturability are not always conducive to the environment, especially for the products with high environmental impact in usage.
1. Introduction
Due to rapid technological development as well as more demanding customers, the life of electronic products is shorter than ever before, which results in higher amounts of waste electrical and electronic equipment (WEEE, also called e-waste). For example, the amount of global WEEE was up to 41.8million tons in 2014 (Wang et al., 2016) and was forecasted to be 50 million tons in 2018 (Bald ? e et al., 2015). If notproperly treated,WEEE canpollutethe soil and groundwater with hazardous substances, such as lead-based solder, arsenic, and selenium, which pose threats to human health and the environment. Meanwhile, some categories of WEEE (e.g., used computers, cell phones, LCD monitors) contain many precious metals, such as gold, silver, copper, and iron, and this metal content is worth much more than the raw ore. Recycling one ton of cell phones would recover 40 times as much gold as mining one ton of raw ore (Hunt, 2013). In order to reduce the influence of WEEE on the environment and improve the utilization of resources,many regulators enacted take-back legislations based on the prin-ciple of extender producer responsibility (EPR), e.g., the WEEE Directive in the EU. These legislations hold the manufacturers physicallyand financially responsible for taking back used products at the end of their useful life and disposing of them in an envi-ronmentally friendly manner (Brouillat and Oltra, 2012; Bernard, 2015). The environmental processing and effective recycling of WEEE have become a global social problem (Li et al., 2017).
China is the largest producer and consumer of electrical and electronic equipment (EEE) in the world. In recent years, EEE has entered the peak of obsolescence and WEEE has been increasing dramatically by 20% each year (Song et al., 2012). The amount of WEEE generated was up to 6.03 million tons in 2014 (Wang et al., 2016) taking up 14.43% of WEEE produced in the world and 37.71% of WEEE produced in Asia (Awasthi et al., 2016). Meanwhile, the illegal importation of WEEE from developed countries makes the management of WEEE more difficult in China (Lundgren, 2012; Bhat and Patil, 2014; Orlins and Guan, 2016). In the face of such a situation, WEEE management has drawn increasing attention. In 2009, the Chinese Government enacted WEEE Recycling Manage- ment Regulation. Based on the regulation, the Administrative Measure on Tax Levy and Use for WEEE Recycling (Short for Measure) was issued on Jul 1, 2012 (Gov.cn, 2012). The regulation and the Measure are named the Chinese Fund Policy. The Chinese Fund Policy states that producers and importers pay disposal fees while qualified dismantlers and disposers obtain subsidies under the allocation and supervision of the government. The implementation of the Chinese Fund Policy has promoted the development of recycling industry to some extent. Since 2016, approximately 109 formal WEEE recycling enterprises have obtained official license for the treatment and disposal of WEEE (http://sohu.com/Sohu.com, 2017). Under the incentive of the recycling subsidy, some manufacturers (referred to as qualified manufactures, e.g., Changhong, Haier, TCL, and Gree) applied for the recycling qualification granted by the government to use approved techniques in handling WEEE properly. Intuitively, the government should encourage manufacturers to collect and dispose WEEE. Because the manufacturers know the detailed structure and materials used in their products, they can maximize the resource utilization and reduce the impacts of hazardous materials on the environment with the least input time and cost, which gives them a tremendous advantage compared with other recycling channels. However, is that still true in practice? In this study, the main goal is to explore whether the WEEE disposal performed by qualified manufacturers always results in lower environmental impacts under the Chinese Fund Policy.Here, environmental impact is defined as possible adverse effects on the environment caused by the products or processes.
Generally, qualified manufacturers can apply two methods to treat WEEE, recycling and reuse. The former refers to the reprocessing of waste materials into the production process, which is often enforced by the government (Esenduran et al., 20
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对WEEE的再制造与回收的权衡以及中国基金政策下的环境影响
Zhi Liu
中国是世界第二大废旧电器和电子设备生产国，为了管理WEEE，中国政府颁布了一系列的法律法规，重要的是中国的基金政策。在一个由处理费用和补贴管制的行业，在基金政策中，面临较高制造成本的公司可能考虑参与电子废弃物收集和复苏。本研究考虑了一个具有WEEE回收资格的制造商，将再制造和回收结合起来处理WEEE和销售该品牌名称再造产品。应用程式化模型对制造商的最佳解决方案进行了描述，并分析了基金政策对制造商的回收决策的影响。此外，本研究采用生命周期分析研究产品对环境的影响基于（LCA-based）的方法，并描述了WEEE的恢复情况及减少基金政策对环境的影响。本文的研究结果表明，回收利用是可行的。对制造商来说，资本总是有利可图的，随着补贴的增加利润也会增加，而且处理费也会降低。然而，高额的处置费用或补贴可能对环境产生不利影响。低的再制造成本和高的可再制造性并不总是对环境有利的，特别是对环境影响较大的产品的使用。
介绍
由于技术的快速发展以及客户的更多要求，电子产品的寿命比在此之前要短，这导致了更多的电子垃圾。电子设备(WEEE，又称电子垃圾)。例如,2014年全球WEEE的数量达到4800吨(Wang 等，2016年），预计2018年将达到5000万吨。(Balde et al .,2015)。如果处理不当，例如铅，焊料、砷和硒等含有害物质的，会污染土壤以及地下水，对人类健康和环境构成威胁。同时，一些类别的WEEE(例如，二手电脑、手机、液晶显示器)包含很多贵重金属，如金、银、铜、铁等，金属含量比原矿的价值要高得多。一吨手机的黄金产量将是采矿业一吨原矿的40倍。(亨特，2013)。为了减少WEEE对环境的影响和改善资源的利用，许多监管机构制定了基于扩大生产者责任原则的回收立法，扩大生产者责任(EPR)，例如，WEEE。
在欧盟指令，这些立法限制了制造商对使用过的产品进行物理和经济上的责任。在他们的使用寿命结束后，用对环境更友好的方法处理他们。(Brouillat和Oltra, 2012;伯纳德,2015)。环境的处理和有效的回收利用已经成为一个全球性的社会问题(Li et al.， 2017)。
中国是最大的电器生产国和消费国。近年来，世界上的电子设备(EEE)已经有了进入淘汰的高峰期，WEEE一直在增加，每年的数量大幅增长20% (Song et al.， 2012)。WEEE在2014年达到603万吨(Wang et al.，2016年），占全球WEEE的14.43%。37.71%的WEEE产自亚洲(Awasthi et al.， 2016)。与此同时,发达国家非法进口WEEE产品使中国的WEEE管理更加困难(Lundgren, 2012;Bhat帕蒂尔,2014;奥林和关,2016)。在这样的情况下，WEEE管理越来越受到关注。在2009年，中国政府颁布了WEEE回收管理监管规定。根据规定，行政管理，关于税收征费的措施，并用于WEEE回收(简称Mea）当然是在2012年7月1日发布的(Gov.cn, 2012)的监管规定，该措施被命名为中国基金政策。中国基金政策规定，生产者和进口商必须支付处理费用，合格的拆解者和处置者获得补贴，以及政府的分配和监督。实现中国的基金政策在某种程度上促进了回收工业发展。自2016年以来,大约有109家正规的WEEE回收企业获得了正式处理和处理WEEE的许可证。(http://sohu.com/Sohu.com，2017)。在回收补贴的激励下，一些制造商(被称为合格的制造商，例如，长虹，海尔、TCL、格力等公司申请回收资质）由政府在处理WEEE时使用已批准的技术。直觉上，政府应该鼓励制造商收集和处理WEEE。因为制造商了解其产品的详细结构和材料，他们可以最大限度地利用资源，使对环境中有害物质的影响输入最少。减少了时间和成本，这与其他回收渠道相比给了他们巨大的优势。然而，这仍然是在实践中。在本研究中，主要的目标是探究由合格的制造商进行的WEEE处理，中国基金对环境影响较低的情况。政策，产品或过程对环境的影响在环境里被定义为可能的不利因素。一般来说，合格的制造商可以采用两种方法处理WEEE，回收和再利用。前者指的是将废弃物重新处理到生产过程中，通常由政府强制执行(esendan等人，2016)。后者被定义为“任何产品或组分不是废物的部分被再次用于同样的目的。他们是根据“WEEE指令，2012/19/EU ?”(指令,2012)。修理、翻新和再制造被认为是再利用方法(Thierry et al.， 1995)。一般来说,再制造通常被认为是更环保的。与其他方法相比，因为它捕获了残留的使用过的产品的材料，使用于生产同等新产品的能源和材料价格节省约80%。(Boone et al.， 2012)，在利润增长中扮演着重要的角色。(Atasu et al.， 2010;熊et al .,2013;顾et al .,2015)。然而，根据中国的基金政策，合格的制造商可以通过回收WEEE获得政府补贴，但是协议中不包括再制造。在这种情况下,制造商需要平衡它们的重复使用和回收操作，收集和处理策略。因此,实现主要目的，本研究需要探讨以下问题:(1)中国的基金政策如何影响合格的制造商的收集和对待处理吗?(2)如何从合格制造商的角度来看这一政策?(3)这个政策的实施对环境影响是否总是有积极的一面?如果不是，什么条件下WEEE的恢复对环境不利?
为了回答这些问题，本文研究了这些问题的处理方法。中国政府规定的费用和补贴。WEEE通过一个程式化的模型。在这个模型中，一个合格的EEE。制造商收集自己的WEEE，结合回收再利用，再制造，然后再通过自己的品牌名称销售在制造产品。我们首先确定处置费用、补贴会影响合格的制造商的收集，再制造，再循环的决策，然后使用基于lca的方法分析政策对环境的影响，以决定关系。在这种情况下，WEEE的恢复对其环境不利。结果表明:
- 较高的处置费用或补贴可以鼓励合格的制造商收集所有可用的WEEE。如果回收WEEE补贴足够高，但是处理费很低，回收再利用比再制造和合格更可取。制造商选择回收来处理所有收集到的WEEE。
- 在中国基金政策的实施下，WEEE的处理对合格的制造商总是有利的。
(3)WEEE处理的环境影响取决于EEE类别、再制造成本、处置费用及补贴。高相关产品使用对环境的影响较低。再制造成本，高处理费和补贴可能导致对环境的不利影响。本文研究的是再制造闭环供应链的流程，引起了相当多的关注。
(Savaskan et al .,2004;Debo et al .,2005;费雷尔和Swaminathan,2010;AkcalıCentinkaya,2011;Souza,2013;euro;Orsdemir et al .,2014;Esenduran et al .,2016;崔et al .,2017;Heydariet,2017;施,2017)。在这个领域中，一个焦点是市场界定和竞争。例如，费勒和斯瓦米纳坦(2006年，2010)和Debo et al.(2005)采用博弈论。集成的模型定价或产品设计决策。制造商面临来自独立再制造商企业的竞争。朱等人(2016)调查了再制造产品在公司的最优定价决策中存在的问题。双寡头竞争在新产品市场和以旧换新市场。另一个焦点是调查环境立法的影响，论EPR的原则，关于利益相关者的决策和对利益相关者在环境方面的决策。例如，Atasu和Wassenhove(2010)提供了最近对一些相关立法，环境、经济和运营方面的观点的影响进行了回顾。Atasu和Subramanian(2012)调查了集体和个人支持对WEEE产品回收法的ducer责任模型，并探讨了它们对产品回收选择、利润和消费者剩余设计的影响。
euro;
奥兹德米尔Denizel,2012年审查了环境法规如何影响专业人员，生产者的回收和产品可恢复性决策。重新设计价值和回收成本和相关的产品组影响了立法的有效性。Atasu和Souza(2013)指出产品回收立法可能带来比自愿回收更高质量的选择。Esenduran Kemahlıoglu-Ziya,2015年比较了集体合规方案和个人他们对公司以及环境的成本的遵守计划。Gui等(2016)开发了
在EPR的实施下，成本效率最大化的机制。esendan等人(2017)探讨了回收的影响。关于再制造水平、消费者剩余、生产的立法。制造商的利润和环境的存在竞争和。在没有竞争的情况下。Favot等人(2017)探讨了这一问题生产者支付的EPR合规费用的经济后果，关于意大利的销售收入。Wang et al.(2017)调查了奖惩机制对定价决策的影响，在非对称信息闭环供应链中采集数量。这些作品的重点是表示回收立法在发达国家的“状态”。然而，中国的基金政策与他们有很大的不同，这是对中国基金政策对环境、经济、和运营决策有价值的探索吗?。中国的基金政策已经实施了五年;然而，据我们所知，只有少数几个研究的重点是政策的影响。在中国，大部分都是这样，WEEE是由非正式的回收者收集和处理的。WEEE使用粗糙但有利可图的手段，使正式的回收者面临产能过剩(Gu et al.， 2017)。因此,一些研究
关注政策对环境、社会的影响，公司在正式和正式之间存在竞争。非正式的回收。例如，Liu等人(2016)开发了以质量为基础的WEEE回收市场价格竞争模型。他们的分析表明，非正式的回收者总是当WEEE的质量高时，有竞争优势吗?但政府的补贴并不可观。李等l(2017)
证明了政府和收藏家都可以通过适当的治理机制，以控制或利用非正式的收集渠道。然而,
政府制定的国家主义不能强制执行在某些情况下的非正式集合治理机制。周等(2017)调查了对政府在补贴设置上的决定以及进一步调查了中国基金政策对中国环境、消费者剩余、供应链利润和市场竞争的影响。Gu等人(2016)以北京电视台为例，研究现有基金制度的绩效。他们指出现有的基金制度加剧了重新分配的混乱，调查了市场，并建立了一个新的基金系统来改善旧电视的复苏。Gu等人(2017)成立了新基金运作模式，以实现可持续的基金制度。解决财政赤字以及生态设计的激励问题是很容易的。除上述研究外，其他研究也进行了研究政策对正式渠道决策的影响。例如，Ma等人(2016)调查了中国基金政策对闭环供应链的决策的影响。混合销售/收集渠道。结果表明,处理费可以提高批发价格，直接销售价格和销售价格;更高的补贴可能会导致更高的补贴，收款价格及WEEE金额。龚等(2016)通过处理费用和对EEE闭环供应链的补贴，分析了三种生产厂家的拆解策略类型的恢复模式。他们的结果表明零售商回收是制造商的最优策略。上述的一些研究与中国基金有关。政策表明，在WEEE市场中，正规回收商与非正式的回收利用的优势主要体现在补贴可以提高竞争力，在一定程度上进一步促进了健康的发展。(Liu et al.， 2016;周et al .,2017;李et al .,2017)。然而，这些研究往往假设正式的回收者通过回收而不是再利用来处理WEEE。在事实上，作为正式的回收商，合格的制造商(例如，TCL，海尔(Haier)可能会将回收和再制造结合起来治疗WEEE。然而，据我们所知，很少有研究探讨了中国基金政策对德债的影响。混合治疗策略这项研究是杰出的早期的研究如下:(1)探索中国基金政策规定的费用和补贴对处置的影响。合格制造商的决定，他们不仅回收，而且还改造电子废弃物。(2)采用基于lca的方法调查中国人对环境进行基金政策的影响。这篇论文的一个新贡献是对方法的识别。合格的制造商进行回收和再制造。对其所处条件的描述和描述，不利于环境下的最优中国基金政策。本研究的结果和结论可以为修改中国基金政策的实际措施和标准提供参考。本文的其余部分组织如下。
第二节描述问题和假设。研究的问题是建模和求解以获取WEEE的最优组合。第三节不同条件下的处理。第四部分采用基于lca的分析环境影响的方法的最优决策。最后，结论和潜在的未来进行了研究和讨论。
- 问题定义和假设
- 有一个垄断制造商和一个WEEE回收资质，生产和销售新的电子和电子产品，然后通过两种恢复模式收集和处理它们。分别使用、回收和再制造的合格的制造商为该产品提供再造品。市场通过再制造，并提供组件和其他制造商通过回收利用的材料。按照有了中国的基金政策，合格的制造商需要支付一种新产品的处理费，并可获得补贴。循环利用一个WEEE而不是重新制造一个WEEE。(龚et al .,2016;刘et al .,2016)。本文考虑一个单一的周期问题，可以看作是一个无限的周期。单周期假设可以解释为产品生命周期的成熟期，在可持续经营管理产品中很常见。(Atasu和Wassenhove,2010;Orsdemir et al .,2014;L. Wang et al.， 2017)。
在稳定状态下，市场规模稳定，有潜在客户在市场中的每一个时期。为简单起见,可以归一化到1，这不会影响结果(Orsdemir et al .,2014)。假设再造品也一样好，作为一个新产品的质量，但有一个再制造的标签。该产品因为损失厌恶，客户的估价比再造品比新产品低(Guide和Wassenhove,2009;Agrawal et al .,2015)。因此,消费者不同的是他们愿意为新产品比再制造产品支付更高的价格。
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