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1、环境材料学 材料的环境影响评价,主要内容：,材料的环境协调性评价 常见的环境指标及其表达方法 材料的环境影响评价方法与标准 LCA的技术框架及评价过程,如何判断是否是环境材料,I、材料的环境协调性评价,环境材料主要的问题就是：强调人类与环境的关系必须发生变化（消耗型转变为资源再生型，从损坏环境转变为与环境协调的生产、生活方式）。 在可持续发展思想的指导下，评价系统包括：材料的环境负荷评价系统、材料对自然环境的作用程度评价、现用材料的合理性评价、环境材料的论证体系及其标准、材料再生的合理性评价等。,能耗一项指标难以综合表达对环境的复杂影响，故在全面的环境影响评价中，已基本淘汰能耗表示法。,能耗,
2、能效标准把能效水平分从高到低分为1、2、3、4、5五级进行区分，2级以上的产品才称得上是节能产品。 能耗限定值 E=(VF2.15+VR)FC0.777+303365,表达材料对环境的影响： EAF资源，能源，污染物，生物影响，区域性 比能耗指标要全面综合一些。,环境影响因子- environmental affect factor, EAF,环境负荷单位是用一个综合的指标，包括能 源、资源、环境污染等因素来评价某一产品、 过程或事件对环境的影响。,环境负荷单位,单位服务的材料消耗量（materials intensity per unit of service, MIPS），指在某一单位过
3、程中的材料消耗量，这一单位过程可以是生 产过程也可以是消费过程。,单位服务的材料消耗,生态指数表示法(eco-point)：对某一过程 或产品，根据其污染物的产生量及其他环 境作用大小,综合计算出该产品或过程的生 态指数，判断其环境影响程度。,生态指数,生态因子（eco-indictor, ECOI）： 主要两部分：一部分是材料的环境影响（EI），包括资源、能源的消耗，以及排放的废水、废气、废渣等污染物，加上其他环境影响，如温室效应、区域毒性水平，甚至噪声等因素； 另一部分是材料的使用或服务性能（SP） ECOI=EISP,生态因子,早期单因子法进行评价，但是单因子很难 反映出环境影响的综合效
4、应。 到20世纪90年代初，提出了一个综合的 评价方法生命周期评价方法(life cycle assessment，LCA)。,III、材料的环境影响评价方法与标准,LCA 起源,20世纪60年代-“物质-能量流平衡方法” 80年代-“从摇篮到坟墓”的生命周期评价技术 1990年8月由国际环境毒理学与化学学 会(SETAC, Society of Environmental Toxicology and Chemistry)正式给出LCA的定义和规范。,LCA 定义：是一种评价某一过程、产品或事件从原料投入、加工制备、使用到废弃的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。 目的:在于寻求改善环境影
5、响和合理利用资源的途径。即从“摇篮”到“坟墓”的整个周期。 基本思想是：产品设计应着眼于整个周期过程，以使最终的设计达到环境保护和资源合理利用的目的。,LCA的评估对象,ISO明确定义了LCA的评估对象是产品系统或服务系统造成的环境影响，而不是评估空间意义上的环境的质量，这与环境科学中的环境质量评估有着根本区别。另外，LCA方法着眼于产品生产过程中的环境影响，这与产品质量管理和控制等方法也是完全不同的。 其次，LCA的评估范围要求覆盖产品的整个寿命周期，而不只是产品寿命周期中的某个或某些阶段。,实施LCA的主要目的,帮助提供产品系统与环境之间相互作用的尽可能完整的概貌； 促进全面和正确地理解产
6、品系统造成的环境影响； 为关注产品或受产品影响的相关方(interested party)之间进行交流和对话奠定基础； 向决策者提供关于环境的有益的决策信息; LCA方法鼓励各种组织，尤其是企业，将环境问题结合到他们的总体决策过程中。,LCA的特点,首先，LCA方法不是要求企业被动地接受检查和监督，而是鼓励企业发挥主动性，将环境因素结合到企业的决策过程中。 其次，LCA评估建立在Life Cycle概念和环境编目数据的基础上，从而可以系统地、充分地阐述与产品系统相关的环境影响，进而才可能寻找和辨别环境改善的时机和途径。这体现了环境保护手段由简单粗放向复杂精细发展的趋势。,LCA的技术框架及评价
7、过程,这一结构也叫SETAC三角形，即：编目分析（Inventory analysis）、损害评价（Impact assessment）、改进评价（Improvement assessment）。即由三个顶点（3I）和中心（定义目标和范围）构成。,目标和范围确定,目标的定义包括：目的、原因和评价结果的输出方式。 研究范围包括：规定评价边界、选择和优化评价的模型、明确数据的要求、规定审核方法、审核报告的格式与类型等。必须与目标相一致。,编目分析,定义：是对系统边界内的所有过程中资源的能耗及“三废”排放量对环境负载的影响进行量化的合理分析。 核心：是建立以产品功能单位表达的产品系统（评价对象）的输
8、入和输出。根据物质平衡及能量平衡进行正确的调查。 数据获得：正式出版的文献或有关论文；各类统计年鉴和报表；有关环境数据手册；国家统计局统计结果；各行业的有关环境统计分析资料等。,影响评估,是对编目分析阶段所识别的环境影响压力进行定量或定性的确定、表征和评价，即确定产品系统的物质和能量交换对其外部环境的影响。 步骤： 分类 表征 归一化 评价,评估结果分析,是在清单分析和影响评价基础上，系统地评估产品、工艺过程或活动的整个生命周期内削减能源、原材料的使用和减少废物排放的机会及可能采取的措施。,IV、常用的LCA评价模型,关于LCA评价模型可分为精确方法和近似方法，前者有输入输出法，后者有线性规划
9、法、层次分析法等。,输入输出法,线性规划法,层次分析法,该瓷砖生产线的年产量为30万m2，采用连续性流水线生产。所需原料有钢渣、黏土、硅藻土、石英粉、釉料以及其他添加剂等，消耗一定的燃料、电力产水，排放出一定的废气、废水、废渣。,V、LCA应用实例1建筑瓷砖的环境影响评价,实例2用层次分析法评价,定义一个环境指数为LCA的评价目标。,LCA应用实例3目标和范围的确定,本研究的目的是对聚甲醛基自润滑材料在其原材 料的提取、制备、使用、废弃和再利用的全过程中的 物质、能量输入输出及其污染排放物对环境造成的影 响进行了评价。这一模式能够定性和定量的评价自润 滑材料在整个生命周期中的环境行为。,编目分
10、析的主要范围,物质输入 能量输入 化学回收 机械回收 三废输出 能量输出 其他释放物 能量输出,原料获取,精 炼,制造单体,化学合成,聚合物造粒,运 输,形成产品,产品废弃,塑料的生命周期评价（单位：1千克）,产品系统工艺流程图,烘 干,油井操作,原油运输,原油炼制,石油生产,单体生产,单体合成,聚合物造粒,加入填料,混 合,模压成型,烧 结,使 用,回收利用,简式生命周期评价矩阵的应用,LCA作为一个环境管理决策工具存在着理论和实践上的局限性。研究者必须经常依据工程估计或专业判断等来获取数据，其结果可能造成较大的数据误差，另外从实践上看，完成一个完整、有效的生命周期评价需要较高的费用和很长的
11、时间。 简式生命周期评价矩阵是一种半定量的方法，其评价系统为58二维矩阵，其中一维代表产品生命周期的5个阶段：原料获取、产品生产、销售(包括运输)、产品使用、回收或处置;另一维代表环境因素，为了全面描述产品生命周期全过程的环境行为，一般选定8个环境因素:有害物质、大气污染、水污染、土壤污染、固体废物、噪声、能源消耗、资源消耗。 研究者根据每个元素对环境影响程度的不同划分为5个等级（以数值0，1，2，3，4表示），其中数值越小，表示污染越重。在对矩阵中每个元素取值之后，按照每个元素所得的数值求和作为评价指数。,数据收集,聚甲醛基自润滑材料环境影响评价矩阵评分结果,应用范围的局限性 评估范围的局限
12、性 评估方法的局限性,VI、LCA的局限性：,应用范围的局限性,LCA只考虑生态环境、人体健康、资源和能源消耗等方面的影响因素，不涉及技术、经济或社会效果方面的评价； 不考虑诸如质量、性能、成本、利润、公众形象等影响因素。,评估范围的局限性,时间和地域范围的影响 ； 风险范围界定的局限性,评估方法的局限性,LCA的评价方法既包括了客观因素，也包括主观因素； 标准化方面,VII、材料的环境性能数据库,建立材料性能数据库的基本原则 常用环境数据库介绍,建立材料性能数据库的基本原则,（1）有一定的通用性： （2）要具有可比性； （3）应具有服务性的功能； （4）具有预测性的功能。,常用环境数据库介绍
13、,国际上，提出了一种统一的编目数据格式-SPOLD格式，还建立了一个SPOLD数据库网络。 http：/www.spold.org 我国材料环境影响数据库研究始于90年代中期，如清华大学建立的涂料及表面材料环境影响数据库重庆大学莲立的金属材料环境影响数据库等 SimaPro软件,SimaPro软件,可完整应用于生命周期评估-清单及影响评估的各个阶段，亦可应用于不同生命周期工序阶段。； 丰富的环境负荷数据库，如 ETH-ESU96（能源、电力制造、运输），BUWAL 250 （包装材料的产品、运输、销售及最后处置方面），IDEMAT 2001 （不同材料、工艺和工序的工业设计方面），Dutch
14、concrete（水泥及混凝土）， IVAM （用于建筑部门的超过100种材料和250个工艺生产的有关能源和运输方面）等； 提供多种评价方法，如 Eco-Indicator99，Ecopoints97，CML 92，CML 2(2001)，。用户可以选择一种评价方法模型进行单一评价，也可以同时针对一种产品或服务选择多种评价模型进行对比评价； 使用界面良好，提供向导式的评价模式，自动生成评价工艺流程图，大幅度降低了专业软件的使用难度，便于用户使用和易于理解； 数据处理的图形化，可以直观地描述各工序对整个产品或材料的环境负荷的供献。 该软件也正在将技术、经济分析引入到评价体系中。 ,环境材料学 材
15、料的生态设计,主要内容,材料产业的可持续发展 工业生态学 材料流分析 材料生产的资源效率 材料的生态设计,可持续发展, 、 材料产业的可持续发展,可持续发展 可持续发展的实质是在生产过程中尽量做到少 投入。多产出；在消费过程中尽量做到多利用 少排放。其最终目标是实现经济效益、社会效 益、环境效益的统一 。,材料产业的可持续发展,实现材料可持续发展的关键：开发新材料。,材料产业可持续发展的方向：用资源节约型产品代替资源消耗型产品：用环境协调型工艺替换环境损害性工艺。,材料产业的可持续发展,II、工业生态学,工业生态学原理 工业生态学是一种提高资源效率和促进环境保护的系统原理。 工业生态学的目标是
16、通过分析自然界的生物循环系统，将生物圈的循环原理用于工业过程，把现有的工业体系通过工业生态学的途径，转化为可持续发展的体系，最终实现人类社会的可持续发展。,工业过程的生态结构重组 :,转换的层次：宏观层次是改善整体经济的物质和能源效率； 中间层次：重新审视产品与制造过程，减少废物的排放量； 微观层次：设计最简洁的工艺，优化工艺过程，提高生产效率。 转换的战略：一将废弃物作为资源重新利用，力争达到零排放；二封闭物质循环系统并尽量减少消耗性排放；三工业产品和经济活动的非物质化，降低资源和能源的输入量；四能源脱碳，减少全球温室效应。,凯隆堡生态工业园,3、材料流分析,材料流理论,材料流(materials flow)又称物质流(mass flow)，也称材料链(substance chain)。材料 流理论是指用
