环境材料学 -材料的环境影响评价

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1、 环境材料学材料的环环境影响评评价 主要内容：n材料的环境协调 性评价n常见的环境指标及其表达方法n材料的环境影响评价方法与标准nLCA的技术框架及评价过程如何判断是否是环境材料质量判据经济判据资源判据能源判据环境判据判断依据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。n能耗n环境影响因子n环境负荷单位n单位服务

2、的材料消耗n生态指数n生态因子II、常见见的环环境指标标及其表达方 法n能耗一项指标难 以综合表达对环 境的复 杂影响，故在全面的环环境影响评评价中， 已基本淘汰能耗表示法。能耗n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。n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

3、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 intensityper unit of service, MIPS），指在某一单位 过 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）： n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

4、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；n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、材料的环环境影响评评价方法与标标 准LCA 起源n20世纪60年代-“物质-能量流平衡方法”n80年代-“从摇篮 到坟墓”的生命周期 评价技术n1990年8月由国际环 境毒理学与化学学会(SETAC, Society of Environmental Toxicology

5、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n 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

6、等方法也是完全不同的。n 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n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；n促进全面和正确地理解产品系统造成的环 境影响；n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；n向决策者提供关于环境的有益的决策信息;nLCA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n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。

7、n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 境保护手段由简单简单 粗放向复杂杂精细发细发 展的趋势 。LCA的技术框架及评价过程n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。目标标和范围围确定n目标的定义包括：目的、原因和评价结 果的输出方式。n研究

8、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。编编目分析n定义义：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。n核心：是建立以产品功能单位表达的产品系 统（评价对象）的输入和输出。根据物质平 衡及能量平衡进行正确的调查。n数据获获得：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。影响评评估n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

9、能量交换 对其外部环境的影响。 步骤：n分类n表征n归一化n评价评评估结结果分析n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评评价模型n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 性规划法、层次分析法等。输入输出法线性规划法层次分析法n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建筑瓷砖砖的

10、环环境影响评评价实例2用层次分析法评价n定义一个环境指数为LCA的评价目标。LCA应用实例3目标标和范围围的 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。 编编目分析的主要范围围物质输入 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能耗、排放物 单位输入或输出量能 耗 kJ 6236.25天然资源能耗原 油 kg 1.0

11、5水 kg 3.09大气污染 CO2 kg 4.215SOx g 5.70NOx g 1.95碳氢化合物 g 21.60水质污浊 物质BOD（生化需 氧量）g 忽略COD g 0.80固态废弃物 粉尘 kg 忽略废渣 kg 0.03塑料的生命周期评价（单位：1千克） 产产品系统统工艺艺流程图图烘 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nLCA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

12、完整、有 效的生命周期评价需要较高的费用和很长的时间 。n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。n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

13、自润滑材料环境影响评价矩阵评分结果生命周期 阶段有害 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 消耗总 计产品获取2334343224产品生产2224333120销 售4444443330使用4444444432回收处理4233033321总计1615161914181613127 应用范围的局限性 评估范围的局限性 评估方法的局限性VI、LCA的局限性：应用范围的局限性nLCA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；n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n时间 和地域

14、范围的影响 ；n风险 范围界定的局限性 评估方法的局限性n LCA的评价方法既包括了客观因素，也 包括主观因素；n标准化方面 VII、材料的环境性能数据库n建立材料性能数据库的基本原则n常用环境数据库介绍建立材料性能数据库的基本原 则n（1）有一定的通用性：n（2）要具有可比性；n（3）应具有服务性的功能；n（4）具有预测 性的功能。常用环境数据库介绍n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.orgn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

15、材料环境影响数 据库等 nSimaPro软件 SimaPro软件n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。；n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 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；n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；n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；n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。n该软 件也正在将技术、经济 分析引入到评价体系中。 环境材料学材料的生态设计态设计 主要内容材料产业 的可持续发 展工业生态