《材料清洁生产与循环经济》课件2-1.pptx

回顾：材料生产使用过程的排放物及环境影响材料生产材料生产使用过程使用过程排放物排放物环境影响环境影响金属材料金属材料无机非金属材料无机非金属材料高分子材料高分子材料复合材料复合材料CO2SO2NOx重金属离子重金属离子CH4NH3NO3-HCl粉尘粉尘固体废弃物固体废弃物全球变暖全球变暖臭氧层破坏臭氧层破坏光化学烟雾光化学烟雾酸化酸化富营养化富营养化人体毒性人体毒性水生生态毒性水生生态毒性大气污染物大气污染物水体污染物水体污染物固体污染物固体污染物其他污染其他污染冶炼1吨钢材的输入和输出参数n 材料的生产过程是一个消耗大量资源、能源、材料的生产过程是一个消耗大量资源、能源、产生大量环境污染的过程。产生大量环境污染的过程。回顾：材料生产使用过程的排放物及环境影响炼钢过程炼钢过程原煤原煤 1.35t水资源水资源 49t标煤标煤1.4104t 铁矿石铁矿石 4t其它其它 0.5t钢钢 1t尾矿尾矿 2.6t废水废水 11t（部分重复利用）（部分重复利用）二氧化碳二氧化碳 2.57104m3二氧化硫二氧化硫 183m3粉尘、废渣粉尘、废渣研究如何减少与材料相关的环境危害是一个十分重要的课题。什么样的材料才称得上是环境材料？这涉及到如何评价材料的环境协调性，即环境表现或环境性能。本章学习内容主要包括：材料的环境协调性评价基本方法生命周期的概念LCA（life cycle assessment）方法的起源与技术框架LCA方法应用示例在进行材料的环境影响评价过程之前，首先要确定用何种指标来衡量材料的环境负担性。关于衡量材料环境影响的定量指标，已提出的表达方法有能耗、环境影响因子、环境负荷单位、单位服务的材料消耗、生态指数、生态因子等。本章内容目 录1常见的环境指标及其表达方法2材料的环境影响评价方法与标准常见的环境指标及其表达方法11 常见的环境指标及其表达方法环境指标 为评价环境质量而针对环境要素设定的衡量标准。是伴随着20世纪中叶环境问题的日益突出而提出的。作用：环境指标是保护社会物质财富和促进生态良性循环，对环境结构和状态，在综合考虑自然环境特征、科学技术水平和经济条件的基础上，由国家按照法定程序制定和批准的技术规范，是国家环境政策在技术方面的具体体现，是执行各项环境法律的基本依据。1 常见的环境指标及其表达方法能耗评价法即在各种材料的生产过程中，用所耗能源的多少来衡量材料对环境的影响。能耗评价法只采用一项指标表达对环境的复杂影响，忽略了进行全面环境影响评价中的多种因素，因此这种方法基本被淘汰。一些材料生产过程的能耗一些材料生产过程的能耗(106J)比较（比较（1 1吨产品）吨产品）1 常见的环境指标及其表达方法环境影响因子评价法 将在生产某种产品时对环境影响的各种因素给以综合考虑，是对能耗评价法的一个补充与修正。环境影响因子(environmental affect factor，EAF)可用下式表示，括号中各种因素都将对环境影响因子产生不同作用。EAFF 资源，能源，污染物，生物影响，区域作用 相对于能耗表示法，环境影响因子考虑了资源、能源、污染物排放、生物影响以及区域性的环境影响等因素，把材料的生产和使用过程中原料和能源的投入以及废物的产出都考虑进去了，比能耗指标要全面综合一些。1 常见的环境指标及其表达方法环境负荷单位法（environmental load unit,ELU）指每生产一个单位(例如1kg)的产品时，其EAF值的大小。可见生产某些贵金属，其环境负荷单位特别大。可见生产某些贵金属，其环境负荷单位特别大。环境负荷单位是一个无量纲的量环境负荷单位是一个无量纲的量，在实际应用中如何换算某种材料的环境负荷单，在实际应用中如何换算某种材料的环境负荷单位并与其他材料的环境影响进行比较，目前还没完全让公众了解和接受。位并与其他材料的环境影响进行比较，目前还没完全让公众了解和接受。一些材料环境负荷单位的比较1 常见的环境指标及其表达方法单位服务的材料消耗 德国渥泊塔研究所的斯密特（schmidt）教授于 1994 年提出 单位服务的材料消耗（Materials intensity per 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。1 常见的环境指标及其表达方法Q:在纳克量级上严格控制有害化学物质的排放，能否做到预防生态灾难？通过某个工程、某种产品、某项服务的活动，再以废弃物的形式排放回去，这是一种不同于传统污染物质造成的环境破坏，是生态灾难总是无法避免的主要原因。当今环境保护政策的误区：纳克量级上严格控制有害化学物质的排放，但生态灾难仍在不断地发生Why？片面地追求物质财富，而没有认清我们从环境中索取兆吨级的物质1 常见的环境指标及其表达方法生态指数(Environmental Impact,EI)即在某一过程中或生产某种产品时，根据其污染物产生的量和其他环境作用的大小，综合计算出该产品或过程的生态指数，判断其对环境影响程度。例如，根据计算，玻璃的生态指数148，而在同样条件下，聚乙烯的生态指数为 220，由此即认为玻璃的环境影响比聚乙烯要小。指数表示法也是无量纲单位表示法。计算新产品或新工艺的环境影响的生态指数是一个很复杂的过程，故目前这些表达法都还不是很通用。1 常见的环境指标及其表达方法生态因子（eco-indicator，ECOI）综合考虑材料的使用性能和环境性能，提出材料的生态因子表示法。主要思路是考虑两部分内容：一部分是材料的环境影响，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；另一部分是考虑材料的使用或服务性能（service performance，SP），如强度、韧性、热膨胀系数、电导率、电极电位等力学、物理和化学性能。对某一材料或产品，用下式来表示其生态因子：式中 ECOI 是该材料的生态因子，El 是其环境影响，SP 是其使用性能。因此，在考虑材料的环境影响时，基本上扣除了其使用性能的影响，在较客观的基础上进行材料的环境性能比较。常见的环境指标1 常见的环境指标及其表达方法l能耗评价法l环境影响因子(Environmental affect factor，EAF)l环境负荷单位法（Environmental load unit,ELU）l单位服务的材料消耗（Materials intensity per unit of service，MIPS）l生态指数(Environmental Impact,EI)l生态因子（Eco-indicator，ECOI）材料的环境影响评价方法与标准22 材料的环境影响评价方法与标准早期曾采用单因子方法来评价材料的环境影响废气排放量评价该材料的大气污染的影响废水排放量评价其对水污染的影响废渣排放量评价其对固体废弃物污染的影响2 材料的环境影响评价方法与标准全球温室效应能耗资源效率研究对环境综合影响废气排放量废水排放量废渣排放量需研究的单因子指标多的单项指标过多，比较起来过于繁琐有些指标还无法进行平行比较存在的问题2 材料的环境影响评价方法与标准引入-生命周期：产品从自然中来再回到自然中去的全部过程，即从摇篮到坟墓（from cradle to grave）的整个生命周期各阶段的总和。具体包括从自然中获取最初的资源、能源，经过开采、原材料加工、产品生产、包装运输、产品销售、产品使用、再使用以及产品废弃处置等过程，从而构成了一个完整的物质转化的生命周期。2 材料的环境影响评价方法与标准生命周期评价法（Life cycle assessment,LCA）生命周期评价：对产品从最初的原材料采掘到原材料生产、产品制造、产品使用以及产品用后处理的全过程进行跟踪和定量分析与定性评价。是一种用于评价与产品或服务相关的环境因素及其整个生命周期环境影响的工具，是目前通常采用的环境协调性评价方法。u生命周期评价生命周期评价-2.flv2 材料的环境影响评价方法与标准RawRawMaterialMaterialFabrication StepsFabrication StepsUseUseEnd of LifeEnd of LifeEmissions to air,water and landRaw material and energy consumption生命周期思想 2 材料的环境影响评价方法与标准生命周期生命周期5个阶段：个阶段：a.生产前阶段生产前阶段,b.产品生产产品生产c.产品运输产品运输,d.产品使用产品使用e.翻新、再循环或最终处置翻新、再循环或最终处置2 材料的环境影响评价方法与标准LCA 的起源的起源LCA概念最早于20世纪60年代末70年代初在美国出现。1969年每中西部研究所对可口可乐饮料包装瓶进行评价。两个组织在 LCA 的研究和推广应用中起到了重要的作用：LCA 作为正式的环境评价术语是由国际环境毒理和化学学会（SETAC）在1990 年提出的，并给出了 LCA 的定义和规范（1993年LCA指南：操作规则）。其后，国际标准化组织（ISO）将LCA方法在全世界范围内进行了标准化的推广，1997年纳入为ISO 14000 国际环境管理系列标准之一。2 材料的环境影响评价方法与标准LCA 的起源的起源关于环境影响分析方法都采用了生命周期的概念，但在不同的研究机构和企业中却使用了不同的名称。例如：环境设计（design for the environment）环境意识设计与制造（environmentally conscious design and manufacturing）绿色设计（green design）寿命全程设计（life cycle design）产品责任意识（product responsibility）环境质量设计（environmental quality）产品完整性设计（product integrity）2 材料的环境影响评价方法与标准ISO 14000 国际环境管理系列标准框架示意图 ISO 14000 中 6 大系列标准之一，14040-14049 2 材料的环境影响评价方法与标准 生命周期评价(LCA)的定义在1993 年，SETAC 对 LCA 定义：Life Cycle Assessment is a process to evaluate the environmental burdens associated with a product，process，or activity by identifying and quantifying energy and materials used and wastes released to the environment；to assess the impact of those energy and material uses and releases to the environment；and to identify and evaluate opportunities to affect environmental improvements.The assessment includes the entire life cycle of the product，process，or activity，encompassing extracting and processing raw materials；manufacturing，transportation and distribution；use，re-use，maintenance；recycling，and final disposal.2 材料的环境影响评价方法与标准译文：通过确定和量化相关的能源、物质消耗、废弃物排放，来评价某一产品、过程或事件的环境负荷，并定量给出由于使用这些能源和材料对环境造成的影响；通过分析这些影响，寻找改善环境的机会；评价过程应包括该产品、过程或事件的寿命全程分析，包括从原材料的提取与加工、制造、运输和分发、使用、再使用、维持、循环回收，直至最终废弃在内的整个寿命循环过程。2 材料的环境影响评价方法与标准在1997 年 ISO 制订的 LCA 标准（ISO 14040 系列）中也给出了 LCA 和一些相关概念的定义：Life cycle assessment：Compilation and evaluation of the inputs，outputs and the potential environmental impacts of a product system throughout its life cycle.Product system：Collection of materially and energetically connected unit-processes which performs one or more defined functions.（NOTE：In this International Standard，the term“product”used alone not only includes product systems but can also include service systems.）Life cycle：Consecutive and inter-linked stages of a product system，from raw material acquisition or generation of natural resources to the final disposal.2 材料的环境影响评价方法与标准译文：“LCA”：是对一个产品系统的生命周期中(能量和物质的)输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价。“产品系统”：是通过物质和能量联系起来的，具有一种或多种特定功能的操作过程单元的集合。“产品”：既可以是一般制造业的产品系统，也可以是服务业提供的服务系统。“生命周期”：是指产品系统中前后衔接的一系列阶段，从原料的获取或自然资源的生成，直到最终处置。谢 谢