第二章楊chp2環(huán)境材料評價

1、深圳大學材料學院 深圳大學材料學院 2 生物學家和化學家小組正在將無生氣的物質生物學家和化學家小組正在將無生氣的物質變成活生生的生命，能夠自我復制和進化，已經變成活生生的生命，能夠自我復制和進化，已經具備了具備了“生命生命”的基本特征。的基本特征。 深圳大學材料學院 3n生態(tài)環(huán)境材料概念的提出生態(tài)環(huán)境材料概念的提出 19921992年，日本東京大學的山本良一教授等提年，日本東京大學的山本良一教授等提出了出了“生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料”的概念（的概念（EcomaterialsEcomaterials，由由Envrionmental Conscious MaterialsEnvrionmental

2、 Conscious Materials或或Ecological MaterialsEcological Materials縮寫而成）?？s寫而成）。 按英文字面含義可理解為環(huán)境意識的材料或按英文字面含義可理解為環(huán)境意識的材料或生態(tài)材料，也即環(huán)境友好型材料或環(huán)境協(xié)調性生態(tài)材料，也即環(huán)境友好型材料或環(huán)境協(xié)調性材料。材料。（綠色，環(huán)境友好，生態(tài)，環(huán)境協(xié)調，（綠色，環(huán)境友好，生態(tài)，環(huán)境協(xié)調，生態(tài)環(huán)境材料）生態(tài)環(huán)境材料）山本良一Ryoichi Yamamoto 深圳大學材料學院 4定義：定義：n環(huán)境材料環(huán)境材料是指在加工、制造、使用和再生是指在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環(huán)境負荷、最大使用功能過

3、程中具有最低環(huán)境負荷、最大使用功能的人類所需材料。的人類所需材料。既包括經改造后的現(xiàn)有既包括經改造后的現(xiàn)有傳統(tǒng)材料，也包括新開發(fā)的環(huán)境材料。傳統(tǒng)材料，也包括新開發(fā)的環(huán)境材料。深圳大學材料學院 5n環(huán)境負荷環(huán)境負荷：是指某一具體材料在其生產、使用、消費或再生過程中耗用的自然資源數(shù)量和能源數(shù)量，以及其向環(huán)境體系排放的各種廢棄物（如氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)廢棄物）的總和。即 材料的環(huán)境負荷材料的環(huán)境負荷 資源，能源，排放物資源，能源，排放物 第第2 2章章 環(huán)境材料環(huán)境材料評價方法的研究評價方法的研究深圳大學材料學院深圳大學材料學院深圳大學材料學院 72.1 環(huán)境材料的評價體系n環(huán)境材料評價標準的制訂n評價

4、一種材料是否為環(huán)境材料，首先必須確定評價一種材料是否為環(huán)境材料，首先必須確定評價標準。評價標準。n從環(huán)境材料的定義看，制訂評價標準實際上是從環(huán)境材料的定義看，制訂評價標準實際上是對材料的先進性（功能性），舒適性（經濟性）對材料的先進性（功能性），舒適性（經濟性）和環(huán)境協(xié)調性三個方面進行標準指標定量。和環(huán)境協(xié)調性三個方面進行標準指標定量。 深圳大學材料學院 8 環(huán)境協(xié)調性指材料在整個壽命周期內環(huán)境協(xié)調性指材料在整個壽命周期內對環(huán)境的綜合影響。對環(huán)境的綜合影響。環(huán)境協(xié)調性指標化深圳大學材料學院 9材料的環(huán)境負荷 n對不同類型的材料而言，其對環(huán)境的損傷或影響程度是不相同的。為了定量描述這種損傷或影響

5、的程度，需要引入一個物理量，這就是材料的環(huán)境負荷。n所謂環(huán)境負荷所謂環(huán)境負荷是指某一具體材料在其生產、使用、消費或再生過程中耗用的自然資源數(shù)量和能源數(shù)量，以及其向環(huán)境體系排放的各種廢棄物（如氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)廢棄物）的總和。即 材料的環(huán)境負荷材料的環(huán)境負荷 資源，能源，排放物資源，能源，排放物 深圳大學材料學院 10資源資源可回收的可耗竭資源可回收的可耗竭資源 自然資源分類自然資源分類 可耗竭資源可耗竭資源 可更新資源可更新資源 不可回收的可耗竭資源不可回收的可耗竭資源: 煤、石油、天然氣等能源煤、石油、天然氣等能源資源資源 可更新商品性資源可更新商品性資源 可更新公共物品資源可更新公共物品資源

6、 深圳大學材料學院 11能源的分類能源的分類能源是指提供可用能量的資源，其種類繁多，一類是比較集中且容易轉化的含能物質，稱含能體燃料（燃料能源），如煤炭、石油、天然氣、沼氣、氫等；另一類是可以利用的能量過程（非燃料能源），如太陽輻射、風力，潮汐等。深圳大學材料學院 12能源的分類能源的分類一次能源二次能源常規(guī)能源燃料能源煤炭、油頁巖、油砂、石油、天然氣、生物質能煤氣、甲醇、焦碳、酒精、汽油、甲烷、煤油、柴油、液化石油氣、電力、蒸汽、熱水非燃料能源水能新能源燃料能源核燃料電力、氫能非燃料能源太陽能、海洋能、風能、地熱能、潮汐能深圳大學材料學院 13材料加工和使用過程中的資源和能源消耗材料加工和使

7、用過程中的資源和能源消耗 非再生資源迅速消耗非再生資源迅速消耗 淡水資源不足淡水資源不足 水土流失嚴重水土流失嚴重 人均水平低人均水平低 經濟發(fā)展快，資源需求大經濟發(fā)展快，資源需求大 資源的利用率不高，資源浪費嚴重資源的利用率不高，資源浪費嚴重 礦產能源結構核分布不合理：礦產能源結構核分布不合理：我國萬元我國萬元GDPGDP能耗水能耗水平是發(fā)達國家的平是發(fā)達國家的3 3至至1111倍，單位倍，單位GDPGDP的環(huán)境成本的環(huán)境成本居于世界前列居于世界前列。標準煤標準煤又稱標準燃料，是計算能又稱標準燃料，是計算能源總量和折合各種能源的源總量和折合各種能源的綜合指標，我國規(guī)定每公綜合指標，我國規(guī)定每

8、公斤標準煤的含熱量為斤標準煤的含熱量為7000Cal，以此可把其他，以此可把其他能源的含熱量折合成標準能源的含熱量折合成標準煤來計算。煤來計算。 深圳大學材料學院 14材料加工和使用過程中的資源和能源消耗材料加工和使用過程中的資源和能源消耗深圳大學材料學院 15材料加工和使用過程中的資源和能源消耗材料加工和使用過程中的資源和能源消耗n材料加工和使用過程中的資源消耗材料加工和使用過程中的資源消耗材材 料料鋼材鋼材銅銅鋁鋁鉛鉛鋅鋅單位單位GNPGNP的資源消耗率的資源消耗率* *3.63.63.73.72.42.42.72.72.22.2世界平均水平世界平均水平1 11 11 11 11 1*指在

9、單位國民生產總值條件下，生產某種材料的資源消耗量與世界水平的比較我國幾種原材料的單位我國幾種原材料的單位GNP資源消耗率與世界平均水平的比資源消耗率與世界平均水平的比較較深圳大學材料學院 16材料生產使用過程的排放物及環(huán)境影響材料生產使用過程的排放物及環(huán)境影響材料生產使用過程排放物環(huán)境影響金屬材料無機非金屬材料高分子材料復合材料CO2SO2NOx重金屬離子CH4NH3NO3-HCl粉塵固體廢棄物全球變暖臭氧層破壞光化學煙霧酸化富營養(yǎng)化人體毒性水生生態(tài)毒性大氣污染物大氣污染物水體污染物水體污染物固體污染物固體污染物其他污染其他污染深圳大學材料學院 17材料的環(huán)境影響 大氣層中的某些微量組分，如大

10、氣層中的某些微量組分，如COCO2 2、CHCH4 4、N N2 2O O、CFCCFC（氟氯烷烴）等，能使太陽的短波輻射透過，（氟氯烷烴）等，能使太陽的短波輻射透過，加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射，卻被這加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射，卻被這些組分吸收，使大氣增溫，這種現(xiàn)象稱為些組分吸收，使大氣增溫，這種現(xiàn)象稱為溫室效應溫室效應。 造成全球氣候變暖的主要原因是由于人類活動造成空氣造成全球氣候變暖的主要原因是由于人類活動造成空氣中二氧化碳、甲烷等溫室氣體的含量在逐漸增加。中二氧化碳、甲烷等溫室氣體的含量在逐漸增加。1、全球氣候變暖、全球氣候變暖深圳大學材料學院 18 冰川消融，海平

11、面將升高，許多人口冰川消融，海平面將升高，許多人口稠密的地區(qū)都將被水淹沒。稠密的地區(qū)都將被水淹沒。深圳大學材料學院 192. 臭氧層的破壞 大氣層是指包圍在地球表面并隨地球旋大氣層是指包圍在地球表面并隨地球旋轉的空氣層。轉的空氣層。深圳大學材料學院 20大氣層的結構大氣層的結構(一)對流層(二)平流層 (三)中間層 (四)熱層 (五)逃逸層 按氣溫垂直分布對大氣分層（熱分層）：深圳大學材料學院 21n在大氣的平流層中，集中了大氣中約在大氣的平流層中，集中了大氣中約90%90%的臭氧，其中離地的臭氧，其中離地222225km25km臭氧濃臭氧濃度值達到最高，稱其為臭氧層。如果將度值達到最高，稱其

12、為臭氧層。如果將地球上臭氧壓縮至地球上臭氧壓縮至1 1個大氣壓，其厚度個大氣壓，其厚度僅有僅有3mm3mm左右，就像是一件左右，就像是一件“厚度為厚度為3mm3mm左右的宇宙服左右的宇宙服”。 深圳大學材料學院 22n平流層中的平流層中的O O2 2吸收太陽輻射，發(fā)生化學鍵斷裂，產生吸收太陽輻射，發(fā)生化學鍵斷裂，產生O O3 3和和O O，若，若NONO以某種方式進入同溫層，便發(fā)生重要的鏈式以某種方式進入同溫層，便發(fā)生重要的鏈式化學反應，化學反應，nNONO和和 O O3 3反應，產生反應，產生NONO2 2 NO+ONO+O3 3 NO NO2 2 +O +O2 2nNONO2 2又和氧原子

13、又和氧原子O O反應，再生成反應，再生成NO NO2+O NO NO NO2+O NO +O2+O2n構成催化循環(huán)，其中構成催化循環(huán)，其中NONO和和NONO2 2是催化劑，每個循環(huán)的凈是催化劑，每個循環(huán)的凈效應是減少一個氧原子效應是減少一個氧原子O O和一個臭氧分子和一個臭氧分子O O3 3。 深圳大學材料學院 23n氯氟烴，為化學惰性物質，氯氟烴，為化學惰性物質，對生物不存在毒性和其他對生物不存在毒性和其他有害影響。然而惰性意味著其無處可去，有害影響。然而惰性意味著其無處可去，在大氣中只在大氣中只有一直上升到平流層，才會發(fā)生紫外光解：有一直上升到平流層，才會發(fā)生紫外光解：n CFCF2 2

14、ClCl2 2+hCl+CF+hCl+CF2 2ClCln O O3 3+ClClO+O+ClClO+O2 2n O+ClOCl+O O+ClOCl+O2 2nClCl和和ClOClO形成催化循環(huán)。一個氯原子可以破壞形成催化循環(huán)。一個氯原子可以破壞1010萬個臭萬個臭氧分子氧分子 深圳大學材料學院 24深圳大學材料學院 25（1 1）臭氧的減少使皮膚癌和角膜炎患者增加，誘發(fā)非）臭氧的減少使皮膚癌和角膜炎患者增加，誘發(fā)非常危險的皮膚病常危險的皮膚病-惡性黑瘤，也會損害人的免疫系惡性黑瘤，也會損害人的免疫系統(tǒng)，使傳染病的發(fā)病率猛增。統(tǒng)，使傳染病的發(fā)病率猛增。臭氧層破壞的后果臭氧層破壞的后果深圳大學

15、材料學院 26臭氧層破壞的后果臭氧層破壞的后果（2 2）破壞地球上的生態(tài)系統(tǒng)。過量的紫外線影響植物的）破壞地球上的生態(tài)系統(tǒng)。過量的紫外線影響植物的光合作用，使農作物減產。紫外線還可能導致某些生光合作用，使農作物減產。紫外線還可能導致某些生物物種的突變。物物種的突變。（3 3）引起新的環(huán)境問題，過量的紫外線能使塑料等高分）引起新的環(huán)境問題，過量的紫外線能使塑料等高分子材料更加容易老化和分解，結果又帶來新的環(huán)境污子材料更加容易老化和分解，結果又帶來新的環(huán)境污染染光化學大氣污染光化學大氣污染 深圳大學材料學院 273 3 生物多樣性減少生物多樣性減少在過去的兩億年中，每27年中才有一種植物從地球上消

16、失，每100年有90多種脊椎動物滅絕。深圳大學材料學院 28 地球上究竟存在多少物種？我們目前仍不知曉，大約為1000萬3000萬，其中有140萬已經被命名或被簡單地描述過。 世界上每年至少有5萬種生物物種滅絕，現(xiàn)在物種滅絕的速度是自然滅絕速度的100-1000倍！深圳大學材料學院 294 酸雨n煤炭、天然氣、石油燃燒以及金屬冶煉煤炭、天然氣、石油燃燒以及金屬冶煉等產生的等產生的二氧化二氧化硫、二氧化氮硫、二氧化氮大量排入空氣中，經過復雜的大氣物理和大量排入空氣中，經過復雜的大氣物理和大氣化學過程最終轉化為大氣化學過程最終轉化為硫酸和硝酸硫酸和硝酸等，與水氣或雨雪等，與水氣或雨雪相遇，形成酸雨

17、。相遇，形成酸雨。深圳大學材料學院 30酸雨帶來什么？酸雨帶來什么？n危害生態(tài)系統(tǒng)危害生態(tài)系統(tǒng)n水生生物不能存活水生生物不能存活n土壤酸化土壤酸化n建筑等受損建筑等受損深圳大學材料學院 31對全球的危害對全球的危害n比利時的酸化程度超過正常值的比利時的酸化程度超過正常值的1616倍倍n北美酸雨頻降，北美酸雨頻降，pH34pH34n美國美國1515個州的降水個州的降水pH5pH5n加拿大的酸雨損害面積加拿大的酸雨損害面積120120150150萬平方公里萬平方公里深圳大學材料學院 32對我國的影響對我國的影響n中國酸雨的覆蓋面積約占國土面積的中國酸雨的覆蓋面積約占國土面積的30%30%n主要分布

18、在長江以南、青藏高原以東地區(qū)及四主要分布在長江以南、青藏高原以東地區(qū)及四川盆地川盆地n長沙、長沙、 贛州、重慶、柳州等地贛州、重慶、柳州等地“十雨九酸十雨九酸”，pHpH接近接近3 3深圳大學材料學院 335 森林銳減森林是人類的搖籃“樹木撐起了天空，如果森林消失，世界之頂?shù)奶炜站蜁?，自然和人類就一起死亡?！?深圳大學材料學院 34涵養(yǎng)水源，保持水土，吸收二氧化碳，提供資源能源 森林的作用森林的作用深圳大學材料學院 35 森林銳減的危害森林平均每年消失4000平方公里 一、綠洲淪為荒漠 二、水土大量流失三、干旱缺水嚴重 四、洪澇災害頻發(fā)五、物種紛紛滅絕 六、溫室效應加劇深圳大學材料學院 3

19、6 我國現(xiàn)有森林1337億公頃，森林蓄積量1013億立方米，僅占世界4，林木蓄積不足世界總量的3，人均森林面積011公頃，只有世界平均水平的16。 我國森林現(xiàn)狀深圳大學材料學院 376 土地荒漠化據聯(lián)合國統(tǒng)計，目前荒漠化已影響到全世界15的人口和全球 13的陸地，成為導致貧困和阻礙發(fā)展中國家經濟與社會持續(xù)發(fā)展的重要原因之一。 深圳大學材料學院 38 沙漠化每年埋沒許多村莊、鐵路、公路，造成越來越多的沙塵暴侵襲，給我國經濟建設和人民生活造成巨大經濟損失。 深圳大學材料學院 39沙塵暴深圳大學材料學院 407 大氣污染粉塵、煙液滴、霧、降塵、飄塵、懸浮物等 大氣污染物氣溶膠狀態(tài)污染物氣體狀態(tài)污染物

20、硫氧化合物氮氧化合物碳氧化合物碳氫化合物 深圳大學材料學院 41大氣污染導致每年有30-70萬人因煙塵污染提前死亡，2500萬的兒童患慢性喉炎。 深圳大學材料學院 428 水污染 n水體因某種物質的介入，而導致其化學、物理、水體因某種物質的介入，而導致其化學、物理、生物或者放射性等方面特征的改變，從而影響生物或者放射性等方面特征的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態(tài)環(huán)水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態(tài)環(huán)境，造成水質惡化的現(xiàn)象稱為水污染。境，造成水質惡化的現(xiàn)象稱為水污染。 深圳大學材料學院 43n我國的水資源總量是我國的水資源總量是2.8 2.8 萬億萬億m m3 3，居世界

21、第六位，按人，居世界第六位，按人均計算排第均計算排第109109位，被列入世界位，被列入世界1212個貧水國家名單中。個貧水國家名單中。n水污染帶來的威脅十分嚴重，使缺水問題更加突出。水污染帶來的威脅十分嚴重，使缺水問題更加突出。深圳大學材料學院 44水污染對人體健康的影響水污染對人體健康的影響1.污染的水體含有致病的微生物和病毒等。這些病毒微生物會引起各種腸道傳染病的蔓延。2.水中的有毒有害物質會引起人中毒或慢性中毒。 深圳大學材料學院 45n甘肅省徽縣血鉛超標事件深圳大學材料學院 469 海洋污染聯(lián)合國海洋法公約(The UN Convention on the Law of the Se

22、a)于1982年將海洋污染定義為: 人類直接或間接把物質或能量物質或能量引入海洋環(huán)境,其中包括河口灣,以至造成或可能造成損害生物資源和海洋生物、危害人類健康,妨礙包括捕魚和海洋的其他正當用途在內的各種海洋活動、損壞海水使用質量和減損環(huán)境優(yōu)美等有害影響。 深圳大學材料學院 47海洋海洋生命的搖籃生命的搖籃 45億年前-地球形成38億年前-原始細胞原始藻類-光合作用 生命進化4億年前-魚類2億年前-爬行類、兩棲類、鳥類300萬年前-人類。 深圳大學材料學院 48赤潮頻發(fā)石油污染嚴重廢棄物污染劇增海洋污染的主要表現(xiàn)深圳大學材料學院 49 大量城市工業(yè)廢水和生活污水排入海洋中，氮、磷等營養(yǎng)鹽類，鐵、錳

23、等微量元素以及有機化合物的含量大大增加，赤潮生物大量繁殖。造成魚、蝦、貝類大量死亡，海龜、海豚也不能幸免。 海洋污染帶來的危害深圳大學材料學院 5010 危險性廢物越境轉移 危險性廢物是指除放射性廢物以外，具有化學活性或毒性、爆炸性、腐蝕性和其他對人類生存環(huán)境存在有害特性的廢物。 美國在資源保護與回收法中規(guī)定，所謂危險廢物是指一種固體廢物和幾種固體的混合物，因其數(shù)量和濃度較高，可能造成或導致人類死亡率上升，或引起嚴重的難以治愈疾病或致殘的廢物。 深圳大學材料學院 51 1989年3月簽訂的“控制危險廢物越境轉移及其處置巴塞爾公約” 規(guī)定，應加控制的廢物有： 醫(yī)藥廢物、木材防腐化學品、廢焦油、爆

24、炸廢物、含鈹、砷、鎘、汞、碲、鉈、鉛的化合物，含氰、酚、醚的化合物，多氯苯及二噁英同系物、多氯苯并呋喃同系物，有機溶劑及有機鹵化物等。 深圳大學材料學院 52 根據綠色和平組織的調查報告，發(fā)達國家正在以每年5000萬噸的規(guī)模向發(fā)展中國家轉運危險廢物。 深圳大學材料學院 53環(huán)境協(xié)調性指標化 可以看到環(huán)境影響評估非常復雜，至今還沒有統(tǒng)一的方法，且多限于定性分析。就可行的定量方法而言，可將環(huán)境影響劃分以下幾個指標：深圳大學材料學院 54環(huán)境協(xié)調性指標化將環(huán)境影響劃分以下幾個指標將環(huán)境影響劃分以下幾個指標nADP ADP 不可再生的原料消耗不可再生的原料消耗nEDP EDP 不可再生的能源消耗不可再

25、生的能源消耗nGWP GWP 溫室效應溫室效應nODP ODP 臭氧層的破壞臭氧層的破壞nAP AP 環(huán)境酸化環(huán)境酸化nHT HT 人類健康損害人類健康損害nPOCP POCP 光化學氧化物生成光化學氧化物生成nNP NP 氮化作用氮化作用nECA ECA 生物體之損害生物體之損害深圳大學材料學院 55n指標當量化n采用相對定量的方法，對每種指標選定一種參照物；將污染物的環(huán)境影響作用以參照物的當量表示。 n例如對溫室效應這一指標的當量化：深圳大學材料學院 56深圳大學材料學院 57生態(tài)環(huán)境材料的評價體系生態(tài)環(huán)境材料的評價體系n指標當量化指標當量化n采用相對定量的方法，對每種指標選定一種參照物；

26、采用相對定量的方法，對每種指標選定一種參照物；將污染物的環(huán)境影響作用以參照物的當量表示。將污染物的環(huán)境影響作用以參照物的當量表示。 深圳大學材料學院 58生態(tài)環(huán)境材料的評價體系n環(huán)境協(xié)調性指標化環(huán)境協(xié)調性指標化n生命周期評價（生命周期評價（LCA, Life Cycle AssessmentLCA, Life Cycle Assessment） 目前通常采用目前通常采用LCALCA的基本概念、原則和方法對材料或產的基本概念、原則和方法對材料或產品進行環(huán)境行為評價。品進行環(huán)境行為評價。 生命周期評價是生命周期評價是6060年代末發(fā)展年代末發(fā)展起來的理論，即對產品從最初的原材料采掘到原材料生起來的

27、理論，即對產品從最初的原材料采掘到原材料生產、產品制造、產品使用以及產品用后處理的全過程進產、產品制造、產品使用以及產品用后處理的全過程進行跟蹤和定量分析與定性評價。行跟蹤和定量分析與定性評價。 深圳大學材料學院 59深圳大學材料學院 60LCA方法的起源與發(fā)展方法的起源與發(fā)展nLCALCA方法的發(fā)展歷程大體可分為三個時期：方法的發(fā)展歷程大體可分為三個時期： （1 1）雛形期（）雛形期（2020世紀世紀6060年代末年代末7070年代中）年代中） 生命周期思想開始萌芽，以包裝品為主要研究對象，生命周期思想開始萌芽，以包裝品為主要研究對象，以能源和資源分析為主要研究內容，較少關注潛在的環(huán)境以能源

28、和資源分析為主要研究內容，較少關注潛在的環(huán)境問題。問題。 （2 2）幼年期（）幼年期（2020世紀世紀7070年代中后期年代中后期8080年代后期）年代后期） 環(huán)境問題與能源和資源消耗問題一起成為環(huán)境問題與能源和資源消耗問題一起成為LCALCA考慮的對考慮的對象；案例研究由于方法上的問題而明顯減少，人們開始考象；案例研究由于方法上的問題而明顯減少，人們開始考慮慮LCALCA方法論的統(tǒng)一問題。方法論的統(tǒng)一問題。 （3 3）快速成長與漸趨成熟期（）快速成長與漸趨成熟期（2020世紀世紀9090年代以后）年代以后）深圳大學材料學院 61生命周期評價概述生命周期評價概述n目前比較完善的目前比較完善的L

29、CA定義是定義是1997年國際標準化組織年國際標準化組織（ISO）在）在ISO14014標準中給出的：標準中給出的： “LCA”：是對一個產品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸：是對一個產品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯編和評價。出及其潛在環(huán)境影響的匯編和評價。 “產品系統(tǒng)產品系統(tǒng)”：是通過物質和能量聯(lián)系起來的，具：是通過物質和能量聯(lián)系起來的，具有一種或多種特定功能的單元過程的集合。有一種或多種特定功能的單元過程的集合。 “產品產品”：既可以是一般制造業(yè)的產品系統(tǒng)，也可以：既可以是一般制造業(yè)的產品系統(tǒng)，也可以是服務業(yè)提供的服務系統(tǒng)。是服務業(yè)提供的服務系統(tǒng)。 “生命周期生命周期”：是指產品

30、系統(tǒng)中前后銜接的一系列：是指產品系統(tǒng)中前后銜接的一系列階段，從原料的獲取或自然資源的生成，直到最終處置。階段，從原料的獲取或自然資源的生成，直到最終處置。深圳大學材料學院 62nLCA的技術框架（的技術框架（ISO14040）目標與范圍的確定生命周期評價技術框架清單分析影響評價解釋直接應用： 產品開發(fā)與改進 戰(zhàn)略規(guī)劃 公共政策制定 營銷 其他LCA技術框架技術框架 一個產品完整的生命周期評價的實施方案：一個產品完整的生命周期評價的實施方案：目標范圍確定目標范圍確定-清單分析清單分析-影響評價影響評價-改善評價改善評價。深圳大學材料學院 63深圳大學材料學院 64生命周期評價生命周期評價(LCA

31、)方法方法n清單分析清單分析 水木材煤石油及天然氣礦物資源金屬礦產其他能源生態(tài)系統(tǒng)目標和范圍定義溫室效應酸雨臭氧層破壞有機揮發(fā)物大氣污染物水污染物廢渣排放固體有害污染物光、聲、電磁波污染清單分析示意圖清單分析示意圖深圳大學材料學院 65深圳大學材料學院 66深圳大學材料學院 67深圳大學材料學院 68深圳大學材料學院 69深圳大學材料學院 70深圳大學材料學院 71環(huán)境影響評價示意圖深圳大學材料學院 72 如我國楊建新等人計算出我國全球變暖、酸雨、富營養(yǎng)化三種環(huán)境影響類型的權重系數(shù)分別為0.82、0.73、0.74，再匯總即可算出總的環(huán)境影響潛力。 深圳大學材料學院 73建立起有關產品對資源要

32、求、能源消耗和環(huán)境負載的綜合信息，提供產品系統(tǒng)與環(huán)境間相互作用的盡可能完整的概貌;確定整個周期或特定過程中的資源能源需求和排放量，促進全面和正確地理解產品系統(tǒng)造成的環(huán)境影響; 為關注產品或受產品影響的相關方之間進行交流和對話奠定基礎; 向決策者提供關于環(huán)境的有益的決策信息,包括估計可能造成的環(huán)境影響、尋找改善環(huán)境表現(xiàn)的時機與途徑、為產品和技術選擇提供判據等等。實施LCA的主要目的的主要目的深圳大學材料學院 74國內的國內的LCALCA研究研究 在國內的在國內的LCALCA研究方面，材料生命周期評價（研究方面，材料生命周期評價（MLCAMLCA）方）方面的研究及應用是目前最主要的研究方向之一，也

33、一直是環(huán)面的研究及應用是目前最主要的研究方向之一，也一直是環(huán)境材料研究中的重要組成部分。境材料研究中的重要組成部分。 1998 1998年起，國家年起，國家“九五九五”高新技術研究計劃（高新技術研究計劃（863863計劃）計劃）支持了首項支持了首項“材料的環(huán)境協(xié)調性評價研究材料的環(huán)境協(xié)調性評價研究”課題，由北京工課題，由北京工業(yè)大學牽頭主持，重慶大學、北京航空航天大學、清華大學、業(yè)大學牽頭主持，重慶大學、北京航空航天大學、清華大學、西安交通大學和四川大學等聯(lián)合承擔，與國內一些主要材料西安交通大學和四川大學等聯(lián)合承擔，與國內一些主要材料企業(yè)合作，對國內幾大類主要基礎材料進行了全面的企業(yè)合作，對國

34、內幾大類主要基礎材料進行了全面的MLCAMLCA評評估。估。深圳大學材料學院 75國內的國內的LCALCA研究研究 該項目對我國鋼鐵、水泥、鋁、工程塑料、建該項目對我國鋼鐵、水泥、鋁、工程塑料、建筑涂料、陶瓷等筑涂料、陶瓷等7 7類典型量大面廣的代表性材料進類典型量大面廣的代表性材料進行了生命周期評價研究，初步獲得了以上代表性行了生命周期評價研究，初步獲得了以上代表性材料的環(huán)境負荷基礎數(shù)據。在大量系統(tǒng)工作的基材料的環(huán)境負荷基礎數(shù)據。在大量系統(tǒng)工作的基礎上，總結了材料環(huán)境負荷分析的方法，創(chuàng)新地礎上，總結了材料環(huán)境負荷分析的方法，創(chuàng)新地提出了上述典型材料生命周期評價的新方案和定提出了上述典型材料生

35、命周期評價的新方案和定量方法，構建和設計了材料的環(huán)境負荷基礎數(shù)據量方法，構建和設計了材料的環(huán)境負荷基礎數(shù)據庫框架，并自主開發(fā)了數(shù)據庫管理軟件和材料的庫框架，并自主開發(fā)了數(shù)據庫管理軟件和材料的生命周期評價軟件。生命周期評價軟件。深圳大學材料學院 76生態(tài)環(huán)境材料數(shù)據庫的建立n常用環(huán)境影響數(shù)據庫介紹常用環(huán)境影響數(shù)據庫介紹n大多數(shù)從事大多數(shù)從事LCA研究的單位，基本上都經歷了從具體研究的單位，基本上都經歷了從具體的的LCA案例分析，到建立環(huán)境影響數(shù)據庫這樣一個過案例分析，到建立環(huán)境影響數(shù)據庫這樣一個過程。從程。從20世紀世紀90年代初到現(xiàn)在，全世界圍繞年代初到現(xiàn)在，全世界圍繞LCA研究研究建立的環(huán)境

36、影響數(shù)據庫已超過建立的環(huán)境影響數(shù)據庫已超過1000個，著名的也有十個，著名的也有十幾個。到目前為止，材料類別及用途等方方面面的幾個。到目前為止，材料類別及用途等方方面面的LCA數(shù)據庫幾乎都在建立，由于數(shù)據庫幾乎都在建立，由于LCA數(shù)據具有很強的數(shù)據具有很強的地域性，幾乎各個國家和地區(qū)都需要建立自己的環(huán)境地域性，幾乎各個國家和地區(qū)都需要建立自己的環(huán)境影響數(shù)據庫。表影響數(shù)據庫。表3-6介紹了一些與材料有關的環(huán)境影響介紹了一些與材料有關的環(huán)境影響數(shù)據庫，由表可見數(shù)據庫，由表可見LCA具有地區(qū)和國別的差異。具有地區(qū)和國別的差異。深圳大學材料學院 77深圳大學材料學院 78材料材料LCA評價的應用評價的

37、應用n在過去的在過去的1010年中，通過實施年中，通過實施ISO 14000ISO 14000國際環(huán)境國際環(huán)境管理標準，管理標準，LCALCA的應用已遍及社會、經濟的生產、的應用已遍及社會、經濟的生產、生活的各個方面。生活的各個方面。 在材料領域，在材料領域，LCALCA用于環(huán)境影響評價更是日用于環(huán)境影響評價更是日臻完善。到目前為止，臻完善。到目前為止，LCALCA在鋼鐵、有色金屬材在鋼鐵、有色金屬材料、玻璃、水泥、塑料、橡膠、鋁合金、鎂合金料、玻璃、水泥、塑料、橡膠、鋁合金、鎂合金等材料方面，在容器、包裝、復印機、計算機、等材料方面，在容器、包裝、復印機、計算機、汽車、輪船、飛機、洗衣機及其

38、他家用電器等產汽車、輪船、飛機、洗衣機及其他家用電器等產品方面的環(huán)境影響評價應用都有報道。品方面的環(huán)境影響評價應用都有報道。 深圳大學材料學院 79材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n以高分子材料作為原材料的塑料產品一直以其體輕、性價比高、價格低廉等優(yōu)點而廣為應用，因而使得塑料工業(yè)能成為我國的4大支柱材料產業(yè)而得到突飛猛進的發(fā)展，近幾年來，我國塑料工業(yè)更是以每年平均10 %以上的速度發(fā)展。 然而，塑料工業(yè)除了能給社會提供便利的服務外，也有可能給人們的生活帶來負面的影響。聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polyp

39、ropylene，PP)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、聚氯乙烯(polyechloride，PVC)是工程塑料中最典型的高分子材料。下面從我國的國情出發(fā)，按照ISO14040243中對生命周期評價方法(LCA)的定義對4大通用工程材料的環(huán)境影響進行較為系統(tǒng)的評價。深圳大學材料學院 80材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n1 目標和范圍的定義目標和范圍的定義1. 1 目標的確定 研究目標主要是采用LCA 方法比較PE、PP、PS、PVC 4 大通用工程塑料的環(huán)境影響,以便更好地選用材料，為塑料制品工業(yè)的生態(tài)設計提供參

40、考。為了保證不同材料環(huán)境負荷排序的可靠性，采用不同的環(huán)境影響評價方法對以上材料環(huán)境負荷進行定量的評估。深圳大學材料學院 81材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n1 目標和范圍的定義目標和范圍的定義1. 2 范圍的確定 在評估4大材料生命周期的環(huán)境影響時，研究的起止點放在原油的開采、原油的運輸、原油的提煉、聚合體的生產、廢物處置方面，而材料的使用階段不在本文考慮之列，廢物處置則選擇了有關文獻中認為環(huán)境影響較大的填埋方式，而這種填埋方式也是在我國城市固體廢棄物處置中被普遍采用的。能源生產中所帶來的環(huán)境排放按照各階段的能耗比計入其中。

41、本評價范圍選用的功能單元是1000kg，采用的是LCA 的簡化模型。 此外，由于所研究的材料涉及到多產品系統(tǒng)，將各產品系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據按照質量比例進行了分配。評價中所使用的數(shù)據來源有：企業(yè)內部實際生產數(shù)據、工藝改進的設計數(shù)據、國家環(huán)境保護部門數(shù)據；我國相關的統(tǒng)計年鑒、文獻等公開出版物。深圳大學材料學院 82材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n2 編目分析編目分析2. 1 工藝流程的確定 根據1. 2 所定義的系統(tǒng)邊界和假設，給出以下4 種材料的實際工藝流程圖。深圳大學材料學院 83圖圖1 4 種材料的工藝流程圖種材料的工藝流

42、程圖深圳大學材料學院 84材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n2 編目分析編目分析2. 2 編目數(shù)據的收集 根據圖1所示的工藝流程圖，整理每一生產過程的數(shù)據，可得到如下列表。深圳大學材料學院 85材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n2 編目分析編目分析2. 2 編目數(shù)據的收集 根據圖3.7所示的工藝流程圖，整理每一生產過程的數(shù)據，可得到如下列表。深圳大學材料學院 86材料材料LCA評價的應用評價的應用深圳大學材料學院 87材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典

43、型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n3 影響評價影響評價n3. 1 編目數(shù)據分析 將材料的編目數(shù)據劃分為資源消耗、能源消耗、廢氣、廢水、廢渣排放5 個方面。分別針對PE、PP、GPPS、PVC 這4 種材料進行了比較，結果如圖2圖4 所示，GPPS 在資源消耗、能源消耗、廢氣排放及廢渣排放中影響最大，PVC 在能源消耗、廢氣排放及廢渣排放中居其次，但其廢水排放量最高，資源消耗最小。 PE與PP在這5 項分類中影響相差不大。這種差別不僅源于資源的消耗不同，而且還與其各自的生產工藝相關。深圳大學材料學院 88材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評

44、價幾種典型高分子材料的生命周期評價n3 影響評價影響評價n3. 1 編目數(shù)據分析 深圳大學材料學院 89材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n3 影響評價影響評價n3. 1 編目數(shù)據分析 PE 與PP、GPPS 同為石油化工的加工產品。由于PE 與PP 的上級原料乙烯、丙烯其化學結構相似，根據質量分配原理分配物耗，可知單位質量的乙烯和丙烯所消耗的原油基本相同，PE 和PP化學結構相似，生產過程也相似，因而相同質量的PE 和PP 生產中消耗的乙烯與丙烯相近，其能耗及環(huán)境排放物也相似；而GPPS生產中所使用的上級原料是苯乙烯，苯乙烯是

45、乙烯聯(lián)產品C6 成分的深加工產品，在質量分配中相同質量的苯乙烯和乙烯消耗原油之比約為1.4:1，由此可知產品質量相同時，GPPS 原油消耗約是PE 的1.4 倍。深圳大學材料學院 90材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n3 影響評價影響評價n3. 1 編目數(shù)據分析 能耗方面，生產GPPS 時，由于其苯乙烯生產工藝(主要是能耗大的乙苯脫氫工序) 的加入，使得GPPS 的能耗劇增，在這4 種材料中能耗居于首位。由于在實際生產中大量使用的是二次能源(如電、水蒸汽等)，相應地由這些二次能源所帶來的廢氣、廢水、廢渣排放量也隨之增多；PVC

46、 生產的主要原料是乙烯和氯氣,其原料各占其生產物耗43.6 %和56.4 %，生產中乙烯量的降低引起油耗的降低，這樣使得生產相同質量的產品時，PVC 的原油消耗量顯著低于其它材料。PVC 廢水排放量的突增除了一部分是由氯氣生產及氯乙烯生產環(huán)節(jié)所需大量電力生產帶來的廢水排放外，另一部分則是由于其獨特的懸浮聚合工藝導致耗水量較大，因而使其整個生命周期階段的廢水排放總量在這4 種材料中居于首位。深圳大學材料學院 91材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n3 影響評價影響評價n3. 2 4 種材料環(huán)境負荷值的比較 為了能使環(huán)境影響表現(xiàn)得更

47、加直觀，采用不同的LCA 方法將4 種材料的環(huán)境影響表示為單一的環(huán)境負荷值，鑒于采用的影響因子需具有可比性，這里選取了瑞士的Ecopoint 97 方法、荷蘭的CML2 baseline2000及丹麥的EDIPPUMIP96 方法。上述3 種方法均采用SETAC LCA 的思想將環(huán)境影響進行分類表征，歸一化后取權重，從而得到單一的環(huán)境負荷值。按照這3 種方法計算后，得到如下結果。由圖5 看出，當使用這3 種不同的方法進行環(huán)境負荷評價時，這4 種材料的排列順序大致為：GPPS PVC PE PP 。 深圳大學材料學院 92材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典

48、型高分子材料的生命周期評價n3 影響評價影響評價n3. 2 4 種材料環(huán)境負荷值的比較 深圳大學材料學院 93材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n3 影響評價影響評價n3. 2 4 種材料環(huán)境負荷值的比較n采用Ecopoint方法時，由于固體廢棄物的歸一化因子與權重的影響，使得固體廢棄物成為決定環(huán)境負荷大小的決定性因素，從而使得廢棄物排放量最大的PVC 成為4 大材料中環(huán)境負荷最高的材料，但是由于GPPS 材料生產的CO2 、SOx 的排放及能源消耗造成的環(huán)境負荷高于PVC，這樣使得GPPS 的環(huán)境負荷與PVC 的環(huán)境負荷差別不

49、大；而當采用EDIPPUMIP96 方法和CML2 baseline2000 方法計算時，我們發(fā)現(xiàn)GPPS 的環(huán)境負荷遠高于PVC 的環(huán)境負荷，這是因為此時采用的歸一化因子及權重系數(shù)使得溫室效應、人體毒害、酸化效應及資源消耗等影響因子共同決定總體環(huán)境負荷的大小，由于GPPS 的這幾項環(huán)境影響因子均高于PVC，使得其環(huán)境負荷在這4種材料中也居于首位。 深圳大學材料學院 94材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n4 結論結論n（1） 材料生產的能耗、廢氣、廢水、廢渣排放量的高低不僅取決于資源的消耗量，而且還與材料生產過程密切相關。資源消耗量越大，工藝環(huán)節(jié)越多，則材料生產過程中的能耗以及廢氣、廢水、廢渣排放量也越高。為了降低材料生產的環(huán)境負荷，必須采取資源回收利用、節(jié)約能源及工藝改善等措施。 n（2） 在PE、PP、GPPS、PVC 這4 種高分子材料中，GPPS 與PVC 的環(huán)境負荷明顯要高于PE、PP。因此在確保其性能符合要求的情況下，為了保護環(huán)境,建議盡量采用環(huán)境負荷值較小的PE 和PP。深圳大學材料學院 95材料材料LCA評價的應用評價的應用n幾種典型高分子材料的生命周期評價幾種典型高分子材料的生命周期評價n4 結論結論n（3） GPPS 的生產因