生態(tài)材料導(dǎo)論課件

生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(1)

授課教師：余慶仁 0933601801cly@.tw課程概述與目標(biāo)：

本課程探討材料與環(huán)境、資源之關(guān)係並介紹各類材料特性、功能與利用，與各類材料之生態(tài)化與生態(tài)改造方法與實例。教材1.生態(tài)材料導(dǎo)論，洪紫萍、王貴公著，魏漣邦校訂，五南書局，民國93年2.教師自編講義

生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(1)授課教師：余慶仁1生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(2)課程簡介緒論材料與生態(tài)系統(tǒng)生命週期評估與生態(tài)化設(shè)計清潔生產(chǎn)與循環(huán)再生材料特性木材金屬材料高分子材料陶瓷與建築材料課程大綱生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(2)課程簡介材料特性課程大綱2生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(3)主要參考與指定閱讀書目．生態(tài)環(huán)境材料，王天民主編，王文雄與白育綸編修，新文京開發(fā)，民國93年．機械材料，金重勳著，復(fù)文書局，民國91年．產(chǎn)業(yè)減廢與資源化，陳有志著，高立圖書，民國89年．工程材料，沈保羅主編，黃振賢審定，新文京開發(fā)，民國90年．EngineeringMaterials,Budinski&Budinski,Pearson,2005．MaterialsSelectioninMechanicalDesign,M.Ashby,Elsevier,2005．DesignforEnvironment,J.Fiskeled.,McGraw-Hill,1995．FoundationofMaterialsScienceandEngineering,W.F.Smith,McGraw-Hill,2002(中譯本:劉品均與施佑蓉譯，高立圖書，民國94年)．

MaterialsScienceandEngineering,AnIntroduction,6thEd.

W.D.Callister,Jr.

JohnWiley&Sons,2003(中譯本:陳文照等譯，高立圖書，民國95年)生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(3)主要參考與指定閱讀書目3生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(4)教學(xué)方式 教室講述教學(xué)成績評量及標(biāo)準(zhǔn) 平時成績包括作業(yè)，課堂表現(xiàn)等(佔30%)、 期中考(佔35%)、 期末考(佔35%)生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(4)教學(xué)方式4生態(tài)材料導(dǎo)論AnIntroductiontoEcomaterials洪紫萍、王貴公編著魏漣邦校訂生態(tài)材料導(dǎo)論AnIntroductiontoEcoma5目錄Chapter1概論Chapter2材料與生態(tài)系統(tǒng)Chapter3生態(tài)材料評估Chapter4生態(tài)材料設(shè)計、生產(chǎn)、循環(huán)再生Chapter5木材Chapter6金屬材料Chapter7高分子材料Chapter8複合材料Chapter9陶瓷Chapter10包裝材料Chapter11建築材料目錄Chapter1概論6生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展生態(tài)材料發(fā)展時期：一、原始生態(tài)材料時期

人口稀少，主要以天然資源為衣、食、住、行的材料，人類行為是利用自然界的物質(zhì)資源屬於原始生態(tài)模式，對自然生態(tài)系統(tǒng)基本不造成危害。二、準(zhǔn)原始生態(tài)材料時期人類開始進入農(nóng)業(yè)時代，使用材料依然以天然資源和人工栽培、飼養(yǎng)的生物為主要原料，出現(xiàn)了陶瓷、冶金業(yè)，人類只能製造與使用自然資源，進行簡單加工的材料，以提高生活品質(zhì)。生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展生態(tài)材料發(fā)展時期：7生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展三、非生態(tài)材料時期人類進入工業(yè)文明時代，大量開採地球上的各種資源，加以使用和消費，並排放生物難以分解的廢污。環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，進入80年代，資源、能源變成世界性大流動，生態(tài)環(huán)境破壞擴展到全球，例如「溫室效應(yīng)」。社會的成長方式呈指數(shù)型，其數(shù)學(xué)式如下：若成長率為7%，則倍增期為10年。生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展三、非生態(tài)材料時期若成長率為7%，則倍8生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展四、生態(tài)材料時期

材料持續(xù)利用在於材料應(yīng)以「社會經(jīng)濟自然生態(tài)效益」的統(tǒng)合為著眼點，隨著材料的使用範(fàn)圍和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生態(tài)環(huán)境依然得到保護，較小的破壞作用，使傳統(tǒng)的材料工業(yè)轉(zhuǎn)變成生態(tài)材料工業(yè)，進入材料工業(yè)永續(xù)發(fā)展時期。生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展四、生態(tài)材料時期9生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展生態(tài)材料概念的產(chǎn)生和研究進展：20世紀(jì)80年代以來國際社會關(guān)注的焦點從單純注重環(huán)境問題逐步轉(zhuǎn)移到環(huán)境與發(fā)展二者的關(guān)係。美國和歐洲學(xué)者也提出綠色材料、生態(tài)友善材料、生態(tài)製程、生態(tài)產(chǎn)品、環(huán)保標(biāo)章、環(huán)境友善材料和製程等概念，但均處於發(fā)展階段ISO14021—99環(huán)保標(biāo)章和環(huán)境宣告中指出「模糊的或不具體的，或泛泛表明產(chǎn)品是對環(huán)境有利或環(huán)境無危險的環(huán)境訴求不應(yīng)使用生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展生態(tài)材料概念的產(chǎn)生和研究進展：10生態(tài)材料之特性1990年，山本良一教授認(rèn)為21世紀(jì)材料應(yīng)具有綜合性能: 1.人類活動領(lǐng)域的可擴展性(Expandability) -人類活動範(fàn)圍更廣；傳統(tǒng)材料的特性 2.生態(tài)相容性(co-existability) -材料與自然和諧 3.寧適性(Optimizability) -材料與人和諧(人類生活品質(zhì)提升)生態(tài)材料之特性11生態(tài)材料學(xué)的研究對象和任務(wù)生態(tài)材料的定義(屬性)1.具有傳統(tǒng)材料的四大要素，即成分、結(jié)構(gòu)、製程和性能。2.可使用性，可用於社會經(jīng)濟的各種需求。3.經(jīng)濟性，傳統(tǒng)上人們可以承受的價格。4.生態(tài)屬性，即材料的整個生命週期環(huán)境負(fù)荷低，可再循環(huán)、資源利用效率高的涵義。生態(tài)材料學(xué)的研究對象和任務(wù)生態(tài)材料的定義(屬性)12傳統(tǒng)材料的四大要素成分:元素與化合物種類與含量結(jié)構(gòu):各成分排列方式製程:製造材料之過程性能: 機械-彈性係數(shù)、硬度、抗拉強度、延展性等 熱力學(xué)-熔點、沸點、熱傳導(dǎo)係數(shù)、吸放熱量等 電子性-導(dǎo)電性、介電係數(shù)等

光學(xué)性-透光度等傳統(tǒng)材料的四大要素成分:元素與化合物種類與含量13材料可使用性工程材料 種類:金屬材料、高分子材料、陶瓷與建築材料、複合材料(兩種以上材料組成)

美國1990年之使用量: 木材-3×1011磅 高分子-3×1010磅 鋼鐵-1×1011磅 鋁-2×109磅 水泥-1×1011磅 銅-1×109磅

汽車1500Kg其中

鋼鐵:50-60%塑膠:10-20%

鋁:5-10%其他材料可使用性工程材料14材料之經(jīng)濟性材料之經(jīng)濟性15生態(tài)材料學(xué)的研究對象和任務(wù)材料的生態(tài)相容性判定原因:材料對生態(tài)環(huán)境的壓力(1)直接對人類、生物造成危害(2)生活環(huán)境受到壓力(3)破壞可再生資源的循環(huán)系統(tǒng)(4)對不可再生資源的大量消耗環(huán)境負(fù)荷之定義如果有物質(zhì)排放，就產(chǎn)生了壓力，對此，環(huán)境則作出反應(yīng)而形成某種狀態(tài)，這個狀態(tài)與物質(zhì)排放以前的狀態(tài)比較，如果判斷者作出狀態(tài)惡化的結(jié)論時，就將物質(zhì)排放定義為環(huán)境負(fù)荷生態(tài)材料學(xué)的研究對象和任務(wù)材料的生態(tài)相容性判定16判斷材料生態(tài)相容性的必要條件(1)材料生產(chǎn)所需能量低。(2)材料生產(chǎn)過程無污染。(3)原材料可再資源化。(4)不過度消耗資源。(5)使用後或解體後可再利用。(6)可保證原料的持續(xù)生產(chǎn)。(7)廢材的最終處理不污染環(huán)境。(8)對使用人的健康無害。判斷材料生態(tài)相容性的必要條件(1)材料生產(chǎn)所需能量低。171.探索材料系統(tǒng)和自然—經(jīng)濟—社會生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)係．尋求對材料系統(tǒng)和自然、經(jīng)濟、社會生態(tài)系統(tǒng)之掌握與整合2.材料整個生命週期對生態(tài)系統(tǒng)包括地球生態(tài)系統(tǒng)、廣域生態(tài)系統(tǒng)、地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的影響，尤其是未來的潛在影響促使建立新的模式．材料整個生命週期在時間與空間上對生態(tài)系統(tǒng)的影響生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(1)1.探索材料系統(tǒng)和自然—經(jīng)濟—社會生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)係生態(tài)材料18生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(2)3.傳統(tǒng)材料的生態(tài)化、新型生態(tài)材料和生態(tài)材料設(shè)計、生產(chǎn)的原則原料製造過程加工處理材料(較原始)材料產(chǎn)品使用後回收資源化廢棄考量點:資源、能源、污染、使用性、經(jīng)濟性、需求量封閉循環(huán)系統(tǒng)，以降低環(huán)境負(fù)荷生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(2)3.傳統(tǒng)材料的生態(tài)化、新型生態(tài)19生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(3)1.現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設(shè)計現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設(shè)計是以降低資源、能源消耗，降低環(huán)境負(fù)荷，經(jīng)由環(huán)保標(biāo)章標(biāo)準(zhǔn)等為主要目的之設(shè)計2.新型生態(tài)材料的生態(tài)設(shè)計需要建立完善材料生態(tài)設(shè)計的數(shù)據(jù)庫和知識庫，以人工智慧、模式識別、電腦模擬等技術(shù)作為設(shè)計支援系統(tǒng)生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(3)1.現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設(shè)計20生態(tài)材料之類型1999年原田幸明提出生態(tài)材料的三種類型（廣義的生態(tài)材料化），見圖1-1。圖1-1生態(tài)材料的三種類型（廣義的生態(tài)材料化）生態(tài)材料之類型1999年原田幸明提出生態(tài)材料的三種類型（廣義21生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容1.材料的經(jīng)濟、技術(shù)、生態(tài)環(huán)境調(diào)和研究2.材料生命週期評估3.材料的生態(tài)設(shè)計、可循環(huán)再生設(shè)計、產(chǎn)品可拆卸設(shè)計4.材料的清潔生產(chǎn)5.生態(tài)材料物質(zhì)流和能流循環(huán)再生及相關(guān)技術(shù)包括以下兩個方面：(1).開路技術(shù):例如生物合成(2).閉路技術(shù):包括可再生材料設(shè)計生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容1.材料的經(jīng)濟、技術(shù)、生態(tài)環(huán)境調(diào)和研究226.傳統(tǒng)材料的生態(tài)化及其相關(guān)技術(shù)生態(tài)化及其技術(shù)：(1)採用新製程、新技術(shù)，提高資源、能源效率。(2)提高材料壽命有關(guān)技術(shù)ISO14021—99環(huán)保標(biāo)章和環(huán)境宣告對「壽命延長的產(chǎn)品」定義為「根據(jù)壽命提高或某種品質(zhì)改進的特徵，使用資源或廢棄物減少而延長使用時間的產(chǎn)品」。(3)生產(chǎn)過程儘可能使用循環(huán)再生材料技術(shù)ISO14021—99環(huán)保標(biāo)章和環(huán)境宣告對「再循環(huán)材料」定義為「藉由一個製造過程由回收的材料加工而成，並製成最終產(chǎn)品或構(gòu)成一種產(chǎn)品的部分材料」。生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))6.傳統(tǒng)材料的生態(tài)化及其相關(guān)技術(shù)生態(tài)化及其技術(shù)：生態(tài)材料學(xué)的23生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))(4)生產(chǎn)過程無廢污排放技術(shù)（Zero-Emission）。(5)使用容易後處理的代用材料技術(shù)（Refine）。(6)儘可能減少材料生命週期各階段廢污排放的技（Reduce）。(7)材料生命週期各階段產(chǎn)生的廢棄物能得到有效利用的技術(shù)（Recycle與Recovery）。(8)材料能夠再重新使用的技術(shù)（Reuse)生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))(4)生產(chǎn)過程無廢污排放技術(shù)24生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))7.新型生態(tài)材料及其相關(guān)技術(shù)(1)環(huán)境修復(fù)和淨(jìng)化材料。(2)根據(jù)環(huán)境和使用條件變化，自行調(diào)整的智慧型材料。(3)超導(dǎo)材料，沒有電阻，無疑節(jié)省了大量資源和能源。(4)奈米技術(shù)和材料，可使產(chǎn)品小型化、節(jié)能、省資源。(5)仿生材料，仿生材料就是從天然材料尋求啟發(fā)和模擬製造新型生態(tài)材料。其他低環(huán)境負(fù)荷相關(guān)新技術(shù)，低資源、能源消耗的技術(shù)，例如無紙辦公、無線微波輸電、微型化技術(shù)等。生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))7.新型生態(tài)材料及其相關(guān)技術(shù)25生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))小結(jié):人類使用材料與自然之互動層次生態(tài)化污染預(yù)防與清潔生產(chǎn)減廢回收再利用污染控制(管末處理)廢棄生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))小結(jié):人類使用材料與自然之互動層次26生命週期之物質(zhì)流．生命週期分為生物生命週期和非生物生命週期．ISO14040將生命週期定義為「一個產(chǎn)品或服務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)和互相關(guān)聯(lián)的階段，從天然資源的開採到最終處理?！梗牧虾彤a(chǎn)品生命週期物質(zhì)流大致可分為三種類型，見圖1-2。1.集約型:由各式各樣組件裝配成產(chǎn)品，集中匯總再循環(huán)的類型。2.擴散型以材料為中心，經(jīng)過分離開採副產(chǎn)物後，對應(yīng)於多種目的生命週期類型(材料的生命週期基本上是擴散型的)。3.相關(guān)型工業(yè)部門之間相互依存、相互關(guān)聯(lián)宏觀的物質(zhì)流類型。生命週期之物質(zhì)流．生命週期分為生物生命週期和非生物生命週期27生命週期之物質(zhì)流(2)圖1-2材料和產(chǎn)品生命週期的三種物質(zhì)流集約型擴散型生命週期之物質(zhì)流(2)圖1-2材料和產(chǎn)品生命週期的三種物質(zhì)28圖1-2材料和產(chǎn)品生命週期的三種物質(zhì)流(續(xù))相關(guān)型圖1-2材料和產(chǎn)品生命週期的三種物質(zhì)流(續(xù))相關(guān)型29材料物質(zhì)流與自然生態(tài)系統(tǒng)

自然生態(tài)系統(tǒng)是材料生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)來源，也是材料或其殘餘物質(zhì)的受體。

材料系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流循環(huán)見圖2-1材料物質(zhì)流與自然生態(tài)系統(tǒng)30材料物質(zhì)流與自然生態(tài)系統(tǒng)材料物質(zhì)流與自然生態(tài)系統(tǒng)31

圖2-3自然物質(zhì)流例材料物質(zhì)流與自然生態(tài)資源材料物質(zhì)流與自然生態(tài)資源32原料需求量原料需求量33物質(zhì)流分析目的:提高資源利用效率，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染例:1991年德國之物質(zhì)流分析數(shù)據(jù)(單位百萬噸)資源輸入 資源輸出非生質(zhì)資源4027 廢棄物 2891(包括化石能源366) 儲存 818生質(zhì)資源 199 水氣蒸發(fā) 647空氣(N2與O2)1095 氣體排放 1116進口

433 (CO2

1063,NOx/SOx/CO20)

排放水中 34 材料產(chǎn)品損耗37

出口 211合計 5754 5754物質(zhì)流分析目的:提高資源利用效率，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染34材料與自然生態(tài)資源系統(tǒng)的調(diào)和1.可再生生物資源系統(tǒng)

材料系統(tǒng)對可再生生物資源系統(tǒng)的依賴性以森林、農(nóng)牧業(yè)作為原料，經(jīng)加工作為紙、木材與紡織材料

材料系統(tǒng)與可再生生物資源系統(tǒng)調(diào)和發(fā)展時的永續(xù)利用性培育可再生生物資源和合理開伐利用

資源系統(tǒng)相互對立時的惡性循環(huán)性過度利用資源而未能及時培育或違背生態(tài)規(guī)律，造成更多環(huán)境問題材料與自然生態(tài)資源系統(tǒng)的調(diào)和1.可再生生物資源系統(tǒng)35材料與自然生態(tài)資源系統(tǒng)的調(diào)和(2)2.可循環(huán)再生環(huán)境資源系統(tǒng)可循環(huán)再生環(huán)境資源與可再生生物資源相互結(jié)合性太陽、潮汐、風(fēng)、海洋與土地對可再生生物資源影響很大，亦對材料系統(tǒng)產(chǎn)生影響

系統(tǒng)對各種可循環(huán)再生環(huán)境資源依賴性不同

?太陽、潮汐、風(fēng)、海洋是恆定性環(huán)境資源，但材料系統(tǒng)對其直接依賴性較小，宜於未來提高在能源與材料用途之比率?材料系統(tǒng)對水資源與土地資源之依賴性大且用途具多樣性，宜應(yīng)保護與合理利用水資源與土地資源材料與自然生態(tài)資源系統(tǒng)的調(diào)和(2)2.可循環(huán)再生環(huán)境資源系統(tǒng)36材料與自然生態(tài)資源系統(tǒng)的調(diào)和(3)3.不可再生礦物資源材料系統(tǒng)對不可再生礦物資源系統(tǒng)的依賴性

不可再生礦物資源系統(tǒng)(礦物與化石能源)為材料系統(tǒng)之主要來源，依賴性極大且用途具多樣性不可再生礦物資源分布不均勻性和消費不均衡性

不可再生礦物資源地域分布不均勻目前不可再生礦物之消費不均衡且不公平-已開發(fā)國家為主要之消費者不可再生礦物資源的動態(tài)性

材料科技之發(fā)展有助於提升對不可再生礦物資源之利用率材料與自然生態(tài)資源系統(tǒng)的調(diào)和(3)3.不可再生礦物資源37材料與再生資源1.再生資源的定義在社會的生產(chǎn)、流通、消費過程中產(chǎn)生的不再具有原使用價值，而以各種形式儲存的物料，可以藉由不同的加工途徑而使其重新獲得使用價值2.再生資源的特點:(1)再生資源的集中和分散(2)可利用價值高，對保護資源和環(huán)境貢獻率高(3)資源來源具有永續(xù)性(4)再生資源物質(zhì)流的逆向性(又稱為「負(fù)過程」、「還原過程」、「靜脈流程」)(5)材料與材料廢棄回收物的性能、附加價值的逆向性材料與再生資源1.再生資源的定義38材料與能源當(dāng)今世界探明儲量的礦種有150多種。世界一次能源結(jié)構(gòu)-煤占28%，石油38%，天然氣21%，核電和水電13%在能源結(jié)構(gòu)上，完成了由煤向石油的轉(zhuǎn)換，預(yù)測未來50年結(jié)構(gòu)上不會發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變!世界能源供需預(yù)測見表2-1

材料與能源39材料與能源(2)材料與能源(2)40臺灣之電力能源結(jié)構(gòu)火力發(fā)電26448千瓦73.2%核能 5144 14.2%水力26027.2%其他再生能源19285.3%臺灣之電力能源結(jié)構(gòu)火力發(fā)電26448千瓦41材料與當(dāng)代環(huán)境問題依據(jù)1989年內(nèi)羅比環(huán)境大會的決議，將全球環(huán)境題按其相對嚴(yán)重程度排列如下： 1.溫室效應(yīng)。 2.臭氧層破壞。 3.酸性沈降。 4.飲用水污染。 5.海洋污染。 6.森林面積縮小。 7.土壤沙漠化。 8.物種消失。 9.有毒廢棄物處理。材料與當(dāng)代環(huán)境問題依據(jù)1989年內(nèi)羅比環(huán)境大會的決議，將全球42溫室效應(yīng)1997年12月在日本，170多個國家政府代表就全球氣候變化問題達(dá)成了世界性協(xié)議，即「京都議定書」氣候變化一般包括氣溫、降水和海平面的變化，會對環(huán)境、社會和經(jīng)濟造成巨大衝擊圖2-4為日本各部門按電力消耗核算排放量百分比，材料部門占31.8%，如果加上生命週期中的運輸、使用、廢棄物處理等，比率將更大圖2-5為一些典型材料製造1kg的排放量，製造金屬和塑膠材料排放的幾乎等於自重，聚酯樹脂、不銹鋼和鋁甚至達(dá)到自重的數(shù)倍溫室效應(yīng)1997年12月在日本，170多個國家政府代表就全球43溫室效應(yīng)圖2-4日本各部門按電力消耗核算排放量百分比溫室效應(yīng)圖2-4日本各部門按電力消耗核算排放量百分比44臺灣工業(yè)之二氧化碳排放量發(fā)電廠7660百萬噸/年鋼鐵 1440 水泥1130煉油 690石化 5202005年臺灣工業(yè)之二氧化碳排放量發(fā)電廠766045溫室效應(yīng)圖2-5一些典型材料製造1kg的排放量溫室效應(yīng)圖2-5一些典型材料製造1kg的排放量46材料製造1kg的耗能與二氧化碳排放量材料二氧化碳排放量(Kg/Kg)耗能(MJ/Kg)木材0.314.4～15.9紙板1.810.8平板玻璃2.136.2～40.0水泥0.91.1～1.2陶瓷0.81.9～2.1PET2.779.6～88聚氯乙烯1.563.5～70.2聚乙烯1.476.9～85普通鋼板1.424.3～26.9不鏽鋼3.477.2～85.3銅1.563.0～69.7鋁錠9.0119,184～203(合金)材料製造1kg的耗能與二氧化碳排放量材料二氧化碳排放量(Kg47臭氧層破壞

臭氧層耗竭的原因，比較一致的看法認(rèn)為人類活動排放到大氣的某些化學(xué)物質(zhì)與臭氧發(fā)生作用，導(dǎo)致了臭氧的耗竭。這些化學(xué)物質(zhì)包括N2O，CCl4，氟氯碳化合物等1985年由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）召開了國際會議，制定了「保護臭氧層維也納公約」，1987年簽訂的「臭氧層耗竭物質(zhì)的蒙特婁議定書」，對CFC和海龍二類中的八種物質(zhì)進行了管制材料工業(yè)與間接使用的冷媒、噴射劑和清洗劑，氟氯碳化合物造成臭氧層破壞占有更大百分比。臭氧層破壞

臭氧層耗竭的原因，比較一致的看法認(rèn)為人類活動排放48大氣污染(包括酸性沈降)定義：大氣污染通常是指由於人類活動和自然過程引起某種污染物質(zhì)進入大氣中，呈現(xiàn)的高濃度，停留長時間而危害人類的舒適、健康和福祉或破壞環(huán)境的現(xiàn)象大氣污染(包括酸性沈降)定義：49大氣污染(包括酸性沈降)大氣污染的來源有如下幾個1.燃料燃燒燃燒燃料的有火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、煉焦廠、各種工業(yè)窰爐以及各種民用爐灶等2.工業(yè)生產(chǎn)過程主要有粉塵、碳?xì)浠衔?、含硫化合物、含氮化合物、鹵素化合物等。3.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程污染主要是來自農(nóng)藥和化肥的使用4.交通運輸主要污染物有碳?xì)浠衔铩⒁谎趸?、氮氧化物、含鉛污染物、Pyrene等大氣污染(包括酸性沈降)大氣污染的來源有如下幾個50大氣污染(包括酸性沈降)污染物按其來源可分為一次污染物和二次污染物一次污染物是指直接由污染源排放的污染物二次污染物為大氣中一次污染物之間或一次污染物與大氣的正常成分之間發(fā)生化學(xué)作用生成的污染物氣態(tài)污染物和人為源的重要氣態(tài)污染物見表2-2人類生產(chǎn)活動是造成大氣污染的主要原因，其排放源和排放量見表2-3大氣污染(包括酸性沈降)污染物按其來源可分為一次污染物和二次51大氣污染(包括酸性沈降)表2-2氣態(tài)污染物和人為源的重要氣態(tài)污染物大氣污染(包括酸性沈降)表2-2氣態(tài)污染物和人為源的重要氣52大氣污染(包括酸性沈降)大氣污染(包括酸性沈降)53水體污染(包括飲用水與海洋污染)海洋環(huán)境污染的危害主要有以下幾方面：1.水產(chǎn)資源的破壞和海洋污染對人體的危害2.人工合成固、液體廢棄物污染3.近海與湖泊優(yōu)養(yǎng)化例:大量工業(yè)廢水和農(nóng)田灌溉水排入近海(或湖泊)，海水中無機氮和無機磷增加，使藻類群落「爆發(fā)」性地成長，形成「赤潮」、「褐潮」或「綠潮」近海造成海域的厭氣環(huán)境，也產(chǎn)生等還原性有毒氣體水體污染(包括飲用水與海洋污染)海洋環(huán)境污染的危害主要有以下54水體污染(包括飲用水與海洋污染)指排入水體的污染物在數(shù)量上超過了該物質(zhì)在水體中背景含量和水體的環(huán)境容量，從而導(dǎo)致水體的物理、化學(xué)特徵發(fā)生不良變化可分為四大類：1.無機無毒物造成水體優(yōu)養(yǎng)化、水體pH值和硬度變化、妨礙水體的自淨(jìng)能力2.無機有毒物無機有毒物主要有氰化物，主要來自電鍍廢水、高爐煤氣的洗滌冷卻水、化工廠的含氰廢水等3.有機無毒物多屬於碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等自然生成的有機物，在厭氧微生物作用下生成甲烷、二氧化碳，同時放出硫化氫、硫醇等4.有機有毒物這類污染物都有害於人體健康和生物生長，嚴(yán)重的可以致癌。水體污染(包括飲用水與海洋污染)指排入水體的污染物在數(shù)量上超55固體廢棄物處理固體廢棄物亦稱廢棄物定義:指人類在生產(chǎn)、加工、流通、消費以及生活等過程中提取目的成分之後而被丟棄的固態(tài)或泥漿狀物質(zhì)來源礦業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物、城市垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物和放射性廢棄物採用不同資源製造的材料，經(jīng)使用廢棄後，返回生態(tài)環(huán)境中，或散布或處理，均產(chǎn)生了不同的影響，材料廢棄對生態(tài)環(huán)境影響和目前對策見表2-4固體廢棄物處理固體廢棄物亦稱廢棄物56固體廢棄物處理固體廢棄物處理57固體廢棄物處理表2-4材料廢棄對生態(tài)環(huán)境影響和目前對策(2)固體廢棄物處理表2-4材料廢棄對生態(tài)環(huán)境影響和目前對策(258固體廢棄物處理-礦業(yè)廢棄物礦業(yè)廢棄物包括尾礦和廢礦石(選礦後剩餘之礦石)，採礦剝離很大，金屬產(chǎn)品每噸用礦石量見表2-5。金屬礦石工業(yè)品位與金屬礦石化合物鐵–30%Fe2O3，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)eCO3，F(xiàn)e2S3

銅–0.7%CuFeS2，Cu5FeS4，Cu2S鋅–4.0%ZnS鋁–30%Al2O3固體廢棄物處理-礦業(yè)廢棄物礦業(yè)廢棄物包括尾礦和廢礦石(選礦後59固體廢棄物處理-城市垃圾城市垃圾是指居民生活、商業(yè)活動、市政建設(shè)與維護、機關(guān)辦公等過程產(chǎn)生的固體廢棄物材料廢棄物是城市垃圾的重要組成部分，約占50-60％，80年代末期部分國家與地區(qū)城市垃圾組成見表2-6。固體廢棄物處理-城市垃圾城市垃圾是指居民生活、商業(yè)活動、市政60材料與人類健康的影響材料與人類健康的影響61材料與人類健康的影響表2-7材料生產(chǎn)階段產(chǎn)生對人體健康有害的物質(zhì)(2)材料與人類健康的影響表2-7材料生產(chǎn)階段產(chǎn)生對人體健康有害62材料與人類健康的影響接觸重金屬能引起發(fā)育遲緩、腎損傷、各種癌癥，接觸濃度高可導(dǎo)致死亡。重金屬一旦排放，可在環(huán)境中留駐數(shù)百年甚至更久。分析發(fā)現(xiàn)固體廢棄物中每噸平均含29mgPCDD（多氯二苯戴奧辛，PolychlorinatedDibenzodioxins）、1.7mgPCDF（PolychlorinatedDibenzofurans）73.2mgPCB（多氯聯(lián)苯，Polychlorobiphenyls)據(jù)統(tǒng)計有75種不同的PCDD，有135種不同的PCDF戴奧辛中最毒的是2,3,7,8─四氯二苯駢—p—戴奧辛（TCDD）。人體攝入戴奧辛不易排出，長期積累最終造成對人體的危害，可致癌或引起慢性病。材料與人類健康的影響接觸重金屬能引起發(fā)育遲緩、腎損傷、各種癌63生態(tài)效益-商業(yè)之環(huán)境責(zé)任與義務(wù)定義:藉由提供具有競爭力價格的商品和服務(wù)，在滿足人們需要和改善生活品質(zhì)的同時，在產(chǎn)品整個生命週期逐漸減少環(huán)境影響和資源使用量，形成一種既有利於利潤又有益於環(huán)境的方法。生態(tài)效益-商業(yè)之環(huán)境責(zé)任與義務(wù)64生態(tài)效益(2)提高生態(tài)效益的做法企業(yè)在開發(fā)產(chǎn)品、採用先進的技術(shù)或採取與環(huán)境有關(guān)的行動時，均應(yīng)考慮如下七個方面：(1)減少商品和服務(wù)的材料需要程度。(2)減少商品和服務(wù)的能源需要程度。(3)減少毒物擴散。(4)提高材料的再循環(huán)利用率。(5)儘量持續(xù)使用可再生資源。(6)延長產(chǎn)品使用壽命。(7)增加商品和服務(wù)的效能。在每一個方面改進的程度愈大，產(chǎn)品或製程的生態(tài)效益就愈高。生態(tài)效益(2)提高生態(tài)效益的做法65生態(tài)效益(3)提高生態(tài)效益的策略世界永續(xù)發(fā)展商業(yè)委員會(WBCSD）制定了提高生態(tài)效率的策略，包括:(1)確定目標(biāo)和指標(biāo)。(2)藉由技術(shù)、組織模式和思維方式的革新來達(dá)到目標(biāo)。(3)線上監(jiān)測，並隨時修正。生態(tài)效益(3)提高生態(tài)效益的策略66生態(tài)材料評估生態(tài)材料評估67生命週期評估(LCA)的產(chǎn)生

LifeCycleAssessment

1969年可口可樂公司委託美國中西部研究所對飲料瓶進行定量分析，當(dāng)時稱為資源與環(huán)境層面分析（即REPA)

結(jié)論:建議將玻璃瓶改為塑膠瓶70年代初美國環(huán)境保護署（EPA）主持開展了一系列REPA研究，REPA基本採用能源分析方法1974年美國環(huán)境保護署提出了一系列相應(yīng)規(guī)範(fàn)的REPA研究架構(gòu)歐洲經(jīng)濟委員會(EEC)也開始關(guān)注要求企業(yè)對其產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的能源、資源及固體廢棄物進行全面的監(jiān)測和分析:生命週期評估(LCA)的產(chǎn)生

LifeCycleAsse68生命週期評估(LCA)的產(chǎn)生歐洲1985年發(fā)布「液體食品容器指南」（ECDirective85/339）1984年瑞士聯(lián)邦「材料測試概念與研究實驗室」為瑞士環(huán)境部（BUWAL）開展了包裝材料的研究1989年荷蘭國家住宅、規(guī)劃與環(huán)境部（VROM）針對「管末處理」環(huán)境政策，相應(yīng)提出要對產(chǎn)品整個生命週期所有階段進行環(huán)境管理國際組織1990年8月國際環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)學(xué)會（SETAC）發(fā)表LCA方法論，提出LCA三要素;LCA從70年代的能源LCA發(fā)展為90年代的二氧化碳LCA（CO2-LCA）1993年6月國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）推動全球性環(huán)境管理(ISO14000)，其中ISO14040-14049為生命週期評估生命週期評估(LCA)的產(chǎn)生歐洲69LCA的基本定義與目的LCA定義SETAC的LCA定義:生命週期評估是一種對產(chǎn)品、生產(chǎn)程序以及活動對環(huán)境的壓力進行評估的客觀過程，它是經(jīng)由對能量、資源利用以及由此產(chǎn)生廢污排放的鑑定及量化來進行2.ISO的LCA定義:LCA是匯總和評估一個產(chǎn)品（或服務(wù)）系統(tǒng)在其整個生命週期的所有投入及產(chǎn)出對環(huán)境造成的影響和潛在影響的方法LCA目的:評估能量和資源利用以及廢污排放對環(huán)境的影響，尋求改善環(huán)境影響的機會與利用這種機會LCA的基本定義與目的LCA定義70LCA的基本架構(gòu)目標(biāo)與範(fàn)疇界定將生命週期評估研究的目標(biāo)及範(fàn)疇予以清楚地界定，使其與預(yù)期的應(yīng)用相一致2.清單分析包含資料收集及運算，以便量化一個產(chǎn)品系統(tǒng)的相關(guān)投入與產(chǎn)出3.衝擊評估採用生命週期清單分析的結(jié)果，來評估與這些投入產(chǎn)出相關(guān)的潛在環(huán)境衝擊4.結(jié)果闡釋將清單分析及衝擊評估所發(fā)現(xiàn)的與研究目標(biāo)有關(guān)的結(jié)果合併在一起，形成結(jié)論與建議LCA的基本架構(gòu)目標(biāo)與範(fàn)疇界定71LCA架構(gòu)完整性查驗議題重要性鑑別靈敏度分析一致性分析要求LCA架構(gòu)完整性查驗議題重要性鑑別靈敏度分析一致性分析要求72目標(biāo)和範(fàn)疇界定執(zhí)行LCA，界定目標(biāo)和評估範(fàn)疇包括以下方面:1.界定應(yīng)用目標(biāo)2.研究深度3.研究範(fàn)圍4.調(diào)查研究的方法5.調(diào)查清單分析項目6.數(shù)據(jù)類型7.數(shù)據(jù)品質(zhì)要求目標(biāo)和範(fàn)疇界定執(zhí)行LCA，界定目標(biāo)和評估範(fàn)疇包括以下方面:73清單分析LCI簡化的清單分析步驟見圖3-3清單分析LCI簡化的清單分析步驟見圖3-374清單分析的任務(wù)清單分析的任務(wù)有三項:(1)蒐集產(chǎn)品生命週期各階段的物料能源和影響環(huán)境的排放物數(shù)據(jù) 清單數(shù)據(jù)可分成：「前景數(shù)據(jù)（ForegroundData）」與「背景數(shù)據(jù)（BackgroundData）」前景數(shù)據(jù)是執(zhí)行者考慮的系統(tǒng)(前景系統(tǒng))所需之?dāng)?shù)據(jù)，因此必須蒐集且最好是適用前景系統(tǒng)的數(shù)據(jù)背景數(shù)據(jù)是被考慮的系統(tǒng)以外之?dāng)?shù)據(jù)，也稱為間接數(shù)據(jù)或社會數(shù)據(jù)，通常是與前景系統(tǒng)較無直接關(guān)係的數(shù)據(jù)(常來自文獻，商業(yè)數(shù)據(jù)庫，或公佈之統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，有時亦是執(zhí)行者難以蒐集之?dāng)?shù)據(jù))清單分析的任務(wù)清單分析的任務(wù)有三項:75清單分析的任務(wù)(2)前景系統(tǒng)與背景系統(tǒng)之比較礦石開採原料材料製造包裝分配消費者掩埋焚化熱量回收背景系統(tǒng)前景系統(tǒng)清單分析的任務(wù)(2)前景系統(tǒng)與背景系統(tǒng)之比較礦石開採原料材料76清單分析的任務(wù)(3)(2)數(shù)據(jù)處理: 對不同來源之原始數(shù)據(jù)須加以處理，以求一致。常見數(shù)據(jù)處理之方法有三種包括:產(chǎn)值污染係數(shù)法；產(chǎn)量污染係數(shù)法；行業(yè)污染係數(shù)法(3)製作清單分析表 經(jīng)由計算決定產(chǎn)品系統(tǒng)各種投入和產(chǎn)出，製作清單分析表，作為衝擊評估的依據(jù)(見表3-1)。清單分析的任務(wù)(3)(2)數(shù)據(jù)處理:77清單分析的任務(wù)(4)(4)清單分配原則:對於複雜之產(chǎn)品系統(tǒng)(多產(chǎn)品與開放又循環(huán)系統(tǒng))，環(huán)境負(fù)荷(物質(zhì)流或能量流)之分配原則如下:儘可能避免分配問題出現(xiàn)，可利用擴展系統(tǒng)邊界，將系統(tǒng)外的產(chǎn)出、投入納入產(chǎn)品系統(tǒng)中在無法避免分配情況下，經(jīng)由界定所研究之產(chǎn)品系統(tǒng)的投入或產(chǎn)出比例進行分配 例如:SETAC的對等分配法，即產(chǎn)品中原料生產(chǎn)和產(chǎn)品最終作為廢棄物處理造成的環(huán)境負(fù)荷，由原料和廢棄物處理系統(tǒng)各負(fù)擔(dān)50%清單分析的任務(wù)(4)(4)清單分配原則:對於複雜之產(chǎn)品系統(tǒng)(78清單分析表例清單分析表例79生態(tài)材料導(dǎo)論課件80衝擊評估1.定性衝擊評估方法由專家評分，具一定隨意性與不可比性2.定量衝擊評估方法由清單分析、環(huán)境與資源數(shù)據(jù)，以系統(tǒng)化方式計算環(huán)境衝擊衝擊評估1.定性衝擊評估方法81定性衝擊評估方法美國貝爾實驗室評估法為典型定性評估法:將產(chǎn)品生命週期分為五個階段，即原料加工、產(chǎn)品製造、包裝運輸和銷售、使用、再生處理環(huán)境問題歸納成五類，即原料選擇、能源消耗、固體廢棄物、廢氣排放、廢液排放由五個生命週期階段和五類環(huán)境問題構(gòu)成5×5的矩陣，並規(guī)定矩陣中元素的評分為0～4，衝擊極嚴(yán)重為0，衝擊微小為4，總和為環(huán)境責(zé)任率如式(3-1)評分資料由企業(yè)提供，有關(guān)專家進行評定定性衝擊評估方法美國貝爾實驗室評估法為典型定性評估法:將產(chǎn)品82美國貝爾實驗室評估例原料選擇能源消耗固體廢棄物廢氣排放廢液排放個別程序總和原料加工1223210產(chǎn)品製造2234314包裝運輸和銷售2324314使用4344419再生處理3313313負(fù)荷總和121312181570美國貝爾實驗室評估例原料選擇能源消耗固體廢棄物廢氣排放廢液排83定量衝擊評估方法有許多定量衝擊評估方法，通常有三個步驟1.分類（Classification)或衝擊歸類2.特徵化（Characterization）或分類評估3.賦值（Valuation）或綜合評價代表性執(zhí)行方案荷蘭環(huán)境科學(xué)中心評估法生態(tài)評點法（Ecopoint）荷蘭的生態(tài)指標(biāo)法（Eco-indicator）

環(huán)境優(yōu)先策略法（EPS）排放防止費用法能源消耗和防止排放法單位消耗的物質(zhì)強度法（MIPS）定量衝擊評估方法有許多定量衝擊評估方法，通常有三個步驟84定量衝擊評估方法-荷蘭環(huán)境科學(xué)中心評估法1.分類（Classification）或衝擊歸類 將LCI中的投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)組合成相對一致的環(huán)境衝擊明細(xì)表，見表3-2(1991年12月在荷蘭萊頓市舉行的一次國際會議確認(rèn)了三類18種環(huán)境問題明細(xì)表)2.特徵化（Characterization）或分類評估

根據(jù)一定的模型將各清單數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的環(huán)境指標(biāo);分類係數(shù)是指假設(shè)環(huán)境效應(yīng)與環(huán)境干擾之間存在線性關(guān)係時的係數(shù)，見式（3-2）定量衝擊評估方法-荷蘭環(huán)境科學(xué)中心評估法1.分類（Class85定量衝擊評估:環(huán)境問題明細(xì)表定量衝擊評估:環(huán)境問題明細(xì)表86定量衝擊評估的步驟3.賦值（Valuation）或綜合評價

定量評估是經(jīng)由各項效應(yīng)評分加權(quán)進行的，得到環(huán)境評估指標(biāo)M;其中加權(quán)係數(shù)的確定方法有三類：專家小組評議，目標(biāo)值和現(xiàn)實排放量比較法，經(jīng)濟價值換算法(考慮包括環(huán)境負(fù)荷的空間規(guī)模與時間長短，環(huán)境現(xiàn)況與政策與法規(guī)等因素)

影響評估步驟舉例見圖3-4定量衝擊評估的步驟3.賦值（Valuation）或綜合評價87定量衝擊評估實例定量衝擊評估實例88結(jié)果闡釋衝擊評估完成後，應(yīng)撰寫和提交LCA研究報告，報告要點包括：1.LCA研究採用的方法是否符合ISO14040標(biāo)準(zhǔn)2.LCA研究採用的方法在科學(xué)和技術(shù)上是否合理3.所採用的數(shù)據(jù)就研究目標(biāo)而言是否適宜和合理4.結(jié)果闡釋是否反映了原定的限制範(fàn)圍.研究目標(biāo)5.研究報告是否清晰和前後一致結(jié)果闡釋衝擊評估完成後，應(yīng)撰寫和提交LCA研究報告，報告要點89LCA軟體和數(shù)據(jù)庫目前主要LCA軟體和數(shù)據(jù)庫及開發(fā)單位見表3-3所有的數(shù)據(jù)庫都很難滿足各種需求，在大多數(shù)情況下需採用幾個數(shù)據(jù)庫，各數(shù)據(jù)庫均著重於一個或數(shù)個方面的需求以金屬材料為主的有Simapro、Cumpan、CALA等數(shù)據(jù)庫，以塑膠為主的有Gabi、EDIP、TEAM等數(shù)據(jù)庫，以陶瓷為主的有EDIP、EIME、Simapro等數(shù)據(jù)庫，以化學(xué)、化工原料為主的有EDIP、LCAdv、TEAM等數(shù)據(jù)庫，以木材為主的有TEAM、EDIP、LCAdv等數(shù)據(jù)庫。LCA軟體和數(shù)據(jù)庫目前主要LCA軟體和數(shù)據(jù)庫及開發(fā)單位見表390主要LCA軟體和數(shù)據(jù)庫及開發(fā)單位

主要LCA軟體和數(shù)據(jù)庫及開發(fā)單位

91主要LCA軟體和數(shù)據(jù)庫及開發(fā)單位(續(xù))主要LCA軟體和數(shù)據(jù)庫及開發(fā)單位(續(xù))92LCA的特點-科學(xué)性

與眾多的環(huán)境評估方法相比較，LCA無疑是更為全面的評估方法，表現(xiàn)在評估的科學(xué)性、深度和廣度可以進行從定性到定量的評估考慮產(chǎn)品的整個生命週期對環(huán)境的影響，而不單純是產(chǎn)品生產(chǎn)階段對生態(tài)環(huán)境的影響LCA所考慮的產(chǎn)品系統(tǒng)與潛在環(huán)境影響的因果鏈見圖3-1，可全面、完整地反映當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境問題LCA的特點-科學(xué)性

與眾多的環(huán)境評估方法相比較，LCA無疑93產(chǎn)品系統(tǒng)和潛在環(huán)境影響因果鏈產(chǎn)品系統(tǒng)和潛在環(huán)境影響因果鏈94LCA方法的特點LCA研究應(yīng)是系統(tǒng)，而充分地涉及從原料獲得到最終廢棄產(chǎn)品的系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境的影響問題LCA研究的詳細(xì)程度及時間範(fàn)圍在很大程度上可以視目標(biāo)和範(fàn)疇界定而改變LCA的範(fàn)圍、假設(shè)、數(shù)據(jù)品質(zhì)描述和方法應(yīng)該是透明的LCA是要求向公眾宣布比較性報告的研究LCA應(yīng)該包括新的科學(xué)成果以及目前技術(shù)的改進。LCA沒有單一方法可循LCA方法的特點LCA研究應(yīng)是系統(tǒng)，而充分地涉及從原料獲得到95LCA的局限性LCA所作的假設(shè)與選擇可能帶有主觀性受假設(shè)的限制，可能不適用所有潛在的影響全球性、區(qū)域性和局部性的研究結(jié)果可能相互間不具代表性研究的準(zhǔn)確性可能受到數(shù)據(jù)的品質(zhì)、有效性的限制由於影響評估所用的清單數(shù)據(jù)缺少空間和時間尺度，使影響結(jié)果產(chǎn)生不確定性LCA的局限性LCA所作的假設(shè)與選擇可能帶有主觀性96LCA的發(fā)展趨勢目前專業(yè)人員正在努力採取如下措施改進LCA：研究改進LCA方法論和資訊標(biāo)準(zhǔn)化，建立和改進LCA數(shù)學(xué)或物理模型。開發(fā)LCA軟體，充分利用電腦資訊技術(shù)，提高效率，縮短評估時間及降低成本。研究衝擊評估的方法論，藉由實際執(zhí)行，提高衝擊評估的嚴(yán)謹(jǐn)性和通用性。LCA的發(fā)展趨勢目前專業(yè)人員正在努力採取如下措施改進LCA：97材料性能與生命週期評估材料生命週期評估(MLCA)=材料性能+生命週期評估MLCA是生態(tài)材料設(shè)計之基礎(chǔ)圖3-5材料生命週期評估的架構(gòu)材料性能與生命週期評估材料生命週期評估(MLCA)=材料性能98從設(shè)計到循環(huán)再生生態(tài)材料設(shè)計清潔生產(chǎn)材料的循環(huán)再生從設(shè)計到循環(huán)再生生態(tài)材料設(shè)計99生態(tài)設(shè)計基本概念

生態(tài)材料設(shè)計（Eco-design,ED）在材料和產(chǎn)品的設(shè)計中將生態(tài)保護、人類健康和安全的意識有機融入其中的設(shè)計方法生態(tài)設(shè)計又稱為生命週期工程設(shè)計（LCED）、綠色設(shè)計（GD）、為環(huán)境而設(shè)計（DFE）生態(tài)化設(shè)計:以材料性能和環(huán)境負(fù)荷之最佳值為研究目標(biāo)值，減少材料製造的材料物質(zhì)流和能量流在設(shè)計過程中考慮材料和產(chǎn)品的整個生命週期對生態(tài)環(huán)境的不利影響，將其控制在最小範(fàn)圍之內(nèi)或最終加以消除，達(dá)到最優(yōu)化生態(tài)設(shè)計基本概念生態(tài)材料設(shè)計（Eco-design,E100生態(tài)設(shè)計基本概念(2)改變材料的組成、結(jié)構(gòu)及加工方法可以達(dá)到改善環(huán)境負(fù)荷的目的著重考慮原料選擇、製程的省資源、省能源和低污染、廢棄後可循環(huán)再生由材料組成、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)係的研究，使人們對材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)係有比較系統(tǒng)的了解(「試誤法」易消耗大量精力與資源)人工智慧、模式識別、電腦模擬、知識庫和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的發(fā)展，使人們能夠?qū)⒗碚摵痛笈鷮嶒炠Y料加以關(guān)聯(lián)生態(tài)設(shè)計基本概念(2)改變材料的組成、結(jié)構(gòu)及加工方法可以達(dá)到101傳統(tǒng)到生態(tài)設(shè)計之概念轉(zhuǎn)換

圖4-2傳統(tǒng)材料到生態(tài)材料的設(shè)計概念轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)到生態(tài)設(shè)計之概念轉(zhuǎn)換圖4-2傳統(tǒng)材料到生態(tài)材料的設(shè)102生態(tài)設(shè)計類型生態(tài)設(shè)計有兩種類型:1.現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設(shè)計現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設(shè)計是以降低資源、能源消耗，降低環(huán)境負(fù)荷，例如經(jīng)由環(huán)保標(biāo)章標(biāo)準(zhǔn)等作為主要目的之設(shè)計2.新型生態(tài)材料的生態(tài)設(shè)計需要建立完善材料生態(tài)設(shè)計的數(shù)據(jù)庫和知識庫，以人工智慧、模式識別、電腦模擬等技術(shù)作為設(shè)計支援系統(tǒng)生態(tài)設(shè)計類型生態(tài)設(shè)計有兩種類型:103生態(tài)設(shè)計之原料設(shè)計要點

選擇對環(huán)境影響小的原料，選擇的具體原則如下：1.採用易再循環(huán)材料，不採用難於回收或無法回收的材料。2.儘量避免使用或減少使用有害、危險的原料。3.選擇豐富、容易得到的原料4.減量化5.統(tǒng)一化6.組合化7.標(biāo)準(zhǔn)化8.儘可能從循環(huán)再生中獲取所需的原料9.選擇能耗低的原料生態(tài)設(shè)計之原料設(shè)計要點選擇對環(huán)境影響小的原料，選擇的具體原104生態(tài)設(shè)計之組件設(shè)計要點組件之設(shè)計及選擇的原則如下：1.少量化（積木化），使再利用或循環(huán)處理容易。2.標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化3.長壽命化4.連接簡化，採用容易拆卸的連接方法。5.重複利用化生態(tài)設(shè)計之組件設(shè)計要點組件之設(shè)計及選擇的原則如下：105生態(tài)設(shè)計之產(chǎn)品設(shè)計要點一般產(chǎn)品具體設(shè)計要求如下1.組件調(diào)和性，再利用、再資源化時容易拆卸2.易分離、解體。3.易破碎、篩選、焚化、最終處置等。焚化需防止二次污染。4.易搬運、輸送。例如大型產(chǎn)品容易分離拆卸的結(jié)構(gòu)。5.材料的標(biāo)識化。便於分類處理、處理方法選擇。6.易維修，延長使用壽命。7.資訊公開化。8.符合法規(guī)。生態(tài)設(shè)計之產(chǎn)品設(shè)計要點一般產(chǎn)品具體設(shè)計要求如下106新型生態(tài)材料的生態(tài)設(shè)計生態(tài)設(shè)計必須有相關(guān)的設(shè)計工具作支援目前多採用電腦輔助設(shè)計系統(tǒng)生態(tài)設(shè)計的電腦輔助設(shè)計系統(tǒng)見圖4-4圖4-4生態(tài)設(shè)計的電腦輔助設(shè)計系統(tǒng)新型生態(tài)材料的生態(tài)設(shè)計生態(tài)設(shè)計必須有相關(guān)的設(shè)計工具作支援圖4107生態(tài)設(shè)計數(shù)據(jù)庫和工具軟體

表4-1:主要生態(tài)設(shè)計數(shù)據(jù)庫和工具軟體生態(tài)設(shè)計數(shù)據(jù)庫和工具軟體表4-1:主要生態(tài)設(shè)計數(shù)據(jù)庫和工108生態(tài)材料設(shè)計實例圖3-6為合金元素成分變化與環(huán)境負(fù)荷、材料性能的實驗結(jié)果關(guān)係圖圖3-6合金元素成分變化與環(huán)境負(fù)荷、材料性能的關(guān)係生態(tài)材料設(shè)計實例圖3-6為合金元素成分變化與環(huán)境負(fù)荷、材料性109清潔生產(chǎn)之定義

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)定義UNEP(1989)定義:「清潔生產(chǎn)是對生產(chǎn)程序和產(chǎn)品不斷運用一種一體化的預(yù)防性環(huán)境策略，以減少其對人體和環(huán)境的風(fēng)險；對於生產(chǎn)程序，清潔生產(chǎn)包括節(jié)約原材料和能源，消除有毒原材料，並在一切排放物和廢棄物離開製程之前削減其數(shù)量和毒性；對於產(chǎn)品，策略重點是沿產(chǎn)品的整個生命週期，即從原材料開採到產(chǎn)品的最終處置，減少各種不利影響」UNEP(1996)對清潔生產(chǎn)重新定義:「清潔生產(chǎn)是關(guān)於產(chǎn)品生產(chǎn)過程的一種新的、創(chuàng)造性的思維方式。清潔生產(chǎn)意味著對生產(chǎn)過程、產(chǎn)品和服務(wù)，持續(xù)運用整體預(yù)防的環(huán)境策略，以期增加生態(tài)效率，並減輕對人類和環(huán)境的風(fēng)險。」清潔生產(chǎn)之定義聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)定義110為何需要清潔生產(chǎn)1.在材料的生命週期中，材料製造生產(chǎn)階段往往是對生態(tài)環(huán)境影響最大或比較大的階段2.改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)觀念，生產(chǎn)的終極目標(biāo)是保護人類與環(huán)境提高企業(yè)自身的經(jīng)濟效益為何需要清潔生產(chǎn)1.在材料的生命週期中，材料製造生產(chǎn)階段往往111清潔生產(chǎn)的內(nèi)容

清潔生產(chǎn)的原則包括以下三方面：1.能源節(jié)約能源，執(zhí)行節(jié)能措施新能源開發(fā)利用可再生能源和清潔能源2.生產(chǎn)過程使用無毒無害原料節(jié)約原料，儘量使用再生資源開發(fā)新材料，提高材料使用壽命使中間產(chǎn)品無毒、無害先進、可靠的操作和控制採用先進生產(chǎn)程序建立先進和完善的生產(chǎn)管理減少生產(chǎn)中的各種危險因素清潔生產(chǎn)的內(nèi)容清潔生產(chǎn)的原則包括以下三方面：1123.產(chǎn)品物料循環(huán)利用和現(xiàn)場回收利用少用稀少和有害原料的產(chǎn)品合理的使用功能提高材料可回收利用率，易回收，易處理，易分解產(chǎn)品在使用過程中以及使用後不會危害人體健康和生態(tài)環(huán)境

清潔生產(chǎn)的內(nèi)容(2)3.產(chǎn)品清潔生產(chǎn)的內(nèi)容(2)113工業(yè)生產(chǎn)生命週期十字架

圖4-5工業(yè)生產(chǎn)生命週期十字架工業(yè)生產(chǎn)生命週期十字架圖4-5工業(yè)生產(chǎn)生命週期十字架1141.資源的合理利用和綜合利用2.改進製程和設(shè)備3.規(guī)劃廠內(nèi)物料循環(huán)4.加強管理5.改進產(chǎn)品系統(tǒng)6.必要末端處理工業(yè)與企業(yè)實施清潔生產(chǎn)的途徑工業(yè)與企業(yè)實施清潔生產(chǎn)的途徑115清潔生產(chǎn)的可行性評估可以從技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境三個方面進行:1.技術(shù)評估(1)技術(shù)的先進性、安全性、可靠性(2)產(chǎn)品的品質(zhì)保證(3)技術(shù)的成熟程度(4)對設(shè)備的要求(5)操作控制的難易清潔生產(chǎn)的可行性評估(評價)

清潔生產(chǎn)的可行性評估可以從技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境三個方面進行:清潔116清潔生產(chǎn)的可行性評估-經(jīng)濟評估

2.經(jīng)濟評估估算開發(fā)和運用清潔生產(chǎn)技術(shù)過程中，投入的各種費用所節(jié)約的成本以及各種附加的效益，以確認(rèn)該項清潔生產(chǎn)技術(shù)在經(jīng)濟上的效益和可承受性

成本效益分析:=(Ei+Y)/Fj

=效益?zhèn)S數(shù)(愈大，經(jīng)濟成本效益愈佳)Ei

=E(產(chǎn)品效益)+E(節(jié)約原材料與能源之效益)+E(節(jié)約環(huán)保之開支)+E(外貿(mào)效益)+E(外貿(mào)效益)Y=Y(資源損失)+Y(污染損失)(負(fù)值)Fj=各項支付之費用清潔生產(chǎn)的可行性評估-經(jīng)濟評估

2.經(jīng)濟評估117清潔生產(chǎn)的可行性評估-環(huán)境評估

3.環(huán)境評估環(huán)境評估要立足於兩個基本點：(1)是否符合環(huán)境保護法規(guī)要求(2)它的環(huán)境負(fù)荷，是否能夠促進永續(xù)發(fā)展常用簡單易解之指標(biāo)(三種):基本指標(biāo):以生產(chǎn)之投入產(chǎn)量、產(chǎn)值、能耗、空污、水污、廢棄物量等作為指標(biāo)特殊指標(biāo):針對生產(chǎn)使用之特定技術(shù)、特定原料易造成重大環(huán)境負(fù)荷之指標(biāo)延伸指標(biāo):考察生產(chǎn)階段以外的生命週期之環(huán)境負(fù)荷指標(biāo)清潔生產(chǎn)的可行性評估-環(huán)境評估

3.環(huán)境評估118環(huán)境評估指標(biāo)-基本指標(biāo)能耗指標(biāo)

ECI=(Ci×fi) Ci=第i項能源消耗量

fi=第i項能源之油當(dāng)量轉(zhuǎn)換因子毒性指標(biāo)(VHI)

VHI=VP25/TLV VP25=有毒物質(zhì)在25℃之蒸氣壓(mmHg) TLV=曝露極限值(mmHg)危害性指標(biāo)(HZI)

HZI=(VHIi×Mi)/Mi

Mi

=最大流量環(huán)境評估指標(biāo)-基本指標(biāo)能耗指標(biāo)119環(huán)境評估指標(biāo)-基本指標(biāo)廢棄物指標(biāo)．環(huán)境負(fù)荷參數(shù)(ELF)=廢棄物量/產(chǎn)品量(ICI)．廢棄物比(WR)=廢棄物量/(產(chǎn)品量+副產(chǎn)品量+廢棄物量)(3M)

．廢棄物資源化比(WCR)=廢棄物資源化/廢棄物量環(huán)境評估指標(biāo)-基本指標(biāo)廢棄物指標(biāo)120清潔生產(chǎn)的稽核-尋找機會與改進

稽核又稱為審計，常用在帳務(wù)帳目方面定義:從污染角度對現(xiàn)有的或計畫進行的工業(yè)生產(chǎn)活動中物料的去向和轉(zhuǎn)換所施行的一種分析程序目的:發(fā)現(xiàn)問題，制定稽核、評估和執(zhí)行方案推行清潔生產(chǎn)的行動步驟清潔生產(chǎn)的稽核-尋找機會與改進121清潔生產(chǎn)的稽核步驟清潔生產(chǎn)稽核步驟分為四個階段(見圖4-6):1.準(zhǔn)備階段:概念、組織與物質(zhì)上的準(zhǔn)備2.稽核階段:研究廠內(nèi)已有的技術(shù)文件和設(shè)計資料，並進行考察、實測和校驗，並與現(xiàn)有同類型材料或產(chǎn)品製程比較，尋找各種改進措施之方案3.優(yōu)選階段:根據(jù)稽核階段提出之各種方案，考慮企業(yè)經(jīng)濟、技術(shù)與物質(zhì)現(xiàn)況，擇選最適合之方案4.執(zhí)行階段:執(zhí)行最適合之方案清潔生產(chǎn)的稽核步驟清潔生產(chǎn)稽核步驟分為四個階段(見圖4-6)122清潔生產(chǎn)的稽核

圖4-6清潔生產(chǎn)稽核步驟清潔生產(chǎn)的稽核圖4-6清潔生產(chǎn)稽核步驟123材料的循環(huán)再生

廢棄物循環(huán)再生對材料工業(yè)永續(xù)發(fā)展的意義1.提高材料工業(yè)生態(tài)效益與經(jīng)濟效益

目前廢棄物為原料投入量之70-80%2.廢棄物的循環(huán)再生減少資源的消耗和減輕環(huán)境污染減少資源消耗

儘量減少廢棄物產(chǎn)生，合理利用資源另一方面儘量將廢棄物返回再生產(chǎn)的循環(huán)，以減少資源的擷取。降低環(huán)境負(fù)荷

對有限的環(huán)境容量，儘量將廢棄物返回再生產(chǎn)的循環(huán)，將會大大減輕對生態(tài)環(huán)境的破壞材料的循環(huán)再生廢棄物循環(huán)再生對材料工業(yè)永續(xù)發(fā)展的意義124廢棄物循環(huán)再生的層次

1.再使用(Reuse）在其生命週期以內(nèi)，可被用來完成相同預(yù)定用途一定次數(shù)的重複使用(ISO解釋)2.材料循環(huán)再生(MaterialsRecycle）廢棄物經(jīng)過回收、分離後，恢復(fù)為原材料形態(tài)且再運用於同種或類似用途3.廢棄物的資源化(ResourceCascadening)廢棄物經(jīng)一定加工且變更用途4.化學(xué)再循環(huán)(ChemicalRecycle)廢棄物經(jīng)過化學(xué)分解後，成為原料且再運用予製造材料5.取有用成分(Recovery)抽取廢棄物所含之有用成分6.熱能再循環(huán)(EnergyRecycle)廢棄物經(jīng)燃燒產(chǎn)生熱能或轉(zhuǎn)為電能7.最終處理與掩埋(RestinPeace)廢棄物循環(huán)再生的層次1.再使用(Reuse）125廢棄物循環(huán)再生的分類

再使用材料循環(huán)再生化學(xué)再循環(huán)資源化抽取有用成分熱能再循環(huán)最終處理與掩埋環(huán)境負(fù)荷變大→↑環(huán)境負(fù)荷變小廢棄物廢棄物循環(huán)再生的分類再使用材料循環(huán)再生化學(xué)再循環(huán)資源化抽取126廢棄物循環(huán)再生的途徑和策略

1.政府制定相關(guān)的法規(guī)要求廢棄物循環(huán)再生2.強化環(huán)境管理，制訂廢棄物再循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)運用行政、法律、經(jīng)濟、技術(shù)、教育等手段，進行宏觀指導(dǎo)、統(tǒng)籌規(guī)劃、組織協(xié)調(diào)、監(jiān)督檢查，並提供服務(wù)3.推行和開發(fā)先進的回收利用技術(shù)廢棄物回收利用的瓶頸之一是經(jīng)濟合理性，而歸根結(jié)底是回收技術(shù)的先進性(圖4-8)4.建立和改善回收利用網(wǎng)路和機制5.積極推動提高企業(yè)生態(tài)效益活動廢棄物循環(huán)再生的途徑和策略1.政府制定相關(guān)的法規(guī)要求廢棄物127循環(huán)再生技術(shù)

圖4-8推行和開發(fā)先進的回收利用技術(shù)循環(huán)再生技術(shù)圖4-8推行和開發(fā)先進的回收利用技術(shù)128生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(1)

授課教師：余慶仁 0933601801cly@.tw課程概述與目標(biāo)：

本課程探討材料與環(huán)境、資源之關(guān)係並介紹各類材料特性、功能與利用，與各類材料之生態(tài)化與生態(tài)改造方法與實例。教材1.生態(tài)材料導(dǎo)論，洪紫萍、王貴公著，魏漣邦校訂，五南書局，民國93年2.教師自編講義

生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(1)授課教師：余慶仁129生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(2)課程簡介緒論材料與生態(tài)系統(tǒng)生命週期評估與生態(tài)化設(shè)計清潔生產(chǎn)與循環(huán)再生材料特性木材金屬材料高分子材料陶瓷與建築材料課程大綱生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(2)課程簡介材料特性課程大綱130生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(3)主要參考與指定閱讀書目．生態(tài)環(huán)境材料，王天民主編，王文雄與白育綸編修，新文京開發(fā)，民國93年．機械材料，金重勳著，復(fù)文書局，民國91年．產(chǎn)業(yè)減廢與資源化，陳有志著，高立圖書，民國89年．工程材料，沈保羅主編，黃振賢審定，新文京開發(fā)，民國90年．EngineeringMaterials,Budinski&Budinski,Pearson,2005．MaterialsSelectioninMechanicalDesign,M.Ashby,Elsevier,2005．DesignforEnvironment,J.Fiskeled.,McGraw-Hill,1995．FoundationofMaterialsScienceandEngineering,W.F.Smith,McGraw-Hill,2002(中譯本:劉品均與施佑蓉譯，高立圖書，民國94年)．

MaterialsScienceandEngineering,AnIntroduction,6thEd.

W.D.Callister,Jr.

JohnWiley&Sons,2003(中譯本:陳文照等譯，高立圖書，民國95年)生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(3)主要參考與指定閱讀書目131生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(4)教學(xué)方式 教室講述教學(xué)成績評量及標(biāo)準(zhǔn) 平時成績包括作業(yè)，課堂表現(xiàn)等(佔30%)、 期中考(佔35%)、 期末考(佔35%)生態(tài)材料概論教學(xué)大綱(4)教學(xué)方式132生態(tài)材料導(dǎo)論AnIntroductiontoEcomaterials洪紫萍、王貴公編著魏漣邦校訂生態(tài)材料導(dǎo)論AnIntroductiontoEcoma133目錄Chapter1概論Chapter2材料與生態(tài)系統(tǒng)Chapter3生態(tài)材料評估Chapter4生態(tài)材料設(shè)計、生產(chǎn)、循環(huán)再生Chapter5木材Chapter6金屬材料Chapter7高分子材料Chapter8複合材料Chapter9陶瓷Chapter10包裝材料Chapter11建築材料目錄Chapter1概論134生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展生態(tài)材料發(fā)展時期：一、原始生態(tài)材料時期

人口稀少，主要以天然資源為衣、食、住、行的材料，人類行為是利用自然界的物質(zhì)資源屬於原始生態(tài)模式，對自然生態(tài)系統(tǒng)基本不造成危害。二、準(zhǔn)原始生態(tài)材料時期人類開始進入農(nóng)業(yè)時代，使用材料依然以天然資源和人工栽培、飼養(yǎng)的生物為主要原料，出現(xiàn)了陶瓷、冶金業(yè)，人類只能製造與使用自然資源，進行簡單加工的材料，以提高生活品質(zhì)。生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展生態(tài)材料發(fā)展時期：135生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展三、非生態(tài)材料時期人類進入工業(yè)文明時代，大量開採地球上的各種資源，加以使用和消費，並排放生物難以分解的廢污。環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，進入80年代，資源、能源變成世界性大流動，生態(tài)環(huán)境破壞擴展到全球，例如「溫室效應(yīng)」。社會的成長方式呈指數(shù)型，其數(shù)學(xué)式如下：若成長率為7%，則倍增期為10年。生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展三、非生態(tài)材料時期若成長率為7%，則倍136生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展四、生態(tài)材料時期

材料持續(xù)利用在於材料應(yīng)以「社會經(jīng)濟自然生態(tài)效益」的統(tǒng)合為著眼點，隨著材料的使用範(fàn)圍和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生態(tài)環(huán)境依然得到保護，較小的破壞作用，使傳統(tǒng)的材料工業(yè)轉(zhuǎn)變成生態(tài)材料工業(yè)，進入材料工業(yè)永續(xù)發(fā)展時期。生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展四、生態(tài)材料時期137生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展生態(tài)材料概念的產(chǎn)生和研究進展：20世紀(jì)80年代以來國際社會關(guān)注的焦點從單純注重環(huán)境問題逐步轉(zhuǎn)移到環(huán)境與發(fā)展二者的關(guān)係。美國和歐洲學(xué)者也提出綠色材料、生態(tài)友善材料、生態(tài)製程、生態(tài)產(chǎn)品、環(huán)保標(biāo)章、環(huán)境友善材料和製程等概念，但均處於發(fā)展階段ISO14021—99環(huán)保標(biāo)章和環(huán)境宣告中指出「模糊的或不具體的，或泛泛表明產(chǎn)品是對環(huán)境有利或環(huán)境無危險的環(huán)境訴求不應(yīng)使用生態(tài)材料學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展生態(tài)材料概念的產(chǎn)生和研究進展：138生態(tài)材料之特性1990年，山本良一教授認(rèn)為21世紀(jì)材料應(yīng)具有綜合性能: 1.人類活動領(lǐng)域的可擴展性(Expandability) -人類活動範(fàn)圍更廣；傳統(tǒng)材料的特性 2.生態(tài)相容性(co-existability) -材料與自然和諧 3.寧適性(Optimizability) -材料與人和諧(人類生活品質(zhì)提升)生態(tài)材料之特性139生態(tài)材料學(xué)的研究對象和任務(wù)生態(tài)材料的定義(屬性)1.具有傳統(tǒng)材料的四大要素，即成分、結(jié)構(gòu)、製程和性能。2.可使用性，可用於社會經(jīng)濟的各種需求。3.經(jīng)濟性，傳統(tǒng)上人們可以承受的價格。4.生態(tài)屬性，即材料的整個生命週期環(huán)境負(fù)荷低，可再循環(huán)、資源利用效率高的涵義。生態(tài)材料學(xué)的研究對象和任務(wù)生態(tài)材料的定義(屬性)140傳統(tǒng)材料的四大要素成分:元素與化合物種類與含量結(jié)構(gòu):各成分排列方式製程:製造材料之過程性能: 機械-彈性係數(shù)、硬度、抗拉強度、延展性等 熱力學(xué)-熔點、沸點、熱傳導(dǎo)係數(shù)、吸放熱量等 電子性-導(dǎo)電性、介電係數(shù)等

光學(xué)性-透光度等傳統(tǒng)材料的四大要素成分:元素與化合物種類與含量141材料可使用性工程材料 種類:金屬材料、高分子材料、陶瓷與建築材料、複合材料(兩種以上材料組成)

美國1990年之使用量: 木材-3×1011磅 高分子-3×1010磅 鋼鐵-1×1011磅 鋁-2×109磅 水泥-1×1011磅 銅-1×109磅

汽車1500Kg其中

鋼鐵:50-60%塑膠:10-20%

鋁:5-10%其他材料可使用性工程材料142材料之經(jīng)濟性材料之經(jīng)濟性143生態(tài)材料學(xué)的研究對象和任務(wù)材料的生態(tài)相容性判定原因:材料對生態(tài)環(huán)境的壓力(1)直接對人類、生物造成危害(2)生活環(huán)境受到壓力(3)破壞可再生資源的循環(huán)系統(tǒng)(4)對不可再生資源的大量消耗環(huán)境負(fù)荷之定義如果有物質(zhì)排放，就產(chǎn)生了壓力，對此，環(huán)境則作出反應(yīng)而形成某種狀態(tài)，這個狀態(tài)與物質(zhì)排放以前的狀態(tài)比較，如果判斷者作出狀態(tài)惡化的結(jié)論時，就將物質(zhì)排放定義為環(huán)境負(fù)荷生態(tài)材料學(xué)的研究對象和任務(wù)材料的生態(tài)相容性判定144判斷材料生態(tài)相容性的必要條件(1)材料生產(chǎn)所需能量低。(2)材料生產(chǎn)過程無污染。(3)原材料可再資源化。(4)不過度消耗資源。(5)使用後或解體後可再利用。(6)可保證原料的持續(xù)生產(chǎn)。(7)廢材的最終處理不污染環(huán)境。(8)對使用人的健康無害。判斷材料生態(tài)相容性的必要條件(1)材料生產(chǎn)所需能量低。1451.探索材料系統(tǒng)和自然—經(jīng)濟—社會生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)係．尋求對材料系統(tǒng)和自然、經(jīng)濟、社會生態(tài)系統(tǒng)之掌握與整合2.材料整個生命週期對生態(tài)系統(tǒng)包括地球生態(tài)系統(tǒng)、廣域生態(tài)系統(tǒng)、地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的影響，尤其是未來的潛在影響促使建立新的模式．材料整個生命週期在時間與空間上對生態(tài)系統(tǒng)的影響生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(1)1.探索材料系統(tǒng)和自然—經(jīng)濟—社會生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)係生態(tài)材料146生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(2)3.傳統(tǒng)材料的生態(tài)化、新型生態(tài)材料和生態(tài)材料設(shè)計、生產(chǎn)的原則原料製造過程加工處理材料(較原始)材料產(chǎn)品使用後回收資源化廢棄考量點:資源、能源、污染、使用性、經(jīng)濟性、需求量封閉循環(huán)系統(tǒng)，以降低環(huán)境負(fù)荷生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(2)3.傳統(tǒng)材料的生態(tài)化、新型生態(tài)147生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(3)1.現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設(shè)計現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設(shè)計是以降低資源、能源消耗，降低環(huán)境負(fù)荷，經(jīng)由環(huán)保標(biāo)章標(biāo)準(zhǔn)等為主要目的之設(shè)計2.新型生態(tài)材料的生態(tài)設(shè)計需要建立完善材料生態(tài)設(shè)計的數(shù)據(jù)庫和知識庫，以人工智慧、模式識別、電腦模擬等技術(shù)作為設(shè)計支援系統(tǒng)生態(tài)材料學(xué)的主要研究任務(wù)(3)1.現(xiàn)有材料生態(tài)化的再設(shè)計148生態(tài)材料之類型1999年原田幸明提出生態(tài)材料的三種類型（廣義的生態(tài)材料化），見圖1-1。圖1-1生態(tài)材料的三種類型（廣義的生態(tài)材料化）生態(tài)材料之類型1999年原田幸明提出生態(tài)材料的三種類型（廣義149生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容1.材料的經(jīng)濟、技術(shù)、生態(tài)環(huán)境調(diào)和研究2.材料生命週期評估3.材料的生態(tài)設(shè)計、可循環(huán)再生設(shè)計、產(chǎn)品可拆卸設(shè)計4.材料的清潔生產(chǎn)5.生態(tài)材料物質(zhì)流和能流循環(huán)再生及相關(guān)技術(shù)包括以下兩個方面：(1).開路技術(shù):例如生物合成(2).閉路技術(shù):包括可再生材料設(shè)計生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容1.材料的經(jīng)濟、技術(shù)、生態(tài)環(huán)境調(diào)和研究1506.傳統(tǒng)材料的生態(tài)化及其相關(guān)技術(shù)生態(tài)化及其技術(shù)：(1)採用新製程、新技術(shù)，提高資源、能源效率。(2)提高材料壽命有關(guān)技術(shù)ISO14021—99環(huán)保標(biāo)章和環(huán)境宣告對「壽命延長的產(chǎn)品」定義為「根據(jù)壽命提高或某種品質(zhì)改進的特徵，使用資源或廢棄物減少而延長使用時間的產(chǎn)品」。(3)生產(chǎn)過程儘可能使用循環(huán)再生材料技術(shù)ISO14021—99環(huán)保標(biāo)章和環(huán)境宣告對「再循環(huán)材料」定義為「藉由一個製造過程由回收的材料加工而成，並製成最終產(chǎn)品或構(gòu)成一種產(chǎn)品的部分材料」。生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))6.傳統(tǒng)材料的生態(tài)化及其相關(guān)技術(shù)生態(tài)化及其技術(shù)：生態(tài)材料學(xué)的151生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))(4)生產(chǎn)過程無廢污排放技術(shù)（Zero-Emission）。(5)使用容易後處理的代用材料技術(shù)（Refine）。(6)儘可能減少材料生命週期各階段廢污排放的技（Reduce）。(7)材料生命週期各階段產(chǎn)生的廢棄物能得到有效利用的技術(shù)（Recycle與Recovery）。(8)材料能夠再重新使用的技術(shù)（Reuse)生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))(4)生產(chǎn)過程無廢污排放技術(shù)152生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))7.新型生態(tài)材料及其相關(guān)技術(shù)(1)環(huán)境修復(fù)和淨(jìng)化材料。(2)根據(jù)環(huán)境和使用條件變化，自行調(diào)整的智慧型材料。(3)超導(dǎo)材料，沒有電阻，無疑節(jié)省了大量資源和能源。(4)奈米技術(shù)和材料，可使產(chǎn)品小型化、節(jié)能、省資源。(5)仿生材料，仿生材料就是從天然材料尋求啟發(fā)和模擬製造新型生態(tài)材料。其他低環(huán)境負(fù)荷相關(guān)新技術(shù)，低資源、能源消耗的技術(shù)，例如無紙辦公、無線微波輸電、微型化技術(shù)等。生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))7.新型生態(tài)材料及其相關(guān)技術(shù)153生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))小結(jié):人類使用材料與自然之互動層次生態(tài)化污染預(yù)防與清潔生產(chǎn)減廢回收再利用污染控制(管末處理)廢棄生態(tài)材料學(xué)的研究內(nèi)容(續(xù))小結(jié):人類使用材料與自然之互動層次154生命週期之物質(zhì)流．生命週期分為生物生命週期和非生物生命週期．ISO14040將生命週期定義為「一個產(chǎn)品或服務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)和互相關(guān)聯(lián)的階段，從天然資源的開採到最終處理?！梗牧虾彤a(chǎn)品生命週期物質(zhì)流大致可分為三種類型，見圖1-2。1.集約型:由各式各樣組件裝配成產(chǎn)品，集中匯總再循環(huán)的類型。2.擴散型以材料為中心，經(jīng)過分離開採副產(chǎn)物後，對應(yīng)於多種目的生命週期類型(材料的生命週期基本上是擴散型的)。3.相關(guān)型工業(yè)部門之間相互依存、相互關(guān)聯(lián)宏觀的物質(zhì)流類型。生命週期之物質(zhì)流．生命週期分為生物生命週期和非生物生命週期155生命週期之物質(zhì)流(2)圖1-2材料和產(chǎn)品生命週期的三種物質(zhì)流集約型擴散型生命週期之物質(zhì)流(2)圖1-2材料和產(chǎn)品生命週期的三種物質(zhì)156圖1-2材料和產(chǎn)品生命週期的三種物質(zhì)流(續(xù))相關(guān)