生物质材料及应用.pptx

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1、同学们，上课啦！Are You Ready?第1页/共128页21.1 环境、资源与材料1.1.1 环境 环境：指与人类密切相关、影响人类生活和生产活动的各种自然（包括人工干预下形成的）力量或作用的总和。分为自然环境和社会环境。 自然环境：由水、土、气、矿藏、热、动物、植物、微生物等各种自然要素构成，主要包括大气环境、水环境、土壤环境、地质环境、生态环境等； 社会环境：人类与自然要素在长期共处所产生的各种依存关系。主要包括居住环境、生产环境、文化环境、交通环境等。 第2页/共128页3环境对人类的功能主要表现在两方面： 一方面，它是人类生存与发展的终极物质来源；第3页/共128页4第4页/共1

2、28页5全球十大环境问题 全球气候变暖 极地冰川融化，海平面每10年将升高6厘米，使一些海岸地区被淹没。 影响降雨和大气环流的变化，使气候反常，易造成旱涝灾害 第5页/共128页6臭氧层的耗损与破坏 紫外线辐射能破坏生物蛋白质和基因物质脱氧核糖核酸，造成细胞死亡；使人类皮肤癌发病率增高；伤害眼睛，导致白内障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜类、蔬菜等的生长，并穿透10米深的水层，杀死浮游生物和微生物，从而危及水中生物的食物链和自由氧的来源，影响生态平衡和水体的自净能力。 第6页/共128页7生物多样性减少 每年至少有5万种生物物种灭绝，平均每天灭绝的物种达140个 第7页/共128页8酸雨蔓延

3、酸雨是指大气降水中酸碱度（pH值）低于5.6的雨、雪或其他形式的降水 水中的生物生活 土地质量 建筑物（特别是古迹 ）第8页/共128页9森林锐减 森林正以每年4000平方公里的速度消失。森林的减少使其涵养水源的功能受到破坏，造成了物种的减少和水土流失，还加剧了温室效应 第9页/共128页10土地荒漠化 全球陆地面积占60%，其中沙漠和沙漠化面积29%。每年有600万公顷的土地变成沙漠。经济损失每年423亿美元。 第10页/共128页11大气污染 大气污染的主要因子为悬浮颗粒物、CO、O3、CO2、氮氧化物、铅等。大气污染导致每年有30-70万人因烟尘污染提前死亡，2500万的儿童患慢性喉炎，

4、400-700万的农村妇女儿童受害。 第11页/共128页12水污染 如此水还是生命之源吗？ 水是我们日常最需要，也上接触最多的物质之一，然而就是水如今也成了危险品 第12页/共128页13海洋污染 赤潮 石油泄漏 第13页/共128页14危险性废物越境转移 危险性废物是指除放射性废物以外，具有化学活性或毒性、爆炸性、腐蚀性和其他对人类生存环境存在有害特性的废物。 第14页/共128页15 面对未来的地球，我们真的值得迷茫. 我们的地球在几千万年的进化中始终保持着美丽的面貌，可现在，人类“掌管”地球才这么短的时间，他就满面疮痍 第15页/共128页16第16页/共128页17第17页/共128

5、页181.1.2 资源 一、定义 广义的资源：指人类生存发展和享受所需要的一切物质的和非物质的要素。 既包括一切为人类所需要的自然物，如阳光、空气、水、矿产、土壤、植物及动物等等，也包括以人类劳动产品形式出现的一切有用物，如各种房屋、设备、其它消费性商品及生产资料性商品，还包括信息、知识和技术、人类本身的体力和智力等无形的资财。 第18页/共128页19 狭义的资源：仅指自然资源 联合国环境规划署（UNEP）的资源定义： “所谓自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的、以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称”。 包括太阳能、土地、水、大气、岩石、矿物、森林、草地、矿

6、产、海洋、生态系统的环境机能、地球物理化学的循环机能等。第19页/共128页201. 可耗竭资源 定义：在任何对人类有意义的时间范围内，资源质量保持不变，资源蕴藏量不再增加的资源称为可耗竭资源。 二、自然资源分类第20页/共128页21(1)可回收的可耗竭资源 资源产品的效用丧失后，大部分物质还能够回收利用的可耗竭资源称为可回收的可耗竭资源。 主要指金属等矿产资源，例如汽车报废后，汽车上的废铁可以回收利用。 资源的可回收利用程度是由经济条件所决定的。只有当资源的回收利用成本低于新资源的开采成本时，回收利用才有可能。 影响可耗竭资源开采量的因素有两个：价格因素和技术进步。 第21页/共128页2

7、2(1)可回收的可耗竭资源 可回收的可耗竭资源最终仍无法逃脱被耗竭的命运，但耗竭的速率是可变的，它取决于市场需求、资源产品的耐用性和回收利用该产品的程度。 需要强调的是：可回收的可耗竭资源不可能100%地循环利用。根据化学热力学第二定律，“在一个封闭的系统内，无限的内循环是不可能的”。 第22页/共128页23(2)不可回收的可耗竭资源 使用过程不可逆，且使用之后不能恢复原状的可耗竭资源称为不可回收的可耗竭资源。 其主要指煤、石油、天然气等能源资源，这类资源被使用后就被消耗掉了。 由于不可回收的可耗竭资源使用过程的不可逆性，决定了使用机会只有一次 。 第23页/共128页242 . 可更新/可

8、再生资源 能够通过自然力以某一增长率保持或增加蕴藏量的自然资源是可更新资源。 例如太阳能、大气、森林、鱼类、农作物以及各种野生动植物等。 第24页/共128页25(1)可更新商品性资源 财产权可以确定，能够被私人所有和享用，并能在市场上进行交易的可更新资源是可更新商品性资源。 例如，私人土地上的农作物、森林等。第25页/共128页26(2)可更新公共物品资源 不为任何特定的个人所有，但是却能为任何人所享用的可更新资源是可更新公共物品资源。如公海鱼类资源、物种、空气等。 特征：消费具有不可分性或无竞争性，是指某人对某物品的消费完全不会减少或干扰他人对同一物品的消费；再是消费无排他性，指不能阻止任

9、何人免费消费该物品。 第26页/共128页27公共物品的可更新资源的非专有性 属于公共物品的可更新资源是非专有的，非专有性是财产权的一种减弱，它将导致低效率。 这种配制的结果是可更新资源过度开发，以及在管理、保护和提高生产能力方面投资不足 。第27页/共128页28三、 自然资源的蕴藏量 1 已探明储量 已探明储量是利用现有的技术条件、资源位置、数量和质量可以得到明确证实的储量。又分为： （1）采储量：为在目前的经济技术水平下有开采价值的资源。 （2）待开采储量：定义为储量虽已探明，但由于经济技术条件的限制，尚不具备开采价值的资源。 第28页/共128页29第29页/共128页302. 未探明

10、储量 未探明储量是指目前尚未探明但可以根据科学理论推测其存在或应当存在的资源，分为： （1）测存在的储量：可以根据现有科学理论推测其存在的资源。 （2）应当存在的资源：今后由于科学的发展可以推测其存在的资源。第30页/共128页313. 蕴藏量 资源蕴藏量等于已探明储量与未探明储量之和，是指地球上所有资源储量的总和。 因为价格与资源蕴藏量的大小无关，所以蕴藏量是一个物质概念而非经济概念。对于可耗竭资源来说，蕴藏量是绝对减少的；对于可更新资源来说，蕴藏量是一个可变量。这个概念之所以重要，是因为它代表着地球上所有有用资源的最高极限。 第31页/共128页324. 三个重要的物质循环 自然界内处于千

11、变万化中的物质欲维持质量能量守恒，只有通过物质的循环来实现。 一旦物质循环的程序局部发生故障，即发生环境污染，则整个自然系统就要遭到破坏。 其中碳循环、氮循环、氧循环是三个最重要的循环。 第32页/共128页33(1)碳循环： 碳是构成有机物质的中心元素和构成地壳岩石及矿物燃料（煤和石油）的主要成分，也是构成各种材料，例如钢铁材料、高分子材料或陶瓷材料的基本元素之一。 碳在钢铁中以间隙原子的形式和化合物的形式存在，是钢铁材料的一个重要化学元素和强化元素。第33页/共128页34(1)碳循环： 在自然环境内，碳的循环主要是通过二氧化碳来进行的。由动物呼吸或矿物燃料的燃烧生成二氧化碳并放出热量。在

12、生物圈中二氧化碳的循环（亦构成氧循环的一部分）主要表现在光合反应中。 反应：6CO2+6H2O+2822JC6H12O6+6O2第34页/共128页35(1)碳循环： 碳循环始于CO2经绿色植物光合作用固定，以各种碳化物的形式储存，经过营养级的传递、分解，有一部分经过动植物的呼吸作用及动植物尸残体的分解转变为CO2，回归到大气中去；另一部分转入土壤或地下深层，经过漫长的演化转变成矿物。 由于矿物燃料的燃烧，人类已经在全球尺度上影响CO2的生物地球化学循环，每年排放到大气中的CO2总量与日俱增，导致了地球表面热量不断积累，破坏了原来的热量平衡，形成“温室效应”。 第35页/共128页36北京大学

13、环境学院(1)碳循环：第36页/共128页37(2)氮循环 氮是构成蛋白质的主要元素，而所有生物体内均含有蛋白质，所以氮的循环涉及到自然界的各个领域。 氮在材料工业中也起着重要作用。例如氮在铁中以间隙原子的形式和化合物的形式存在，是钢铁材料中的一个重要强化元素。同时氮还是金属基复合材料的一个强化相的组成元素，如AlN，TiN 等等。第37页/共128页38(2)氮循环 氮与碳不同，氮是一个变价元素，它有多种价态，如：+5，+3，+1，-1，-3等。这使得氮的循环通过各种价态化合物组成复杂的途径。 第38页/共128页39(2)氮循环 尽管大气圈中的分子态氮N2约占大气组成的79%（v/v），但

14、是分子态氮对于生命是无效的。 只有通过各种反应将N2转化成其它形态后，氮才能显示出生命活力。因此，氮与人类的生存密切相关。第39页/共128页40(2)氮循环 在生物圈中氮的循环基本模式是植物吸收N2经生物固氮作用形成硝酸盐、亚硝酸盐、氨、氨基酸，进而合成蛋白质和核酸，并和其他化合物进一步合成为植物有机体。 除生物固氮以外，闪电和宇宙射线也能使氮被氧化成硝酸盐。 食物链中成员的分解产物、排泄物在细菌的作用下转变成氨，亚硝化细菌把氨转化为亚硝酸盐，硝化细菌又进一步将亚硝酸盐转化为硝酸盐，在循环的末端，反硝化细菌把硝酸盐转变为分子态氮，又重新返回大气。 第40页/共128页41(2)氮循环 在自然

15、界中，氮的化合物倾向于还原状态，常常存在于和氢化合的物质中，而较少存在于氧化状态。 然而由于工业生产和人为原因带进环境中的氮几乎都是氧化状态，如NO，N2O等。 第41页/共128页42(2)氮循环 保持环境中氮氧化物的低浓度，对于自然界的平衡和生态系统的安全是非常重要的。 由于矿物燃料燃烧及工业生产活动强度的日益剧增，使氮的循环受到了严重的干扰。 目前，大气中的NO2以每年0.20.3%的速度增加，NO2的净增量每年达到了41012mol。 第42页/共128页43(2)氮循环第43页/共128页44(2)氮循环 氮在自然循环中的不平衡，将给生态系统带来极其严重的恶果。首先是因硝酸盐过量而污

16、染天然水体，造成水体的富营养化，藻类过量繁殖。 其次是硝酸盐对人类和动物生存的潜在危害。硝酸盐被人或动物摄取后，在细菌的作用下可能转化为亚硝酸盐。而亚硝酸盐除了能同血液中的红血球结合而破坏血液的输氧能力之外，还会同食物中的某些有机化合物起反应生成有致癌作用的亚硝胺化合物。 气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾。第44页/共128页45(3)氧循环 正是由于氧在自然界中有巨大的含量及其活泼性的特征，致使环境中无处无氧（游离态或化合态），所以氧在自然界中的循环是非常复杂的。 在前面所述的两种循环中均有氧的参与，也构成了氧循环的一部分。第45页/共128页4

17、6氧循环第46页/共128页47氧循环 在自然界中参与上述循环的碳、氮、氧实际上仅为其总量的几分之一，而大部分则储存在各自的“储库”之中。例如海洋是H2O的总储库，地壳的岩石为C和O的总储库，大气则为氮的总储库。 因为参与循环的物质量相对其总量而言是极少的，所以各种物质循环一周所需的时间很长。且由于各类物质总储存量的不同，它们的循环周期的长短差别也很明显。第47页/共128页48氧循环 据估计，水、氧和二氧化碳在四个圈层中的循环情况是： 所有地球上的水被植物的光合作用所分解，到再次由于动植物细胞的生物氧化而生成，约需时间200万年。 在此过程中产生的氧进入大气并约在2000年内进行再循环。 C

18、O2为动植物细胞所呼出并进入大气中，平均停留300年，再被植物细胞固定。 第48页/共128页49北京大学环境学院水、氧和二氧化碳的循环第49页/共128页50五、我国的资源状况五、我国的资源状况1、水资源状况：、水资源状况： 水资源总量位居世界第水资源总量位居世界第6位。但位。但人均淡水资源量只是世界人均占人均淡水资源量只是世界人均占有量的有量的1/4。 目前有目前有16个省、自治区、直辖个省、自治区、直辖市的人均水资源拥有量低于国际市的人均水资源拥有量低于国际公认的公认的1700m3用水紧张线。用水紧张线。 10个低于个低于500m3严重缺水线严重缺水线。第50页/共128页51第51页/

19、共128页522、耕地资源状况：、耕地资源状况： 耕地资源总量耕地资源总量18.51亿亩亿亩, 居居世界第世界第4位。位。 但人均耕地面积不到世界平但人均耕地面积不到世界平均水平的均水平的40%。 在在2000多个县（市）中，目多个县（市）中，目前有前有600多个县（市）人均耕多个县（市）人均耕地面积在世界公认的人均耕地地面积在世界公认的人均耕地警戒线警戒线0.8亩以下。亩以下。第52页/共128页53第53页/共128页543、主要矿产资源状况：、主要矿产资源状况： 已发现已发现171种矿产资源种矿产资源, 总量约占世界的总量约占世界的12%，仅，仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位。次于美国和

20、俄罗斯，居世界第三位。 但人均占有量仅为世界平均水平的但人均占有量仅为世界平均水平的58%居世界第居世界第53位。其中：位。其中： 铁矿石铁矿石9% 铜矿铜矿5% 铝土矿铝土矿 2% 第54页/共128页554、 能源资源状况：能源资源状况： 能源资源探明储量中，能源资源探明储量中，90%以上是煤炭以上是煤炭。 人均储量为世界平均水平，人均储量为世界平均水平， 煤炭煤炭79 石油石油11% 天然气天然气4.5%第55页/共128页56n每百万美元每百万美元GNP的能耗的能耗 国别 能耗（TOE） 相对比例 日本 150 1 美国 391 2.6 欧洲 287 1.9 前苏联 563 3.8 中

21、国 1,763 11.7第56页/共128页575、我国矿产资源的特点、我国矿产资源的特点 人均矿产资源人均矿产资源占有量低占有量低，主要有色金属储，主要有色金属储量人均占有量不到世界平均水平的量人均占有量不到世界平均水平的1/2。 矿产资源质量差别悬殊矿产资源质量差别悬殊、低质资源比重大低质资源比重大。 呆滞的矿产资源多、呆滞的矿产资源多、开发难度开发难度大。大。第57页/共128页586、我国矿产资源的利用状况、我国矿产资源的利用状况（1）矿产资源）矿产资源消耗大消耗大。水泥、陶瓷、钢铁产量均为世界第一。水泥、陶瓷、钢铁产量均为世界第一。（2）矿产资源综合）矿产资源综合利用率低利用率低，如

22、有色金属综合利用率只有，如有色金属综合利用率只有30-35%，国外先进水平为，国外先进水平为70%。（3）二次资源开发利用）二次资源开发利用技术落后技术落后，如再生铅的比例仅为国外的，如再生铅的比例仅为国外的50%。矿产资源总回收。矿产资源总回收率为率为3050，比世界平均水平低，比世界平均水平低1020；（4）矿产资源）矿产资源浪费严重浪费严重。（5）矿产资源不能保证经济、社会的可持续发展。）矿产资源不能保证经济、社会的可持续发展。基本特征人均资源少、资源消耗大、利用率低、浪费严重。基本特征人均资源少、资源消耗大、利用率低、浪费严重。第58页/共128页59n对我国材料工业产生重大影响的矿产

23、资源供需对我国材料工业产生重大影响的矿产资源供需状况分析状况分析 石油：石油：1993年已成为石油净进口国。年已成为石油净进口国。 铁：铁：富铁矿石供不应求，铁矿进口量逐年攀升。富铁矿石供不应求，铁矿进口量逐年攀升。 铜：铜：供需矛盾十分尖锐。地处偏远或品位低，开发供需矛盾十分尖锐。地处偏远或品位低，开发难度大，短期内难以满足国内需求。难度大，短期内难以满足国内需求。 钾盐：钾盐：长期依靠进口。长期依靠进口。 锰矿：锰矿：绝大部分是低品位难选的碳酸锰铁矿。绝大部分是低品位难选的碳酸锰铁矿。 铬铁矿：铬铁矿：资源严重不足，主要依靠进口资源严重不足，主要依靠进口 煤：煤：资源充足，但统计中有不少非

24、经济可开采。资源充足，但统计中有不少非经济可开采。第59页/共128页60n7、存在的主要问题、存在的主要问题 与中国人口数量、科技水平、财力状况等与中国人口数量、科技水平、财力状况等社会经济条件相联系，中国的资源情况不容乐观。社会经济条件相联系，中国的资源情况不容乐观。 我国自然资源的地区分布不平衡，影响了我国自然资源的地区分布不平衡，影响了资源利用与生产力的匹配。资源利用与生产力的匹配。 矿产资源的相对不足和高强度消耗，将严矿产资源的相对不足和高强度消耗，将严重制约中国经济和社会的健康发展。重制约中国经济和社会的健康发展。第60页/共128页61n我国材料产业发展对资源的消耗我国材料产业发

25、展对资源的消耗 资源产出率低资源产出率低 我国我国GDP约占世界的约占世界的4，但重要资源消耗占世界，但重要资源消耗占世界的比重却很高。消耗每吨标准煤实现的的比重却很高。消耗每吨标准煤实现的GDP为世界平为世界平均水平的均水平的30。 资源利用率低资源利用率低 我国能源转换效率、单位我国能源转换效率、单位GDP能耗、单位能源效能耗、单位能源效率、主要耗能设备能源效率等几个指标与世界水平相率、主要耗能设备能源效率等几个指标与世界水平相差甚远。差甚远。第61页/共128页62 资源综合利用水平低资源综合利用水平低 我国矿产资源总回收率为我国矿产资源总回收率为30%，比国外先进水平低，比国外先进水平

26、低20个百分点。共生、伴生矿的资源综合利用率为个百分点。共生、伴生矿的资源综合利用率为35左右。左右。 我国铜、铅、锌伴生金属冶炼回收率为我国铜、铅、锌伴生金属冶炼回收率为50左右，左右，而发达国家的平均水平在而发达国家的平均水平在80以上。以上。再生资源回收利用率低再生资源回收利用率低 再生铜产量约占铜产量的再生铜产量约占铜产量的22，而世界平均水平为，而世界平均水平为37； 再生铝产量占铝产量的再生铝产量占铝产量的21，而世界平均水平为，而世界平均水平为40。第62页/共128页63n我国资源储量与实际需求存在矛盾我国资源储量与实际需求存在矛盾水资源水资源我国淡水资源人均占有量仅为世界人均

27、水平的我国淡水资源人均占有量仅为世界人均水平的1/4土地资源土地资源我国土地资源人均占有量仅为世界人均水平的我国土地资源人均占有量仅为世界人均水平的1/3森林资源森林资源我国森林蓄积量仅为世界人均蓄积量的我国森林蓄积量仅为世界人均蓄积量的1/8矿产资源矿产资源铁矿石、铜矿、铝土矿人均储量分别为世界人均水平的铁矿石、铜矿、铝土矿人均储量分别为世界人均水平的9%、5%、2%。45种重要矿产资源储量对消费需求的保证程度十分严峻种重要矿产资源储量对消费需求的保证程度十分严峻2010年年可保证消费需求的矿产可保证消费需求的矿产21种种，其它，其它24种矿产难以保证；种矿产难以保证；2020年年可保证需求

28、的矿产可保证需求的矿产仅为仅为9种种，其他，其他36种矿产难以保证。种矿产难以保证。第63页/共128页641.1.3 材料 一、定义 材料：指具有一定结构、组分和性能，具有一定用途的物质。 是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。第64页/共128页65材料材料推动着人类文明的进步推动着人类文明的进步严重威胁人类生存的自然环境严重威胁人类生存的自然环境第65页/共128页66材料流 典型材料生产、使用、废弃过程示意图 第66页/共128页67 以钢铁材料为例，经过采选、储运、炼铁等步骤，最后平均8吨矿石可炼成1吨钢。 再经过轧制、车、钳、刨、铣等金属加工，最后得到约700公

29、斤的金属制品。 这些金属制品按质量计算，能被有效使用的不到500公斤。即使这些被有效使用的金属制品，也有一定的服役寿命，最后都被废弃而排放进入环境，由环境来承担吸收、消纳和分解的任务。 第67页/共128页68二、我国材料产业的能源消耗二、我国材料产业的能源消耗 主要材料产品的能耗占全国工业总能耗主要材料产品的能耗占全国工业总能耗的的40%，全国工业部门中，全国工业部门中黑色冶金、化学原料黑色冶金、化学原料工业及建材工业工业及建材工业位居综合能源消耗位居综合能源消耗前三位前三位。 我国材料工业能耗大大高于国外先进水我国材料工业能耗大大高于国外先进水平。平。 我国水泥吨熟料平均烧成热耗比国外约我

30、国水泥吨熟料平均烧成热耗比国外约高高45%左右。左右。第68页/共128页69n我国材料产业发展对能源的消耗我国材料产业发展对能源的消耗2005年主要材料能源消耗年主要材料能源消耗 材料种类材料种类 能源消耗能源消耗/万吨标准煤万吨标准煤 占工业总能耗比例占工业总能耗比例/%n矿品采选业矿品采选业 13251.5 8.38n化学原料及制品制造业化学原料及制品制造业 22494.07 14.23n化学纤维制造业化学纤维制造业 1342.0 0.85n非金属矿物制造业非金属矿物制造业 18849.94 11.93n黑色金属冶炼及加工业黑色金属冶炼及加工业 35988.23 22.77n有色金属冶炼

31、及加工业有色金属冶炼及加工业 7188.69 4.55n金属制品业金属制品业 2220.38 1.40n合计合计 103861.0 65.71n工业总能耗工业总能耗 158058.37第69页/共128页70n我国材料产业发展对能源的消耗我国材料产业发展对能源的消耗 我国单位产品能耗高。总体上主要耗能产品的我国单位产品能耗高。总体上主要耗能产品的能耗水平比国际先进水平高出能耗水平比国际先进水平高出2040%； 我国发电厂供电煤耗比世界先进水平高我国发电厂供电煤耗比世界先进水平高20%左右，每吨钢可比能耗比国际先进水平高左右，每吨钢可比能耗比国际先进水平高47.3，每吨水泥熟料燃料比国际先进水平

32、高每吨水泥熟料燃料比国际先进水平高58.1%。 我国能源系统的总效率与上世纪我国能源系统的总效率与上世纪90年代发达年代发达国家相比低国家相比低10-20个百分点。个百分点。第70页/共128页71n我国能源储量与实际需求存在矛盾我国能源储量与实际需求存在矛盾 中国的能源资源居世界第三位，但已探明的煤炭中国的能源资源居世界第三位，但已探明的煤炭储量仅占世界探明总量的储量仅占世界探明总量的11%，原油占，原油占3%，天然气，天然气占占1%，能源总量不到全世界的，能源总量不到全世界的10%。石油和天然气。石油和天然气人均储量分别占世界人均水平的人均储量分别占世界人均水平的1.8%和和0.2%； 据

33、专家预测，到据专家预测，到2010年中国石油对外依存度高达年中国石油对外依存度高达45%49%；到到2020年，形势更为严峻，对外依存度将上升到年，形势更为严峻，对外依存度将上升到60%66%。第71页/共128页72三、我国材料工业面临的环境问题三、我国材料工业面临的环境问题n 材料工业的废气排放量占全国排放总量的材料工业的废气排放量占全国排放总量的77.2%，固体废弃物占，固体废弃物占93.1%，工业废水占工业废水占58.6%。n 钢铁工业位于污染排放第钢铁工业位于污染排放第2位，全国水泥工业产生的粉尘造成城镇严重位，全国水泥工业产生的粉尘造成城镇严重污染，有色金属生产中造成的尾矿和废渣为

34、主的工业固体废弃物每年超过污染，有色金属生产中造成的尾矿和废渣为主的工业固体废弃物每年超过6000万吨万吨，生产过程中排放的二氧化碳、氟化氢、砷等废气，是有毒气体的，生产过程中排放的二氧化碳、氟化氢、砷等废气，是有毒气体的主要源头之一。主要源头之一。n 材料工业的生产对我国城乡环境质量构成了很大的威胁。材料工业的生产对我国城乡环境质量构成了很大的威胁。第72页/共128页73n 我国的我国的SO2、NOx排放量超过排放量超过3000万万t/a，30%以上的国土面积遭受酸雨污染，全国酸雨造成的以上的国土面积遭受酸雨污染，全国酸雨造成的损失超过损失超过1000亿元亿元/a；n 中国工业废渣累计堆存

35、量已超过中国工业废渣累计堆存量已超过70亿亿吨，占地吨，占地5.5 万公顷万公顷（其中占用农田（其中占用农田3700公顷）。这样不仅公顷）。这样不仅占用了宝贵的土地资源，而且对空气、地表水和占用了宝贵的土地资源，而且对空气、地表水和地下水造成严重污染。地下水造成严重污染。第73页/共128页74n我国材料产业发展对环境的影响我国材料产业发展对环境的影响 材料种类材料种类 工业废水工业废水/万吨万吨 工业废气工业废气/亿立米亿立米 固体废物产生量固体废物产生量/万吨万吨矿品采选业矿品采选业 116741 5725 48714化学原料及制品制造业化学原料及制品制造业 339052 15887 92

36、33化学纤维制造业化学纤维制造业 48516 2886 342非金属矿物制造业非金属矿物制造业 48248 49860 3237黑色金属冶炼及加工业黑色金属冶炼及加工业 169934 56190 23506有色金属冶炼及加工业有色金属冶炼及加工业 33734 13183 4779金属制品业金属制品业 21057 846 121合计合计 785688 145717 90067占工业排放总量百分数占工业排放总量百分数/% 32.33 54.17 66.9第74页/共128页75n我国材料产业发展对环境的影响我国材料产业发展对环境的影响2005年材料制造业污染物排放情况材料种类材料种类 二氧化硫二氧

37、化硫/万吨万吨 烟尘烟尘/万吨万吨 粉尘粉尘/万吨万吨矿品采选业矿品采选业 41.1 23.6 40.3化学原料及制品制造业化学原料及制品制造业 116.8 53.6 17.5化学纤维制造业化学纤维制造业 11.5 4.6 0.1非金属矿物制造业非金属矿物制造业 178.4 133.9 565.7黑色金属冶炼及加工业黑色金属冶炼及加工业 142.2 69.3 125.7有色金属冶炼及加工业有色金属冶炼及加工业 70.7 19.2 18.7金属制品业金属制品业 2.6 1.7 1.0合计合计 569.0 308.5 769.0占工业排放总量百分数占工业排放总量百分数/% 26.25 32.51

38、84.41第75页/共128页76n我国材料产业发展对环境的影我国材料产业发展对环境的影响响n我国每单位我国每单位GDP产生的产生的NOx是日本的是日本的27.7倍倍、德国、德国的的16.6倍倍、美国的、美国的6.1倍倍、印度的、印度的2.8倍倍；n所产生的所产生的SO2是德国的是德国的26.4倍倍、美国的、美国的60倍倍；已有；已有约约1/3的国土受到酸雨污染的国土受到酸雨污染第76页/共128页77 2007 年年 排放量排放量(万吨万吨) SO2 2468.1 NOx 2200 烟尘烟尘 986.6 粉尘粉尘 698.7第77页/共128页78n全国近年废气中主要污染物排放量单位全国近年

39、废气中主要污染物排放量单位:万吨万吨 年度年度 SO2 烟尘烟尘 合计合计 工业工业 生活生活 合计合计 工业工业 生活生活 2002 1926.6 1562.0 364.6 1012.7 804.2 208.5 2003 2158.7 1791.4 367.3 1048.7 846.2 202.5 2004 2254.9 891.4 363.5 1095.0 886.5 208.5 2005 2549.3 2168.4 380.9 1182.5 948.9 233.6 2006 2588.8 1078.4 854.8 1223.6 807.5 2007 2468.1 2140 328.1 9

40、86.6 771.1 215.5第78页/共128页79n环境承载能力与经济快速发展存在矛盾环境承载能力与经济快速发展存在矛盾n05年，年，28个国控重点湖（库）个国控重点湖（库） 类水质的湖，占类水质的湖，占7；类水质的湖（库）占类水质的湖（库）占21；水质的湖（库）占水质的湖（库）占11；类水质的湖（库）占类水质的湖（库）占18；劣劣类水质湖（库）占类水质湖（库）占43。 太湖、滇池和巢湖水质均为劣太湖、滇池和巢湖水质均为劣类。类。主要污染指标为总氮和总磷。主要污染指标为总氮和总磷。第79页/共128页80 我国工业产品能源、原材料的消耗占企业生产我国工业产品能源、原材料的消耗占企业生产成

41、本的成本的75左右，若降低左右，若降低1就能取得就能取得100多亿元多亿元的的效益。效益。 我国能源利用率若能达到世界先进水平，每年我国能源利用率若能达到世界先进水平，每年可减少可减少3亿吨亿吨标准煤的消耗。标准煤的消耗。 我国固体废弃物综合利用率若提高我国固体废弃物综合利用率若提高1，每年，每年就可减少约就可减少约1000万吨万吨废弃物的排放。废弃物的排放。 第80页/共128页81n材料工业污染产生的主要原因材料工业污染产生的主要原因n工艺技术装备落后，成为环境污染大户。工艺技术装备落后，成为环境污染大户。n矿山资源的乱采滥挖，造成大片森林被砍伐，矿山资源的乱采滥挖，造成大片森林被砍伐，绿

42、草毁掉，尾矿随意丢放，污水任意流淌，也是造绿草毁掉，尾矿随意丢放，污水任意流淌，也是造成环境破坏和污染的原因。成环境破坏和污染的原因。n冶炼生产效率低，冶炼生产效率低， CO2、SO2、NOx不处理，不处理，直接排放，对环境造成极大影响。直接排放，对环境造成极大影响。第81页/共128页82四、材料产业可持续发展的对策四、材料产业可持续发展的对策坚持坚持“3R”原则原则n减量化原则减量化原则Reduce:从源头节约资源使用和减少污染从源头节约资源使用和减少污染排放排放n再利用原则再利用原则Reuse:产品多次使用或修复、翻新或再制产品多次使用或修复、翻新或再制造后继续使用造后继续使用n再循环原

43、则再循环原则Recycle:废弃物转化为资源，实现再循环废弃物转化为资源，实现再循环利用利用n 核心核心：资源的有效保证、资源的合理应用、与环境：资源的有效保证、资源的合理应用、与环境的相容的相容第82页/共128页83n材料产业可持续发展的对策材料产业可持续发展的对策1. 解决矿产资源问题解决矿产资源问题2. 提高矿产资源开发的技术水平提高矿产资源开发的技术水平3. 强化资源保护管理强化资源保护管理4. 重视具有优势的矿产资源的开发重视具有优势的矿产资源的开发5. 提高材料性能和生产应用技术，减少消耗提高材料性能和生产应用技术，减少消耗6. 提高材料工业技术水平，降低能耗，减少污染提高材料工

44、业技术水平，降低能耗，减少污染7. 搞好搞好“三废三废”治理，提高资源综合利用水平治理，提高资源综合利用水平8. 科技进步与环境治理有机结合科技进步与环境治理有机结合第83页/共128页84n坚持坚持“3R”原则原则-建材行业建材行业水泥工业实施窑外分解技术，可将烧成热耗从落后水泥工业实施窑外分解技术，可将烧成热耗从落后窑型的窑型的5862kJ/kg熟料的热耗降低到熟料的热耗降低到2931kJ/kg；将实心砖改成空心率为将实心砖改成空心率为50的空心砖，可实现成倍的空心砖，可实现成倍的节省资源和能源，建筑物的功能和居住节能也将大的节省资源和能源，建筑物的功能和居住节能也将大为改善；为改善；大力

45、发展废型墙体材料：大量消纳和利用工业废渣大力发展废型墙体材料：大量消纳和利用工业废渣和农业废弃物，如利用粉煤灰、煤矸石、矿渣、稻草、和农业废弃物，如利用粉煤灰、煤矸石、矿渣、稻草、秸秆，来替代天然资源制造环保利废型墙体材料，实秸秆，来替代天然资源制造环保利废型墙体材料，实现废物再利用现废物再利用。第84页/共128页85n目标：目标：1. 推行生态工业链，实现循环型社会推行生态工业链，实现循环型社会 2. 材料工业的生态化材料工业的生态化 材料工业生态化是实现可持续发展的唯一途径材料工业生态化是实现可持续发展的唯一途径第85页/共128页86材料，为人类文明做出重大贡献，却也严重破坏了人类家园

46、。从原材料的开采、提炼、生产、加工、使用一直到废弃的过程，无不以资源和能源的极大消耗，生态环境的严重污染为代价。第86页/共128页87传统的材料研究、开发与生产追求最大限度发挥材料的性能和功能。对材料生产、使用和废弃过程中的环境问题重视不够。 材料及其制品的制造、使用及废弃过程是造成能源短缺、资源过度消耗和枯竭以及环境污染的主要原因之一。第87页/共128页88材料与环境的关系第88页/共128页89解决问题的思路在尽可能满足用户对材料性能的要求的同时，必须考虑尽可能节约资源和能源，尽可能减少对环境的污染，改变片面追求性能的观点；在研究、设计、制备材料以及使用、废弃材料产品时，一定要把材料及

47、其产品整个寿命周期中，与环境的协调性作为重要评价指标，改变只管设计生产，而不顾使用和废弃后资源再生利用及环境污染的观点；走走与资源、能源和环境相协调与资源、能源和环境相协调的道路的道路必然趋势第89页/共128页90n五、环境材料五、环境材料n20世纪世纪90年代初年代初,日本学者山本良一提出了日本学者山本良一提出了环境材环境材料（料（ecomaterials)的概念的概念, 是指那些具有良好的使用是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料。性能和优良的环境协调性的材料。n良好的环境协调性是指良好的环境协调性是指资源、能源消耗少，环境资源、能源消耗少，环境污染小，再生循环利用率污染小，

48、再生循环利用率高。高。n是充分考虑人类、社会、自然三者相互关系的前是充分考虑人类、社会、自然三者相互关系的前提下提出的新概念，它符合人与自然和谐发展的基提下提出的新概念，它符合人与自然和谐发展的基本要求，是材料产业可持续发展的必由之路。本要求，是材料产业可持续发展的必由之路。第90页/共128页91比较一致的定义： 在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料。既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料。类所需材料。既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料。 生态环境材料、环境协调材

49、料、环境意识材料、生态材料、绿色材料、环保型材料等。其它名称第91页/共128页92环境材料的内涵 (2)(2)环境协调性环境协调性( (区别于传统材料区别于传统材料) ) 生产环节中资源和能源的消耗少生产环节中资源和能源的消耗少 工艺流程的环境负荷小工艺流程的环境负荷小 废弃后易于再生循环。废弃后易于再生循环。（优先争取的目标）（优先争取的目标）(1)(1)材料的先进性材料的先进性 (3) (3) 舒适性舒适性第92页/共128页93主要研究课题环境材料与产品的环境设计环境材料与产品的环境设计材料与生态环境的关系和相互作用材料与生态环境的关系和相互作用材料及产品的环境影响的定量评估方法及其数

50、据库材料及产品的环境影响的定量评估方法及其数据库材料与产品的再生循环设计及工艺技术材料与产品的再生循环设计及工艺技术清洁、无污染、生态环境负担性低的材料生产、加清洁、无污染、生态环境负担性低的材料生产、加工和制造技术工和制造技术材料的超长寿命化技术材料的超长寿命化技术现用材料中有害元素、自然资源中枯竭性金属元素现用材料中有害元素、自然资源中枯竭性金属元素的替代材料与替代工艺技术的替代材料与替代工艺技术可循环性的环境分解和分离材料可循环性的环境分解和分离材料环境净化材料环境净化材料可再生材料，生态资源材料的工程技术可再生材料，生态资源材料的工程技术废物再资源化技术废物再资源化技术第93页/共12