nAAAPPT-环境材料学材料的环境影响评价.ppt
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1、 环境材料学 材料的材料的环境影响境影响评价价 主要内容：n n材料的环境协调性评价n n常见的环境指标及其表达方法n n材料的环境影响评价方法与标准n nLCA的技术框架及评价过程如何判断是否是环境材料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 I、材料的环境协调性评价、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强调人类与环境的关系必须发生变化须发生变化（消耗型消耗型转变为资源再生型再生型，从损坏环境损坏环境转变为与环境协调环境协调的生产、生活方式）。在可持续发展思想的指导下，评价系统包括：材料的材料的环境负荷评价系统环境负荷评价系统、
2、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 n能耗n n环境影响因子n n环境负荷单位n n单位服务的材料消耗n n生态指数n n生态因子II、常常见的的环境指境指标及其表达方法及其表达方法n n能耗一项指标难以综合表达对环境的复杂影响，故在全面的全面的环境影响境影响评价价中，已基本淘汰能耗表示法。能耗n 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 n能耗限定值 E=(VF2.15+VR)FC0.777+303365E=(VF2.15+VR)FC0.777+303365表
3、达材料对环境的影响：EAF 资资源，能源，源，能源，污污染物，生物影响，区染物，生物影响，区域性域性 比能耗指标要全面综合一些。环境影响因子-environmental affect environmental affect factor,EAFfactor,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 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。单位服务的材料消耗生态指数表
4、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 n主要两部分：一部分是材料的主要两部分：一部分是材料的环环境影响（境影响（EIEI），），包括包括资资源、能源的消耗，以及排放的源、能源的消耗，以及排放的废废水、水、废废气、气、废废渣等渣等污污染物，加上其他染物，加上其他环环境影响，如温境影响，如温室效室效应应、区域毒性水平，甚至噪声等因素；、区域毒性水平，甚至噪声等因素；n n另一部分是材料的使用或服另一部分是材料的使用或服务务性能（性能（SP
5、SP）ECOI=EISP 生态因子 早期单因子法因子法进行评价，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、材料的材料的环境影响境影响评价方法与价方法与标准准LCA 起源n n20世纪60年代-“物质-能量流平衡方法”n n80年代-“从摇篮到坟墓”的生命周期评价技术n n1990年8月由国际环境毒理学与化学学会(SETAC,Society of Environmental Toxicology and Chemistry)正式给出LCA的定义和规范。LCA定义：是一种评价
6、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 nISOISO明确定明确定义义了了LCALCA的的评评估估对对象是象是产产品系品系统统或服或服务务系系统统造成的造成的环环境影响，而不是境影响，而不是评评估空估空间间意意义义上的上的环环境的境的质质量，量，这这与与环环境科学中的境科学中的环环境境质质量量评评估有着根本区估有着根本区别别。另外，。另外，LCALCA方
7、法着眼于方法着眼于产产品生品生产过产过程中的程中的环环境影响，境影响，这这与与产产品品质质量管量管理和控制等方法也是完全不同的。理和控制等方法也是完全不同的。n n其次，其次，LCALCA的的评评估范估范围围要求覆盖要求覆盖产产品的整个品的整个寿命周期，而不只是寿命周期，而不只是产产品寿命周期中的某个或品寿命周期中的某个或某些某些阶阶段。段。实施LCA的主要目的n n帮助提供帮助提供产产品系品系统统与与环环境之境之间间相互作用的尽相互作用的尽可能完整的概貌；可能完整的概貌；n n促促进进全面和正确地理解全面和正确地理解产产品系品系统统造成的造成的环环境境影响；影响；n n为为关注关注产产品或受
8、品或受产产品影响的相关方品影响的相关方(interested party)(interested party)之之间进间进行交流和行交流和对话对话奠定基奠定基础础；n n向决策者提供关于向决策者提供关于环环境的有益的决策信息境的有益的决策信息;n nLCALCA方法鼓励各种方法鼓励各种组织组织，尤其是企，尤其是企业业，将，将环环境境问题结问题结合到他合到他们们的的总总体决策体决策过过程中。程中。LCA的特点n n首先，首先，LCALCA方法不是要求企方法不是要求企业业被被动动地接受地接受检查检查和和监监督，而是鼓励企督，而是鼓励企业业发挥发挥主主动动性性，将，将环环境因素境因素结结合到企合到企
9、业业的决策的决策过过程中。程中。n n其次，其次，LCALCA评评估建立在估建立在Life CycleLife Cycle概念和概念和环环境境编编目目数据的基数据的基础础上，从而可以系上，从而可以系统统地、充分地地、充分地阐阐述与述与产产品系品系统统相关的相关的环环境影响，境影响，进进而才可能而才可能寻寻找和辨找和辨别环别环境改善的境改善的时时机和途径机和途径。这这体体现现了了环环境保境保护护手手段由段由简单简单粗放粗放粗放粗放向向复复复复杂杂精精精精细发细发展展展展的的趋势趋势。LCA的技术框架及评价过程的技术框架及评价过程n n这一结构也叫SETAC三角形，即：编目分析（Inventory
10、 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。目目标和范和范围确定确定n n目标的定义包括：目的、原因和评价结果的输出方式。n n研究范围包括：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。编目分析目分析n n定定定定义义：是是对对系系统边统边界内的所有界内的所有过过程中程中资资源的能源的能耗及耗及“三三废废”排放量排放量对环对环境境负载负载的影响的影响进进行量化的行量化的合理分析。合理分析。n n核心
11、核心核心核心：是建立以是建立以产产品功能品功能单单位表达的位表达的产产品系品系统统（评评价价对对象）的象）的输输入和入和输输出。根据物出。根据物质质平衡及平衡及能量平衡能量平衡进进行正确的行正确的调查调查。n n数据数据数据数据获获得得得得：正式出版的文献或有关：正式出版的文献或有关论论文；各文；各类类统计统计年年鉴鉴和和报报表；有关表；有关环环境数据手册；国家境数据手册；国家统统计计局局统计结统计结果；各行果；各行业业的有关的有关环环境境统计统计分析分析资资料等。料等。影响影响评估估n 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能量交换对其
12、外部环境的影响。步骤：n n分类n n表征n n归一化n n评价评估估结果分析果分析n 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、常用的常用的LCA评价模型价模型n 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 n该该瓷瓷砖砖生生产线产线的年的年产产量量为为3030万万mm2 2，采用，采用连续连续性流水性流水线线生生产产。所需原料有。所需原料有钢钢渣、黏土、硅渣、黏土、硅藻土、石英粉、釉料以及其他添加藻土、石
13、英粉、釉料以及其他添加剂剂等，消等，消耗一定的燃料、耗一定的燃料、电电力力产产水，排放出一定的水，排放出一定的废废气、气、废废水、水、废废渣。渣。V、LCA应用实例1建筑瓷建筑瓷砖的的环境影响境影响评价价实例2用层次分析法评价n n定义一个环境指数为LCA的评价目标。LCA应用实例3目目标和范和范围的的确定确定 本研究的目的是本研究的目的是对对聚甲聚甲醛醛基自基自润润滑材料在其滑材料在其原材原材料的提取、制料的提取、制备备、使用、使用、废废弃和再利用的全弃和再利用的全过过程中的程中的物物质质、能量、能量输输入入输输出及其出及其污污染排放物染排放物对环对环境造境造成的影成的影响响进进行了行了评评
14、价。价。这这一模式能一模式能够够定性和定量的定性和定量的评评价自价自润润滑材料在整个生命周期中的滑材料在整个生命周期中的环环境行境行为为。编目分析的主要范目分析的主要范围 物物质输质输入入 能量能量输输入入 化学回收化学回收 机械回收机械回收 三三废输废输出出 能量能量输输出出 其他其他释释放物放物 能量能量输输出出 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、排放物能耗、排放物 单单位位输输入或入或输输出量出量 能能 耗耗 kJ kJ 6236.25 6236.25天然天然资资源能耗源能耗原原 油油 kg kg 1.05 1.05 水水 kg kg 3.09 3.09
15、大气大气污污染染 CO CO2 2 kg kg 4.215 4.215 SO SOx x g g 5.70 5.70 NO NOx x g g 1.95 1.95碳碳氢氢化合物化合物 g g 21.60 21.60水水质污浊质污浊物物质质 BOD BOD（生化需氧量）（生化需氧量）g g 忽略忽略 COD COD g g 0.80 0.80固固态废态废弃物弃物 粉粉尘尘 kg kg 忽略忽略 废废渣渣 kg kg 0.03 0.03 塑料的生命周期评价（单位：1千克）产品系品系统工工艺流程流程图 烘烘 干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
16、 使 用回收利用简式生命周期评价矩阵的应用n nLCALCA作作为为一个一个环环境管理决策工具存在着理境管理决策工具存在着理论论和和实实践践上的局限性。研究者必上的局限性。研究者必须经须经常依据工程估常依据工程估计计或或专业专业判断等来判断等来获获取数据，其取数据，其结结果可能造成果可能造成较较大的数据大的数据误误差，另外从差，另外从实实践上看，完成一个完整、有效的生命践上看，完成一个完整、有效的生命周期周期评评价需要价需要较较高的高的费费用和很用和很长长的的时间时间。n n简简式生命周期式生命周期评评价矩价矩阵阵是一种半定量的方法，其是一种半定量的方法，其评评价系价系统为统为5858二二维维
17、矩矩阵阵，其中一，其中一维维代表代表产产品生命周品生命周期的期的5 5个个阶阶段：原料段：原料获获取、取、产产品生品生产产、销销售售(包括运包括运输输)、产产品使用、回收或品使用、回收或处处置置;另一另一维维代表代表环环境因素，境因素，为为了全面描述了全面描述产产品生命周期全品生命周期全过过程的程的环环境行境行为为，一，一般般选选定定8 8个个环环境因素境因素:有害物有害物质质、大气、大气污污染、水染、水污污染、染、土壤土壤污污染、固体染、固体废废物、噪声、能源消耗、物、噪声、能源消耗、资资源消耗。源消耗。n n研究者根据每个元素研究者根据每个元素对环对环境影响程度的不同划分境影响程度的不同划
18、分为为5 5个等个等级级（以数（以数值值0 0，1 1，2 2，3 3，4 4表示），其中数表示），其中数值值越小，表示越小，表示污污染越重。在染越重。在对对矩矩阵阵中每个元素取中每个元素取值值之之后，按照每个元素所得的数后，按照每个元素所得的数值值求和作求和作为评为评价指数。价指数。数据收集数据收集 聚甲醛基自润滑材料环境影响评价矩阵评分结果聚甲醛基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
19、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n 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 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 n时间和地域范围的影响；n n风险范围界定的局限性 评估方法的局限性n n LCA的评价方法既包括了客观因素，也包括主观因素；n n标准化方面 VII、材料的环境性能数据库n n建立材料性能数据库的基本原则n 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 n（1）有一定的通
20、用性：n n（2）要具有可比性；n n（3）应具有服务性的功能；n n（4）具有预测性的功能。常用环境数据库介绍n n国国际际上，提出了一种上，提出了一种统统一的一的编编目数据格式目数据格式-SPOLD-SPOLD格式，格式，还还建立了一个建立了一个SPOLDSPOLD数据数据库库网网络络。http http：/www.spold.org/www.spold.orgn n我国材料我国材料环环境影响数据境影响数据库库研究始于研究始于9090年代中期，年代中期，如清如清华华大学建立的涂料及表面材料大学建立的涂料及表面材料环环境影响数据境影响数据库库重重庆庆大学大学莲莲立的金属材料立的金属材料环环境
21、影响数据境影响数据库库等等 n nSimaPro软件 SimaPro软件n n可完整可完整应应用于生命周期用于生命周期评评估估-清清单单及影响及影响评评估的各个估的各个阶阶段，亦段，亦可可应应用于不同生命周期工序用于不同生命周期工序阶阶段。；段。；n n 丰富的丰富的环环境境负负荷数据荷数据库库，如，如 ETH-ESU96 ETH-ESU96（能源、（能源、电电力制造、力制造、运运输输），），BUWAL 250 BUWAL 250（包装材料的（包装材料的产产品、运品、运输输、销销售及最后售及最后处处置方面），置方面），IDEMAT 2001 IDEMAT 2001（不同材料、工（不同材料、工艺
22、艺和工序的工和工序的工业业设计设计方面），方面），Dutch concreteDutch concrete（水泥及混凝土），（水泥及混凝土），IVAM IVAM（用（用于建筑部于建筑部门门的超的超过过100100种材料和种材料和250250个工个工艺艺生生产产的有关能源和的有关能源和运运输输方面）等；方面）等；n n 提供多种提供多种评评价方法，如价方法，如 Eco-Indicator99 Eco-Indicator99，Ecopoints97Ecopoints97，CML CML 9292，CML 2(2001)CML 2(2001)，。用，。用户户可以可以选择选择一种一种评评价方法模型价方
23、法模型进进行行单单一一评评价，也可以同价，也可以同时针对时针对一种一种产产品或服品或服务选择务选择多种多种评评价模型价模型进进行行对对比比评评价；价；n n 使用界面良好，提供向使用界面良好，提供向导导式的式的评评价模式，自价模式，自动动生成生成评评价工价工艺艺流程流程图图，大幅度降低了，大幅度降低了专业软专业软件的使用件的使用难难度，便于用度，便于用户户使用使用和易于理解；和易于理解；n n数据数据处处理的理的图图形化，可以直形化，可以直观观地描述各工序地描述各工序对对整个整个产产品或材料品或材料的的环环境境负负荷的供献。荷的供献。n n该软该软件也正在将技件也正在将技术术、经济经济分析引入
24、到分析引入到评评价体系中。价体系中。环境材料学 材料的生材料的生态设计 主要内容材料产业的可持续发展工业生态学材料流分析材料生产的资源效率材料的生态设计 n n可持续发展、材料材料产业的可持的可持续发展展n n可持续发展可持续发展的实质是在生产过程中尽量做到少投入。多产出；在消费过程中尽量做到多利用少排放。其最终目标是实现经济效益、社会效益、环境效益的统一。材料产业的可持续发展材料产业的可持续发展实现材料可持续发展的关键：开发新材料。n n材料材料产业可持可持续发展的方向：展的方向：用资源节约型产品代替资源消耗型产品：用环境协调型工艺替换环境损害性工艺。材料材料产业的可持的可持续发展展II、工
25、工业生生态学学n n工工业生生态学原理学原理 工业生态学是一种提高资源效率和促进环境保护的系统原理。l l工工业生生态学的目学的目标是通过分析自然界的生物循环系统，将生物圈的循环原理用于工业过程，把现有的工业体系通过工业生态学的途径，转化为可持续发展的体系，最终实现人类社会的可持续发展。工工业过程的生程的生态结构重构重组:n n转换转换的的的的层层次：次：次：次：宏宏观层观层次是改善整体次是改善整体经济经济的物的物质质和能源效率；和能源效率；n n中中中中间层间层次：次：次：次：重新重新审视产审视产品与制造品与制造过过程，减少程，减少废废物的排放量；物的排放量；n n微微微微观层观层次：次：次
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