生态环境材料第三章2011

图3－2
矿物开采、原材料加工和冶炼、材料半成品加工、产品生产使用等 各个环节都会向我们居住的地球或大气层排放污染物。
第二节 LCA 方法的起源与概念
一、LCA的起源 LCA起源于20世纪60年代化学工程中应用的“物质－能量流平 衡方法”，对产品生产和使用过程中的物质或能量的使用和消耗 进行平衡计算。到20世纪80年代，欧美从事工艺研究和环境评价
钒
铅 镍 钼
42
363 700 4200
铑
石油 煤
42000000
0.163 0.1
4、生态指数（eco-point，EP）：指对某一过程或产品, 根 据其污染物产生的量及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, 如依据此种方法求
算的玻璃生态指数为148, 而在同样条件下, 聚乙烯的生态指数 为220, 显然后者要比前者环境影响要大许多。
点在于环节概念清楚, 且将材料的生命过程作为一个整体进行分类 研究。
投入
原料 能源
材料制造与加工 原料获得
排出
排往大气 排往水中
再 生 循 环
产品生产
排往其他 环境 固态废弃物
使用 流通 消费
作用,有用的 产品
在整个寿命周期中 物质和能量的 平衡情況
废弃
第三节
LCA 的方法学框架及评价过程
一、LCA 的方法学框架
495.7 564.3
729.0 437.4 1028.9 920.8 596.5 720 198.9 82.5 25.7 56.0
2.94 6.05
8.41 8.41 11.17 19.64 18.00 22.92 0.76 0.28 0.08 0.14
1011.2 1612.1
2430.0 1215.0 2057.9 1964.4 2565.0 3080.0 328.7 -60.0 93.3
成或尽量多的由可再生资源构成。利用资源判据一方面要大力
开发材料再生循环设计技术, 尽量减少资源消耗, 延缓资源枯 竭速度和进度, 另一方面还需研究材料的分离技术, 提高材料 的再生循环能力。
4、能源判据：要求在材料的寿命周期循环中用最少的能耗获 得最大效益, 而且要求逐步用可再生能源、用自然能等取代目前
250 140
90 180 950 450 20 12.5 23 -6 3
32.0 27.6
81.0 81.0 115.0 200 45.0 27.5 3.15 3.30 0.5 0.5
252.8 230.7
218.7 218.7 195.5 884.0 51.3 38.5 7.56 8.25 0.36 0.28
大量使用的矿物能源。一方面可减少污染物的排放, 另一方面达
到经济可持续发展。
5、环境判据：在材料的生产和使用中重视三废的产生、排放
和处置, 遵守国际和国家的环境保护法令。
表3-1 各种材料的力学性能和能耗
力学性能/MPa
σ 铸铁件 EN1易切削钢 EN24NiCrMo 钢 304 不锈钢板
b
注 : 表中σ b′=P′/σ b , G′=P′/G, σ
1、质量判据：材料的质量则是能否制造有用器件的先决条件。 因此, 质量是材料的一个重要技术判据。由于性能或功能是所
有材料的共同要求, 有时将质量判据简称为性能判据。没有性
能判据就没有人类所需材料的存在价值。 2、经济判据：以最少的投入得到最大的经济利益, 是人类所 追求的目的, 也是材料的经济判据。 3、资源判据：单位重量或单位体积的材料由最少的资源量构
SETAC的定义：LCA 是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
的一些大学和顾问公司研究并发展了这一方法，把“物质－能量
流平衡方法”引入到工业产品整个寿命周期分析中，以分析工艺 过程的各个环节，即从原材料提取、制造、运输与分发、使用、 循环回收，直至废弃的整个过程对环境的综合影响。该分析方法 也被称谓“从摇篮到坟墓”(from cradle to grave)的生命周期
′ -1 =P′/σ -1
材料
G 45000 77000 77000
σ
-1
能耗 (P) /kW· kg-1 h· 4.0～16.0 16.0 16.0
能耗 (P′) /kW· m-3 h· 29.2～116.8 125.6 125.3
单位体积m3及单位强度 MPa的能耗kW· h σ
b ’
G’ 0.65～ 2.60 1.63 1.63
第三章 材料的环境协调性评价方法
第一节 环境材料的判据
一、一般性原则 环境材料:指在加工、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的材料。 五个判据：质量判据、经济判据、资源判据、能源判据和 环境判据。前两个判据属于材料的共性判据。后三个判据是环
境材料所特别强调的判据, 它们也可通称为环境性判据。
σ
-1
’
400 360 1000
150 193 495
73～292 348.9 125.3
194～ 776 650.7 253.1
510 400
300 500 190 960 86 50 38 100 14 5
86000 37300
26000 26000 17500 45000 2850 1680 10000 30000 4500 2000
SETAC给出的LCA的定义： LCA 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, reuse, maintenance, recycle and final disposal.
最近的关于LCA的定义:所谓生命周期评价技术是一种评价某一过 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。具体地说，LCA是指用数学物理
方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资源、能源消耗、 废物排放、环境吸收和消化能力等环境负担性进行评价，定量确
定该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。 生命全程评价法是评价材料的环境负荷的一种主要方法。其优
焦耳的能量, 显然生产水泥对环境影响要比生产钢、铝时对环境 影响要大。 2 、 环 境 影 响 因 子 评 价 法 (environmental assessment factor EAF)：将在生产某种产品时对环境影响各种因素给以综
合考虑的方法, EAF=F[资源、能源、污染物、生物影响、区域作
用……]
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。
图3－1 材料从摇篮到坟墓的一般流程
生命周期评价 (Life Cycle Assessment,LCA) 方法又称为 环境协调性评价、生命周期评估、寿命周期评价等,
integrity)等等。
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 (Society of Environmental toxicology and Chemistry,SETAC)
在1990年8月提出的，并且给出了LCA的三要素，为LCA构筑了基本
框 架 。 其 后 , 国 际 标 准 化 组 织 (International Standardization Organization,ISO)开展了大量的研究工作，将LCA方法在全世畀范 围内进行了标准化的推广。 二、LCA 的基本概念 所谓生命周期 (life cycle)： 又称为生命循环或寿命周期, 是指产品从自然中来再回到自然中去的全部过程, 即从“摇篮到
寿命循环过程。1993年。
ISO的定义：LCA 是对某一产品系统在整个寿命周期中的输入、和 环境影响进行评价。这里的产品系统是指具有特定功能的、与物 质和能量相关的操作过程单元的集合，该产品系统既包括产品的 生产过程，也包括服务过程。寿命周期是指产品系统中连续的和 相互联系的阶段，从原材料的获得或天然资源的投入一直到最终 产品的废弃为止。1997年。
5、环境商值(EQ)：环境商值是综合考虑废弃物的排放量和 废弃物在环境中的毒性行为, 用以评价各种生产对环境的影响。 EQ 值越大, 废弃物对环境污染越严重。 EQ=E×Q, 式中:E 为每生产 1kg 期望产品的同时产生的废 物量, E = 废物量 / 产品质量； Q为废物对环境的毒性。
6、生态因子法(eco-indicator， ECOI)：主要考虑材料生产 时对环境影响的影响量（environmental impact,EI）与材料在使 用过程中的使用或服务性能（service performance,SP）。 ECOI=（EI） / (SP) 对环境的影响包括资源消耗、能源消耗、排放的污染物( 如 废水、废气、废渣等) 加上由污染物所引发的一些环境效应, 如 温室效应、区域毒性水平, 甚至噪声等因素；材料的使用性能包 括强度、韧性、热膨胀性、电导率、电极电位等力学、物理和化 学性能等。 7、生命周期评价法 (LCA)：核心是对材料及产品从制造、使 用到回收、废弃物处理的全过程中的环境影响或环境负荷进行综 合评估的方法。该法也称为从摇篮到坟墓的评价方法。产生于20 世纪90年代。
评价技术。
生命周期的概念，在不同的研究机构和企业中使用了不同的
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)、寿命全程没计(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
பைடு நூலகம்
60Cu/40Zn 板
铝 板 杜拉铝板 镁合金棒 6Al-4V钛棒 尼龙66A-100棒 PVC(R)板 钢筋水泥梁 玻璃 硬木材 软木材
二、常见的环境指标及其表达方法 1、能源评价法：在材料的生产过程中, 单纯用所耗能源的 多少来衡量材料对环境的影响。举例来说, 如生产同样 1t重的
钢、 铝、水泥材料时, 分别要消耗掉31.8、36.7、142.4 百万
3、环境负荷单位法(environmental load unit, ELU)：指
每生产一个单位的产品时( 如 1kg), 它的EAF 值的大小。
表 3－2 材料 铁 锰 铬 某些材料的环境负荷单位比较 材料 锡 钴 铂 ELU/kg 4200 12300 42000000 ELU/kg O.38 21.0 22.1