环境材料(第三章评价方法).ppt

1、第三章 环境材料的评价方 法与标准中南大学材料学院中南大学材料学院2014.10本章大纲本章大纲3.1 3.1 环境材料的评价体系环境材料的评价体系3.2 3.2 生命周期评价方法（生命周期评价方法（LCALCA）3.2.1 LCA3.2.1 LCA3.2.1 LCA3.2.1 LCA清单分析清单分析清单分析清单分析 。3.2.10 3.2.10 3.2.10 3.2.10 LCALCALCALCA评价方法与实例评价方法与实例评价方法与实例评价方法与实例3.3 3.3 其它评价方法其它评价方法11/7/202223.1 3.1 环境材料的评价体系环境材料的评价体系3.1.1 3.1.1 环境材

2、料评价标准的制订环境材料评价标准的制订n评价一种材料是否为环境材料，首先必须确定评价标评价一种材料是否为环境材料，首先必须确定评价标准。准。n由于不同种类的材料使用功能和环境影响的大小不同。由于不同种类的材料使用功能和环境影响的大小不同。因此不可能对所有的材料制订统一的评价标准。因此不可能对所有的材料制订统一的评价标准。n而对同类材料而言，尽管其在使用中表现出各种功能，而对同类材料而言，尽管其在使用中表现出各种功能，但是往往其中一种或几种是主要的和共有的，可称之但是往往其中一种或几种是主要的和共有的，可称之为基本功能。为基本功能。n可将材料按基本功能分类，分别制定相应的环境材料可将材料按基本功

3、能分类，分别制定相应的环境材料评价标准。评价标准。11/7/20223从环境材料的定义看，制订评价标准实际上是从环境材料的定义看，制订评价标准实际上是对材料的对材料的先进性（功能性），舒适性（经济性）先进性（功能性），舒适性（经济性）和环境协调性和环境协调性三个方面进行标准指标定量。三个方面进行标准指标定量。图1 材料性能表征11/7/20224生生态态环环境境材材料料的的要要求求：（1）节节约约能能源源；（2）节节约约资资源源；（3）可可重重复复使使用用；（4）可可循循环环再再生生；（5）结结构构可可靠靠性性；（6）化化学学稳稳定定性性；（7）生生物物安安全全性性；（8）有有毒毒、有有害害替

4、代；（替代；（9）舒适性；（）舒适性；（10）环境清洁、治理功能）环境清洁、治理功能生态环境材料的合成与加工工艺要求：生态环境材料的合成与加工工艺要求：（1）能源节约工艺；（）能源节约工艺；（2）资源节约工艺；）资源节约工艺；（3）降低污染的加工技术；（）降低污染的加工技术；（4）净化环境的加工技术）净化环境的加工技术11/7/202253.1.2 3.1.2 环境材料评价指标定量方法环境材料评价指标定量方法n根据环境材料的概念，环境材料的评价必须以材料的完整寿命周期为研究范围。能源生产 原料开采原料加工材料制造材料使用回收利用废弃 n在材料评价和比较研究中，需确定其比较基准，可按其基本功能相

5、同的一定重量或体积的材料为基准。11/7/20226(1)环境协调性指标化环境协调性指标化环境协调性指材料在整个寿命周期内对环境的综合影响。可以用LCA（life circle assessment）方法定量其指标。LCA基本框架由研究目标及范围、编目分析、环境影响评估、环境改善评估四部分组成;研究目标及范围确定LCA的目的及边界条件；编目分析确定寿命周期内各阶段资源、能源消耗数据及污染物排放数量；环境影响评估根据编目分析得到的数据对寿命周期的环境综合影响作出评估；环境改善评估则根据寿命期各阶段环境负担确定可能的改善途径。11/7/20227将环境影响划分以下几个指标：nADP 不可再生之原料

6、消耗nEDP 不可再生之能源消耗nGWP 温室效应nODP 臭氧层的破坏nAP 环境酸化nHT POCP 光化学氧化物生成nNP 氮化作用nECA 生物体之损害n人类健康损害11/7/20228指标当量化采用相对定量的方法，对每种指标选定一种参照物；将编目分析得到的污染物的环境影响作用以参照物的当量表示。11/7/20229哪哪一项项比较比较环环保？布尿布布尿布 vs.纸纸尿布尿布 汽油机车汽油机车 vs.电动机车电动机车 自行车自行车 vs.机车机车 纸袋纸袋 vs.塑料袋塑料袋11/7/202210环境负荷环境负荷:布尿布布尿布与纸与纸尿布之比尿布之比较较环境负荷环境负荷布尿布布尿布纸纸尿

7、布尿布原料原料消消耗耗(磅磅)3.63.625.625.6水水消消耗耗(加加仑仑)14414423.623.6能源能源消消耗耗(BTU)BTU)78,89078,89023,29023,290气体排气体排放放(磅磅)0.860.860.0930.093水污染水污染(磅磅)0.1170.1170.0120.012固固体体废弃废弃物物(磅磅)0.240.2422.1822.1811/7/202211常见的环境指标及其表达方法常见的环境指标及其表达方法材料的生产过程中单纯用所耗能源的多材料的生产过程中单纯用所耗能源的多少衡量材料对环境的影响。少衡量材料对环境的影响。能源评价法：能源评价法：难以综合表

8、达对环境的复杂影响难以综合表达对环境的复杂影响环境影响因子评环境影响因子评价法（价法（EAF）将在将在生产某种产品时对环境影响各种生产某种产品时对环境影响各种因素给以综合考虑。因素给以综合考虑。环境负荷单位环境负荷单位法（法（ELU）指每生产一个单位的产品时（如指每生产一个单位的产品时（如1 1kgkg）它的它的EAFEAF值的大小。值的大小。无量纲，在实际中如何换算某种材料的环境负荷无量纲，在实际中如何换算某种材料的环境负荷单位并与其他材料的环境影响比较没有统一标准单位并与其他材料的环境影响比较没有统一标准环境影响因子（环境影响因子（EAF）可表示为：可表示为：EAF=F资源，能源，污染物，

9、生物影响，区域作用资源，能源，污染物，生物影响，区域作用11/7/202212生态指数生态指数(EI)对某一过程或产品，根据其污染物产生的量及其对某一过程或产品，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。生态指数，判断其对环境影响程度。环境商值环境商值(EQ)是综合考虑废气物的排放量和废气物在环境中的毒是综合考虑废气物的排放量和废气物在环境中的毒性行为，用以评价各种生产对环境的影响。性行为，用以评价各种生产对环境的影响。EQEQ越高，越高，污染越严重。污染越严重。生态因子法生态因子法(ECOI)综

10、合考虑生产材料时对环境的影响及材料在使用综合考虑生产材料时对环境的影响及材料在使用过程中的性能。过程中的性能。E=废物量/产品质量Q为废物对环境的毒性EQ=E Q 生产某产品时对环境的影响量生产某产品时对环境的影响量 该产品使用性能的综合量该产品使用性能的综合量ECOI=11/7/202213生命周期评价生命周期评价法（法（LCA）以往曾用单因子方法评价材料对环境的影以往曾用单因子方法评价材料对环境的影响，如测量材料的生产过程中的废气排放响，如测量材料的生产过程中的废气排放量，用以评价该材料对大气污染的影响；量，用以评价该材料对大气污染的影响；测量其废水排放量，评价其对水的污染的测量其废水排放

11、量，评价其对水的污染的影响影响但用如此众多的指标评价是很麻但用如此众多的指标评价是很麻烦的，而且有些指标还无法进行比较，因烦的，而且有些指标还无法进行比较，因此，此，2020世纪世纪9090年代提出了这种综合性的评年代提出了这种综合性的评价方法。价方法。材料对环境的影响材料对环境的影响材料的性能材料的性能资源消耗资源消耗能源消耗能源消耗排放的污染物（废水、废气、废排放的污染物（废水、废气、废渣等）渣等）污染物引发的环境效应（温室效污染物引发的环境效应（温室效应、区域毒性水平，噪声等）应、区域毒性水平，噪声等）材料的强度、韧性、热膨胀性、材料的强度、韧性、热膨胀性、电导率、电极电位等力学、物理电

12、导率、电极电位等力学、物理和化学性能和化学性能11/7/2022143.2 生命周期评价方法生命周期评价方法(LCA)3.2.1 生命周期评价的发展生命周期评价的发展n生命周期评价是70年代初至90年代发展起来的理论，即对产品从最初的原材料采掘到原材料生产、产品制造、产品使用以及产品用后处理的全过程进行跟踪和定量分析与定性评价。n当前生命周期评价已形成了基本的概念框架和技术框架，成为产业生态学主要理论与方法。n而国际标准化组织（ISO）制定的ISO14000环境管理体系亦将生命周期评价作为该体系的一个重要步骤。目前 ISO正在积极促进生命周期评价理论的完善和方法的国际标准化工作。11/7/20

13、22153.2.1.1 LCA方法的起源方法的起源n生命周期评价最初始于70年代初美国开展的一系列针对包装品的分析、评价，当时称为资源与环境状况分析（REPA）。n1969年由美国中西部资源研究所(MidWest Research Institute)所开展的针对可口可乐公司的饮料包装瓶进行的研究。n随后美国ILLINOIS大学富兰克林研究会以及斯坦福大学也相继开展了一系列针对其它包装品的类似研究。11/7/202216特征：特征：(1)主要由工业企业发起，秘密进行，研究结果作为企业内部产品开发与管理的决策支持工具。(2)大多数研究的对象是产品包装品。(3)采用能源分析方法。由于能源分析方法在

14、当时已比较成熟，而且很多与产品有关的污染物排放显然与能源利用有关，因而能源分析方法被广泛地应用于(REPA)环境状况分析。11/7/2022173.2.1.2 学术探讨阶段学术探讨阶段n在70年代，环境问题的核心是能源问题。然而从生产系统的角度看，如果在一个系统内不进行物流的测算，就不可能进行能源分析。n同时随着70年代末到80年代中期出现的全球性的固体废弃物的问题，这种研究方法又逐渐成为一种资源分析工具。n因而这一时期的REPA均着重于计算固体废弃物产生量和原材料消耗量。11/7/202218特征：特征：(1)(1)政府积极支持与参与。政府积极支持与参与。(2)(2)案例发展缓慢，方法论研究

15、兴起。案例发展缓慢，方法论研究兴起。(3)(3)学术界一些关于学术界一些关于REPAREPA的方法论研究仍在缓的方法论研究仍在缓 慢进行。慢进行。11/7/2022193.2.1.3方法日益成熟方法日益成熟n80年代末期后，随着区域性与全球性环境问题的日益严重，以及全球环境保护意识的加强，可持续发展思想的普及以及可持续行动计划的兴起，大量的REPA研究重新开始。nREPA研究涉及到研究机构、管理部门、工业企业、产品消费者，但是其使用REPA的目的和侧重点各不相同，而且所分析的产品和系统也变得越来越复杂，急需对REPA的方法进行研究和统一。11/7/202220n1993年SETAC根据在葡萄牙

16、的一次学术会议的主要结论，出版了一本纲领性报告：“生命周期评价纲要：实用指南”。n90年代后，生命周期评价在方法论上得到显著发展。SETAC和ISO已经在积极促进生命周期评价方法论的国际标准化研究。n1996年，国际上正式出版了有关LCA评价的专业刊物国际生命周期评价学报（International journal of life cycle assessment），表明生命周期评价研究在国际上已占有很重要的位置。11/7/202221表表1 美国的部分美国的部分LCA 研究实例研究实例 年份年份 委托者委托者 实施者实施者 研究对象研究对象 1969 可口可乐公司可口可乐公司 中西研究所（中西研究所（MRI）饮料容器饮料容器 1974 美国环保局美国环保局 中西研究所（中西研究所（MRI）饮料容器饮料容器 1974 未知未知 中西研究所（中西研究所（MRI）啤酒容器啤酒容器 1974 SPI公司公司 中西研究所（中西研究所（MRI）塑料塑料 1978 Goo d Year公司公司 Franklin协会协会 饮料容器饮料容器 1988 Procter&Gamble Franklin协会