绿色化学与化工导论

绿色化学与化工导论20世纪化学工业为衣、食、住、行、保健和娱乐以及国防安全提供了丰富的化学物质，也带来了不同程度的环境污染21世纪绿色化学的进展将证明化学有能力推动经济和社会的可持续发展，保障子孙后代的美满幸福生活开设本课程的目的•环境污染、能源枯竭等问题是当前人们最为关心的热门话题之一,传统化学、化工面临着人类可持续发展要求的严重体挑战，而绿色化学化工的兴起和发展,既可以从根本上保护环境,又可以进一步促进化学工业生产发展,因此化学工业的出路在于大力开发和应用基于绿色化学原理产生和发展起来的绿色化学化工技术。•通过本课程的学习，掌握绿色化学与化工的基本概念、基本原理，了解化学、化工生产中的资源与能源合理利用及生态环境可持续性发展间的关系。•达到开阔视野，拓宽知识面，便于从整体上认识化学学科，树立既保护环境又推动工业生产发展的新观念。•同时及时了解最新最热门的科学技术成果的研究进展以及国内外发展状况，为成为知识渊博、研究方向明确的高素质人才打下基础。教材及参考书•1、李德华．绿色化学化工导论．北京：科学技术出版社，2005•2、闵恩渍.吴巍编著.绿色化学与化工.北京：化学工业出版社,20004．•3、仲崇立.绿色化学导论.北京：化学工业出版社,2000•4、贡长生、张克立.绿色化学化工实用技术.北京：化学工业出版社,2002•5、沈玉龙、魏利滨、曹文华.绿色化学.北京：中国环境科学出版社,2004•6、顾国维、何澄.绿色技术及其应用.上海：同济大学出版社,1999•7、P.T.阿纳斯塔斯，J.C.沃纳.李朝军,王东.绿色化学理论与应用.北京：科学出版社,2002第一章章、化学工业的可持续发展-1987年《我们共同的未来》一书发表，提出了“可持续发展”最经典的定义：“满足当前的需要但不损及后代满足他们自己的需要”。(“代间不平等”问题)-美国环保总署的国家风险管理研究室NRMRL将“可持续性”表述为：“当我们为了人类健康和环境去持久地保持或改进物质和社会条件，在不超出支持它们的生态承载能力的条件下所追求的目标。”一、什么叫“可持续发展”？联合国关于可持续发展的三次会议：1、联合国人类环境会议（1972，瑞典，113国家参加，发表“关于人类环境的斯德哥尔摩宣言”及“人类环境计划”）2、联合国环境及发展会议（1992，巴西，178国参加，发表“关于环境与发展的里约热内炉宣言”等5项公约等）3、可持续发展的世界首脑会议（2002，南非，191国家参加，发表“关于可持续发展的约翰内斯堡宣言”及“可持续发展世界首脑会议实施兴计划”）二、可持续发展的定义与历史沿革（1）面临世界资源的挑战－地球资源７５年耗尽•世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的《２０００年地球生态报告》显示，若按目前的速度继续消耗地球的资源，那么我们地球的资源会在２０７５年耗尽。（2）地球正在失去自我清洁的能力•２２年来，一种能够清洁空气的关键自由基分子在世界范围内逐渐减少，它的浓度平均下降１０％，至今尚不清楚它下降的原因和周期，它将对地球的健康构成巨大的威胁。它是地球的防污染剂，它的减少将使烟尘越来越浓，导致破坏保护地球的臭氧层。三、可持续发展的战略需求（世界形势）•能源供应无疑是可持续发展的头等大事。据EIA2001公布:预计今后50年安定人口增长50%，而随着人均收入提高，相应人均能源会不断增加。所以估计今后20年总能耗会增加50%。•如何经济地满足这种能耗需求增长，又不显著增加环境成本就是一个挑战。多数专家认为：20——50年内，主要还是靠化石燃料（石油，天燃气及煤炭）。能源种类石油天然气煤炭核能可再生能源*世界占百分比（%）39232297中国占百分比（%）293650.62.4※可再生能：太阳能、风能、水利发电、生物能2000年世界能耗构成能源问题……..如温室气体排放，臭氧层破坏等,过去10年里全球水文气象灾害数量增加了一倍。若化石燃料不加限制地消耗下去，2030年CO2浓度可达到550ppm,到2050年气温会上升1.5－4.5℃。那时生态灾难又会比现在上升几倍？（3）全球环境处于危险的十字路口全球的生态系统正在向危险的临界值接近，环境的恶化导致自然灾害，近十年中导致世界６０８０亿美元的损失，过分对矿物燃料的使用，使气温变暖，北极冰盖已减少4２％，继续变暖会导致水资源的极度缺乏，食品的减少，和诸如疟疾、登革热之类致命的疾病广为扩散。经济形势之一：中国经济高速发展近20年（1985~2005年）中国经济高速发展。2002年国内GDP总量超过10万亿元，人均GDP超过1000美元；2005年国内GDP达到20万亿元，人均GDP超过1500美元。中国钢产量1949-2003522110124151632223405000100001500020000250001949195519611967197319791985199119972003万吨1949～198637年1986～199610年1996～20015年2001～20032年5000万吨城镇房屋新建面积1950-2002110217025000500007500010000012500019501955196019651970197519801985199019952000万平方米1953～198434年1999～20023年1993～19996年1984～19939年2.5亿平方米中国汽车产量1953-2003444.3705010015020025030035040045019531958196319681973197819831988199319982003万辆1953～199239年2002～20031年2000～20022年1992～20008年中国经济的高速发展，带动了钢铁、建筑、汽车等各行各业的加速发展。100万辆四、可持续发展的战略需求（中国形势）国家位次工业生产率中国相当（％）挪威1102.7343.59美国289.7114.12日本764.0815.76法国1651.4797.17英国1750.9547.25德国2242.7238.64韩国2529.75512.40中国473.963-资料来源：瑞士洛桑国际管理开发研究院，《世界竞争力年鉴（2003）》一些工业国家的工业生产率比较各国工业化程度经济形势之二：重工业是中国经济发展的主要支柱•材料工业是国内经济发展的物质基础，如钢产量伴随着GDP同步增长；•2006年我国钢产量达到4.18亿吨，占世界钢产量的33.7%；水泥产量达到12.4亿吨，占世界产量的50%；•重工业一般是资金密集、劳动力密集的高能耗、高污染产业。国内生产总值(GDP)与粗钢产量的发展趋势2005年：世界钢产量11.3亿吨2006年：世界钢产量12.4亿吨我国钢产量在世界上的地位010000200003000040000500006000070000新型干法水泥产量立窑水泥产量200020012002200320042005万吨国内水泥产量的发展我国经济增长的主导是重工业，1985年至2005年间，重工业产值占国内工业总产值的比例波动在50—70%。我国以重工业作为经济发展的主要支柱，是造成单位GDP能耗高、污染严重的主要原因。国家和地区单位美元GDP消费的能源数量（千焦耳）19982002能源数位次能源数位次中国香港2646131001日本3642349064德国5596662957法国58937681910韩国11945301730235美国1248731997226印度31108413162544俄罗斯32302458611049中国内地49176443528247一些国家能源使用率比较资料来源：瑞士洛桑国际管理开发研究院，《世界竞争力年鉴（1998）》，《世界竞争力年鉴（2002）》经济形势之三：中国经济发展进入转型期020406080100120140160180200198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420050200040006000800010000120001400016000GDP人均GDP千亿人民币/元•世界各国人均GDP达到1000-3000美元是重要的经济转型期，也是战略机遇期；•经济转型期的重要标志是发展中国家转为发达国家，工业化社会转为信息化社会；•转型期的主要社会矛盾是经济高速发展与资源环境的制约；•欧、美经历这一发展阶段的时间长达12~19年；日、韩国用7~8年实现转型；而墨西哥、巴西、菲律宾、泰国、马来西亚等国长期未能实现转型，经济陷入停滞不前。我国经济发展与GDP增长趋势为了尽快实现中国经济转型，必须坚持节能减排、建设节约型社会的基本国策，进一步降低能源、资源消耗，改善社会环境。中国的环境污染非常严重•大气污染：一级标准城市只占６００多个城市中的不到１％工业污染：中国流行病的８０％是由于水污染传播。•固体废弃物严重：以１０％速度增长，存储量已达６.４９亿吨，占地5.17万顷。……………………….我国化学工业经济增长很大程度建立在大量消耗能源及原材料的基础上，有时以牺牲环境为代价。我国化学工业总产值居世界第三位，但人均化工产值仅为世界平均的1/4；我国化学工业总能耗为美、加、墨三国之和的4.1倍，。但产值相当三国之和的23.8%.化工废水排放量占全国工业部门的17.5%，名列第1位；化工废气排放量占第4位，固体废物排放占第5位，但危险废物占60%，为第1位。万元产值水耗为美国的3.5倍。而万元产值的污染物排放强度是美国的近百倍。可持续发展面临的问题之一——资源缺乏社会转型期是重要战略机遇期，也是各种矛盾凸显期，随着经济快速增长和人口不断增加，资源约束矛盾日益突出，环境形势更加严峻。050100150200250独联体澳大利亚巴西加拿大印度南非美国中国瑞典钢产量/t金属铁储量/亿吨钢产量/百万吨主要国家的铁矿石储量与钢产量从资源禀赋看，我国是总量上的大国，人均上的贫国。人均淡水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，人均耕地占有量不到世界平均水平的40%，45种矿产资源人均占有量不到世界平均水平的一半，石油、天然气人均占有储量为世界平均水平的7%和4.5%，铁矿石、铜和铝土矿储量分别为世界平均水平的1/6、1/6和1/9。随着经济发展，GDP增长与资源消耗呈线性正比关系。这意味着今后国内经济的发展需要大量的资源。因此，国内资源缺乏将是束缚我国经济高速发展的重要制约因素。资源类型中国储量占世界储量%中国人均占有量/世界人均占有量%能源煤11.051石油2.411天然气1.25水资源淡水5.425我国的能源及水资源现状我国是一个公认的能源短缺而又贫水的国家!!!可持续发展面临的问题之二——大气环境污染严重全国527个市（县）中，出现酸雨的城市有298个，占统计城市的56.5%，有些地区的酸雨频率达到100%。据测算，大气污染造成的经济损失已经占到GDP的2~3%，中国的大气污染的形势不容乐观。05001000150020002500Mt1990199920102020中国印度韩国其它亚洲国家05001000150020002500Mt1990199920102020中国印度韩国其它亚洲国家40%国土受酸雨威胁温室效应气体排放居亚洲之首051015202530354045Mt2000201020202050NoControlWithCCT二氧化硫排放逐年增加71.822.778.87.318.621.529.837.717.527.812.173.240.724.629.732.010.750.09.119.540.753.940.530.00%20%40%60%80%100%长江黄河珠江松花江淮河海河辽河总体Ⅰ～Ⅲ类Ⅳ、Ⅴ类劣Ⅴ类2003年七大水系各种水质类别所占比例我国人均水资源不足世界平均值的1/4，而且水质受到较严重的污染。目前，全国60%的城市存在