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第三章环境材料的评价方法与标准中南大学材料学院2014.102019/9/142本章大纲3.1环境材料的评价体系3.2生命周期评价方法（LCA）3.2.1LCA清单分析。。。。3.2.10LCA评价方法与实例3.3其它评价方法2019/9/1433.1环境材料的评价体系3.1.1环境材料评价标准的制订评价一种材料是否为环境材料，首先必须确定评价标准。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。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，可称之为基本功能。可将材料按基本功能分类，分别制定相应的环境材料评价标准。2019/9/144从环境材料的定义看，制订评价标准实际上是对材料的先进性（功能性），舒适性（经济性）和环境协调性三个方面进行标准指标定量。图1材料性能表征2019/9/145生态环境材料的要求：（1）节约能源；（2）节约资源；（3）可重复使用；（4）可循环再生；（5）结构可靠性；（6）化学稳定性；（7）生物安全性；（8）有毒、有害替代；（9）舒适性；（10）环境清洁、治理功能生态环境材料的合成与加工工艺要求：（1）能源节约工艺；（2）资源节约工艺；（3）降低污染的加工技术；（4）净化环境的加工技术2019/9/1463.1.2环境材料评价指标定量方法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↑———————↑———————↑———————↓在材料评价和比较研究中，需确定其比较基准，可按其基本功能相同的一定重量或体积的材料为基准。2019/9/147(1)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（lifecircleassessment）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。2019/9/148将环境影响划分以下几个指标：ADP不可再生之原料消耗EDP不可再生之能源消耗GWP温室效应ODP臭氧层的破坏AP环境酸化HTPOCP光化学氧化物生成NP氮化作用ECA生物体之损害人类健康损害2019/9/149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。2019/9/1410哪一项比较环保？布尿布vs.纸尿布汽油机车vs.电动机车自行车vs.机车纸袋vs.塑料袋2019/9/1411环境负荷:布尿布与纸尿布之比较环境负荷布尿布纸尿布原料消耗(磅)3.625.6水消耗(加仑)14423.6能源消耗(BTU)78,89023,290气体排放(磅)0.860.093水污染(磅)0.1170.012固体废弃物(磅)0.2422.182019/9/1412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少衡量材料对环境的影响。能源评价法：难以综合表达对环境的复杂影响环境影响因子评价法（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。环境负荷单位法（ELU）指每生产一个单位的产品时（如1kg）它的EAF值的大小。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环境影响因子（EAF）可表示为：EAF=F[资源，能源，污染物，生物影响，区域作用……]2019/9/1413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。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性行为，用以评价各种生产对环境的影响。EQ越高，污染越严重。生态因子法(ECOI)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。E=废物量/产品质量Q为废物对环境的毒性EQ=EQ生产某产品时对环境的影响量该产品使用性能的综合量ECOI=2019/9/1414生命周期评价法（LCA）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影响……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，因此，20世纪90年代提出了这种综合性的评价方法。材料对环境的影响材料的性能资源消耗能源消耗排放的污染物（废水、废气、废渣等）污染物引发的环境效应（温室效应、区域毒性水平，噪声等）材料的强度、韧性、热膨胀性、电导率、电极电位等力学、物理和化学性能2019/9/14153.2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。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。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。2019/9/14163.2.1.1LCA方法的起源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）。1969年由美国中西部资源研究所(MidWestResearchInstitute)所开展的针对可口可乐公司的饮料包装瓶进行的研究。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。2019/9/1417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。2019/9/14183.2.1.2学术探讨阶段在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。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。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。2019/9/1419特征：(1)政府积极支持与参与。(2)案例发展缓慢，方法论研究兴起。(3)学术界一些关于REPA的方法论研究仍在缓慢进行。2019/9/14203.2.1.3方法日益成熟80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。REPA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。2019/9/14211993年SETAC根据在葡萄牙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”。90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。1996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》（Internationaljournaloflifecycleassessment），表明生命周期评价研究在国际上已占有很重要的位置。2019/9/1422表1美国的部分LCA研究实例年份委托者实施者研究对象1969可口可乐公司中西研究所（MRI）饮料容器1974美国环保局中西研究所（MRI）饮料容器1974未知中西研究所（MRI）啤酒容器1974SPI公司中西研究所（MRI）塑料1978GoodYear公司Franklin协会饮料容器1988Procter&GambleFranklin协会洗衣粉包装1989Procter&GambleFranklin协会表面活性剂1989未知Franklin协会软饮料1990美国固废委员会Franklin协会泡沫饮料1990美国纸张研究所Franklin协会布和尿布1991乙烯研究所化学系统乙烯包装物1991州政府委员会Tellus包装物1992Procter&GambleFranklin协会硬表面活性剂2019/9/1423LCA在国内的研究进展在中国，LCA研究起步较早，发展也非常迅速，已成为学术界关注的焦点和研究热点。1999年，国家质量技术监督局发布等同于ISO14040的《生命周期评价——原则与框架》国家标准（GB／T24040）2000年发布等同于IS314041的《生命周期评价——目的与范围的确定和清单分析》国家标准（GB／T24041）。2002年，又发布了分别等同于ISO14042和ISO14043的《生命周期评价——生命周期影响评价》国家标准（GB／24042）与《生命周期评价——生命周期解释》国家标准（GB／T24043）。2019/9/1424在国内的LCA研究方面，材料生命周期评价（MLCA）方面的研究及应用是目前最主要的研究方向之一，也一直是环境材料研究中的重要组成部分。1998年起，国家“九五”高新技术研究计划（863计划）支持了首项“材料的环境协调性评价研究”课题，由北京工业大学牵头主持，清华大学、西安交通大学和四川大学等联合承担，对国内几大类主要基础材料进行了全面的MLCA评估。2019/9/14253.2.2LCA的概念和方法学框架生命周期评价又称为环境协调性评价、生命周期评估、寿命周期评价等，已经成为对材料和产品进行环境表现分析的一种重要方法。由于LCA方法本身的复杂性和历史承袭的原因以及实施LCA的目的不同，对LCA的概念和方法历来有着不同的理解，甚至在SETAC和ISO的文件中，LCA的定义也在不断的修改和变化。2019/9/1426表2SETAC和ISO分别对LCA进行了定义1993年SETAC的定义1997年ISO的定义通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废气物排放，来评估某一产品、过程或事件的环境负荷；定量评价由于这些过程所造成的环境影响；辨别和评估改善（表现）的机会。是对产品系统在整个寿命周期中的物质能量的输人输出和潜在环境影响的汇编和评价。生命周期评价（LCA）作为正式术语是由SETAC(环境毒理学和化学学会)于1990年提出。2019/9/1427可以看出，在LCA发展中，虽然定义的描述发生了明显的变化，但基本的思想和方法都保留和固定了下来。我们可以从其评价对象、方法、应用目的、特点等方面去理解它的概念、定义、以及该评价方法的内涵。所谓生命周期(lifecycle),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“摇篮到坟墓”（fromcradletograve）的整个生命周期各阶段的总和（如下图所示）。2019/9/1428回到自然中生命周期再生产及产品废弃处理自然中开采资源、能源产品使用产品销售包装运输原材料加工产品生产2019/9/1429LCA的方法学框架1993年SETAC在《生命周期评价纲要：实用指南》中将生命周期评价的基本结构归纳为4个有机联系的部分。(1)定义目标与确定范围（goalandscopedefinition）；(2)清查分析（清单分析，编目分析inventoryan