论文摘要
资源短缺,能源匮乏,环境恶化已成为全球性问题,严重阻碍了人类社会的可持续发展。在此背景下,材料研究领域的环境意识逐渐加强,环境材料成为了材料研究的热点和重要发展方向。其中,如何运用适当的环境分析方法对具体材料进行环境评价,进而提出改善其环境影响的可行方案,是环境材料研究中的重点。在材料的环境分析中,最重要的两个分析工具是生命周期评价(Life Cycle Assessment, LCA)和材料流分析(Material Flow Analysis, MFA),并已得到国际学术界、工业界和政府机构的广泛认同,其中LCA方法已经被纳入到ISO14000环境标准管理体系当中。本文结合国内外研究进展,深入分析了环境材料概念的内涵,在提出“环境材料研究”概念的基础上归纳并提出了环境材料研究中环境分析的基本思路,即综合采用LCA和MFA方法,根据材料研发和材料工业化生产两个不同阶段的特点,分别提出了环境数据的收集和分析方法,并对具体案例进行了环境分析。在材料的研发阶段,MFA和LCA方法为环境材料研究提供了基本的数据收集和分析思路,可以综合分析并避免实验方案中潜在的资源环境问题,而片面强调材料的个别环境优点无助于环境材料的整体改进。通过对铋替代铅的无铅材料的环境分析表明,近十年来,世界年均生产、消耗金属铅约600万吨、铋4000吨,生产、消耗量差别巨大,铋系无铅材料面临铋资源严重匮乏,而且生产过程会带来更多能源消耗和其它环境问题,因此并非材料无铅化的最佳选择方案。在材料的工业生产阶段,LCA为环境材料研究提供了成熟的数据收集和分析方法,可以综合分析材料在整个生命周期过程中的资源环境影响,可以应用到材料的清洁生产、下游材料研发、区域规划等多个方面。对攀枝花地区钛白粉生产的个案研究表明,钛白粉是高资源消耗、高能耗、高污染的基础原材料,每生产1千克钛白粉需要耗能63.86 MJ、消耗新水104千克、产生废酸6.4千克、酸性废水70千克、CO27.87千克等,这为下游的材料应用研究带来了不可忽视的资源和环境局限性。建立LCA基础数据库,开发LCA分析软件是开展环境材料研究的重要基础。本文以中国水电生产为例探讨了行业平均数据的收集方法,同时还开展了LCA方法中名录的研究,建立了物质名录、单位名录、国民经济行业分类名录、国家代码与行政区划名录。本文的研究工作,结合环境材料研究实例,探讨了适合不同阶段环境材料研究的综合环境分析方法,有助于环境材料理论和研究方法的完善,也为国内开展LCA相关研究提供了有益的参考。
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