第7讲-生态设计-LCA-环境影响评价以及循环经济2014.9.30

工业生态学基础王鹤鸣手机：[phone]E-mail：[e-mail]2014年9月30日2NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology课程结构绪论（自然生态系统和工业系统、可持续发展、工业生态学概述）经济增长与环境负荷（环境保护的基本思路和工作内容、经济增长过程中的资源消耗量和废物排放量、穿越“环境高山”）资源环境综合分析(总物流分析、生态足迹分析、系统动力学分析)生态设计和环境评价(生态设计、生命周期评价、环境影响评价)循环经济和物质循环(循环经济概述、社会层面上的物质循环、生态工业园—企业之间的物质循环、生产流程中物流对能耗、物耗的影响)3第十章生态设计•背景：区别于传统的产品设计，丹麦工业大学的Leo.Alting教授等于1993年最早提出了生态设计的理念，指出在产品开发和设计过程中要将生态环境问题与其它因素一并考虑，使产品既满足使用需求又具有良好的生态环境性能。•定义：生态设计(Eco-Design)，又称为绿色设计(GreenDesign)、面向环境设计(DesignforEnvironment，DfE）等（以下统称生态设计），是一种关注和考虑产品生态环境属性的先进设计理念和方法。其关键是要把环境意识贯穿或渗透于产品和生产工艺的设计之中。•也就是说，在产品开发和设计时，不仅要满足传统设计的要求，即保证产品的性能、质量、耐用性、外观和成本等，而且还要充分考虑产品整个生命周期中的资源、能源消耗和环境排放问题，并将其作为重要的设计目标，使设计出的产品既满足人的需求，又具有与生态环境友好的属性。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology4生态设计要遵循以下原则：•全生命周期设计。•资源利用最大化。•能源消耗最小化。•污染物排放最小化。•技术先进。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology生态设计类型：•改进设计。•再设计。•概念更新•系统更新5第二节原材料选择•原材料不仅直接影响产品的性能、质量、耐用性、外观和成本等，而且具有各自不同的环境特性。应考虑：•（1）环境危害：在材料选择上，要彻底贯彻“预防为主”的方针。为满足某一特定用途，在其它条件相似的前提下，应优先选择没有毒性或毒性较小的材料。•（2）资源储量：一般来说，要优先选择自然资源储量相对丰富、方便易得，且易于回收利用的材料。•例如，日本松下电器产业制造的“镁合金电视”，采用地球上储量丰富、容易再生利用的金属镁作为电视机机壳主材料，通过特殊工艺实现了镁合金的大型成形。电视机不仅质量轻、外形美观，而且由于金属外壳具有的优良散热性能，不需再设计散热孔，有效实现了防灰、防水功能。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology6原材料选择应考虑：•（3）开采加工•例如，开采1t铜大约需要剥离350t表土和100t矿石，并且严重破坏当地的生态环境。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology图10-1生产一台喷气式飞机发动机的过程100万t矿石（金属含量10%）10010万t金属（锻材和棒材）101万t引擎1铅冷轧钢聚丙烯尼龙6铬钢镁尼龙6.6铝箔钛镀锌钢高密度聚乙烯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物010020030012种材料一次能源消耗/MJ/kg7原材料选择应考虑：•（4）再生性NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology材料循环利用比例%材料循环利用比例%铝28镍34钴2钢64铜38锡13铅53钨10钼11锌288原材料选择应考虑：•（5）减量化•（6）生态材料•生态材料应该具有以下属性：•资源储量和供应量充足；•再生、再循环材料供应量充足；•开采、加工和生产过程的能耗较低；•对环境影响很小；•使用不受当前和将来法律法规的限制；•使用寿命较长；•可被再使用或再循环。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology9生态材料评估——七星图法•“星形图”有七个轴，分别代表材料的七个生态属性，对应每个属性的评分NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology再生材料供应法规限制再循环性使用寿命能源消耗环境影响材料供应图10-3生态材料评估星形图10表10-4生态材料属性的评分标准材料供应A—耗竭时间大于100年B—耗竭时间在51～100年之间C—耗竭时间在25～50年之间D—耗竭时间小于25年再生材料供应A—全部由再生材料制造B—再生材料比例大于50%C—再生材料比例小于50%D—全部由天然材料制造能源消耗A—每kg材料的能耗小于50MJB—每kg材料的能耗在50～99MJ之间C—每kg材料的能耗在100～200MJ之间D—每kg材料的能耗大于200MJ环境影响A—环境危害指数小于25B—环境危害指数在25～50之间C—环境危害指数在51～75之间D—环境危害指数大于75环境法规限制A—对环境友好的B—不会受到环境法规限制C—将来可能受到环境法规限制D—当前受到环境法规限制使用寿命A—不受使用寿命的限制B—在使用环境中缓慢退化C—在使用环境中中速退化D—在使用环境中迅速退化再循环性A—完全可再循环B—超过50%可再循环C—低于50%可再循环D—完全不可再循环11NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology再生材料供应法规限制再循环性使用寿命能源消耗环境影响材料供应（a）再生材料供应法规限制再循环性使用寿命能源消耗环境影响材料供应（b）图10-4热带气候条件下汽车材料星形图分析（a）复合塑料；（b）金属铝12第三节生产、包装和运输•生产过程：•在产品生产过程中，采用先进的加工制造技术和工艺，全面实施清洁生产策略，可以有效降低产品生产过程中的环境影响。•主要应考虑以下几方面内容：•尽量减少加工工序，简化工艺流程。例如，优先使用不需表面处理的材料。•优先选择高效清洁生产技术。例如，采用精密铸造技术减少金属切削加工中的损失。•降低生产过程中的能耗和物耗，采用无废或少废技术，减少废弃物产生和排放。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology13包装和运输•首先，提倡尽量简化包装，减小包装体积和重量。•其次，要恰当选择和使用包装材料，优先考虑能够再使用或者方便回收处理和再循环的包装材料。•一般来说，选择包装方式和方法可参考以下顺序：•不包装；•尽可能少包装；•采用可再使用的包装；•采用可再循环的包装。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology14合理运输•运输贯穿于产品的整个生命周期中，既有原材料的运输，也有最终产品的运输。因此，这一环节的环境影响也不可忽视。•主要需重视以下几个方面：•选择高效、清洁的运输方式，减少运输工具产生的污染物排放。•防止运输过程中发生洒落和泄漏。•规范有毒有害材料的装运操作，确保安全。•使用标准化的运输包装。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology15第四节使用过程•减少废物•表10-5沃尔沃740GL型汽车使用不同燃料排放的CO2量（g/km）NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology燃料开采炼制销售使用合计柴油17107205239汽油18158225266甲醇135112186263甲烷1074118724516节能降耗NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology表10-6沃尔沃740GL型汽车使用不同燃料的能耗（MJ/km）燃料开采炼制销售使用合计柴油0.150.140.082.522.89汽油0.170.220.102.873.36甲醇0.120.850.152.423.54甲烷0.120.120.292.873.40首先，提倡设计使用清洁能源和可再生能源的产品。例如：太阳能热水器、氢动力汽车等。其次，应尽量设计使用过程中高效率、低能耗和低噪音的产品。例如：节电冰箱、节电静音空调等。17第五节报废回收•闭路循环是指将再生材料重新用到同类产品的生产中去。例如，回收铝罐重新再用于铝罐的生产。•M表示物质流；f、g表示进入循环利用过程的物流比例；ρ表示不适合循环利用的物流比例。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology(1-f)MfMρfMM[1-f(1-ρ)]Mf(1-ρ)MM(2)产品的生产和使用(1)天然材料(3)回收(5)处置(4)再循环加工[1-f(1-ρ)]M图10-5材料的闭路循环18开路循环是指将再生材料用到其它产品的生产中去。例如，回收办公纸张用于牛皮纸的生产。优先采用闭路循环。NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology第五节报废回收(1-f)M1(1-g)M2M2-fM1(1-f)M1fM1M1M1fM1M1(2)产品1的生产和使用(1)产品1的天然材料(3)产品1的处置(7)再循环加工(1-g)M2gM2M2M2-fM1f(1-ρ)M2M2(5)产品2的生产和使用(4)产品2的天然材料(6)产品2的处置进一步回收利用图10-6材料的开路循环19例题：在一个闭路循环系统中，M=5000kg/h，f=0.7，ρ=0.1，试画出该系统图，并在图上标明各股物流量。1500kg/h3500kg/h350kg/h5000kg/h1850kg/h3150kg/h5000kg/h(2)产品的生产和使用(1)天然材料(3)回收(5)处置(4)再循环加工1850kg/h图10-7某闭路循环物流图NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology20第六节生态设计举例•1超声波洗衣机•三洋电机采用生态设计理念开发的“超声波洗衣机”，它开创了一种新型的洗涤方式。通过洗涤槽内产生超微细气泡，使洗涤剂浸透衣物纤维的各个角落，同时利用气泡破裂、扩散产生的冲击波（超声波）去除污渍。•该新型全自动洗衣机每分钟约产生5000万个超微细气泡，NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology图10-8超声波洗衣机21NortheasternUniversity,SEPAKeyLaboratoryonEco-IndustryIndustrialEcology第六节生态设计举例图10-9再生材料办公转椅图10-10再生纸轻便座椅22绿色汽车•图10-14是2009年度环保比赛中获得年度绿色汽车的沃尔沃