1、环境材料学第二章 材料对环境影响第2章 材料对环境的影响n材料在国民经济中的作用n材料与资源、环境的关系n材料加工和使用过程中的资源和能源消耗n材料加工和使用过程以及废弃回收过程中的污染物排放（气、水、渣）n材料加工和使用过程及废弃后的其它环境效应（温室效应、区域毒性水平、臭氧层、电磁波、噪声、放射性、光污染）32.1 材料在国民经济中的地位和作用n国民经济和社会发展的基础和先导n现代文明的三大支柱（能源、信息、材料）n社会文明进化的标志（人类社会时代命名与材料密不可分）近代两次产业革命离不开新材料的开发（铁基材料与蒸汽机；能源革命相联系的交通运输工业）n科技发展史来看，重大技术革新起始于材料
2、的革新（Ni基高温材料与超音速；高温陶瓷与航天飞机；电子材料与信息革命；生物医学技术与材料）n我们从个人到社会国家的方方面面都离不开材料和材料的革新4材料的发展趋势n结构材料：轻质、高强高韧、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、低成本、复合化n功能材料：新型电池材料、稀土永磁材料、生物医学与仿真材料、超导52.2 材料与资源环境的关系n工业品的链式生产流程：原料的投入和产品的产出；能源的输入与废弃物的排放原料材料零件产品使用废弃资源、能源污染物n推动社会进步n消耗资源能源n破坏生态环境（局部化全球化）6人类面临的资源环境问题1990200020502100废弃物问题全球气温变暖（气温上升1度，海平面上升2
3、0cm)62亿人100亿人人口爆炸 全球气温显著变暖（气温上升3度，海平面上升60cm)石油天然气枯竭矿物资源枯竭食物短缺78十大环境公害与材料生产有关的达一半之多9我国材料工业的情况10n材料生产和消费大国，支撑国民经济发展n能耗大，排放强；资源过度消耗，环境污染严重n趋势：能耗降低；废气排放增加，其它减少112.3 材料加工和使用过程中资源和能源消耗2.3.1全球资源和能源现状全球资源和能源现状n现状：资源危机，能源短缺 n原因：人口膨胀，经济总量增加 12n资源危机非再生资源迅速耗竭（矿产资源）物种灭绝淡水资源不足森林资源持续赤字水土流失加剧13n能源危机矿物能源面临枯竭（化石能源、核矿
4、物）可再生能源开发不足（风、水、日光）142.3.2 中国资源和能源现状n资源现状总量大，种类齐全，数量丰富人均水平远低于全球平均水平，资源与人口矛盾突出地域分布不平衡质量差别大，低劣资源比重高15n能源现状结构和分布不合理能源效率低下，环境污染严重162.3.3 我国材料加工和使用过程中的资源消耗n资源效率低下，浪费严重17资源消耗n直接消耗：用于材料的生产和使用n间接消耗：材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、环境迁移等环节造成的资源消耗182.3.4 我国材料加工和使用过程中的能源消耗n直接消耗n间接消耗19黑色金属黑色金属有色金属有色金属非金属非金属木材木材纸纸纤维纤维橡胶橡胶塑料
5、塑料黑色金属黑色金属有色金属有色金属非金属非金属木材木材纸纸纤维纤维橡胶橡胶塑料塑料202.4 材料加工和使用过程中固、液、气污染物排放现状现状n化工造纸行业废水排放量居首，钢铁冶金次之n非金属矿物制品业废气排放居首, 建材（水泥)行业烟尘排放居首n黑色及有色金属采选业固废、重金属排放量居首2122大气污染物排放形成和分类23工业排放废气是大气污染的主要原因冶金、建材、化工行业是主要排放源24材料加工过程燃料燃烧的大气污染25水体污染物形成和排放n概念：污染物进入水体造成的水体变质现象n后果：影响人类和动物健康；水体植物变质；渔业枯萎n污染物来源：生活污水；工业废水（重金属、有机物、酸碱盐、油
6、、放射性）2627固态污染物形成和排放n概念：固态、半固态以及高浓度液态废弃物的总称n后果：侵占土地，污染土壤、水体、大气，影响环境卫生n污染物来源：工业、矿业、城市、放射性28n欧洲工业废弃排放小，美国矿业排放大n欧洲工业发达，固废排放小，说明其工业废弃物和城市生活垃圾处理和再利用水平高29n我国材料工业产生和排放的固体废弃物是主体，再利用和再资源化具有重要意义30 mn钢铁、有色、建材、水泥、化工生产排放大量的粉尘烟雾（微米级）n尾矿和粉煤灰n煤矸石自燃312.5 其它环境影响-温室效应n全球温室效应原理n温室气体：二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、甲烷、四氟化碳n能源含碳量与消费过
7、程中的气体排放322.5 其它环境影响-温室效应n温室效应指数GAI：评价某一气体的温室效应影响n依据气体的分子内部振动和转动能级水平，以及在大气中的寿命等，以上决定了其易于吸收红外长波辐射的程度33温室效应与气候变化温室效应与气候变化 n有些痕量气体吸收太阳能并将其转变为热量，最终可能引起具有灾难性后果的气候变化 n全球变暖的结果：两极冰雪融化造成洪水泛滥，良田伦为沙漠以及最终出现饥荒。n 增加慢性病和传染病的发病率。34n温室效应是一个自然过程，如果没有它，地球表面的平均温度将不是现在的15，而是-18。现在的问题是大气中的温室气体增加了，温室效应加强了，因而导致全球气候变暖。n二氧化碳的
8、作用占到55，浓度从100年前的260280ppm增加到340ppm 35京都议定书京都议定书n2005年年2月月16日，日，京都议定书京都议定书生效。生效。n年月，个国家和地区的代表在日本东京召开联合国气候变化框架公约缔约方第三次会议，经过紧张而艰难的谈判，会议通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的京都议定书 n京都议定书需要在占全球温室气体排放量的至少个国家批准之后才具有国际法效力。36减排目标n京都议定书规定，到年，所有发达国家排放的二氧化碳等种温室气体的数量，要比年减少.，发展中国家没有减排义务。n对各发达国家说来，从年到年必须完成的削减目标是：n与年相比，欧盟削减、美国
9、削减、日本削减、加拿大削减、东欧各国削减。新西兰、俄罗斯和乌克兰则不必削减，可将排放量稳定在年水平上。n议定书同时允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量分别比年增加、。 37中国的立场n2002年9月3日国务院总理朱镕基在约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上讲话时宣布，中国已核准联合国气候变化框架公约京都议定书 n中国政府认为，联合国气候变化框架公约及其京都议定书为国际合作应对气候变化确立了基本原则，提供了有效框架和规则，应当得到普遍遵守。欧盟各成员国及日本已批准了议定书。中国希望其他发达国家尽快批准或核准议定书。38发达国家的态度n2002年月，欧盟环境部长会议批准了京都议定书。月，日本政府也批准
10、了京都议定书。至此，批准议定书的国家已超过个，但批准国家的温室气体排放量仅为全球温室气体排放总量的，尚不足以使京都议定书生效。 39美国的态度n美国人口仅占全球人口的至，而所排放的二氧化碳却占全球排放量的以上。美国曾于年月签署了京都议定书。但在2001年月，布什政府以“减少温室气体排放将会影响美国经济发展”和“发展中国家也应该承担减排和限排温室气体的义务”为借口，宣布拒绝执行京都议定书 402.5 其它环境影响-区域毒性水平n有毒物质因排放和泄露对该地区的生物产生的毒性nLTL=Wi/CiLTL-区域毒性水平Wi某污染物的实际排放水平Ci该污染物容许排放标准4142432.5 其它环境影响-臭
11、氧层破坏n原理：氯氟烃化合物（CFCs)在平流层紫外照射下分解产生氯原子，与臭氧发生链式反应，一个氯原子消耗十万个臭氧分子，形成空洞n紫外线对有机体造成损伤n替代氟利昂等44ODS物质在我国的应用和涉及的行业Ozone Depleting Substances 其涉及人类生活的方方面面n化工生产n制冷n泡沫n烟草n医药n农业n清洗n消防45我国的ODS淘汰n需要解决的科学和技术问题：需要解决的科学和技术问题：n(1)臭氧层耗损和保护及其对社会、经济与环境和健康影臭氧层耗损和保护及其对社会、经济与环境和健康影响响;n(2)替代品与替代技术选择和发展战略替代品与替代技术选择和发展战略n(3)全球共
12、享资源管理理论与机制全球共享资源管理理论与机制n(4)履行议定书的对策与策略，包括国际环境外交对策和履行议定书的对策与策略，包括国际环境外交对策和与国内安全履约机制与措施与国内安全履约机制与措施462.5 其它环境影响-电磁污染n电磁辐射影响人体健康n来源：电子设备n对策：设计减量；开发有效屏蔽材料472.5 其它环境影响-噪声污染n机械振动产生n工业噪声占有较大份额（材料生产）n对策：工艺革新；生态设计；清洁生产482.5 其它环境影响-放射性物质污染n核能使用和核科学试验产生（能源和材料使用加工过程中产生）2.5 其它环境影响-光污染玻璃幕墙外墙装饰诱发交通事故49n为什么材料与能源、信息并列为现代高科技三大支柱，考虑一下它们各自起什么作用？50n试用物质不灭和能量守恒的理论来说明材料与资源、环境的关系。51n结合实际，举例说明某一材料或产品从生产到使用直至废弃对环境产生的影响。52n图2-1是一个典型的开环工业生产链，从环保的角度看，若能实现闭环的工业生产链，可明显减少废弃物排放。请选择一个你感兴趣的产品设计一个闭环生产流程。原料材料零件产品使用废弃资源、能源污染物53n考虑一下，除本书提出的一些材料对环境的影响外，在材料的生产和使用过程中，对环境还有哪些影响应该注意，例如沙漠化、二噁英、疯牛病等与材料的生产和使用是否有关系。
