鎂課堂:(三十三)話說鎂及鎂合金的生命周期
2015年06月08日 9:45 12959次瀏覽 來源: 中國有色網 分類: 鎂應用 作者: 王祝堂
材料的生產、使用、廢棄、循環(huán)再生與環(huán)境之間的關系既相互聯(lián)系又相互影響與相互制約著,形成一個緊密的極為復雜的系統(tǒng)。因此,應全面系統(tǒng)地看待材料與自然環(huán)境的關系,材料與產品生命周期評價是實現(xiàn)這一目標不可缺少的方法,這里說的“產品”一般是指制造業(yè)的產品系統(tǒng),也含服務業(yè)提供的服務系統(tǒng)。生命周期是指產品系統(tǒng)中前后銜接的一系列階段,從原材料的獲得或自然資源的生成,直至最終處置,見如下的示意圖。
材料/產品生命周期示意圖
生命周期評價(Life Cycle Assessment,LCA)是對一個產品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯集與評價。產品系統(tǒng)是通過物質和能量聯(lián)系起來的,具有一種或多種特定功能的單元過程的集合。
LCA評價通過考察產品、行業(yè)甚至產業(yè)鏈的整個生命周期,對決策過程中的環(huán)境因素作出評價。它可以是戰(zhàn)略性的,也可以是具體運營和細節(jié)操作方面的,從而促使產業(yè)內部行為更符合可持續(xù)發(fā)展的原則。當今LCA方法已被廣泛應用于產品開發(fā)、生產管理、采購與消費、資源與廢棄物管理、區(qū)域規(guī)劃乃至工業(yè)技術研發(fā)等各種與產品生產和消費有關的活動中,形成了諸如產品生態(tài)設計、清潔生產、環(huán)境標志與聲明、綠色采購、產品環(huán)境政策、技術環(huán)境評價等各種研究和應用方向。
鎂是最輕的結構材料,優(yōu)點多,隨著汽車對產品輕量化和節(jié)能減排等要求的提高,為鎂的發(fā)展創(chuàng)造了大好機遇,成為世界一些國家開發(fā)與研究的熱門課題,但是國際上對鎂及鎂合金產品生命周期的環(huán)境影響還缺乏全面系統(tǒng)的分析和評價,這也成為制約其大量使用的一個重要因素。目前,德國、澳大利亞和中國等的冶金科學家和材料界人士正致力于原鎂提取工藝過程及其產品的LCA研究,取得了可喜的成果。2003年澳大利亞科學家的研究表明,電解法提取原鎂的溫室氣體排放為20.4~26.4kgCO2當量/kg·Mg,而中國皮江法煉鎂(含生產硅鐵的電耗)的為37~47kgCO2當量/kg·Mg,后者的約為前者的2倍,這成了國際上對中國皮江法煉鎂環(huán)境影響的負面評價。然而,北京工業(yè)大學材料環(huán)境協(xié)調性評價中心最新的研究結果表明,2009年中國較先進的皮江煉鎂法的溫室氣體排放強度為25.6kgCO2當量/kg·Mg,幾乎與電解法的平均水平相當,而且還有進一步降低的空間。這得益于原鎂提取過程中采取了綜合的節(jié)能減排措施,例如全面改造爐窯,采用清潔能源、蓄熱式高溫空氣燃燒技術及余熱利用技術等。
與鋁工業(yè)的LCA研究工作相比,對鎂及其產品的LCA研究還處于初級階段。鋁、鎂等輕質材料是減重的最佳材料,對于以汽車為代表的交通運輸工具輕量化、節(jié)能減排具有十分重要的意義。國際鋁業(yè)協(xié)會在一份報告中稱,汽車質量每減輕10%,油耗可降低6%~8%,有研究指出,汽車多用1kg鋁在服役期間排放的CO2就可以下降約20kg;如果每輛汽車使用70kg鎂合金,每年排放的的CO2可減少30%以上。
最近的研究結果顯示,采用鎂材制造汽車零部件與鋁材的相比,在全生命周期內排放的溫空氣體大體相等。不過,還有研究認為,盡管采用鎂材料制造的汽車前端零部件比鋁的更輕,但在20萬km的行駛距離內并沒有像鋁件那樣達到大幅度削減溫室氣體排放效果,另外,鎂廢料的回收再生效率也比鋁的低一些。
責任編輯:于璐
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