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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 13053次瀏覽 來源:   分類: 鎂應(yīng)用   作者:

       材料的生產(chǎn)、使用、廢棄、循環(huán)再生與環(huán)境之間的關(guān)系既相互聯(lián)系又相互影響與相互制約著,形成一個(gè)緊密的極為復(fù)雜的系統(tǒng)。因此,應(yīng)全面系統(tǒng)地看待材料與自然環(huán)境的關(guān)系,材料與產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)不可缺少的方法,這里說的“產(chǎn)品”一般是指制造業(yè)的產(chǎn)品系統(tǒng),也含服務(wù)業(yè)提供的服務(wù)系統(tǒng)。生命周期是指產(chǎn)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。

鎂課33

材料/產(chǎn)品生命周期示意圖

       生命周期評(píng)價(jià)(Life Cycle Assessment,LCA)是對(duì)一個(gè)產(chǎn)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(píng)價(jià)。產(chǎn)品系統(tǒng)是通過物質(zhì)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(píng)價(jià)通過考察產(chǎn)品、行業(yè)甚至產(chǎn)業(yè)鏈的整個(gè)生命周期,對(duì)決策過程中的環(huán)境因素作出評(píng)價(jià)。它可以是戰(zhàn)略性的,也可以是具體運(yùn)營(yíng)和細(xì)節(jié)操作方面的,從而促使產(chǎn)業(yè)內(nèi)部行為更符合可持續(xù)發(fā)展的原則。當(dāng)今LCA方法已被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)管理、采購與消費(fèi)、資源與廢棄物管理、區(qū)域規(guī)劃乃至工業(yè)技術(shù)研發(fā)等各種與產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)有關(guān)的活動(dòng)中,形成了諸如產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)、清潔生產(chǎn)、環(huán)境標(biāo)志與聲明、綠色采購、產(chǎn)品環(huán)境政策、技術(shù)環(huán)境評(píng)價(jià)等各種研究和應(yīng)用方向。
  鎂是最輕的結(jié)構(gòu)材料,優(yōu)點(diǎn)多,隨著汽車對(duì)產(chǎn)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(jī)遇,成為世界一些國(guó)家開發(fā)與研究的熱門課題,但是國(guó)際上對(duì)鎂及鎂合金產(chǎn)品生命周期的環(huán)境影響還缺乏全面系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià),這也成為制約其大量使用的一個(gè)重要因素。目前,德國(guó)、澳大利亞和中國(guó)等的冶金科學(xué)家和材料界人士正致力于原鎂提取工藝過程及其產(chǎn)品的LCA研究,取得了可喜的成果。2003年澳大利亞科學(xué)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(dāng)量/kg·Mg,而中國(guó)皮江法煉鎂(含生產(chǎn)硅鐵的電耗)的為37~47kgCO2當(dāng)量/kg·Mg,后者的約為前者的2倍,這成了國(guó)際上對(duì)中國(guó)皮江法煉鎂環(huán)境影響的負(fù)面評(píng)價(jià)。然而,北京工業(yè)大學(xué)材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)中心最新的研究結(jié)果表明,2009年中國(guó)較先進(jìn)的皮江煉鎂法的溫室氣體排放強(qiáng)度為25.6kgCO2當(dāng)量/kg·Mg,幾乎與電解法的平均水平相當(dāng),而且還有進(jìn)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(shù)及余熱利用技術(shù)等。
  與鋁工業(yè)的LCA研究工作相比,對(duì)鎂及其產(chǎn)品的LCA研究還處于初級(jí)階段。鋁、鎂等輕質(zhì)材料是減重的最佳材料,對(duì)于以汽車為代表的交通運(yùn)輸工具輕量化、節(jié)能減排具有十分重要的意義。國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)在一份報(bào)告中稱,汽車質(zhì)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(jié)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(nèi)排放的溫空氣體大體相等。不過,還有研究認(rèn)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(nèi)并沒有像鋁件那樣達(dá)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(zé)任編輯:于璐

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