1、同學們，上課啦！Are You Ready?第1頁/共128頁21.1 環境、資源與材料1.1.1 環境 環境：指與人類密切相關、影響人類生活和生產活動的各種自然（包括人工干預下形成的）力量或作用的總和。分為自然環境和社會環境。 自然環境：由水、土、氣、礦藏、熱、動物、植物、微生物等各種自然要素構成，主要包括大氣環境、水環境、土壤環境、地質環境、生態環境等； 社會環境：人類與自然要素在長期共處所產生的各種依存關系。主要包括居住環境、生產環境、文化環境、交通環境等。 第2頁/共128頁3環境對人類的功能主要表現在兩方面： 一方面，它是人類生存與發展的終極物質來源；第3頁/共128頁4第4頁/共1

2、28頁5全球十大環境問題 全球氣候變暖 極地冰川融化，海平面每10年將升高6厘米，使一些海岸地區被淹沒。 影響降雨和大氣環流的變化，使氣候反常，易造成旱澇災害 第5頁/共128頁6臭氧層的耗損與破壞 紫外線輻射能破壞生物蛋白質和基因物質脫氧核糖核酸，造成細胞死亡；使人類皮膚癌發病率增高；傷害眼睛，導致白內障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜類、蔬菜等的生長，并穿透10米深的水層，殺死浮游生物和微生物，從而危及水中生物的食物鏈和自由氧的來源，影響生態平衡和水體的自凈能力。 第6頁/共128頁7生物多樣性減少 每年至少有5萬種生物物種滅絕，平均每天滅絕的物種達140個 第7頁/共128頁8酸雨蔓延

3、酸雨是指大氣降水中酸堿度（pH值）低于5.6的雨、雪或其他形式的降水 水中的生物生活 土地質量 建筑物（特別是古跡 ）第8頁/共128頁9森林銳減 森林正以每年4000平方公里的速度消失。森林的減少使其涵養水源的功能受到破壞，造成了物種的減少和水土流失，還加劇了溫室效應 第9頁/共128頁10土地荒漠化 全球陸地面積占60%，其中沙漠和沙漠化面積29%。每年有600萬公頃的土地變成沙漠。經濟損失每年423億美元。 第10頁/共128頁11大氣污染 大氣污染的主要因子為懸浮顆粒物、CO、O3、CO2、氮氧化物、鉛等。大氣污染導致每年有30-70萬人因煙塵污染提前死亡，2500萬的兒童患慢性喉炎，

4、400-700萬的農村婦女兒童受害。 第11頁/共128頁12水污染 如此水還是生命之源嗎？ 水是我們日常最需要，也上接觸最多的物質之一，然而就是水如今也成了危險品 第12頁/共128頁13海洋污染 赤潮 石油泄漏 第13頁/共128頁14危險性廢物越境轉移 危險性廢物是指除放射性廢物以外，具有化學活性或毒性、爆炸性、腐蝕性和其他對人類生存環境存在有害特性的廢物。 第14頁/共128頁15 面對未來的地球，我們真的值得迷茫. 我們的地球在幾千萬年的進化中始終保持著美麗的面貌，可現在，人類“掌管”地球才這么短的時間，他就滿面瘡痍 第15頁/共128頁16第16頁/共128頁17第17頁/共128

5、頁181.1.2 資源 一、定義 廣義的資源：指人類生存發展和享受所需要的一切物質的和非物質的要素。 既包括一切為人類所需要的自然物，如陽光、空氣、水、礦產、土壤、植物及動物等等，也包括以人類勞動產品形式出現的一切有用物，如各種房屋、設備、其它消費性商品及生產資料性商品，還包括信息、知識和技術、人類本身的體力和智力等無形的資財。 第18頁/共128頁19 狹義的資源：僅指自然資源 聯合國環境規劃署（UNEP）的資源定義： “所謂自然資源，是指在一定時間、地點的條件下能夠產生經濟價值的、以提高人類當前和將來福利的自然環境因素和條件的總稱”。 包括太陽能、土地、水、大氣、巖石、礦物、森林、草地、礦

6、產、海洋、生態系統的環境機能、地球物理化學的循環機能等。第19頁/共128頁201. 可耗竭資源 定義：在任何對人類有意義的時間范圍內，資源質量保持不變，資源蘊藏量不再增加的資源稱為可耗竭資源。 二、自然資源分類第20頁/共128頁21(1)可回收的可耗竭資源 資源產品的效用喪失后，大部分物質還能夠回收利用的可耗竭資源稱為可回收的可耗竭資源。 主要指金屬等礦產資源，例如汽車報廢后，汽車上的廢鐵可以回收利用。 資源的可回收利用程度是由經濟條件所決定的。只有當資源的回收利用成本低于新資源的開采成本時，回收利用才有可能。 影響可耗竭資源開采量的因素有兩個：價格因素和技術進步。 第21頁/共128頁2

7、2(1)可回收的可耗竭資源 可回收的可耗竭資源最終仍無法逃脫被耗竭的命運，但耗竭的速率是可變的，它取決于市場需求、資源產品的耐用性和回收利用該產品的程度。 需要強調的是：可回收的可耗竭資源不可能100%地循環利用。根據化學熱力學第二定律，“在一個封閉的系統內，無限的內循環是不可能的”。 第22頁/共128頁23(2)不可回收的可耗竭資源 使用過程不可逆，且使用之后不能恢復原狀的可耗竭資源稱為不可回收的可耗竭資源。 其主要指煤、石油、天然氣等能源資源，這類資源被使用后就被消耗掉了。 由于不可回收的可耗竭資源使用過程的不可逆性，決定了使用機會只有一次 。 第23頁/共128頁242 . 可更新/可

8、再生資源 能夠通過自然力以某一增長率保持或增加蘊藏量的自然資源是可更新資源。 例如太陽能、大氣、森林、魚類、農作物以及各種野生動植物等。 第24頁/共128頁25(1)可更新商品性資源 財產權可以確定，能夠被私人所有和享用，并能在市場上進行交易的可更新資源是可更新商品性資源。 例如，私人土地上的農作物、森林等。第25頁/共128頁26(2)可更新公共物品資源 不為任何特定的個人所有，但是卻能為任何人所享用的可更新資源是可更新公共物品資源。如公海魚類資源、物種、空氣等。 特征：消費具有不可分性或無競爭性，是指某人對某物品的消費完全不會減少或干擾他人對同一物品的消費；再是消費無排他性，指不能阻止任

9、何人免費消費該物品。 第26頁/共128頁27公共物品的可更新資源的非專有性 屬于公共物品的可更新資源是非專有的，非專有性是財產權的一種減弱，它將導致低效率。 這種配制的結果是可更新資源過度開發，以及在管理、保護和提高生產能力方面投資不足 。第27頁/共128頁28三、 自然資源的蘊藏量 1 已探明儲量 已探明儲量是利用現有的技術條件、資源位置、數量和質量可以得到明確證實的儲量。又分為： （1）采儲量：為在目前的經濟技術水平下有開采價值的資源。 （2）待開采儲量：定義為儲量雖已探明，但由于經濟技術條件的限制，尚不具備開采價值的資源。 第28頁/共128頁29第29頁/共128頁302. 未探明

10、儲量 未探明儲量是指目前尚未探明但可以根據科學理論推測其存在或應當存在的資源，分為： （1）測存在的儲量：可以根據現有科學理論推測其存在的資源。 （2）應當存在的資源：今后由于科學的發展可以推測其存在的資源。第30頁/共128頁313. 蘊藏量 資源蘊藏量等于已探明儲量與未探明儲量之和，是指地球上所有資源儲量的總和。 因為價格與資源蘊藏量的大小無關，所以蘊藏量是一個物質概念而非經濟概念。對于可耗竭資源來說，蘊藏量是絕對減少的；對于可更新資源來說，蘊藏量是一個可變量。這個概念之所以重要，是因為它代表著地球上所有有用資源的最高極限。 第31頁/共128頁324. 三個重要的物質循環 自然界內處于千

11、變萬化中的物質欲維持質量能量守恒，只有通過物質的循環來實現。 一旦物質循環的程序局部發生故障，即發生環境污染，則整個自然系統就要遭到破壞。 其中碳循環、氮循環、氧循環是三個最重要的循環。 第32頁/共128頁33(1)碳循環： 碳是構成有機物質的中心元素和構成地殼巖石及礦物燃料（煤和石油）的主要成分，也是構成各種材料，例如鋼鐵材料、高分子材料或陶瓷材料的基本元素之一。 碳在鋼鐵中以間隙原子的形式和化合物的形式存在，是鋼鐵材料的一個重要化學元素和強化元素。第33頁/共128頁34(1)碳循環： 在自然環境內，碳的循環主要是通過二氧化碳來進行的。由動物呼吸或礦物燃料的燃燒生成二氧化碳并放出熱量。在

12、生物圈中二氧化碳的循環（亦構成氧循環的一部分）主要表現在光合反應中。 反應：6CO2+6H2O+2822JC6H12O6+6O2第34頁/共128頁35(1)碳循環： 碳循環始于CO2經綠色植物光合作用固定，以各種碳化物的形式儲存，經過營養級的傳遞、分解，有一部分經過動植物的呼吸作用及動植物尸殘體的分解轉變為CO2，回歸到大氣中去；另一部分轉入土壤或地下深層，經過漫長的演化轉變成礦物。 由于礦物燃料的燃燒，人類已經在全球尺度上影響CO2的生物地球化學循環，每年排放到大氣中的CO2總量與日俱增，導致了地球表面熱量不斷積累，破壞了原來的熱量平衡，形成“溫室效應”。 第35頁/共128頁36北京大學

13、環境學院(1)碳循環：第36頁/共128頁37(2)氮循環 氮是構成蛋白質的主要元素，而所有生物體內均含有蛋白質，所以氮的循環涉及到自然界的各個領域。 氮在材料工業中也起著重要作用。例如氮在鐵中以間隙原子的形式和化合物的形式存在，是鋼鐵材料中的一個重要強化元素。同時氮還是金屬基復合材料的一個強化相的組成元素，如AlN，TiN 等等。第37頁/共128頁38(2)氮循環 氮與碳不同，氮是一個變價元素，它有多種價態，如：+5，+3，+1，-1，-3等。這使得氮的循環通過各種價態化合物組成復雜的途徑。 第38頁/共128頁39(2)氮循環 盡管大氣圈中的分子態氮N2約占大氣組成的79%（v/v），但

14、是分子態氮對于生命是無效的。 只有通過各種反應將N2轉化成其它形態后，氮才能顯示出生命活力。因此，氮與人類的生存密切相關。第39頁/共128頁40(2)氮循環 在生物圈中氮的循環基本模式是植物吸收N2經生物固氮作用形成硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨、氨基酸，進而合成蛋白質和核酸，并和其他化合物進一步合成為植物有機體。 除生物固氮以外，閃電和宇宙射線也能使氮被氧化成硝酸鹽。 食物鏈中成員的分解產物、排泄物在細菌的作用下轉變成氨，亞硝化細菌把氨轉化為亞硝酸鹽，硝化細菌又進一步將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽，在循環的末端，反硝化細菌把硝酸鹽轉變為分子態氮，又重新返回大氣。 第40頁/共128頁41(2)氮循環 在自然

15、界中，氮的化合物傾向于還原狀態，常常存在于和氫化合的物質中，而較少存在于氧化狀態。 然而由于工業生產和人為原因帶進環境中的氮幾乎都是氧化狀態，如NO，N2O等。 第41頁/共128頁42(2)氮循環 保持環境中氮氧化物的低濃度，對于自然界的平衡和生態系統的安全是非常重要的。 由于礦物燃料燃燒及工業生產活動強度的日益劇增，使氮的循環受到了嚴重的干擾。 目前，大氣中的NO2以每年0.20.3%的速度增加，NO2的凈增量每年達到了41012mol。 第42頁/共128頁43(2)氮循環第43頁/共128頁44(2)氮循環 氮在自然循環中的不平衡，將給生態系統帶來極其嚴重的惡果。首先是因硝酸鹽過量而污

16、染天然水體，造成水體的富營養化，藻類過量繁殖。 其次是硝酸鹽對人類和動物生存的潛在危害。硝酸鹽被人或動物攝取后，在細菌的作用下可能轉化為亞硝酸鹽。而亞硝酸鹽除了能同血液中的紅血球結合而破壞血液的輸氧能力之外，還會同食物中的某些有機化合物起反應生成有致癌作用的亞硝胺化合物。 氣態的氮氧化物幾乎都是劇毒性物質，在太陽輻射下還會與碳氫化物反應形成光化學煙霧。第44頁/共128頁45(3)氧循環 正是由于氧在自然界中有巨大的含量及其活潑性的特征，致使環境中無處無氧（游離態或化合態），所以氧在自然界中的循環是非常復雜的。 在前面所述的兩種循環中均有氧的參與，也構成了氧循環的一部分。第45頁/共128頁4

17、6氧循環第46頁/共128頁47氧循環 在自然界中參與上述循環的碳、氮、氧實際上僅為其總量的幾分之一，而大部分則儲存在各自的“儲庫”之中。例如海洋是H2O的總儲庫，地殼的巖石為C和O的總儲庫，大氣則為氮的總儲庫。 因為參與循環的物質量相對其總量而言是極少的，所以各種物質循環一周所需的時間很長。且由于各類物質總儲存量的不同，它們的循環周期的長短差別也很明顯。第47頁/共128頁48氧循環 據估計，水、氧和二氧化碳在四個圈層中的循環情況是： 所有地球上的水被植物的光合作用所分解，到再次由于動植物細胞的生物氧化而生成，約需時間200萬年。 在此過程中產生的氧進入大氣并約在2000年內進行再循環。 C

18、O2為動植物細胞所呼出并進入大氣中，平均停留300年，再被植物細胞固定。 第48頁/共128頁49北京大學環境學院水、氧和二氧化碳的循環第49頁/共128頁50五、我國的資源狀況五、我國的資源狀況1、水資源狀況：、水資源狀況： 水資源總量位居世界第水資源總量位居世界第6位。但位。但人均淡水資源量只是世界人均占人均淡水資源量只是世界人均占有量的有量的1/4。 目前有目前有16個省、自治區、直轄個省、自治區、直轄市的人均水資源擁有量低于國際市的人均水資源擁有量低于國際公認的公認的1700m3用水緊張線。用水緊張線。 10個低于個低于500m3嚴重缺水線嚴重缺水線。第50頁/共128頁51第51頁/

19、共128頁522、耕地資源狀況：、耕地資源狀況： 耕地資源總量耕地資源總量18.51億畝億畝, 居居世界第世界第4位。位。 但人均耕地面積不到世界平但人均耕地面積不到世界平均水平的均水平的40%。 在在2000多個縣（市）中，目多個縣（市）中，目前有前有600多個縣（市）人均耕多個縣（市）人均耕地面積在世界公認的人均耕地地面積在世界公認的人均耕地警戒線警戒線0.8畝以下。畝以下。第52頁/共128頁53第53頁/共128頁543、主要礦產資源狀況：、主要礦產資源狀況： 已發現已發現171種礦產資源種礦產資源, 總量約占世界的總量約占世界的12%，僅，僅次于美國和俄羅斯，居世界第三位。次于美國和

20、俄羅斯，居世界第三位。 但人均占有量僅為世界平均水平的但人均占有量僅為世界平均水平的58%居世界第居世界第53位。其中：位。其中： 鐵礦石鐵礦石9% 銅礦銅礦5% 鋁土礦鋁土礦 2% 第54頁/共128頁554、 能源資源狀況：能源資源狀況： 能源資源探明儲量中，能源資源探明儲量中，90%以上是煤炭以上是煤炭。 人均儲量為世界平均水平，人均儲量為世界平均水平， 煤炭煤炭79 石油石油11% 天然氣天然氣4.5%第55頁/共128頁56n每百萬美元每百萬美元GNP的能耗的能耗 國別 能耗（TOE） 相對比例 日本 150 1 美國 391 2.6 歐洲 287 1.9 前蘇聯 563 3.8 中

21、國 1,763 11.7第56頁/共128頁575、我國礦產資源的特點、我國礦產資源的特點 人均礦產資源人均礦產資源占有量低占有量低，主要有色金屬儲，主要有色金屬儲量人均占有量不到世界平均水平的量人均占有量不到世界平均水平的1/2。 礦產資源質量差別懸殊礦產資源質量差別懸殊、低質資源比重大低質資源比重大。 呆滯的礦產資源多、呆滯的礦產資源多、開發難度開發難度大。大。第57頁/共128頁586、我國礦產資源的利用狀況、我國礦產資源的利用狀況（1）礦產資源）礦產資源消耗大消耗大。水泥、陶瓷、鋼鐵產量均為世界第一。水泥、陶瓷、鋼鐵產量均為世界第一。（2）礦產資源綜合）礦產資源綜合利用率低利用率低，如

22、有色金屬綜合利用率只有，如有色金屬綜合利用率只有30-35%，國外先進水平為，國外先進水平為70%。（3）二次資源開發利用）二次資源開發利用技術落后技術落后，如再生鉛的比例僅為國外的，如再生鉛的比例僅為國外的50%。礦產資源總回收。礦產資源總回收率為率為3050，比世界平均水平低，比世界平均水平低1020；（4）礦產資源）礦產資源浪費嚴重浪費嚴重。（5）礦產資源不能保證經濟、社會的可持續發展。）礦產資源不能保證經濟、社會的可持續發展。基本特征人均資源少、資源消耗大、利用率低、浪費嚴重。基本特征人均資源少、資源消耗大、利用率低、浪費嚴重。第58頁/共128頁59n對我國材料工業產生重大影響的礦產

23、資源供需對我國材料工業產生重大影響的礦產資源供需狀況分析狀況分析 石油：石油：1993年已成為石油凈進口國。年已成為石油凈進口國。 鐵：鐵：富鐵礦石供不應求，鐵礦進口量逐年攀升。富鐵礦石供不應求，鐵礦進口量逐年攀升。 銅：銅：供需矛盾十分尖銳。地處偏遠或品位低，開發供需矛盾十分尖銳。地處偏遠或品位低，開發難度大，短期內難以滿足國內需求。難度大，短期內難以滿足國內需求。 鉀鹽：鉀鹽：長期依靠進口。長期依靠進口。 錳礦：錳礦：絕大部分是低品位難選的碳酸錳鐵礦。絕大部分是低品位難選的碳酸錳鐵礦。 鉻鐵礦：鉻鐵礦：資源嚴重不足，主要依靠進口資源嚴重不足，主要依靠進口 煤：煤：資源充足，但統計中有不少非

24、經濟可開采。資源充足，但統計中有不少非經濟可開采。第59頁/共128頁60n7、存在的主要問題、存在的主要問題 與中國人口數量、科技水平、財力狀況等與中國人口數量、科技水平、財力狀況等社會經濟條件相聯系，中國的資源情況不容樂觀。社會經濟條件相聯系，中國的資源情況不容樂觀。 我國自然資源的地區分布不平衡，影響了我國自然資源的地區分布不平衡，影響了資源利用與生產力的匹配。資源利用與生產力的匹配。 礦產資源的相對不足和高強度消耗，將嚴礦產資源的相對不足和高強度消耗，將嚴重制約中國經濟和社會的健康發展。重制約中國經濟和社會的健康發展。第60頁/共128頁61n我國材料產業發展對資源的消耗我國材料產業發

25、展對資源的消耗 資源產出率低資源產出率低 我國我國GDP約占世界的約占世界的4，但重要資源消耗占世界，但重要資源消耗占世界的比重卻很高。消耗每噸標準煤實現的的比重卻很高。消耗每噸標準煤實現的GDP為世界平為世界平均水平的均水平的30。 資源利用率低資源利用率低 我國能源轉換效率、單位我國能源轉換效率、單位GDP能耗、單位能源效能耗、單位能源效率、主要耗能設備能源效率等幾個指標與世界水平相率、主要耗能設備能源效率等幾個指標與世界水平相差甚遠。差甚遠。第61頁/共128頁62 資源綜合利用水平低資源綜合利用水平低 我國礦產資源總回收率為我國礦產資源總回收率為30%，比國外先進水平低，比國外先進水平

26、低20個百分點。共生、伴生礦的資源綜合利用率為個百分點。共生、伴生礦的資源綜合利用率為35左右。左右。 我國銅、鉛、鋅伴生金屬冶煉回收率為我國銅、鉛、鋅伴生金屬冶煉回收率為50左右，左右，而發達國家的平均水平在而發達國家的平均水平在80以上。以上。再生資源回收利用率低再生資源回收利用率低 再生銅產量約占銅產量的再生銅產量約占銅產量的22，而世界平均水平為，而世界平均水平為37； 再生鋁產量占鋁產量的再生鋁產量占鋁產量的21，而世界平均水平為，而世界平均水平為40。第62頁/共128頁63n我國資源儲量與實際需求存在矛盾我國資源儲量與實際需求存在矛盾水資源水資源我國淡水資源人均占有量僅為世界人均

27、水平的我國淡水資源人均占有量僅為世界人均水平的1/4土地資源土地資源我國土地資源人均占有量僅為世界人均水平的我國土地資源人均占有量僅為世界人均水平的1/3森林資源森林資源我國森林蓄積量僅為世界人均蓄積量的我國森林蓄積量僅為世界人均蓄積量的1/8礦產資源礦產資源鐵礦石、銅礦、鋁土礦人均儲量分別為世界人均水平的鐵礦石、銅礦、鋁土礦人均儲量分別為世界人均水平的9%、5%、2%。45種重要礦產資源儲量對消費需求的保證程度十分嚴峻種重要礦產資源儲量對消費需求的保證程度十分嚴峻2010年年可保證消費需求的礦產可保證消費需求的礦產21種種，其它，其它24種礦產難以保證；種礦產難以保證；2020年年可保證需求

28、的礦產可保證需求的礦產僅為僅為9種種，其他，其他36種礦產難以保證。種礦產難以保證。第63頁/共128頁641.1.3 材料 一、定義 材料：指具有一定結構、組分和性能，具有一定用途的物質。 是人類用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質。第64頁/共128頁65材料材料推動著人類文明的進步推動著人類文明的進步嚴重威脅人類生存的自然環境嚴重威脅人類生存的自然環境第65頁/共128頁66材料流 典型材料生產、使用、廢棄過程示意圖 第66頁/共128頁67 以鋼鐵材料為例，經過采選、儲運、煉鐵等步驟，最后平均8噸礦石可煉成1噸鋼。 再經過軋制、車、鉗、刨、銑等金屬加工，最后得到約700公

29、斤的金屬制品。 這些金屬制品按質量計算，能被有效使用的不到500公斤。即使這些被有效使用的金屬制品，也有一定的服役壽命，最后都被廢棄而排放進入環境，由環境來承擔吸收、消納和分解的任務。 第67頁/共128頁68二、我國材料產業的能源消耗二、我國材料產業的能源消耗 主要材料產品的能耗占全國工業總能耗主要材料產品的能耗占全國工業總能耗的的40%，全國工業部門中，全國工業部門中黑色冶金、化學原料黑色冶金、化學原料工業及建材工業工業及建材工業位居綜合能源消耗位居綜合能源消耗前三位前三位。 我國材料工業能耗大大高于國外先進水我國材料工業能耗大大高于國外先進水平。平。 我國水泥噸熟料平均燒成熱耗比國外約我

30、國水泥噸熟料平均燒成熱耗比國外約高高45%左右。左右。第68頁/共128頁69n我國材料產業發展對能源的消耗我國材料產業發展對能源的消耗2005年主要材料能源消耗年主要材料能源消耗 材料種類材料種類 能源消耗能源消耗/萬噸標準煤萬噸標準煤 占工業總能耗比例占工業總能耗比例/%n礦品采選業礦品采選業 13251.5 8.38n化學原料及制品制造業化學原料及制品制造業 22494.07 14.23n化學纖維制造業化學纖維制造業 1342.0 0.85n非金屬礦物制造業非金屬礦物制造業 18849.94 11.93n黑色金屬冶煉及加工業黑色金屬冶煉及加工業 35988.23 22.77n有色金屬冶煉

31、及加工業有色金屬冶煉及加工業 7188.69 4.55n金屬制品業金屬制品業 2220.38 1.40n合計合計 103861.0 65.71n工業總能耗工業總能耗 158058.37第69頁/共128頁70n我國材料產業發展對能源的消耗我國材料產業發展對能源的消耗 我國單位產品能耗高。總體上主要耗能產品的我國單位產品能耗高。總體上主要耗能產品的能耗水平比國際先進水平高出能耗水平比國際先進水平高出2040%； 我國發電廠供電煤耗比世界先進水平高我國發電廠供電煤耗比世界先進水平高20%左右，每噸鋼可比能耗比國際先進水平高左右，每噸鋼可比能耗比國際先進水平高47.3，每噸水泥熟料燃料比國際先進水平

32、高每噸水泥熟料燃料比國際先進水平高58.1%。 我國能源系統的總效率與上世紀我國能源系統的總效率與上世紀90年代發達年代發達國家相比低國家相比低10-20個百分點。個百分點。第70頁/共128頁71n我國能源儲量與實際需求存在矛盾我國能源儲量與實際需求存在矛盾 中國的能源資源居世界第三位，但已探明的煤炭中國的能源資源居世界第三位，但已探明的煤炭儲量僅占世界探明總量的儲量僅占世界探明總量的11%，原油占，原油占3%，天然氣，天然氣占占1%，能源總量不到全世界的，能源總量不到全世界的10%。石油和天然氣。石油和天然氣人均儲量分別占世界人均水平的人均儲量分別占世界人均水平的1.8%和和0.2%； 據

33、專家預測，到據專家預測，到2010年中國石油對外依存度高達年中國石油對外依存度高達45%49%；到到2020年，形勢更為嚴峻，對外依存度將上升到年，形勢更為嚴峻，對外依存度將上升到60%66%。第71頁/共128頁72三、我國材料工業面臨的環境問題三、我國材料工業面臨的環境問題n 材料工業的廢氣排放量占全國排放總量的材料工業的廢氣排放量占全國排放總量的77.2%，固體廢棄物占，固體廢棄物占93.1%，工業廢水占工業廢水占58.6%。n 鋼鐵工業位于污染排放第鋼鐵工業位于污染排放第2位，全國水泥工業產生的粉塵造成城鎮嚴重位，全國水泥工業產生的粉塵造成城鎮嚴重污染，有色金屬生產中造成的尾礦和廢渣為

34、主的工業固體廢棄物每年超過污染，有色金屬生產中造成的尾礦和廢渣為主的工業固體廢棄物每年超過6000萬噸萬噸，生產過程中排放的二氧化碳、氟化氫、砷等廢氣，是有毒氣體的，生產過程中排放的二氧化碳、氟化氫、砷等廢氣，是有毒氣體的主要源頭之一。主要源頭之一。n 材料工業的生產對我國城鄉環境質量構成了很大的威脅。材料工業的生產對我國城鄉環境質量構成了很大的威脅。第72頁/共128頁73n 我國的我國的SO2、NOx排放量超過排放量超過3000萬萬t/a，30%以上的國土面積遭受酸雨污染，全國酸雨造成的以上的國土面積遭受酸雨污染，全國酸雨造成的損失超過損失超過1000億元億元/a；n 中國工業廢渣累計堆存

35、量已超過中國工業廢渣累計堆存量已超過70億億噸，占地噸，占地5.5 萬公頃萬公頃（其中占用農田（其中占用農田3700公頃）。這樣不僅公頃）。這樣不僅占用了寶貴的土地資源，而且對空氣、地表水和占用了寶貴的土地資源，而且對空氣、地表水和地下水造成嚴重污染。地下水造成嚴重污染。第73頁/共128頁74n我國材料產業發展對環境的影響我國材料產業發展對環境的影響 材料種類材料種類 工業廢水工業廢水/萬噸萬噸 工業廢氣工業廢氣/億立米億立米 固體廢物產生量固體廢物產生量/萬噸萬噸礦品采選業礦品采選業 116741 5725 48714化學原料及制品制造業化學原料及制品制造業 339052 15887 92

36、33化學纖維制造業化學纖維制造業 48516 2886 342非金屬礦物制造業非金屬礦物制造業 48248 49860 3237黑色金屬冶煉及加工業黑色金屬冶煉及加工業 169934 56190 23506有色金屬冶煉及加工業有色金屬冶煉及加工業 33734 13183 4779金屬制品業金屬制品業 21057 846 121合計合計 785688 145717 90067占工業排放總量百分數占工業排放總量百分數/% 32.33 54.17 66.9第74頁/共128頁75n我國材料產業發展對環境的影響我國材料產業發展對環境的影響2005年材料制造業污染物排放情況材料種類材料種類 二氧化硫二氧

37、化硫/萬噸萬噸 煙塵煙塵/萬噸萬噸 粉塵粉塵/萬噸萬噸礦品采選業礦品采選業 41.1 23.6 40.3化學原料及制品制造業化學原料及制品制造業 116.8 53.6 17.5化學纖維制造業化學纖維制造業 11.5 4.6 0.1非金屬礦物制造業非金屬礦物制造業 178.4 133.9 565.7黑色金屬冶煉及加工業黑色金屬冶煉及加工業 142.2 69.3 125.7有色金屬冶煉及加工業有色金屬冶煉及加工業 70.7 19.2 18.7金屬制品業金屬制品業 2.6 1.7 1.0合計合計 569.0 308.5 769.0占工業排放總量百分數占工業排放總量百分數/% 26.25 32.51

38、84.41第75頁/共128頁76n我國材料產業發展對環境的影我國材料產業發展對環境的影響響n我國每單位我國每單位GDP產生的產生的NOx是日本的是日本的27.7倍倍、德國、德國的的16.6倍倍、美國的、美國的6.1倍倍、印度的、印度的2.8倍倍；n所產生的所產生的SO2是德國的是德國的26.4倍倍、美國的、美國的60倍倍；已有；已有約約1/3的國土受到酸雨污染的國土受到酸雨污染第76頁/共128頁77 2007 年年 排放量排放量(萬噸萬噸) SO2 2468.1 NOx 2200 煙塵煙塵 986.6 粉塵粉塵 698.7第77頁/共128頁78n全國近年廢氣中主要污染物排放量單位全國近年

39、廢氣中主要污染物排放量單位:萬噸萬噸 年度年度 SO2 煙塵煙塵 合計合計 工業工業 生活生活 合計合計 工業工業 生活生活 2002 1926.6 1562.0 364.6 1012.7 804.2 208.5 2003 2158.7 1791.4 367.3 1048.7 846.2 202.5 2004 2254.9 891.4 363.5 1095.0 886.5 208.5 2005 2549.3 2168.4 380.9 1182.5 948.9 233.6 2006 2588.8 1078.4 854.8 1223.6 807.5 2007 2468.1 2140 328.1 9

40、86.6 771.1 215.5第78頁/共128頁79n環境承載能力與經濟快速發展存在矛盾環境承載能力與經濟快速發展存在矛盾n05年，年，28個國控重點湖（庫）個國控重點湖（庫） 類水質的湖，占類水質的湖，占7；類水質的湖（庫）占類水質的湖（庫）占21；水質的湖（庫）占水質的湖（庫）占11；類水質的湖（庫）占類水質的湖（庫）占18；劣劣類水質湖（庫）占類水質湖（庫）占43。 太湖、滇池和巢湖水質均為劣太湖、滇池和巢湖水質均為劣類。類。主要污染指標為總氮和總磷。主要污染指標為總氮和總磷。第79頁/共128頁80 我國工業產品能源、原材料的消耗占企業生產我國工業產品能源、原材料的消耗占企業生產成

41、本的成本的75左右，若降低左右，若降低1就能取得就能取得100多億元多億元的的效益。效益。 我國能源利用率若能達到世界先進水平，每年我國能源利用率若能達到世界先進水平，每年可減少可減少3億噸億噸標準煤的消耗。標準煤的消耗。 我國固體廢棄物綜合利用率若提高我國固體廢棄物綜合利用率若提高1，每年，每年就可減少約就可減少約1000萬噸萬噸廢棄物的排放。廢棄物的排放。 第80頁/共128頁81n材料工業污染產生的主要原因材料工業污染產生的主要原因n工藝技術裝備落后，成為環境污染大戶。工藝技術裝備落后，成為環境污染大戶。n礦山資源的亂采濫挖，造成大片森林被砍伐，礦山資源的亂采濫挖，造成大片森林被砍伐，綠

42、草毀掉，尾礦隨意丟放，污水任意流淌，也是造綠草毀掉，尾礦隨意丟放，污水任意流淌，也是造成環境破壞和污染的原因。成環境破壞和污染的原因。n冶煉生產效率低，冶煉生產效率低， CO2、SO2、NOx不處理，不處理，直接排放，對環境造成極大影響。直接排放，對環境造成極大影響。第81頁/共128頁82四、材料產業可持續發展的對策四、材料產業可持續發展的對策堅持堅持“3R”原則原則n減量化原則減量化原則Reduce:從源頭節約資源使用和減少污染從源頭節約資源使用和減少污染排放排放n再利用原則再利用原則Reuse:產品多次使用或修復、翻新或再制產品多次使用或修復、翻新或再制造后繼續使用造后繼續使用n再循環原

43、則再循環原則Recycle:廢棄物轉化為資源，實現再循環廢棄物轉化為資源，實現再循環利用利用n 核心核心：資源的有效保證、資源的合理應用、與環境：資源的有效保證、資源的合理應用、與環境的相容的相容第82頁/共128頁83n材料產業可持續發展的對策材料產業可持續發展的對策1. 解決礦產資源問題解決礦產資源問題2. 提高礦產資源開發的技術水平提高礦產資源開發的技術水平3. 強化資源保護管理強化資源保護管理4. 重視具有優勢的礦產資源的開發重視具有優勢的礦產資源的開發5. 提高材料性能和生產應用技術，減少消耗提高材料性能和生產應用技術，減少消耗6. 提高材料工業技術水平，降低能耗，減少污染提高材料工

44、業技術水平，降低能耗，減少污染7. 搞好搞好“三廢三廢”治理，提高資源綜合利用水平治理，提高資源綜合利用水平8. 科技進步與環境治理有機結合科技進步與環境治理有機結合第83頁/共128頁84n堅持堅持“3R”原則原則-建材行業建材行業水泥工業實施窯外分解技術，可將燒成熱耗從落后水泥工業實施窯外分解技術，可將燒成熱耗從落后窯型的窯型的5862kJ/kg熟料的熱耗降低到熟料的熱耗降低到2931kJ/kg；將實心磚改成空心率為將實心磚改成空心率為50的空心磚，可實現成倍的空心磚，可實現成倍的節省資源和能源，建筑物的功能和居住節能也將大的節省資源和能源，建筑物的功能和居住節能也將大為改善；為改善；大力

45、發展廢型墻體材料：大量消納和利用工業廢渣大力發展廢型墻體材料：大量消納和利用工業廢渣和農業廢棄物，如利用粉煤灰、煤矸石、礦渣、稻草、和農業廢棄物，如利用粉煤灰、煤矸石、礦渣、稻草、秸稈，來替代天然資源制造環保利廢型墻體材料，實秸稈，來替代天然資源制造環保利廢型墻體材料，實現廢物再利用現廢物再利用。第84頁/共128頁85n目標：目標：1. 推行生態工業鏈，實現循環型社會推行生態工業鏈，實現循環型社會 2. 材料工業的生態化材料工業的生態化 材料工業生態化是實現可持續發展的唯一途徑材料工業生態化是實現可持續發展的唯一途徑第85頁/共128頁86材料，為人類文明做出重大貢獻，卻也嚴重破壞了人類家園

46、。從原材料的開采、提煉、生產、加工、使用一直到廢棄的過程，無不以資源和能源的極大消耗，生態環境的嚴重污染為代價。第86頁/共128頁87傳統的材料研究、開發與生產追求最大限度發揮材料的性能和功能。對材料生產、使用和廢棄過程中的環境問題重視不夠。 材料及其制品的制造、使用及廢棄過程是造成能源短缺、資源過度消耗和枯竭以及環境污染的主要原因之一。第87頁/共128頁88材料與環境的關系第88頁/共128頁89解決問題的思路在盡可能滿足用戶對材料性能的要求的同時，必須考慮盡可能節約資源和能源，盡可能減少對環境的污染，改變片面追求性能的觀點；在研究、設計、制備材料以及使用、廢棄材料產品時，一定要把材料及

47、其產品整個壽命周期中，與環境的協調性作為重要評價指標，改變只管設計生產，而不顧使用和廢棄后資源再生利用及環境污染的觀點；走走與資源、能源和環境相協調與資源、能源和環境相協調的道路的道路必然趨勢第89頁/共128頁90n五、環境材料五、環境材料n20世紀世紀90年代初年代初,日本學者山本良一提出了日本學者山本良一提出了環境材環境材料（料（ecomaterials)的概念的概念, 是指那些具有良好的使用是指那些具有良好的使用性能和優良的環境協調性的材料。性能和優良的環境協調性的材料。n良好的環境協調性是指良好的環境協調性是指資源、能源消耗少，環境資源、能源消耗少，環境污染小，再生循環利用率污染小，

48、再生循環利用率高。高。n是充分考慮人類、社會、自然三者相互關系的前是充分考慮人類、社會、自然三者相互關系的前提下提出的新概念，它符合人與自然和諧發展的基提下提出的新概念，它符合人與自然和諧發展的基本要求，是材料產業可持續發展的必由之路。本要求，是材料產業可持續發展的必由之路。第90頁/共128頁91比較一致的定義： 在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環境負荷、最大使用功能的人在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環境負荷、最大使用功能的人類所需材料。既包括經改造后的現有傳統材料也包括新開發的環境材料。類所需材料。既包括經改造后的現有傳統材料也包括新開發的環境材料。 生態環境材料、環境協調材

49、料、環境意識材料、生態材料、綠色材料、環保型材料等。其它名稱第91頁/共128頁92環境材料的內涵 (2)(2)環境協調性環境協調性( (區別于傳統材料區別于傳統材料) ) 生產環節中資源和能源的消耗少生產環節中資源和能源的消耗少 工藝流程的環境負荷小工藝流程的環境負荷小 廢棄后易于再生循環。廢棄后易于再生循環。（優先爭取的目標）（優先爭取的目標）(1)(1)材料的先進性材料的先進性 (3) (3) 舒適性舒適性第92頁/共128頁93主要研究課題環境材料與產品的環境設計環境材料與產品的環境設計材料與生態環境的關系和相互作用材料與生態環境的關系和相互作用材料及產品的環境影響的定量評估方法及其數

50、據庫材料及產品的環境影響的定量評估方法及其數據庫材料與產品的再生循環設計及工藝技術材料與產品的再生循環設計及工藝技術清潔、無污染、生態環境負擔性低的材料生產、加清潔、無污染、生態環境負擔性低的材料生產、加工和制造技術工和制造技術材料的超長壽命化技術材料的超長壽命化技術現用材料中有害元素、自然資源中枯竭性金屬元素現用材料中有害元素、自然資源中枯竭性金屬元素的替代材料與替代工藝技術的替代材料與替代工藝技術可循環性的環境分解和分離材料可循環性的環境分解和分離材料環境凈化材料環境凈化材料可再生材料，生態資源材料的工程技術可再生材料，生態資源材料的工程技術廢物再資源化技術廢物再資源化技術第93頁/共12

51、8頁94環境材料的分類1.金屬類環境材料 無鉛焊料無鉛焊料 發展高效率使用的金屬材料發展高效率使用的金屬材料 冶金工業廢渣的綜合利用冶金工業廢渣的綜合利用 再生金屬資源利用再生金屬資源利用第94頁/共128頁952. 無機非金屬類環境材料 長壽命化長壽命化 再生循環利用再生循環利用 生態化新型無機非金屬新材料生態化新型無機非金屬新材料第95頁/共128頁963. 高分子環境材料 高分子廢棄物的再生循環技術高分子廢棄物的再生循環技術 可降解高分子材料可降解高分子材料 長壽命材料長壽命材料 環境友好的新型高分子功能材料環境友好的新型高分子功能材料第96頁/共128頁97生態環境材料的研究進展第97

52、頁/共128頁98環境相容性材料l谷殼高純硅化物、活性碳、一次性環保餐具 或生態建材l天然漆l木材木材陶瓷、木材復合材料、木材混凝土l甲殼素(殼聚糖)生物醫用材料、膜分離材料l天然纖維素纖維素衍生物及產品 仿生材料仿生材料生物陶瓷及其復合材料純天然材料純天然材料第98頁/共128頁99環境相容性材料 生態水泥和混凝土 以木代鋼制備增強型混凝土 用廢舊聚酯塑料生產有機增強混凝土、 用城市固體垃圾生產水泥生態建材生態建材n綠色建筑裝飾材料 涂料、地板、貼面膠合板n環境功能玻璃第99頁/共128頁100生物降解材料l天然物質利用型淀粉、植物纖維、木質素、甲殼素、海藻酸鈉等天然高分子l化學合成型 脂肪

53、族聚酯塑料制品n可降解無機磷酸鹽陶瓷材料n生物降解塑料第100頁/共128頁101可再循環制備和使用的材料可多次重復循環使用可多次重復循環使用; ;廢棄物可作為再生資源來利用廢棄物可作為再生資源來利用; ;廢棄物的處理消耗能量最少廢棄物的處理消耗能量最少; ;廢棄物的處理對環境不產生二次污染或對廢棄物的處理對環境不產生二次污染或對環境影響最小環境影響最小v通用合金和簡單合金v塑料合金v無機非金屬固體廢棄物無機非金屬材料特征特征第101頁/共128頁102環境工程材料l二氧化硫煙氣凈化：離子交換樹脂吸附型凈化材料、稀土氧化物材料l汽車尾氣(氮氧化物)凈化：稀土替代貴金屬環境凈化材料環境凈化材料n

54、大氣污染控制材料n其它污染控制材料 噪聲控制材料、電磁波防護材料 n水污染控制材料TiO2光催化材料第102頁/共128頁103環境工程材料 固沙植被材料 高吸水性樹脂、高分子乳液 二氧化碳樹脂新材料 聚碳酸酯、聚氨酯材料、生物降解材料、隔氧材料環境修復材料環境修復材料第103頁/共128頁104環境工程材料l氯氟烴化合物替代材料氯氟烴化合物替代材料 氨、碳氫化合物氨、碳氫化合物( (丙烷丙烷) )、二氧化碳、二氧化碳l無磷洗滌劑無磷洗滌劑 重垢液體洗滌劑重垢液體洗滌劑l石棉替代材料石棉替代材料 含石墨無機纖維材料、硅酸鋁、硅酸鋅陶瓷含石墨無機纖維材料、硅酸鋁、硅酸鋅陶瓷纖維材料、聚酰胺纖維纖

55、維材料、聚酰胺纖維l鋁合金替代材料鋁合金替代材料 塑鋼、竹塑鋼、竹- -鋁、萱麻鋁、萱麻- -鋁等天然纖維增強鋁基鋁等天然纖維增強鋁基復合材料復合材料環境替代材料環境替代材料第104頁/共128頁105環境材料應具有的特征 對資源和能源消耗最少對資源和能源消耗最少 對生態環境影響最小對生態環境影響最小 再生循環利用率最高或可分解使用的再生循環利用率最高或可分解使用的 具有優異使用性能和特別優異的環境協調性具有優異使用性能和特別優異的環境協調性 直接具有凈化環境、修復環境能力直接具有凈化環境、修復環境能力第105頁/共128頁106材料的環境協調性評價 某一具體材料在其生產、使用、消費或某一具體

56、材料在其生產、使用、消費或再生過程中耗用的自然資源數量和能源數量，再生過程中耗用的自然資源數量和能源數量，以及其向環境體系排放的各種廢棄物，例如氣以及其向環境體系排放的各種廢棄物，例如氣態、固態和液態廢棄物之總量。態、固態和液態廢棄物之總量。材料的環境負荷LCA (Life Cycle Assessment)方法生命周期評價方法第106頁/共128頁107六、生物質 Biomass 生物質：由光合作用產生的所有生物有機體的總稱，包括植物、農作物、林產廢棄物、海產物 (各種海草 )和城市廢棄物 (報紙、天然纖維 )等。規。規。第107頁/共128頁108 由于生物質的產生和轉化利用構成了碳的封閉

57、循環，其碳中性的特點將對減緩全球氣候變化問題具有重要作用。 生物質還有污染物質少（含硫、含氮量較小），燃燒相對清潔、廉價，將有機物轉化為燃料可減少環境污染等優點。第108頁/共128頁109第109頁/共128頁110Portion of renewable resources of the total production ofenergy and products in the United States (aims and prognosis)殼牌公司到殼牌公司到20502050年化學品和能源用年化學品和能源用30%30%生物質資源替代，生物質資源替代，杜邦公司到杜邦公司到2010201

58、0年用生物質生產年用生物質生產25%25%的產品。的產品。第110頁/共128頁111第111頁/共128頁1121.2 生物質材料 1.2.1 定義 生物質材料：是指由動物、植物及微生物等生命體衍生得到的材料，主要上由有機高分子物質組成，在化學成分上生物質材料主要由碳、氫和氧三種元素組成。 第112頁/共128頁113相關概念區分 天然高分子（nature material）：指由自然界產生的非人工合成的高分子材料，它相對于合成高分子材料提出。它包括生物基材料以及石墨、石棉、云母、輝石等天然無機高分子。 生態材料（ecomaterial）：指同時具有滿意使用性能和優良環境協調性的材料。 生物基材料（bio-