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话说镁及镁合金的生命周期

浏览:27 发表时间:2019-11-27 09:35:35

材料的生产、使用、废弃、循环再生与环境之间的关系既相互联系又相互影响与相互制约着,形成一个紧密的极为复杂的系统。因此,应全面系统地看待材料与自然环境的关系,材料与产品生命周期评价是实现这一目标不可缺少的方法,这里说的“产品”一般是指制造业的产品系统,也含服务业提供的服务系统。生命周期是指产品系统中前后衔接的一系列阶段,从原材料的获得或自然资源的生成,直至最终处置,见如下的示意图。

材料/产品生命周期示意图


生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA)是对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇集与评价。产品系统是通过物质和能量联系起来的,具有一种或多种特定功能的单元过程的集合。
  
LCA评价通过考察产品、行业甚至产业链的整个生命周期,对决策过程中的环境因素作出评价。它可以是战略性的,也可以是具体运营和细节操作方面的,从而促使产业内部行为更符合可持续发展的原则。当今LCA方法已被广泛应用于产品开发、生产管理、采购与消费、资源与废弃物管理、区域规划乃至工业技术研发等各种与产品生产和消费有关的活动中,形成了诸如产品生态设计、清洁生产、环境标志与声明、绿色采购、产品环境政策、技术环境评价等各种研究和应用方向。

  
镁是最轻的结构材料,优点多,随着汽车对产品轻量化和节能减排等要求的提高,为镁的发展创造了大好机遇,成为世界一些国家开发与研究的热门课题,但是国际上对镁及镁合金产品生命周期的环境影响还缺乏全面系统的分析和评价,这也成为制约其大量使用的一个重要因素。目前,德国、澳大利亚和中国等的冶金科学家和材料界人士正致力于原镁提取工艺过程及其产品的LCA研究,取得了可喜的成果。2003年澳大利亚科学家的研究表明,电解法提取原镁的温室气体排放为20.4~26.4kgCO2当量/kg·Mg,而中国皮江法炼镁(含生产硅铁的电耗)的为37~47kgCO2当量/kg·Mg,后者的约为前者的2倍,这成了国际上对中国皮江法炼镁环境影响的负面评价。然而,北京工业大学材料环境协调性评价中心最新的研究结果表明,2009年中国较先进的皮江炼镁法的温室气体排放强度为25.6kgCO2当量/kg·Mg,几乎与电解法的平均水平相当,而且还有进一步降低的空间。这得益于原镁提取过程中采取了综合的节能减排措施,例如全面改造炉窑,采用清洁能源、蓄热式高温空气燃烧技术及余热利用技术等。

  
与铝工业的LCA研究工作相比,对镁及其产品的LCA研究还处于初级阶段。铝、镁等轻质材料是减重的最佳材料,对于以汽车为代表的交通运输工具轻量化、节能减排具有十分重要的意义。国际铝业协会在一份报告中称,汽车质量每减轻10%,油耗可降低6%~8%,有研究指出,汽车多用1kg铝在服役期间排放的CO2就可以下降约20kg;如果每辆汽车使用70kg镁合金,每年排放的的CO2可减少30%以上。

  
最近的研究结果显示,采用镁材制造汽车零部件与铝材的相比,在全生命周期内排放的温空气体大体相等。不过,还有研究认为,尽管采用镁材料制造的汽车前端零部件比铝的更轻,但在20万km的行驶距离内并没有像铝件那样达到大幅度削减温室气体排放效果,另外,镁废料的回收再生效率也比铝的低一些。


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