绿色工程和材料科学亚博网站下载亚博老虎机网登录

随着人口和消费量的不断增长，不可再生的化石燃料和其他原材料的生产率不断提高，世界面临重大挑战。亚博网站下载绿色工程是一种技术方法，可以使用工程设计和分析来解决这些问题。

绿色工程的范围取决于一个人的观点和纪律，但它通常定义为最小化产品，过程和系统设计和工程中所有生命周期阶段的环境影响。^1,2重要的是要意识到，绿色工程只是解决包括环境，经济和社会方面在内的更大的可持续性问题的一种可能方法。

绿色工程必然是跨学科的，因此最好将其视为一组概念，可以在工程学科中应用。也就是说，材料科学和工程学的纪律是一个焦点领域，因为从本质亚博网站下载上讲，人亚博老虎机网登录们可以想象的一切都需要材料。因此，材料科学家和亚博网站下载工程师有责任使用不仅满足设计要求的材料进行设计，而且还考虑整个生命周期中的环境，健康和社会影响。

产品的生命周期（通常可以在本讨论中与“过程”或“系统”互换“产品”）是绿色工程材料注意事项的关键概念。亚博网站下载生命周期由所有所需的投入和输出组成萃取到制造业到使用，最后处理。

For any given product, raw materials are extracted from the earth resulting in depletion of these materials as well as waste, ecosystem disruption, and energy use. Raw materials are then manufactured (refined, purified, mixed, formed, alloyed, chemically reacted, shaped, etc.) to transform them into materials which have desired properties and performance. In this step, energy and chemicals are the primary inputs with solid, liquid, and gaseous outputs to the ground, water, or atmosphere. The use of many products requires energy or fuel as well as additional chemicals or materials for maintenance. Finally, at the end of a product's useful life it is disposed typically by landfill burial or incineration. In some cases, products might be reused, composted, or recycled. Each of these disposal methods carries potential environmental impacts. Transportation also needs to be accounted for within and between life cycle phases.

生命周期评估（LCA）是一种强大的分析工具，在绿色工程中有许多用途。该正式学科具有特定的方法和国际标准（ISO 14040：2006和ISO 14044：2006）³客观地量化产品的所有输入和输出的环境影响。LCA可用于比较给定产品的不同产品或不同生命周期阶段的环境影响。重要的是要了解，尽管可以使用当前的科学理解对投入和产出及其环境影响进行分析及其环境影响，但基于这些结果的决策必然取决于各种环境类别的加权，因此是主观的。

如图1所示，每个生命周期阶段通常都有输入和输出。为了比较给定产品的产品之间的环境影响或阶段之间的环境影响，必须根据环境影响量化输入和输出。对于复杂的产品，可能有数百至数千个输入和输出。因此，必须仔细选择LCA的边界，以平衡复杂性与准确性。

Various software packages and databases allow for the complex analysis required for a thorough LCA.^4,5亚博网站下载材料科学家可以利用此类信息，即使不进行LCA，也可以为最常用的工程材料获取有关输入，输出和体现能量的数据。亚博网站下载特定于材料的设计软件还可以提供有用的数据，例如材料的体现能量，储量，可回收性或毒性，以考虑在不进行完整LCA的情况下考虑特定的环境影响。⁶

The benefits to society of implementing green engineering concepts specifically to materials science are significant and include health benefits, improved environmental quality, and cost reductions. Explicitly considering the environment as an initial design constraint along with economic and performance metrics is critical; many significant environmental impacts that would be difficult to remediate can be minimized if considered early. Moreover, applying Green Engineering concepts early in the design stage provide benefits which compound throughout the life cycle. For example, using less mass in a product due to better design will require less raw material extraction, less material manufacturing, less material transport, and less material disposal. In this example which is relevant to almost all products, a seemingly small reduction in material mass can have a significantly larger life cycle environmental benefit especially for high volume products.

材料的绿色工程概念也应在任何生命周期阶段在设计阶段之外应用。亚博网站下载其中的例子包括具有相似性能但体现能量较低的替代材料，较大的天然储量，较少的能亚博网站下载量或化学密集型提取或制造，较低的毒性，较低的毒性，较低的维护，更好的可回收性或更长的耐用性。使用当前的技术和创新的新思维，我们周围都在我们周围融入这种思维的机会。^7,8

标准工程实践和教育的过渡到包括材料科学和工程的绿色工程概念，不会在一夜之间发生。亚博网站下载亚博老虎机网登录但是，鉴于潜在的好处，对于材料专业人员来说，现在重要的是现在而不是以后开始这种过渡。亚博网站下载该过程首先提出一些基本问题，每当考虑产品的材料时：亚博网站下载

1）从何处和如何从环境中进行物理提取的材料？
2）What are the energy and chemicals requirements to manufacture the material?
3）在其生命周期中使用/维护材料的输入/输出是什么？
4）What is the ultimate fate of the material when the product is disposed?

这些基本问题的答案通常并不简单，应该导致人们仔细考虑材料选择的环境影响。亚博网站下载

参考和进一步阅读

1。P. Anastas and J. Zimmerman, "Design Through the 12 Principles of Green Engineering", Environmental Science & Technology, 37(5), 2003, pp. 94A - 101A.
2.美国环境保护署（EPA）
3.国际标准化组织（ISO）
4.Pré顾问，www.pre.nl/simapro/
5。PE International,www.gabi-software.com/
6. CES Edupack，Granta Design Limited，http://www.grantadesign.com/education/index.htm
7. P. Hawken，A。Lovins和L. H. Lovins，自然资本主义 - 创造下一届工业革命，后代湾书，2000年。
8. W. McDonough和M. Braungardt，摇篮到摇篮 - 重塑我们制作事物的方式，北角出版社，2002年。