再生秸秆墙体材料的生命周期环境影响评价研究

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秸秆是一种具有多种用途的生物质资源,然而,我国秸秆总量的70%左右是在田间焚烧,因此造成了严重的环境污染和资源浪费。在国家墙体材料改革和节能建筑政策的推动下,我国新型墙体材料发展迅速。秸秆建筑板材不仅具有重量轻,抗弯折强度高,保温隔热性能好等优点,也在建筑行业具有广阔的应用前景。国内对秸秆墙体材料的研究主要集中在产品性能上,但对于以秸秆为原材料生产的整个生命周期环境负荷状况,和与传统木质板、秸秆露天焚烧方式的环境负荷对比的优劣势体现有待具体研究。本文首先对生命周期评价方法(Life Cycle Assessment,LCA)的原理和基本操作步骤进行了重点阐述,对两种秸秆墙体材料的生产原料配比设计以及生产工艺进行分析,在此基础上收集、整合、分析了秸秆板材中清单分析的投入和产出数据,为全面地定量分析秸秆板材乃至其生命周期的环境影响奠定了基础;此外与传统木质板材和秸秆露天焚烧方式进行了对比研究,定性、定量地分析了生命周期各个阶段的能耗以及环境负荷,辨识产品生产过程中对环境产生最大影响的工艺环节;通过eBalance软件构建适用于秸秆板材的生命周期影响评价方法,从资源消耗(耗竭系数)、温室效应(GWP)、酸化效应(AP)、水体富营养化(EP)、光化学烟雾(POCP)和人体健康损害(HTP)六个方面开展了影响评价;在此基础上,采用Monte Carlo Crystal Ball软件对关键参数在整个系统环境影响的贡献率进行了敏感性分析,得到关键参数对系统环境表现影响的贡献率;最后,从生产技术和污染防治的角度提出了一些参考建议,以期提高秸秆墙体材料的环保性能。研究结果表明:每生产1m3秸秆人造板的生命周期总能耗为3125MJ,总环境影响潜值为4.84E-1 1,木质人造板比其要分别高5%、9%,在秸秆人造板生命周期中环境影响最为严重的是GWP,占总潜值的41.41%;1m3的秸秆水泥复合板的生命周期总能耗为5622MJ,环境影响潜值为6.70E-1 1,环境影响的相对大小为GWP>EP>AP>POCP>HTP;在与秸秆传统的方式(露天焚烧)相比,秸秆露天焚烧不管在温室效应、酸化效应还是在颗粒物排放上的环境影响远远大于秸秆制成板材的方案,但是秸秆焚烧也对土壤肥力产生了一定的积极作用;在秸秆人造板系统中,秸秆运输距离、板材成型过程的电力消耗和秸秆加工过程的电力消耗贡献率最大,是影响系统环境表现的主要因素;在秸秆水泥复合板系统中,成型过程的电力消耗、秸秆运输距离和OPC运输距离是主要因素;原料制备、干燥、热压工序是两种秸秆板生命周期能耗较大的工序,通过制定合理的制备、干燥和热压工艺,提高干燥机和热压机的工作效率,将大大降低秸秆板的环境负荷;秸秆板材各种性能指标上都达到或超过木质板材,而且秸秆板材的保温性能、耐火极限性能、隔音性能等性能优良,既可以替代木材,也保护了生态环境。
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