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关键词:可降解高分子材料;光降解;生物降解;光-生物降解
随着经济的发展和人们生活节奏的加快,塑料饭盒、塑料袋等一次性产品开始频繁出现在人们的日常生活中,它们在给人们的生活带来便利的同时,也因其非自然降解性造成了极大的环境问题,即“白色污染”。“白色污染”既是一种视觉污染,也会影响土壤、空气、水体等的质量,因此努力合成并推广使用可降解高分子材料成为当务之急。按照降解机理,可降解高分子材料可分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料和光-生物双降解高分析材料三大类。
1.光降解高分子材料
光降解高分子材料的特征是含有光敏基团,可吸收紫外线发生光化学反应,在太阳光的照射下,发生分子链的断裂和分解,由大分子变成小分子。
向塑料基体中加入光敏剂是目前使用比较多的制备光降解塑料的方法。光降解引发剂可以是过渡金属的各种化合物,如:卤化物、脂肪酸盐、酯、多核芳香族化合物等。很多学者都发现TiO2对聚丙烯的光降解有明显的催化作用,等人[1]分析了加有锐钛矿型纳米二氧化钛的聚丙烯纤维在人工加速紫外光降解和自然光降解过程中拉伸断裂伸长率和表面形态的变化情况,得出锐钛矿型纳米TiO2可作为聚丙烯的一种高效光敏剂的结论。除了TiO2,还有很多其它光敏剂,如硬脂酸铈、硬脂酸铁、N,N-二丁基二硫代氨基甲酸铁、硬脂酸锰等均对聚乙烯薄膜有显著的光敏化作用效果。
在高分子中添加光敏剂制得改性高分子虽然能降解,但只是部分降解,而化学合成的羰基聚合物、Et/CO等,则能完全降解。一氧化碳和烯烃的交替共聚产物——聚酮,因为分子链中含有大量以酮形式存在的羰基,容易在紫外光的照射下发生光降解,羰基键附近的碳链断裂生成酮类、烯类及一氧化碳等低分子物质并返回到物质循环圈中,不存在环境污染,是一种新型的环境友好材料[2]。且有实验证明,分子量大、结晶度低的聚酮光降解性能更好。
2.生物降解高分子
生物降解材料包含完全生物降解高分子和生物破坏性高分子,前者是指在微生物作用下,在一定时间内能完全分解成二氧化碳和水的化合物;而后者在微生物作用下,仅能被分解成散落碎片。
2.1 淀粉降解塑料
淀粉是天然高分子化合物,具有可再生、价格便宜、生物降解性等优点,成为近年来研究的热点。淀粉降解塑料泛指组成中含有淀粉或其衍生物的塑料,发展至今已经过了四个时期:填充型淀粉塑料,光/生物双降解型塑料,共混型塑料和全淀粉热塑性塑料。
填充型淀粉塑料一般是烯烃类聚合物中加入廉价的淀粉作为填充剂,其中淀粉含量在10%30%,仅淀粉能降解,被填充的PE、PVC等塑料需要几百年才能达到完全生物降解。光/生物双降解型是由光敏剂、淀粉、合成树脂及少量助剂等制成,其降解机理是先降解的淀粉可使高聚物母体变得疏松,增大表面/体积比,同时光敏剂、促氧剂等物质被光、热、氧引发,发生光氧化和自氧化作用,导致高聚物分子量下降并被微生物消化[3]。接下来人们发现,通过共混能解决淀粉粘性高、抗湿性低及与一些聚合物不相容等缺点,于是开始将淀粉与聚烯烃类等一些不可降解聚合物混合来提高淀粉的强度,但这类产品不能完全降解;后来便试图将其与PCL、PEG等可降解聚合物共混,制得了很多可完全降解材料。全淀粉热塑性塑料含淀粉70%-90%,其余组成是一些可光降解的加工助剂,使用后能在环境中完全降解,但天然淀粉不具有热塑性,必须先利用物理场作用使其分子结构无序化后才能在塑料机械中加工成型。
2.2 化学合成型生物降解高分子[4]
酯基在自然界中容易被微生物或酶分解,所以常采用含有酯基结构的脂肪族聚酯来合成生物降解高分子材料,工业化的有聚乳酸和聚己内酯。
聚乳酸是以淀粉、糖蜜等为原料,发酵制得的易生物降解的热塑性材料,因乳酸存在一个羟基和一个羧基,可通过缩聚反应直接转换成低分子量聚酯,再通过选择适宜的聚合条件来合成目标分子量的聚合物。聚乳酸具有良好的生物可降解性、相容性、透明性、机械性能及物理性能等,被视为新世纪最有发展前途的新型包装材料。聚己内酯也是脂肪族聚酯中应用较为广泛的一种可降解高分子材料,通过己内酯的开环聚合制得,是一种半结晶型聚合物,室温下为橡胶态,具有很好的柔韧性、加工性和生物相容性,土壤中掩埋一年后能被微生物降解掉95%左右,降解产物是二氧化碳和水,被认为是环境友好包装材料。
2.3微生物合成的完全生物降解高分子[21-26]
微生物合成高分子材料是通过用葡萄糖或淀粉类喂养,微生物在体内发酵合成的一类有机高分子材料,主要包括微生物多糖、微生物聚酯和聚氨基酸等。
γ-聚谷氨酸就是利用微生物发酵生成的一种多功能生物高分子,具有生物相容性、可降解、无毒副作用等特性,可用于制备高吸水性树脂,作为一种治疗骨质疏松的重要载体、药物缓释材料,吸附重金属等,具有广泛的应用前景[5]。聚羟基脂肪酸酯是一类由很多细菌在非平衡生长条件(如缺氧、磷等)下合成的线性聚酯,可作为碳源和能源的贮藏性物质,增强细菌的生存能力,在自然界中可被微生物和特定的酶降解为二氧化碳和水,并且具有热可塑性、生物可再生、生物相容性、光学异构性等,可作为生物医用材料、日常消费用塑料制品、生物可降解包装材料、生物能源,已成为可降解生物材料领域研究的热点。
3.光/生物双降解高分子材料
顾名思义,光/生物双降解高分子材料同时具有光、生物双降解功能,将光降解机理与生物降解机理结合起来,可以使二者优缺点互补,达到更好的降解效果。其制备方法主要是在通用高分子材料中添加光敏剂、自动氧化剂、抗氧剂和生物降解助剂等。目前研究比较多的有淀粉和光敏剂光降解树脂合成的光/生物双降解淀粉塑料及可控降解剂共混改性法制得的改性可控光/生物双降解聚丙烯纤维制品等。光/生物双降解淀粉塑料前面已提过,此处不再赘述,而可控双降解聚丙烯纤维制品凭借着其可控降解性、存放性、无毒性等众多优点,必将具有巨大的发展前景。
4.结语
随着“白色污染”的日益加重和石油资源的日益枯竭,加大对高分子废弃物的回收利用率和研制出高效的降解技术都是有效的解决途径,但只有研究出可自然降解的高分子材料才能从根本上解决这些问题,且光-生物双降解高分子材料凭借着其独特的优势将会成为今后的研究重点之一。(作者单位:郑州大学材料科学与工程学院)
参考文献:
[1] ,严玉蓉,赵耀明.纳米二氧化钛催化光降解聚丙烯纤维的研究[J].合成材料老化与应用,2005,34(1):8-12.
[2] 邹丽萍.绿色高分子材料聚酮的合成研究[D].昆明:昆明理工大学,2007:1-5.
[3] 范良兵.淀粉降解塑料的制备及性能的研究[D].广东:华南理工大学,2010:1-8.
关键词:PHA PHB
随着科技的发展和社会的进步,世界各国对环境保护日益重视,处理废弃塑料垃圾这一课题已得到广泛关注。“白色垃圾”已成为棘手问题。可降解塑料成为了人类生产生活的需求。
目前研究和开发的可降解塑料主要有生物降解塑料,光降解塑料和光/生物双降解塑料。“生物降解塑料(biodegradab leplastics)”是指可在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下降解的塑料。
根据制造方法的不同,生物降解塑料可分为“微生物合成系”,“化学合成系”和“利用天然高分子系”。化学合成系是用化学方法合成生物降解塑料,主要有聚乳酸,聚己内酯和聚乙烯醇等。利用天然高分子系主要是利用淀粉和纤维素等天然高分子。
微生物合成系主要是指自然界中许多微生物在生长受限制的情况下,在体内积聚的作为能源和碳源物质的一类热塑性聚酯,聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoic acids,简称PHA)。
PHA可被多种微生物完全降解为CO2和H2O,是理想的生物降解材料。其性能与聚丙烯类似,能拉丝、压膜、注塑等。除可被生物降解外,还具有生物相容性,光学活性,压电性,抗潮性,低透气性等其他性能,可广泛应用于工农业和医学等领域。
目前已经发现的PHA至少有125种不同的单体结构,并且还在不断地发掘出新的单体;大多数微生物产生的PHA中的R为甲基即聚β-羟基丁酸酯(poly3-hydroxybutyrate,简称PHB)。PHB是发现最早,分布最广,研究最多的一种PHA。目前已经初步进入商品化生产阶段。
1、PHB的研究状况
由于PHB具有人类需要的多种优良特性,因此PHB的应用和价值也越来越大,其远景已得到国际社会的广泛认可,成为国际开发热点。1925年,法国人Lemoigne首次从巨大芽抱杆菌(Baeillusme qatherium)细胞中发现PHB。并于1927年将它首次从细胞中分离提取出来,标志着关于PHB研究的开始。50年代早期对其溶解性及分子量进行了研究,60年代报道了X-射线结晶图像。1962年,W.R.Grace&Co.提出了生产、提纯PHB的第一份专利。1982年英国帝国化学公司(简称ICI,现名Zeneca Bioproducts Business)以葡萄糖为原料,应用真氧产碱杆菌(Alealigenes eutrophus)生产pHB,将其商业化,命名为Bi op ol,细胞内PHB的含量为40%~80%,优惠价格为16$/kg,年产数千吨。国际上除ICI外,美国、德国、韩国、奥地利等国都在广泛开展这类研究。主要集中于形成规模化生产和降低成本及二次开发应用研究。
近些年来与PHB合成有关的微生物、生物化学、分子生物学以及PHB的物理化学性质的研究急剧增加,为其开发利用提供了理论依据。英国,韩国,日本处于领先地位。
2、PHB的生产菌株
微生物发酵生产是获得PHB的主要途径。聚β-羟基丁酸酯的生产工艺分发酵和后处理(提纯)两部分。PHB发酵流程:菌种摇瓶培养种子罐主罐。发酵在技术上又分两步进行,第一阶段主要生产菌体;第二阶段主要积累PHB。PHB后处理流程为:
发酵液预处理固液分离细胞PHB提取PHB纯化PHB
目前已经发现的能产生PHB的原核微生物包括光能和化能自养及异养型,有60个属以上。如:养产碱杆菌、肥大产碱杆菌、固氮菌属、巨大芽孢杆菌、极端嗜盐菌、球形红杆菌以及红色红球菌等等,其中真养产碱杆菌是研究最多的PHB生产菌种。随着基因工程技术在PHB研发中的应用,转基因大肠杆菌目前也成为PHB生产的重要工程菌种。
3、PHB的检测提纯方法
PHB的检测方法主要有染色法、气相色谱检测法、分光光度法、重量测定法和1H-NMR检测法。其中最常用的是染色法、分光光度检测法和气相色谱检测法。
染色法分为苏丹黑染色法和尼罗红染色法两种。其中苏丹黑染色法使用较多。尼罗红染色对PHB专一性较强,可使PHB与其他非PHB脂类化合物区分开。
重量分析法最早是由M.lemofgne创立的。他将细胞干燥后,用氯仿抽提,通过重量改变来测定PHB。此法误差较大,后来又将此法加以改进,先将细胞冷冻真空干燥或用丙酮充分洗涤,再用氯仿或二氯甲烷抽提PHB,再加入己烷或乙醚使聚合物沉淀,分离后干燥称重测定PHB含量。
气相色谱法是一种较新、较准确的PHB测定方法。该法的最大优点在于不需要将细胞内PHB高度纯化即可检测其PHB含量。这对于研究及生产都十分重要。但气相色谱法需要高纯度的PHB标准样品,还需要有价格昂贵的气相色谱仪。
分光光度法是利用次氯酸盐将细胞消化后,通过分光光度法测定PHB所造成的浊度来测定PHB含量,也可以利用热浓硫酸将细胞中PHB转化为丁烯酸,通过波长235nm处的光吸收来检测PHB的含量。
目前文献报道的从微生物细胞中分离提取PHB的方法包括有机溶剂萃取法、化学试剂法、机械破碎法和酶法。许旭萍等对球衣菌进行6种破壁方法进行研究,发现采用NaClO或SDS-NaClO混合处理提取PHB,都能够得到较高的提取率,但气相色谱分析结果显示后者提取获得的PHB纯度较高。而采用超声波处理、冻融法、氨法或表面活性剂法等破壁提取PHB,都难以得到较高的提取率。
参考文献
[1]张钦,赵裕蓉.化工新型材料,1999,6:3-8.
[2]赵育.化工新型材料,1999,2:25-30.
[3]S.Bloembergen,D.A.Holden et al.Macromoleeules,1986,19:2865.
[4]贺文楠,张增民,.高分子学报,1999,6:709-714.
[5]杨青,贺青,工业微生物,1997,27(4):44-47.
[6]洪葵等.微生物学通报,1998,25:110-113.
[关键词]煤化工,CO2排放,减排措施
CO2是目前最主要的温室气体,温室气体的大量排放会导致全球气候变暖,从而给人类的生产活动带来不可预知的灾难。于1997年通过的《京都议定书》规定各发达国家必须在2008年到2012年间将CO2排放量消减到1990年以前的水平,为此,许多工业化发达国家加大了对CO2捕集和处理技术的研究力度。目前我国的CO2排放量已高居世界第二位,虽然现阶段对发展中国家尚未提出减排要求,但我国近年来CO2排放量的快速增长将使我国不得不面对越来越大的国际压力。
2006年,我国原油进口量超过1.4亿t,原油对外依存度达44%左右。我国拥有较为丰富的煤炭资源,煤炭保有储量超过1万亿t,发展煤化工产业将成为今后一段时期内我国化工行业的重点和热点。我国国民经济和社会发展“十一五”规划纲要中明确指出,要“发展煤化工,开发煤基液体燃料,有序推进煤炭液化示范工程建设,促进煤炭深度加工转化”。近期国家发改委组织编制了《煤化工产业中长期发展规划(征求意见稿)》,明确我国将建成七大煤化工产业区,从2006年至2020年,我国煤化工总计投资将超过1万亿元。
发展煤化工符合我国多煤少油的能源结构特点,可有效缓解国内对进口原油的依赖程度,同时采用先进的洁净煤技术及污染物处理技术,通过集中处理的方式,可有效减少污染物的排放,相比传统的煤直接燃烧方式,可大大降低对环境的污染。
然而,发展煤化工产业也面临CO2排放的问题,从煤炭和石油的元素组成来看,煤的氢/碳原子比在0.2-1.0之间,而石油的氢/碳原子比达1.6~2.0,以煤替代石油生产传统的石油化工产品的过程一般都伴随着氢/碳原子比的调整.从而排放大量的CO2。以下对煤直接液化、间接液化、煤制烯烃等新型煤化工技术过程中的CO2排放问题进行分析。
1、煤直接液化过程中的CO2排放
直接液化是把固体状态的煤在高压和一定温度下直接与氢气反应,使煤炭直接转化成液体油品的工艺技术。见图1。从反应过程来看,反应系统中的氧主要来自煤中氧,反应环境氢气纯度较高(氢气纯度>80%),反应后氧主要以水中氧的形式排出体系,CO2产率较低。神华上湾煤在日本NEDOL工艺1t/dPSU装置上的CO2产率(daf煤为原料)约为2%,在美国HTI工艺PDU装置上的CO2产率(daf煤为原料)为0.34%。
据估计,煤炭直接液化项目的CO2排放量,每吨液化粗油约为2.1t(此数据不包括燃料排放部分)。
2、煤间接液化过程中的CO2排放
煤间接液化工艺主要由三大步骤组成:第一是煤的气化;第二是合成;第三是精炼(见图2)。煤间接液化过程中的CO2主要来自气化和合成两步。在煤的气化过程中,需要加入氧气和水蒸气作为气化剂,因此存在以下的CO2生成反应:
C+O2=CO2
CO+H2O=CO2+H2
在合成步骤中,CO2是主要副产物之一,主要来自:
水煤气变换反应
CO+H2O=CO2+H2
采用铁基催化剂的F-T合成反应:
2CO+H2=—CH2—+CO2
甲烷化反应
2CO+2H2=CH4+CO2
歧化反应
2CO=C+CO2
煤间接液化过程生产每吨液化产品的CO2排放量约为3.3t(此数据不包括燃料排放部分)。
3、煤制烯烃过程中的CO2排放
煤制烯烃过程包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术(见图3)。煤制烯烃过程中的CO2主要来自煤气化过程,煤气化过程CO2的产生与前述间接液化类似,煤在氧气和水蒸气存在的条件下,发生以下的CO2生成反应:
另外,甲醇合成过程要求原料气中的H2和CO的摩尔比接近2:1,而煤气化过程获得的气体中H2/CO摩尔比小于2,需要将一部分CO通过水煤气变换反应生成H2和CO2以满足甲醇合成的要求,这样又会有部分CO2生成。除少量的CO2(占原料气体总量的3%左右)参与甲醇合成反应外,大部分CO2在合成气净化过程中被脱除而进行排放。煤制烯烃过程的CO2排放量按每吨中间产品甲醇计:约2t,按每吨最终产品烯烃计算:约6t(此数据不包括燃料排放部分)。
4、发展煤化工面临较大的CO2排放压力
根据国家发改委《煤化工产业中长期发展规划》(征求意见稿)的初步规划,到2020年煤制油的发展规模将达到3000万t/a,煤制烯烃规模将达到800万t/a,煤制甲醇将超过6000万t/a(含煤制烯烃所需甲醇用量)。按照各种煤化工工艺路线的平均CO2排放量进行估算,届时生产上述煤化工产品所排放的CO2将超过2亿t,因此发展煤化工产业面临较大的CO2排放压力。
5、CO2治理技术
目前的CO2治理技术可归纳为以下三个方面:(1)CO2储存技术;(2)CO2转化技术;(3)CO2循环利用技术。在以上三个方面的治理技术中,(1)和(3)并不能减少CO2的总量,但能阻止和延缓CO2对大气环境的影响,而(2)则可以通过把CO2转化为其他物质来减少CO2的总量。下面分别对以上三个方面的CO2治理技术作简要介绍。
5.1、CO2储存技术
CO2储存技术是通过对CCO2进行收集、分离和压缩,然后通过管道,在动力的作用下,送人地下或海底,储存在地质构造中,使之在相当长的时间内与大气隔绝,从而起到控制大气中CO2浓度的目的。
目前,在研究或已采用的用于储存CO2的主要地质体包括:(1)开采的和不经济的或耗竭的油气储;(2)深部不可开采煤层;(3)陆上或海上深部咸水储集层;(4)海洋。
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气田、油田和深部煤层作为常规的地质圈闭,从理论上说能够在足够长的时间内保持隔离状态,不被释放到大气中去。并且通过向耗竭的油气田和不可开采的煤层注入CO2,可以提高耗竭油气田和煤层气的回采率。目前世界上有此类研究项目约70多个。实践经验表明,注入CO2大约可以增加油田产量10%-15%,我国辽河油田注入性质类似的烟道气,也取得了良好的效果。
利用陆上或海上深部卤水层储集CO2时,由于卤水层中富含各种金属离子,从而存在CO2与金属离子反应生成碳酸盐沉淀,实现地下固定CO2的可能性。目前世界上最大的CO2捕集与储存项目,就是在挪威开展的每年将100万tCO2注入到在挪威北海海域中部深约900m处的砂岩卤水层中。
海洋储存是指将CO2注入海洋,在较深水位下,形成固态的CO2水合物的储存方式。目前这种方式尚处于探索阶段。
但是CO2的地下储存可能存在以下负面影响,需要进行深入研究,以避免负面影响的出现:(1)CO2逃逸进人大气环境,导致大气环境迅速恶化;(2)CO2形成的酸性环境使许多重金属元素及其他污染物溶解在水体中并随着CO2的泄漏污染地下水质;(3)诱发地震活动;(4)引起地面沉降或升高。
5.2、CO2转化及固定化技术
CO2转化或固定化技术是指利用CO2的化学性质,将其转化为其他物质进行资源再利用或固定到其他物体中的技术,其中最有代表性的是通过植物的光合作用吸收CO2。
光合作用是地球上维持生命的重大过程,地球上每分钟大约有300万tCO2和110万t水被光合作用转化为210万t氧和200万t的有机物。因此,增加地球植被是保护大气环境的重要手段。
此外,在大棚养殖中利用CO2作为肥料,既能促进蔬菜的生长,又消耗掉了人类排放出的CO2。研究表明,使植物吸收CO2的量超过平常值的2~3倍,不仅对人体没有危害,植物却可因此增产20%—43%。在荷兰南部,一些农民开始利用炼油厂排放的工业CO2种植蔬菜和鲜花,取得很好的效果,该炼油厂目前每年向500家用户提供约17万t工业CO2。
用CO2制可降解塑料是CO2综合利用技术的另一开发热点。CO2降解塑料可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜等方面。利用这一技术生产的降解塑料属完全生物降解塑料类,可在自然环境中完全降解,避免了传统塑料产品对环境的二次污染。但目前,受合成效率低的瓶颈制约,在国外只有美国、日本和韩国等少数国家形成了年产万吨级的生产规模,在我国,开展这项工作的研究单位主要有:中科院长春应用化学研究所、中科院广州化学所、吉化研究院、浙江大学等,中科院长春应用化学研究所和中科院广州化学所还建有千吨级的生产装置。利用CO2合成可降解塑料具有重要的环保意义,但工业化大规模生产可降解塑料的实现还有待于开发出高效的合成催化剂。
除了CO2制可降解塑料技术外,近几年来,关于CO2催化转换生成甲醇、二甲醚、烃类、合成气等基础化工原料,以及转换为以碳酸二甲酯为代表的酯类、羧酸、厅—甲酰苯胺等多种高附加值产品的新催化合成技术的研究开发也十分活跃。
5.3、CO2循环利用技术
CO2循环利用技术是指利用CO2的物理特性来实现CO2的资源化利用的技术,如用CO2制作干冰、灭火剂、制冷剂、食品添加剂及超临界萃取剂等。
目前,CO2主要用在食品行业。在美国,CO2消费量的46.8%用于食品的保鲜冷却、冷藏和惰化,19.5%用于饮料碳酸化;在西欧,68%的CO2用于饮料碳酸化和食品加工。在我国,预计在5年内对食品级CO2的需求将达到1000万t以上。此外,CO2在气体保护焊接、炼钢、冷冻、油气井操作等行业有广泛应用。
CO2超临界萃取技术是国内外正在发展的一种新型的CO2利用技术。超临界流体萃取技术萃取效率高、萃取剂易分离回收、操作方便、工艺流程短、耗时少,而CO2作为超临界萃取剂,具有临界条件容易达到,化学性质稳定,无色无味无毒,安全性好,价格便宜,容易获得等优点。目前CO2超临界萃取技术的研究主要集中在从天然药物或天然香料中提取高附加值的热敏性有效成分方面。
CO2利用技术的另一研究热点是采用跨临界CO2取代氟利昂作为空调介质。CO2的临界压力是7.3MPa,临界温度为31℃,其临界温度正好在日常空调运行可以接受的范围内,跨临界循环时,CO2在压缩机出口侧达到超临界条件,经过节流管降压后,超临界CO2回到亚临界状态,吸热蒸发.带走环境热量。在跨临界循环中,由于超临界流体的特殊性质,其冷凝过程中没有气液相变,而只有“冷却”过程,因此其制冷效率比传统的氟利昂工质要差一些,但其制热效率则相对较高,并且由于超临界流体比热大的特点,故对于给定的热负荷,CO2空调系统所需的工质用量有可能比其他工质少得多,管道面积相应减少。跨临界CO2空调系统的压缩机和耐高压系统的研制是降低成本和提高热效率的关键。目前车用CO2空调技术已相对比较成熟。
6、CO2综合治理技术比较
表1从CO2处理能力、技术进展阶段、技术开发瓶颈、技术成本几方面对以上技术进行了比较。从表中可以看出,就技术的环保性来说,利用植物的光合作用转化CO2利用的是取之不尽的太阳能,并将碳固定在植物体内,转化为对植物生长有利的物质,释放出人类生存必须的氧气。但植物的光合作用反应速率较低,地球植被不能满足实现CO2减排的需要;从技术的成熟度来说,将CO2作为保鲜剂、食品添加剂的利用技术较成熟,但市场需求总量较小,CO2利用量很低;而可降解塑料的市场需求量虽然较大,但目前的CO2转化技术路线合成效率低,成本高,大规模的工业化技术路线还有待开发。比较而言,CO2储存技术在CO2处理量上占有绝对优势,且利用油气储和煤层储的技术已较成熟,不仅对CO2的处理量大,而且能创造部分经济价值,是CO2实现资源化利用前的最好的处理方式。尤其对于煤化工CO2排放问题来说,企业主要集中在煤矿坑口附近,开展枯竭煤层储存CO2的研究具有地质条件和经济优势。
关键词:绿色设计;白酒包装;实用性
中图分类号:J506 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)27-0092-03
白酒作为中国特有的一种蒸馏酒,深受广大消费者的青睐。因此白酒包装也就成为消费者了解白酒最直观的名片。目前,市场上的白酒包装在设计形式方面,呈现出琳琅满目的情况。由于设计理念的不完善,使白酒包装在现实应用中存在诸多问题。随着环境、资源等问题的日益凸显,绿色设计理念越来越受到重视。白酒包装设计也迎来了绿色时代。
绿色设计也称生态设计、环境意识设计,它源自于人们对环境和生态破坏的反思,其本质是可持续性发展。也就是说在产品整个生命周期里,着重考虑产品环境属性(可拆卸性、可重复利用性、可回收性等)并将其作为设计目标,尽量减少环境污染、减小能源消耗,实现产品和零部件的回收再生循环或者重新利用,对白酒包装而言,绿色设计的理念核心就是保护环境、节约资源和提高利用价值,从降低白酒类包装产品的非绿色因素的角度去思考、探究白酒包装走向无废弃物设计的可行性方案。
一、当前白酒包装的现状
白酒包装是一个发展迅速、淘汰极高的产业,在我国白酒包装物在一次性使用后就成为废弃物的比例大概占白酒包装产量的70%,而且这个比例还在不断增加,从而加重了对环境的污染。目前,我国白酒的绿色包装存在的主要问题是:对绿色包装设计理念模糊,没有深刻地理解绿色设计理念设计元素,没有兼顾实用性原则,使白酒包装的功能单一,没有从包装产品的整个生命周期来考虑包装对环境的影响,将塑料包装置于绿色包装的对立面,甚至提倡全面实行以纸代塑,加剧对林业资源的消耗。
因此,为了寻求从根本上解决这些问题的有效方法,设计师们更多地以冷静、理性的思辨来反省白酒包装的劣势。于是绿色设计理念成为设计师们的研究重点,越来越多的白酒包装开始融入绿色设计理念。
二、绿色设计理念下白酒包装的设计方式
1.可变形式。在减少环境污染、减小能源消耗、产品和零部件的回收再生循环或者重新利用原则下包装结构的功用延伸设计成为白酒包装的一大发展趋势。包装功能延伸设计是指,为使包装物在完成流通过程到达消费者手中后,仍能发挥“余热”或继续具有“使用价值”而实施的设计行为,相对传统的“即抛型”包装而言,它的功能在得到延伸和拓展后,可以二次、多次再利用。绿色包装结构设计可应用于功能延伸设计,通过设计可循环重复使用的包装和可拆卸的包装达到时空效应意义上的简约设计目的。
在白酒包装的实际设计中,很多包装物由于材质、结构和造型等限制难以和酒瓶相互结合或配合。可变形式的拆分组合设计就是让包装物具有新的功能,其二次功能和主产品没有任何关系。酒包装设计见图3-1,设计师将木制的酒结构包装盒设计成一个优雅别致的台灯,并在设计包装盒时就将台灯的结构和配件安装考虑周全,方便消费者的二次利用。酒的木质包装在完成包装功能后可组装成雅致的台灯,被继续利用。
酒包装设计见图3-2,设计师将酒包装的包装盒设计成一幅精美的装饰画,并在包装外侧附上拆分说明,丰富了包装的趣味性,使白酒包装有了新的“使用价值”。此类可变形、可拆分的设计需要消费者具有一定的环保意识,能够亲自动手对白酒包装物进行一些组装改变,能够方便、引导消费者。
从绿色设计减少环境污染的角度看,在新的白酒包装开发设计时,合理地规划出白酒包装废弃物可以发生变化的方式,使用者可以发挥自己的想象力创造性地使用白酒包装,使其功能得到扩展和延伸。经常变换使用功能,可避免单调乏味,保持包装的新鲜感,使白酒包装不会因为功能单一而过早地废弃,在延长白酒包装使用寿命的同时也减轻了因白酒包装废弃物造成的环境污染。
2.绿色节能式。发展绿色包装,包装材料是关键。绿色包装材料就成了首选。所谓绿色包装材料是指在生产、使用、报废及回收处理再利用过程中,能节约资源和能源,废弃后能够迅速自然降解或再利用,不会破坏生态平衡,而且来源广泛、耗能低,易回收且再生循环利用率高的材料或材料制品。按照绿色包装的定义,常用的绿色包装主要包括以下几种:首先纸的原料主要是天然植物纤维,它无毒、无味,在自然界中会很快腐烂,不会造成环境污染,也可回收重新造纸。在白酒包装设计中如图3-3所示的这款酒瓶便携式包装是2011“世界学生之星”国际包装设计奖获奖作品。其采用“一纸成型”设计法,以图3-3一纸成型包装纸类中的牛皮纸为主要材料,包装整体结构呈“S”型,美观大方,工艺简单,材料耗用量少,在降低成本的同时,具有很好的环保效益,具有很强的实用性。
其次选用可降解包装材料,可降解塑料是指在自然环境中分子量可以自发地逐渐降低,最终转化为二氧化碳和水的塑料。发展可降解塑料是世界科技发展的大趋势。可降解塑料既具传统塑料的功能与特性,又可降解,可广泛用于食品包装、周转箱、杂货箱、工具包装及部分机电产品的外包装箱。例如某外国公司研制的一种由木屑、谷类以及其他自然作物成分而制成的包装材料,其形成的产品具有木制品的外观,而它多样化的特性可以代替传统的木材或塑料包装,大大降低成本,并且可完全降解。这种材料也可以应用在白酒包装中,达到绿色设计理念中节能环保目标。
无论哪种绿色包装材料,它们在白酒包装的应用方面可以说大部分是共性的基本性能,如保护性强、易操作性、实用性、便捷性和节约资源性等,但作为绿色包装具备的独特性能是对人体健康及生态环境均无害,既可以回收再利用节约资源,又可以自然风化回归自然。
3.便携式。绿色设计的理念也是可持续发展的理念,要做到白酒包装的可持续性,就需要设计师们在设计之初就将贴近日常生活的、能够提供便利的功能合理地融入到包装中,实现白酒包装的便携式应用。
在现实生活中人们消费时总是希望产品能够为生活提供更多的便利,哪怕是白酒的包装也不例外,消费者也希望这些盒子能够为我们的生活提供一些便携、实用的功能。因此,绿色设计理念成为实现这一理想的有效途径。这也是绿色设计理念的另一个重要发展趋势,这种方式既能有效地提高白酒包装的利用率,为人们的生活带来便利,又能降低白酒包装废弃物对环境造成的危害。
设计师通过绿色设计将白酒包装完美融入到日常生活当中,利用包装的材质和造型等特征,让包装物成为产品实用功能的一部分。此类包装不仅具有保护物品的功能,同时还兼顾了实用、便捷的绿色设计理念,能够更合理地利用白酒包装物。如图3-4,设计师将纸盒外包装设计为手提袋,白酒的包装盒将会伴随白酒一起使用,一方面它在运输和销售的过程中,能起到保护白酒的作用,另一方面当完成购物时,它又可以成为一个手提袋。从而为顾客减少了一个购物袋,既方便了消费者又兼顾了环保。这种形式应用到白酒包装设计中,就是将白酒包装盒融入到生活中,使其成为一体。这样白酒包装就兼备了双重功能。但在考虑此种设计方式时,必须了解包装材料的一些固有特性,比如:防潮性、耐热性、坚固性等,选择适合的材料或通过一些有效的加工工艺来克服其材料的局限性,以符合产品使用的需要。
总之,便携式的白酒包装设计方法所要表达是一种积极的、环保的生活态度,它需要消费者具有较高的环保自觉性。它的实质是将白酒包装物的实用价值最大化,提高白酒包装的重复使用率,这是实现白酒包装废弃物减量最为有效的方式,是绿色包装的最基本的要求。而且随着新工艺、新技术的不断涌现,这种包装形式将蕴含更多价值和机遇,为绿色白酒包装的发展和生态的保护注入新的力量。
三、对绿色设计理念的综合应用
设计师对绿色设计理念在白酒包装中的实用性进行了初步的研究和探索。对白酒包装而言,绿色设计的理念核心就是保护环境、节约资源和提高利用价值,从降低白酒类包装产品的非绿色因素的角度去思考、探究白酒包装走向无废弃物设计的可行性方案。
首先在构思的阶段,出发点是将白酒包装设计与绿色设计理念进行适当的结合。
其次在包装的定位上,例如将白酒包装定位为中低档包装类型,那么此款包装产品的受众定位为年龄在35岁以上的男性社会群体,这一人群白酒消费意识较为深刻,且有较强的环保意识。
然后在市场调查研究阶段中发现在北方地区或在寒冷的季节里人们有喜爱喝温酒的习惯,通过进一步探究发现传统的“酒煲子(图4-1)”的设计造型可以和白酒包装进行融合,这一发现成为毕业作品的主要灵感来源,在设计中可以为白酒包装的结构造型做一项功能上的延伸,改变白酒包装盒的单一功能,具体而言就是在白酒包装与酒瓶之间设计一款用于温酒的夹层(图4-2)。
当人们需要温酒时,直接往夹层里注入热水。白酒的外包装为可降解的绿色材料,其废弃物不会对环境造成污染,夹层为耐高温的材质,可以重复使用,也可以作为放其他物品容器,从而使两种容器得到合理地融合。
此款白酒的包装运用了绿色设计理念的诸多元素,使作品呈现出了丰富的内涵;从实用角度这个类似碗状的容器要具备密闭性、不易碎、耐高温、易于批量生产等特点,降低白酒包装的废弃物。从便捷角度,这款包装打开后,人们可以直接在夹层里注入热水用来温酒,可以在冬季直接为人们提供温酒容器,提高白酒包装的利用率。从环保角度,选用节能环保的绿色包装材料,使包装的各项指标达到环保要求,从而缓解包装带来的环境和资源问题。
结语:
“绿色设计”在现代化的今天,不仅仅是一句时髦的口号,而是切切实实关系到每一个人的切身利益的事。这对子孙后代,对整个人类社会的贡献和影响都将是不可估量的。年来我国政府大力提倡建设环保型社会,这就为绿色设计理念下的白酒包装设计带来了更多的挑战,也带来了更多的机遇。以实用、便捷、环保为核心的绿色白酒包装设计将成为当今时展的主流,这样的设计能够更科学合理地解决白酒包装造成的环境和资源的问题,为白酒包装的发展注入新的活力。
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【关键词】食品包装;材料;绿色食品包装
食品包装是对食品进行的外包装。它对食品的保存、食品安全有着重要作用。同时,食品包装还有一定的宣传效果。因此,食品包装受到广大食品生产商的重视,食品包装的技术和应用得到迅猛发展。
在如今,食品包装的材料五花八门,有纸张、金属、玻璃、陶瓷、竹木、高分子材料以及复合材料等[1,2],其中高分子材料内又包含塑料、橡胶和涂料。下面对食品包装的主要包装材料进行叙述和分析。
在这些材料中,以纸张做为材料成本最为低廉、外包装容易加工、装潢。但是,采用纸张作为包装材料。包装很容易因受到外力而遭到破坏。包装外表的装潢颜料也容易渗透纸张,使其内部的食物受到污染。临时使用纸张会对食品的质保不会产生影响,但是,时间较长一点,纸质包装内部的食物就容易因细菌增生而受到污染。这些表明采用纸张做为包装其对里面食物的保护能力受到质疑。并且,纸张会消耗大量的木材,从这个方面说,纸张做为食品包装材料并不适合当前大规模的工业生产,而是更适用于临时使用。
玻璃、陶瓷做为包装材料,由于两者的化学性质较为稳定,因此,不容易受到酸、碱、油等物质的侵蚀。这也意味着,包装在内的食物不会受到包装材料的污染。并且,由于玻璃具有较好的光透特性,消费者很容易看清内部的食物的状态。为消费者选择食物带来了一定的方便。在回收时,玻璃和陶瓷均属可回收材料。因此,使用两者对环境的污染非常小,对周围生态的保护较佳。因此,采用玻璃和陶瓷做为包装材料受到一定的支持。玻璃和陶瓷广泛应用于对调料、酒、油等具有较强化学性质的食品的包装,也用于制成瓶用于饮料包装。虽然玻璃和陶瓷具有以上种种优点,但是,玻璃和陶瓷均属于韧性较差的材料。两者在面对外力冲击时,很容易破碎形成碎片,这些碎片会对周围人的安全产生一定的威胁。而且,玻璃和陶瓷的密封、形状加工、装潢的要求均较高。因此,玻璃和陶瓷的使用范围受到一定的限制。
当前食品包装采用的金属材料包括铁、铝、不锈钢等。金属做为包装材料,由于金属具有较佳的延展性,较容易进行加工,金属形成的外包装对其内部的食物的保护较好,金属容易进行装潢而受到一定的提倡。可是,金属相对于纸张、玻璃和陶瓷其价格很高,包装成本较高。而且,金属的化学性质较为活泼,在空气中容易被氧化被侵蚀,也容易与包含酸碱性较强的食物进行化学反应,进而污染食物。因此,在当前,金属虽然广泛地应用,并占有重要的地位,但其使用受到一定的限制,多用于罐装包装。此外,金属虽然可以在自然界进行降解,但是,金属在降解时,离散的金属粒子本身对周围的环境也会产生一定的影响,甚至是污染。金属材料在遭到破坏形成碎屑时,这些碎屑也会对周围生物的安全产生一定的威胁。金属材料在总体上数量相对稀少,属于不可再生资源。因此,许多专家提议限制金属在食物包装的使用数量和使用范围。金属包装在罐装上具有独特的优势,许多商业集团研发新的技术,尽量使用较少的金属材料进行包装。如可口可乐公司采用的新加工技术使得新式的铝制易拉罐的防护能力不变的前提下,重量减少了20%。
高分子材料中,主要包括塑料和橡胶两部分。其中,塑料为目前食品包装中主要材料。塑料成本较为低廉,同时具备较为稳定的化学性质。塑料抗水性收到广泛的称赞,同时,还具备优秀的抗酸性和抗碱性。在物理性质方面,塑料具备易加工,易封装,易装潢等优点,同时,塑料也往往具备较好的坚韧性,适宜面对复杂的环境。虽然塑料具有以上种种优点,但是,它也具备很多缺点。塑料虽然抗水性能优异,但是,面对有机溶剂它往往会溶解在里面,它的抗溶解性非常低,很容易溶解在里面。塑料在加工时,塑料内会残留一定的杂质,这些杂质容易融入食物中对食物产生污染。塑料平时时化学性质稳定,但是塑料在高温低温等较为极端的温度环境中,塑料就会发黏或变得易脆,其防护性能降低得极其显著。塑料的化学稳定性使得塑料很难在自然环境中被降解。废弃的塑料会对周围的环境产生种种污染。虽然,塑料有种种缺点,但是瑕不掩瑜,塑料的种种优点使得食品包装业广泛地使用塑料做为包装材料,也使得很难用其它材料对塑料进行完全替代。但,塑料是来源于石油化工业,其生产本身对周围具有一定的污染。石油做为不可再生资源,其数量也是有限。虽然塑料可以在一定程度上进行循环使用,但是,做为食物包装的材料,却很难使用回收后的塑料做为包装材料。因此,在日益提倡节能减排,节约资源保护地球的今天,塑料做为包装材料受到一定的质疑。因此,有的人从保护环境的方面提出使用可降解塑料,但是这仍然无法彻底解决塑料的环境污染问题[1]。
在当前,对食物包装的改进中,许多研究者提倡否定过度包装,建议使用简约包装,尽量缩减包装材料使用。但,这并不能从根本上解决食物包装问题。当前,食品包装业提倡使用绿色食品包装。即采用新技术对现有的食物包装材料进行性能改进。如,有的研究者认为[2],纸质包装材料,不像玻璃一样易碎,不像金属那样贵,也不不像塑料那样难以分解,建议采用新式技术,开发新型纸张材料。如采用石碳纸而不采用有机纸进行包装。但是,这些在目前仍旧是属于概念,无法在现实中大量的使用。也有的研究者从不同的角度提出开发新式可降解塑料、抗菌包装等技术。但这些技术同样会面对诸如环境污染,食物污染等问题,均属不成熟方案。从总体上讲,绿色食品包装还有很长的路要走。
食品包装是关乎食品安全,具有重要的意义,对食品包装的研究,对发展经济改善国民生活具有重要意义。
【参考文献】
Abstract: To wipe out white pollution and form environment awareness, the society should limite the use of plastic bags .The ultimate goal of the implementation"limiting the use of plastic bags is to cultivate people's consciousness of protecting the environment and take actions in their daily life. It is believed thatthe "white pollution" will disappear from our life and the days that the white pollution is wiped out should not be too far away.
关键词: 限塑;根治;时日
Key words: limiting the use of plastic bags;wipe out;time
中图分类号:X3文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0239-02
0引言
面对大量的日益递增的“白色污染”问题,中国政府于2008年6月1日下达了“限塑令”。至今,长达二年余时间的限塑令,已经极大地减少了一次性难降解的塑料包装物使用,并对人们改变环境意识做出了积极推动的作用。但是,“限塑令”实行后的生活中带给人们的思考,仍然是多层面的,仍有“白色污染”的隐忧。符合“限塑”标准的塑料袋一定环保吗?“限塑”究竟限住了多少“白色污染”?人们的环保意识是否从根本上得到提高和转变?身边还有哪些“白色污染”在危害着人类的生存环境?
笔者在“限塑令”实行后,一直关注着这一问题,并对某市多个农贸、小商品集市进行了跟踪调查,发现刚实行时,由于政府查处力度大,各集市执行情况还是很有力度,商贩们都不敢明目张胆使用和提供不符合质量要求的超薄型塑料袋,因为查处后罚款是一回事,舆论的渲染可能会直接影响到他们的营销收入,对于小摊贩们也就着这股强劲东风为节省下几只塑料袋的小钱而振振有辞了。可随之而来的却是大多数市民多年来的生活习惯养成了塑料工业蓬勃发展给他们带来的方便,而并非是不愿花几角钱去购买一只环保塑料袋或购物袋。因而在执行“限塑令”一阶段后,各路商贩们为招揽生意的需要,各色超薄型一次性塑料袋又卷土重来,大有与环保型塑料、购物袋一争半壁江山之势。
在日常生活中,废弃塑料垃圾的消耗量十分惊人。其中最令人头痛、群众反映最强烈的,是那些遍布城市街头巷尾的废旧塑料包装袋,一次性塑料快餐用具等。我国有关部门统计,仅以一次性塑胶泡沫快餐盒为例,全年消耗量就达四亿至七亿个,塑料袋的使用更是一个庞大的数字。
1“白色污染”的现状及其危害
“白色污染”是废弃塑料垃圾造成的环境污染,是一次性难降解的塑料包装物,主要是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品。包装用塑料的大部分以废旧薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式,被丢弃在环境中。我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一,这些废旧塑料包装物散落在市区街头、风景旅游景点、水体河道、不仅影响市容市貌,刺激人们的视觉,影响城市、风景点的整体美感,造成“视觉污染”,而且因其难以降解对生态环境造成严重的潜在危害性。
首先,废旧塑料包装物混在土壤中,影响农作物吸收养分和水分,将导致农作物减产;其次,抛弃在陆地或水体中的废旧塑料包装物,被动物当作食物吞入,导致动物死亡;第三,混入生活垃圾中的废旧塑料包装物很难处理:填埋处理占用土地,混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理,在焚烧时会产生有害气体如(HCl、HF、NOX、SO2等),而且在燃烧含氯有机物时易产生二呃英(dioxin)毒性很强,对于分拣出来的废塑料也因无法保证其质量问题,给回收利用造成很大的难度。
就目前人们的思维定式而言,主要还是“视觉污染”问题,对于那些废旧塑料包装物长期的、深层次的“潜在危害”,大多数人还缺乏足够的认识。
2面对“白色污染”世界各国的措施及其态度
面对大量 “白色污染”的困扰,世界各国在抵制中都采取了必要的应对措施和行动。在欧洲很多国家的超市都采取出售一次性购物袋的办法控制塑料购物袋的使用量,事实证明,运用经济手段应对“白色污染”问题,起到了明显的效果。
美国旧金山市是美国第一个封杀塑料袋的城市,2007年3月27日,美国旧金山市议会通过一项法案,限令旧金山的超市、药店等零售商分别在6个月和1年内停止使用化工塑料袋。该法案规定,超市和药店零售商只允许向顾客提供纸袋、布袋或以玉米副产品为原料生产的可降解塑料袋,化工塑料袋被严格禁止使用。官方采取的这一立法举措,应对“白色污染”收效显著。如果商家不想被处以经济罚款,就只能乖乖地放弃使用塑料袋。实施这项禁令后,该市每年将节省45万加仑的石油和由此而产生的大量垃圾填埋问题。
韩国政府从1999年起要求全国商场超市不再免费提供塑料袋和纸质购物袋。为推行和宣传这项措施,韩国政府当时在全国张贴了10万张宣传画,分发了20万份宣传册和6.5万个环保购物袋。新加坡从2007年4月开始举办每月的首个星期三“自备购物袋日”活动。
世界上其它的一些国家也相继制定了有关的法律法规,用于制止“白色污染”的问题。如法国政府从2010年元旦起,在全国范围内禁止使用不可生物降解的塑料袋。澳大利亚环境、遗产和艺术部长彼得・加勒特宣布,澳大利亚的超级市场实施分阶段停止使用塑料购物袋,这项计划的实施,则是从2008年底前开始执行的。
在我国,自2008年6月1日颁布“限塑令”以来,针对如何治理“白色污染”问题,保护好城市的生态环境,有关专家提出以下建议及措施:①将“白色污染”防治工作纳入法制化轨道。目前,国家对此已有章可循,广大群众也希望尽早根治。②制定中长期治理规划。非降解塑料制品从城市生活中“退位”已是必然趋势。这就要求人们应当有个紧迫观念,为其做两种准备,一是找出路;二是制定时间表。有关部门要在根治污染、减轻污染、预防污染三个层次上规定任务、明确责任,使“白色污染”的治理有步骤、有目标、有期限地稳妥展开。③重视“白色污染”防治的科学研究和技术攻关。大力支持可降解型“绿色”替代产品的研制、生产、销售和使用。④增强全民环境卫生意识,把“白色污染”防治作为“两个文明”建设和综合整治城市环境的重点内容来抓。⑤狠抓污染源头治理,强调再生资源化原则。一方面要抑制“白色污染”量,另一方面强调“白色垃圾”的回收利用。
3全民行动,根治污染
保护环境没有旁观者,治理污染没有局外人。随着对白色污染根治力度的加大和人类对环境问题的重视程度,消除白色污染愈来愈受到人们的重视。完全生物降解高分子材料由于其生产成本太高,有待于科技挖潜。而采用淀粉基降解塑料,在降解后残余的碎片中,是否会造成二次污染的可能尚不明确。如何解决目前的环境问题,笔者认为首先应强调废旧塑料的回收(如上海市曾对一次性废塑料袋有偿回收)、分类、加工,使有限的资源循环利用;其次是强调全民行动响应号召,明令禁止厂家生产厚度在0.025mm以下的超薄型塑料袋,从源头抓起,实行减量化、无害化和资源化,采取政府与民众共同监管(生产―市场―消费)这一环节,抵制“白色污染”,公众、商家、政府一个都不能少;第三继续倡导3R运动,对废塑料的减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、和再循环(Recycle)。中国政府在下达“禁塑令”后,同时要求各超市不得再向购物者免费提供塑料袋的这一举措,深受“绿色和平组织”“守望地球组织”以及其它环保组织的欢迎,借此之机,全国上下打一场根治“白色污染”的人民战争。
拒绝白色污染任重而道远。一只塑料袋值不了几个钱,当人们习惯于花小钱得方便后,塑料袋的使用率就很难降低。因此,减少塑料袋的使用量,减少“白色污染”,关键在于人们的环保意识和环保习惯。“限塑”的最终目的在于培养人们的环保理念,把理念落实到实际行动之中,“白色污染”就会从我们身边消失,根治时日将不会太远!
参考文献:
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关键词:污染 农业源 新特点 措施
纵观我国经济发展的现实,GDP增长与生态环境脆弱的矛盾日益突出,农村环境污染与农村社会可持续发展的矛盾日益加剧业已成为政府、企业、百姓既关注又头痛的瓶颈。笔者在调查中了解到,在点源污染与面源污染交织、工业生产污染与农村生活污染叠加的现状下,以农业污染源为突出代表的农业环境污染又呈现出新的特点,更给治理工作提出了新的课题。
1.农业环境污染新特点
1.1农民增收的喜悦与自溅家园苦果的酸涩
农村大部分养殖场,受资金条件局限和养殖户传统习惯的影响,很少有相配套的畜禽粪尿处理利用设施,致使大量畜禽粪尿随意排放或只简单堆放在养殖场和农户院外,造成大气恶臭污染、周边地表水有机污染、富营养化污染,甚至造成地下水污染。养殖户和其他农户生活在畜禽粪便的环境中,病原体直接威胁人身健康。《第一次全国污染源普查公报》于2010年2月9日,农业部王衍亮巡视员指出:“从这次普查的结果看,在农业源污染中,比较突出的是畜禽养殖业污染问题,畜禽养殖业的化学需氧量、总氮和总磷分别占农业源的96%、38%和56%。”以成年牛为例的调查显示:每头牛每日食干料8kg,引用大量水,以每户养殖50头计算,排出粪便量可想而知。
1.2经济提速的光环与突发事件恶劣的偏颇
李干杰提出:部分地区的环境污染还很严重,重化工业等重点产业、重点行业的污染排放,在工业污染排放中的所占比重还很高。污染源找到了,但污染的地域在哪里?城市产业升级换代和城市环境改善在某种程度上是以牺牲农村环境为代价的,以电子废物为例,城市回收利用的部分只能是一小部分,大部分污染只能由农业环境承载。“环境突发事件和污染事故进入了高发期,由于环境污染引发的一些社会矛盾日益突出”的现状,突发性强、伤害性大、恢复难度大的现实,为全社会敲响了农业环境污染新特点的警钟。
1.3今昔欠帐的继续与子孙买单的无奈
随着我国人民生产方式和生活方式的不断变化,农村垃圾数量和结构都发生了新的变化:一是垃圾总量变大。农村养殖业粪便、房屋建筑、生活自有垃圾不断增加。二是垃圾结构冗杂。不可降解塑料地膜的大范围使用和不可降解塑料制品的无控制使用,农村的白色垃圾污染不断增加。农业外部污染如城市工业延伸和农村工业发展造成农村环境污染排放量日益加大,农村内部污染如农业污水和生活污水“二污合流”、垃圾中的难降解有机物质、化肥农药的过度使用、养殖业对水环境的污染等问题日益加剧。老污染问题尚未解决,新污染问题逐渐显现,灰霾天气、持久性有机污染物、湖泊富营养化等新的污染问题出现增长趋势,农民及子孙来承载污染的历程还要继续。
2.应对措施
笔者通过大量的调研体会到,针对农业环境污染新特点,应采取新的应对措施。
2.1摸清底数跟踪监测
长期以来,“底数不清”制约农村环境保护规划制定和农村污染防治与生态保护对策,结果只能是“影响工作”。规划、措施是以掌握农村各类污染源的行业、数量及其分布地域为基础,以了解了主要污染物排放量及排放去向为依据,以农村生活污染、工业污染、农膜污染和施用农药、化肥造成的农村面源污染程度为参照。要想早发现、早防治、早见效,必须随时掌握农业环境污染第一手材料,真正全面摸清污染源和污染物排放的家底,才能有“防”有“治”,防治兼备,因地制宜、有针对性的采取措施,使农业环境污染少发生、早治理并且成本降到最低。
2.2明确标准快速判断
应因地制宜地采取符合我国具体实际的计量标准对环境污染问题进行衡量、裁定、监督、治理,实现规范化计量、标准化。例如,最新研究表明,当前我国的大气污染结构已由过去的煤烟型污染转变为煤烟型和汽车尾气复合型污染,多种污染物都以高浓度同时存在的污染状况。而我国现行的空气质量标准和评价(API指数)体系不能全面表示城市空气质量等级。应借鉴国际空气质量监测评价方法,重新修订我国现行空气质量标准和评价体系。
农业环境污染特别是突发性污染事故,具有时间突发、形式多样、危害严重和处置复杂的特点。快速判断污染事故的类型及污染状况,是污染事故得到及时处理、恢复措施得以及时制定、不良影响得以及时消除的前提和关键。环境污染处理人员要把污染物质的种类、污染物质的浓度、污染的范围及其可能的危害,在最短的时间,采用最简便的方法,取得最直观的数据,得出最准确的结论,提供第一手资料,为事故处理抢抓时机。
2.3普及常识应急演练
环境污染防治和处理不仅是环保等几个部门的事情,而是涉及全社会的事情,是时时有可能发生在我们身边的事情。普及防治知识,常抓现场演练,提高防范能力,是应对农业环境污染新特点的有效机制。现场演练旨在提高对农业环境污染事件特别是突发事件的应急处置能力和水平,最大限度地避免和减少农业环境突发事件及其造成的损害。
参考文献:
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虽然早在2005年富士通就推出了由玉米制作外壳的笔记本电脑,赋予了笔记本电脑鲜明的环保特色。但受限于笔记本电脑普及程度成本。技术上的制造难度和用户的重视程度,环保型笔记本电脑之前一直都未能真正走上台面,基本都处于试验阶段的局面。而近年来,伴随笔记本电脑日益深入到普通家庭,加上社会对绿色环保的重视,各厂商逐渐将笔记本电脑的环保问题提到了正式议程上。那么,笔记本电脑的环保现状如何呢?厂商和消费者各自的态度又是怎样的?
怎样的笔记本电脑才能称为环保?是不是采用了低功耗省电平台,内部元件制程符合RoHs规范就算是很环保的笔记本电脑呢?事实远非如此!作为一个高度集成的全功能电脑平台,笔记本电脑要实现真正的环保,从材质。平台的选择,到生产过程以及包装,运输等环节,无一不需要注意环保二字的贯彻。
外壳,环保材料路漫漫
作为高度集成的平台,笔记本电脑的外壳就像一位忠诚的卫士保护着内部电子电气元件的安全,除此之外,它还作为笔记本电脑给人的第一印象,充当着每一款产品的“形象使者”的角色。为此,许多消费者在选择笔记本电脑时候,对外壳的要求往往都集中在“是否够酷”的焦点上,即使对一些略微懂行的消费者而言,他们也注重的是外壳材质是否合金或者碳纤维,而对于笔记本电脑外壳是否环保的问题,很遗憾,没人在意!
对大多数笔记本电脑而言,其外壳采用的材质无非是ABS,PC或者ABS+PC材质的工程塑料外壳。在制造这些塑料外壳时不但需要消耗大量的石油资源,而且还会增加二氧化碳排放量。而且这些工程塑料都属于不可降解类型,一旦笔记本电脑报废之后还会继续对土壤和空气形成污染。
也许有读者会说,那么选择镁铝合金钛合金或者碳纤维材质的外壳总算环保了吧?相对而言,这些外壳材质的确比工程塑料更加环保,却并不十分理想。合金的外壳虽然电磁屏蔽性以及坚固程度都上佳,却也属于不可降解型,废弃之后同样会对土壤带来污染。
这也不是,那也不是,那么怎样的笔记本电脑外壳才算是真正环保的?我们不妨来看看这个领域的先行者。
2005年,富士通推出了“玉米笔记本电脑”,在该款机型上,大约一半的外壳是采用植物树脂聚乳酸(PLA)与聚碳酸酯(PC)等比复合材料制造,其中植物树脂聚乳酸的主要来源是玉米,仅此一项,每制造一台玉米笔记本电脑就能节约1升左右的石油用量,可谓是笔记本电脑的环保先锋。而在2008年富士通又推出了号称WoodShell的木质外壳笔记本电脑,将笔记本电脑的环保概念提到了新的高度。同样,华硕在2006年推出的广为人知的竹子本也是环保外壳笔记本电脑的典型产品。但是这些产品在终端市场上始终没能大量销售。
为什么这些采用天然材料的笔记本电脑外壳最终都未能成大气?通过对厂商的采访,我们知晓了其中的大致缘由。首先,采用可降解材料,比如竹子,木头或者其它植物原料制造笔记本电脑外壳,在成本的投人上非常高,对笔记本电脑产品的整体成本提升极大:其次,对于消费者而言,笔记本电脑外壳材质是否环保不在绝大多数人的考虑范围之内,他们更关心的是稳固性外观造型以及防辐射性能,环保材料的外壳对于大多数消费者而言更像一个
噱头,坚固耐用性都不足;再次,考虑到笔记本电脑的3C认证需求,采用类似环保材料的外壳在制造工艺上如果要满足3C要求的话,会给工艺带来许多复杂性和难度,而这些无形中又会再次增加产品的成本。
可见,虽然有厂商有意识地推出过真正环保材质外壳的笔记本电脑,但是由于市场的接受度和用户大环境以及成本控制等因素的影响,导致这些产品最终只是成为种‘形象工程,而并没有在消费者心中形成固有消费印象。无论是国内国外,市场上仍然是工程塑料或者合金材质外壳的产品一统江山。
我们认为,要解决这个问题,关键在于技术的更新,如果可降解生物工程塑料的研发能够取得实质性的进展,当环保材料(比如可降解塑料、木头或者其它植物原料制品)的成本能够控制在一个很合理的价格时,笔记本电脑外壳才有可能真正实现环保。
功耗,移动平台进化的源动力
虽然在笔记本电脑的外壳材质上,厂商们迫于现有的技术和成本限制,无法做到真正纯绿色环保,但是在其它方面,它们却A在努力想要改善笔记本电脑的环保状况,其中笔记本电脑平台的功耗就是典型的例子:
对于笔记本电脑而言,平台整体功耗的大小对环保来说意义非凡,更低的功耗也就意味着更少的电力消耗,不但节省了能源,而且按照火力发电来计算的话,也就间接减少了二氧化碳的排放。其中,制程技术的改进对于笔记本电脑在功耗方面的绿色环保有着非比寻常的意义。
与桌面平台一样,笔记本电脑平台,尤其是处理器的制程从65nm改进到45nm之后,虽然内部集成的晶体管密度提升了两倍,但是晶体管切换功耗相比同频率的65nm制程产品下降了30%。我们就平台功耗控制的问题采访了英特尔公司,从他们为我们提供的数据可以直观地看出,对于同频率的65nm制程和45nm制程处理器来说,以桌面平台的Core2 Duo E6550和移动平台的Core 2 Du0 T7700为例,T7700每年消耗的电量大概为59KWh,而即使搭配节能LCD显示器的E6550平台每年也要消耗大约229KWh电量。按照火力发电排放的二氧化碳量进行计算,E7700移动平台同比每年可减少二氧化碳的排放大约102吨,算算世界上每年出货多少台笔记本电脑?当笔记本电脑全线迈入45nm制程之后,这个能源节省的数据将会是非常惊人的!
同时,功耗的降低也能直接带来另项环保措施的效果提升,这就是减噪。更低的功耗带来更小的发热量,降低了笔记本电脑散热系统设计难度,甚至在超便携机型和某些超轻薄机型上还可以实现无风扇设计。
显示屏,环保LED渐成主流
有数据显示,对于一台笔记本电脑功耗来说,液晶显示屏将占据其中的大约30%,如果能对显示屏的功耗进行合理的控制,自然可以实现节能和间接控制二氧化碳等温室气体的排放量。对当前的笔记本电脑而言,在显示屏方面最值得一提的环保技术自然就是LED背光技术。
我们都知道,液晶显示屏本身不能发光,必须要借助背光源才能正常工作。因此可以想到,如果能够控制背光源的功耗,自然就基本控制了显示屏的功耗。之前的绝大部分笔记本电脑都是采用CCFL冷阴极荧光管作为背光源,虽然亮度高,但同时功耗也相对较大。而且CCFL冷阴极背光管还有汞元素,与日常生活中日光灯相似,一旦废弃之后对环境 将造成非常严重的污染,而且汞元素对人体的健康也将带来致命的损害。
LED则与CCFL相反,由于LED采用了低压供电驱动,相比CCLF更为节能。而且LED不含汞元素,对环境与人体没有任何的伤害。在我们针对N系列机型为何全线采用了LED显示屏的问题采访华硕公司时,他们这样告诉我们,从环保方面考虑,LED由无毒环保材料制成,无污染且可回收利用,在功耗的控制上相比普通LCD显示屏将节能20%以上,而且其显示效果相比普通LCD也要高出20%左右。
不过虽然LED具备诸多环保的优点,但是成本因素却是之前制约其大量普及的主要因素。以往只是在中高端机型上才有看到LED显示屏的产品,配置LED显示屏的机器一般都在6000元以上。不过随着技术的进步和厂商的重视,LED显示屏已经逐渐走向普及化的道路,甚至现在部分超便携电脑上都已经能看到LED显示屏的身影了。
电池,能源模式的变更有待时日
当前几乎所有的笔记本电脑都是使用的锂离子或者锂聚合物电池,虽然相对镍氢或者镍镉电池而言更加高能且相对环保,但是在废旧电池的处理问题上,仍然存在一个难题一一金属锂离子依旧会对土壤和水源带来污染。于是,一种更为环保的能源进入了诸多厂商的视线,这就是燃料电池。
相比锂离子或者锂聚合物电池,燃料电池内部不产生金属离子参与的化学反应,其通过碳氢化合物的燃烧产生能量,最终的副产物只有碳水化合物,对环境基本无影响。早在2006年,东芝,联想,三星等几家知名笔记本电脑厂商都曾展示过采用内置燃料电池的机型,但是为什么最终这些产品都未曾进入市场呢?究其原因,过高的成本是首当其冲的,其次,由于燃料电池相比同等级的锂离子或者锂聚合物电池体积与重量都要大得多,采用燃料电池的笔记本电脑产品往往都不具备便携性,这与笔记本电脑的轻薄便携发展趋势相悖,最后,燃料电池虽然不用充电,但是补充燃料却是诸多厂商都要面对的一个大难题――用户如何在保证电池密闭性的前提下补充燃料?
正是存在这些先天性的障碍,燃料电池到目前为止也只是作为一个概念性的计划被提出,但是大批量的产品却从未在市场上露面。为了成本和便携性,几乎所有的厂商都不得不暂时向锂离子和锂聚合物电池妥协。我们认为,就电池本身而言,目前几乎所有笔记本电脑厂商都还处于“伪环保”状态,而只有当燃料电池的技术研究取得阶段性突破,或者笔记本电脑用太阳能电池能真正得到实际应用的时候,那样的笔记本电脑电池才可能真正实现环保。
电源管理,“曲线救国”的环保措施
在我们进行的“你最看重的笔记本电脑环保要素是什么?”的专项调查中,有48.71%的读者选择了“更长的电池续航时间”这一选项。在我们暂时无法采用真正环保的笔记本电脑电池时,延长笔记本电脑电池的使用时间也就成了厂商最有针对性的环保措施。
虽然说笔记本电脑的续航能力只是与电池容量有最直接的关系,但如果不能合理使用相关的节能控制技术,毫无疑问会造成能源的极大浪费,而且加速笔记本电脑的充电频率,无谓消耗更多的能源并增加温室气体的排放量。对此,我们欣喜地看到,几乎所有的笔记本电脑厂商都进行了一些殊途同归的努力,力求更合理地管理电池,最大程度地延长电池续航时间。
首先是主板上的电池管理芯片,通过我们对众多的笔记本电脑厂商采访后得知,目前几乎所有的产品都在主板上内置了一块电弛管理芯片,这块芯片能实时监控电池状态。比如在充电状态下,当电池充满电之后会自动外接电源的输入,而且当电池温度过高时会自动提醒用户注意。
其次,是各大厂商自身的电源管理技术,比如华硕的Powre 4 Gear eXtreme,东芝的ACPI和富士通的ECO就是其中的典型代表。以东芝笔记本电脑的ACPI Common Modules为例在这个基于BIOS的底层模块支持下,东芝笔记本电脑可以通过操作系统或者BIOS进行电源管理的细化设置,同时管理处理器,显示屏以及硬盘和各大接口的电源分配。而在基于ACPI Commen Modules开发的Power Saver Utility软件下,消费者可以根据实际运行状况的需求设置处理器速度,显示屏亮度以及在空闲时对硬盘或各接口的电源分配。该功能有益于减少温室气体的排放量,节能且减轻对环境的污染。
包装,可回收材料盛行
在谈到笔记本电脑的环保问题时,我们总是喜欢谈论产品本身的环保特色,而对一个同样十分重要的地方没有引起足够的重视,这就是笔记本电脑的外包装。
几年前,我们总能在笔记本电脑的包装箱内发现一些白色泡沫塑料,这些东西其实都是源自石油的产物,不但无谓地消耗能源,而且一旦在废弃之后都是属于不可降解的产物,对环境将造成严重的污染。
随着厂商环保意识的逐渐提高,近年来的笔记本电脑产品纷纷在包装材料和包装方式上打起了“环保主义”。以SONY VAIO笔记本电脑为例,VAIO笔记本电脑产品的包装都是用了可回收使用材料制造,对环境不造成任何污染,而且在包装方式上采取了紧凑包装方式,单是这一项,每年就可大量降低能源的消耗,为环保事业做出了极大的贡献。再如苹果新的MacBook系列,自从将全线产品的包装尺寸缩减了40%并全部采用环保材料的包装之后,每年可节省原材料近数十万吨,而且可以减少运输用的航班数量,达到了节能的作用,为环保做出了积极的贡献。
总的来看,当前绝大部份笔记本电脑厂商都在外包装上采取了相应的环保措施,对此我们也大加赞赏。在绿色与环保成为世界性的主题,成为全世界每个人都需要时刻关注的问题时,厂商们的因势而动也算是顺应了发展趋势,我们也希望这举措能够得以坚持并继续延续下去,为IT业的绿色环保做出自己的贡献。
笔记本电脑环保之路漫漫
笔记本电脑产品目前仍处于“半环保”的状态!在采访了诸多的厂商并仔细分析了产品市场之后,我们不难得出这个结论。
首先,我们要赞赏厂商们在笔记本电脑的绿色环保上所进行的不懈努力
功耗大幅度下降。移动平台的整体功耗已经呈现逐年下降的趋势,尤其是超轻薄和超便携平台上,处理器的功耗已经被控制在10W左右,这与普通桌面处理器动辄50W以上的功耗相比,节能效果是异常明显的:
显示屏逐渐进入LED普及时代。LED目前基本在中高端市场上已经取代CCFL成为主流的背光源,这种最小化功耗的显示屏的大面积普及将有力推进笔记本电脑环保时代来临;
电源管理得到重视。所有的笔记本电脑厂商都设计有自身的电源管理技术,于细微处见真章,其实节能与环保就源自一些生活中微不足道的细节的积累,
RoHS成为标准。自从2007年RoHS标准得以强制推行以来,生产过程的RoHS化基本已经成为绝大部份厂商的标准,同样在3c认证的要求下,笔记本电脑的电磁辐射已经得到了很好的控制,用户无须为此担心。
最后就是包装材料的环保化。无论是厂商在包装材料上缩减尺寸,还是完全采用可降解材料制造,都基本做到了真正的绿色环保。
不过,根据我们的调查显示,消费者最在意的笔记本电脑环保要素前三位依次是:更长的电池续航时间。更小的电磁辐射以及无害外壳材质。不过可惜的是,受限于技术与成本要素,无论是可降解生物塑料的研发还是燃料电池或太阳能电池等新能源的使用都还处于酝酿阶段,市场上现在根本看不到任何的实质性产品。
所以,我们认为,目前对笔记本电脑行业而言,绿色环保的道路才刚刚起步,还没有达到完全让人满意的地步。虽然大多厂商都在谈论环保的议题,但是真正的环保效果还远没有彻底实现,可以说只是在‘半环保“的状态。