生态环境材料学第一章绪论1、专业词汇：生态环境材料Ecomaterials材料流Materials Flow物质流Mass Flow生命周期评价Life Cycle Assessment/LCA 目标与范围确定goal and scope definition 清单分析inventory analysis影响评价impact assessment结果解释life cycle interpretation 生态设计Eco-design/ED清洁生产Zero Waste Processing2、环境材料定义及材料研究的三个特点（1）定义：生态环境材料是一种具有与环境协调的特殊功能材料,是指在设计、制造、加工、使用以及再生过程中均考虑到资源、环境、生态等因素，具有最低环境负荷、最大使用功能、或者是能够改善环境的人类所需材料。

既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料。

（2）特点：•先进性：能为人类开拓更广阔的活动范围和环境，发挥其优异性能。

在发展新材料、新技术体系时，既要考虑到技术环境负担的大小，材料本身对环境的污染程度，又要顾及材料使用时的传统性能（材料的先进性），在要求优异的使用性能这一点上，新材料与传统材料是相同的。

•环境协调性（优先争取的目标）：使人类的活动范围同外部环境协调，减轻地球环境的负担，使枯竭性资源完全循环利用。

在材料的生产环节中资源和能源的消耗少，工艺流程中采用减少温室效应气体的技术，废弃后易于再生循环。

材料及技术本身要具备环境协调性，这是区别于传统材料观念而增加的概念。

•舒适性：使活动范围中的人类生活环境更加繁荣、舒适，人们很乐于接受和使用。

3、从手段、目标和要求角度阐述环境材料的研究内容4、从基础研究、应用研究和评价系统层次阐述环境材料的具体研究内容（1）基础研究：材料的开发、应用、再生过程与生态环境相互作用和相互制约的关系的理论研究。

a. 人类的材料需求活动引起的生态环境的变化及规律；b. 环境恶化对人类生存所需材料的质量和数量的影响；c. 与环境协调并适应环境发展的材料开发、应用和再生理论；d. 低环境负担的合金理论，无机材料理论和高分子材料理论；e. 可循环性的材料自分解和分离理论；f. 材料再生循环难易程度的热力学和动力学（2）应用研究：a. 清洁的无污染的材料生产、加工和制造技术基础b. 具有最低环境负担的材料工程新技术和新工艺c. 可循环性的功能材料或结构材料的分解和分离技术基础d. 废弃材料的综合再生技术基础e. 现用材料中有害元素的替代技术f. 自然资源中枯竭性金属元素的替代技术（3）评价系统：包括使用性能和环境性能两方面的评价。

a. 生态环境与材料相互作用的度量标准和基准b. 现用材料的合理性评价c. 人类活动废弃的可再生资源的核算体系d. 各种材料的环境负担的基础数据库e. “绿色标志”材料的论述体系、方法及其标准f. 自然资源的容量评价和环境容量的评价5、研究环境材料的意义。

第二章环境材料与可持续发展1、可持续发展定义及可持续发展理性设计的具体表现（1）定义：可持续发展是指既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需求能力构成危害的发展，是人口、经济、社会、资源、环境和生态系统相互协调的发展。

可持续发展包括了两个概念：可持续性和发展。

可持续发展的核心是发展，但要求在保持资源和环境永续利用的前提下实现经济和社会的发展。

（2）就理性设计而言，可持续发展具体表现在：工业应当是高产低耗，能源应当被清洁利用，粮食需要保障长期供给，人口与资源应当保持相对平衡等许多方面。

2、列举地球环境问题（具体内容不要求）人口的急剧增长臭氧层的破坏酸雨的形成温室效应与气候变化水资源的污染热带雨林破坏辐射污染生物多样性减少土地荒漠化大气污染3、材料流定义及具体掌握四倍因子理论和十倍因子理论（前提假设、目标措施和公式表达）（1）材料流(materials flow)又称物质流(mass flow)，也称材料链(substance chain)，材料流也可以说是材料背负的生态负荷或生态包袱。

材料流理论是指用数学物理方法对在工业生产过程中按照一定的生产工艺所投入的原材料的流动方向和数量大小的一种定量分析理论。

材料流理论是一种方法学，主要用于研究、评价工业生产过程中所投入的原材料的资源效率，找出提高资源效率的途径。

因此，材料流理论是研究资源效率的一种有效工具。

（2）A 、四倍因子理论(factor 4)是德国von Weizsaecker 教授于20世纪90年代初首先提出来的。

按1995年的数据，占全世界总人口20％的富人，每年消耗全世界82.7％的能源和资源。

而其他80％的人每年消耗的能源和资源仅占世界总消耗量的17.3％。

为了既保持已有的高质量的生活，又努力消除贫富之间的差异。

Weizsaecker 根据计算得出，若能采取技术措施，将现有的资源和能源效率提高四倍，就有可能达到上述的目标。

这就是四倍因子理论提出的依据。

因此，最初建立的四倍因子理论主要是针对消除社会的贫富悬殊，实现各国间健康、和平发展的一种技术目标。

经过努力和发展，Weizsaecker 将四倍因子理论科学化了。

1995年，其专著《四倍因子：半份消耗，倍数产出》出版以后，使该理论有了明确的科学含义。

其意思是指在经济活动和生产过程中，通过采取各种技术措施，将能源消耗、资源消耗降低一半，同时将生产效率提高一倍。

由此，在同样能源消耗和资源消耗的水平上，得到了四倍的产出。

如式(2－1)所示P 2R 4I 0.5=== (2－1)式中：R 表示资源效率；P 表示产品产出量；I 表示原材料、能源投入量。

四倍因子理论的提出，得到了世界上许多政治家、经济学家、社会学家、生态学家、环境科学家以及许多其他学者的赞同。

四倍因子理论对有效利用资源、改善生态环境、实现社会和经济的可持续发展具有战略性的意义，也为我国提高生产效率和减少环境污染提供了一条可行的路子。

即从资源效率角度减少原材料消耗、增加产品的有效产出；从环境保护角度减少了污染物的排放，治标又治本。

B 、十倍因子理论(factor 10)是由德国Schmidt-Bleek 于1994年率先提出的。

与四倍因子理论类似，十倍因子理论的核心是：必须继续减小全球的材料流量，在一代人之内将资源效率提高十倍，才能使发达国家保持现有的生活质量，逐步缩小国与国之间的贫富差距，且可以让子孙后代能够在这个星球继续生存。

他认为，通过采取技术措施，在二三十年内若能将现有的资源和能源效率提高十倍，达到上述目标是有可能的。

十倍因子的概念与环境保护是直接相关的。

Schmidt-Bleek 教授用一个方程式将环境影响、人口和一个国家的国内生产总值关联起来，见式(2－2)。

他推测，到2050年地球上的人口将在现在的基数上增加1倍，即P 等于2；同时，世界各国的国内生产总值(GDP)届时将增长3~6倍，取平均值为5，则二者之积为10。

由此，对环境的影响将增加10倍。

为了保持现有的生态环境水平，必须通过提高资源效率来平衡和补偿对环境的破坏。

因此，我们必须将资源效率和能源效率提高10倍，才有可能真正实现社会、经济的可持续发展。

GDP I I P P GDP =⨯⨯ (2－2)式中：I 表示环境影响；P 表示人口；GDP 表示国内生产总值。

第三章 资源的环境特征1、名词解释：资源、可耗竭资源、可更新资源、能源、资源的直接消耗、资源的间接消耗 资源：指人类可以从自然界获得并用于生产和生活的物质，是自然环境的重要组成部分，故通常又称为自然资源。

可耗竭资源：在任何对人类有意义的时间范围内，资源质量保持不变，资源蕴藏量不再增加的资源。

可更新资源：能够通过自然力以某一增长率保持或增加蕴藏量的自然资源，例如太阳能、大气、森林、鱼类、农作物以及各种野生动植物等。

能源：亦称能量资源或能源资源，是指提供可用能量的资源，一类是比较集中且容易转化的含能物质，称含能体燃料（燃料能源），如煤炭、石油、天然气、沼气、氢等；另一类是可以利用的能量过程（非燃料能源），如太阳辐射、风力，潮汐等。

资源的直接消耗：指将资源直接用于材料的生产和使用。

资源的间接消耗：指在材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、环境迁移等环节造成的资源消耗。

2、分析自然资源的详细分类组成并举例说明为研究自然资源对材料生产的影响，将自然资源分为可耗竭资源和可更新资源（可再生资源）两大类。

(1)可耗竭资源在任何对人类有意义的时间范围内，资源质量保持不变，资源蕴藏量不再增加的资源。

又可分为可回收和不可回收两类。

(a)可回收的可耗竭资源资源产品的效用丧失后，大部分物质还能够回收利用的可耗竭资源是可回收的可耗竭资源。

这类资源主要指金属等矿产资源，例如汽车报废后，汽车上的废铁可以回收利用。

(b)不可回收的可耗竭资源使用过程不可逆，且使用之后不能恢复原状的可耗竭资源是不可回收的可耗竭资源。

主要指煤、石油、天然气等能源资源，这类资源被使用后就被消耗掉了。

例如煤，一旦燃烧变成了热能，热量便消散到大气中，变得不可恢复了。

(2)可更新资源能够通过自然力以某一增长率保持或增加蕴藏量的自然资源是可更新资源。

例如太阳能、大气、森林、鱼类、农作物以及各种野生动植物等。

根据财产权是否明确，可更新资源可以分为可更新商品性资源和可更新公共物品资源。

(a)可更新商品性资源财产权可以确定，能够被私人所有和享用，并能在市场上进行交易的可更新资源是可更新商品性资源。

例如，私人土地上的农作物、森林等。

(b)可更新公共物品资源不为任何特定的个人所有，但是却能为任何人所享用的可更新资源是可更新公共物品资源。

如公海鱼类资源、物种、空气等。

3、了解自然界中三个重要的物质循环并能详述碳元素和氮元素的循环过程。

自然界内处于千变万化中的物质欲维持质量——能量守恒，只有通过物质的循环来实现。

自然界中三个重要的物质循环：碳循环、氮循环、氧循环(1)碳循环：在自然环境内，碳的循环主要是通过二氧化碳来进行的。

由动物呼吸或矿物燃料的燃烧生成二氧化碳并放出热量。

在生物圈中二氧化碳的循环（亦构成氧循环的一部分）主要表现在光合反应中。

反应：6CO2+6H2O+2822J→C6H12O6+6O2碳循环始于CO2经绿色植物光合作用固定，以各种碳化物的形式储存，经过营养级的传递、分解，有一部分经过动植物的呼吸作用及动植物尸残体的分解转变为CO2，回归到大气中去，另一部分转入土壤或地下深层，经过漫长的演化转变成矿物。

矿物燃料的燃烧排放CO2到大气中。

(2)氮循环：在生物圈中氮的循环基本模式是植物吸收N2经生物固氮作用形成的硝酸盐、亚硝酸盐、和氨而生成氨基酸，进而合成蛋白质和核酸，并和其他化合物进一步合成为植物有机体。