CC BY
54
4/2008
ВЕСТНИК
МГСУ
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Графкина М.В.
Новый стиль экологического проектирования и экологического мировоззрения требует рассмотрения биосферных процессов и всех стадий жизненного цикла создаваемых технических систем не как изолированных друг от друга событий, а как элементов общей системы, т.е. глубоко интегрировано. При таком подходе любая техническая система (ТС) оказывает влияние на процессы природопользования. В настоящее время наиболее полно исследованы возможности повышения экологической безопасности проектируемых систем на этапе их эксплуатации. В то же время получение минеральных и энергетических ресурсов, переработка сырья и производство конструкционных материалов является первой стадией жизненного цикла любой ТС. На этих этапах каждая ТС впрямую взаимодействует с окружающей средой и оказывает мощное техногенное воздействие на жизнеобеспечивающие геосферные оболочки.
От решений принимаемых на этапах структурного и параметрического синтеза ТС зависит, какие материалы и в каком соотношении будут применены в конструкции. Конструкторы в настоящее время при выборе материалов ориентированы на их физические, эксплуатационные и технологические характеристики, которые определяют качество и технологичность проектируемого объекта, а также на стоимостные показатели, от которых зависит окончательная цена. Экологические требования не отменяют всех предыдущих требований к конструкционным материалам, а дополняют их с целью снижения негативного воздействия и сохранения природных ресурсов. Наличие данных о периоде истощения ресурсов, доступности, энергозатратах при производстве, а также сравнительных характеристик экологического техногенного воздействия на окружающую среду при производстве и рециклировании различных конструкционных материалов, позволит приблизиться к достижению этой цели на этапе проектирования.
Таблица 1
Период истощения материалов
Материал
Период, лет (по Т.Е. Гридел, Б.Р. Алленби, 2004 г.)
Олово Серебро Висмут Медь Германий Свинец Цинк
27 16 30 35 35 20 19
ВЕСТНИК
4/2008
МГСУ
В результате длительной хозяйственной деятельности человека многие ресурсы пришли в истощение, и их добыча наносит существенный урон геосферным оболочкам. Доступность ресурсов и период их истощения являются мощным сдерживающим экологическим фактором. Период истощения некоторых материалов приведен в табл. 1 [2].
Помимо периода истощения материалы характеризуются и другими показателями:
- являются ли они при добыче полезных ископаемых основными или побочными продуктами;
- географическое распространение минерального сырья, для получения материало;
- степень энергоемкости добычи и переработки основных пород для получения материалов;
- негативное воздействие на окружающую среду (токсичность).
С целью повышения геоэкологической безопасности проектируемых ТС на современном этапе представляется необходимым при оптимизации учитывать и геоэкологические показатели конструкционных материалов. Необходимым условием решения этой задачи является разработка соответствующих критериев, характеризующих различные материалы с этих позиций.
В литературных источниках [3,4] приведены в основном сведения по загрязнению атмосферы при производстве и рециклировании конструкционных материалов, что оправдано с позиции оценки общих масштабов загрязнения биосферы, в том числе и атмосферы, так как на ее долю приходится более 80% антропогенных загрязнений [5].
По абсолютным показателям выбросов вредных веществ в атмосферу (рис. 1), а также по объему потребления водных ресурсов и энергии при производстве конструкционных материалов нельзя провести сравнительный анализ и сделать заключение о степени комплексного негативного воздействия на окружающую среду различных материалов.
Поэтому, на взгляд автора, целесообразно прейти к комплексным (приведенным) показателям негативного воздействия на окружающую среду при производстве (рециклировании) конструкционных материалов.
Методика определения геоэкологической безопасности конструкционных материалов при производстве заключается в определении комплексного показателя негативного воздействия на атмосферу. В основе этого решения лежат известные зависимости, приведенные во Временной методике определения предотвращенного экологического ущерба (1999):
где м„„ - сумма приведенных масс выбросов загрязняющих веществ на единицу массы одного ¡-го материала; п - число, характеризующее количество загрязняющих веществ; М - приведенная масса
п
(1)
4/2008
ВЕСТНИК _МГСУ
выбросов конкретного j-го загрязняющего вещества, при условии, что:
M *, - Kj • Mj,
(2)
где М^ - масса выбросов j-гo загрязняющего вещества от стационарных источников при производстве и рециклировании единицы массы конструкционного материала, кг (в данной метлдикее учитываются следующие загрязняющие вещества - аэрозоли, CO2, CO, NOx, SO2, СхНу), использованы данные представленные в [4];
Kj - коэффициент приведения для j-гo загрязняющего вещества,
учитывающий степень опасности этого вещества, ли»
Апроэопл coi 00 Мл S02 С»Иу
Рис. 1. Выбросы вредных веществ при производстве стали
Проведено сравнение полученных результатов с результатами работы Козлова A.B. (2004 г.) и результатами по существующей методике расчета - «Экоиндикатор -95» Нидерландского Университета г. Делфт [6]. Показатели, характеризующие негативное воздействие процессов производства различных конструкционных материалов, полученные по данной методике и «Экоиндикатор -95», приведены соответственно на рис. 2 и рис. 3.
Сравнение показывает, что результаты сопоставимы. Предлагаемая методика определения негативного воздействия на этапах производства и рециклирования материалов обладает следующими основными преимуществами:
- является адаптированной к российским условиям, -позволяет значительно сократить количество коэффициентов, используемых в расчетах,
ВЕСТНИК
МГСУ
4/2008
-при известном денежном эквиваленте, определяющем ущерб от загрязнения окружающей среды различных ингредиентов, можно рассчитать экономическую эффективность полученных результатов;
- позволяет оценивать при проектировании ТС негативное воздействие на различных этапах их жизненного цикла [1] .
Рис. 2. Показатель приведенной массы выбросов при производстве 1 кг
материала
Медь
Алюминий
Пластмасса
Рис. 3. «Экоиндикатор- 95» при производстве 1 кг материала
4/2008_М|ВЕСТНИК
Геоэкологические показатели конструкционных материалов влияют на экологические показатели проектируемых конструкций в жизненном цикле и напрямую связаны с принимаемыми проектными решениями при структурном и параметрическом синтезе и оптимизации, т.к. изменение параметров конструкции ведет к изменению массы отдельных узлов и деталей проектируемой технической системы, а следовательно массы различных материалов .
Использование дополнительных геоэкологических характеристик материалов, как критериев при принятии проектных решений позволит повысить геоэкологическую безопасность технических систем в жизненном цикле и приведет к снижению техногенной нагрузки на окружающую среду.
Литература
1. Графкина М.В. Экологическое проектирование продукции. - М.: МГТУ «МАМИ», 2006. - 224 с.
2. Гридел Т.Е., Алленби Б.Р. Промышленная экология: Учебное пособие для вузов /Пер. с англ. под ред. проф. Э.В. Гирусова. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. -527 с.
3. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник в двух частях. /Перев. с англ., Ред. Колверт С., Инглунд Г.М. 4.2. - М.: Металлургия, 1988. - 712 с.
4. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: Учеб. для вузов /Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высшая школа, 2001. - 273 с.
5. Мазур И.И., Молдованов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. Общий курс: В 2т. Т.1. Теоретические основы инженерной экологии: /Под ред. И.И. Мазура. - М.: Высш.шк., 1996. - 637 с.
6. Download the "Eco-indicator 95 Manual for designers". Search the IDEMAT database - www.io.tudelft.nl/research/dfs/idemat/index.htm.
Noaouy i6aanoaaeaia E&aaeoeiiifii maaoii «Aanoleea I ANQ».
