stringtranslate.com

Экологичное проектирование

Экологическая инженерия подходит к проектированию продуктов и процессов, применяя финансово и технологически осуществимые принципы для достижения одной или нескольких из следующих целей: (1) уменьшение количества загрязнения , которое возникает при строительстве или эксплуатации объекта, (2) минимизация воздействия потенциальных опасностей на население (включая снижение токсичности ), (3) улучшение использования материи и энергии на протяжении всего жизненного цикла продукта и процессов и (4) поддержание экономической эффективности и жизнеспособности. [1] Экологическая инженерия может быть всеобъемлющей основой для всех дисциплин проектирования.

История

Концепция зеленой инженерии зародилась в период с 1966 по 1970 год во время Организации экономического сотрудничества и развития под названием: «Десять экологических заповедей для граждан Земли». [2] Идея была выражена визуально в виде следующего цикла, начинающегося с первой заповеди и заканчивающегося десятой:

  1. Уважайте законы природы
  2. Учитесь у мудрости природы, как ответственные граждане Земли
  3. Не уменьшайте множественное богатство, обилие живых видов
  4. Не загрязняйте
  5. Каждый день нести ответственность за наши дети и детей наших детей.
  6. Соблюдайте принцип бережного отношения к природе/устойчивости во всех видах экономической деятельности!
  7. Действуйте так, как говорите!
  8. Предпочитают небольшие умные и интеллектуальные решения проблем, включающие факторы рационального и эмоционального интеллекта.
  9. Информация об экологическом ущербе принадлежит человечеству, а не (только) привилегированному крупному бизнесу.
  10. Внимательно прислушивайтесь к тому, что говорит вам ваше собственное тело о влиянии вашей личной социальной и природной среды на ваше благополучие [2]

Затем эта идея была представлена ​​Петером Менке-Глюкертом на образовательной, научной и культурной конференции ООН в Париже в 1968 году. Эти принципы схожи с принципами зеленой инженерии в том, что каждый человек несет внутреннюю ответственность за поддержание этих ценностей. Доктор Плотка-Васылка считает, что Десять экологических заповедей для граждан Земли повлияли на Принципы зеленой инженерии, которые, как говорят, подразумевают, что все инженеры обязаны поддерживать устойчивые ценности и практики при создании новых процессов.

Зелёная инженерия является частью более масштабного движения за устойчивые методы создания таких продуктов, как химические соединения. Это движение более широко известно как зелёная химия и возглавляется с 1991 года Полом Анастасом и Джоном К. Уорнером . Зелёная химия, будучи старше зелёной инженерии, является более исследованной областью исследований и началась в 1991 году с создания 12 принципов зелёной химии.

12 принципов зеленой инженерии

19 мая 2003 года Пол Анастас вместе со своей будущей женой Джули Циммерман создали 12 принципов зеленой инженерии. Это расширило 12 принципов зеленой химии, включив в них не только руководящие принципы того, каким должен быть экологически безопасный химикат в теории, но и какие шаги следует предпринять для создания экологически безопасной альтернативы химикату. [3] Экологически осознанная мысль может быть применена к инженерным дисциплинам, таким как гражданская инженерия и инженерия- механика , при рассмотрении практик с негативным воздействием на окружающую среду, таких как гидратация бетона . Эти принципы по-прежнему были сосредоточены вокруг химических процессов, и примерно половина из них относилась к инженерам. [4] Существует много способов, которыми взаимодействуют как 12 принципов зеленой химии, так и 12 принципов зеленой инженерии, которые Це-Лун Чен и др. называют «перекрестными связями». Каждый принцип зеленой инженерии имеет одну или несколько соответствующих «перекрестных связей» с принципами зеленой химии. Например, принцип 1 зеленой инженерии — «Врожденный, а не случайный», который имеет перекрестные связи с принципами 1, 3 и 8 зеленой химии. [5]

9 принципов зеленой инженерии

19 мая 2003 года во время конференции на курорте Сандестин во Флориде группа, состоящая из примерно 65 химиков, инженеров и правительственных чиновников, собралась, чтобы создать узкий набор зеленых принципов, касающихся инженеров и инженерии. После 4 дней дебатов и предложений была создана Декларация Сандестин. [6] Эта декларация установила 9 принципов зеленой инженерии, которые сузили фокус до процессов, которым могут следовать инженеры, с акцентом на проектирование процессов и продуктов с учетом будущего. Полученные 9 принципов были позже поддержаны и признаны Агентством по охране окружающей среды США , Национальным научным фондом , Министерством энергетики (Лос-Аламосская национальная лаборатория) и Институтом зеленой химии ACS® . [6]

Устойчивое проектирование

« Устойчивая инженерия » и «зеленая инженерия» — термины, которые часто используются взаимозаменяемо. Главное различие между ними заключается в том, что зеленая инженерия «оптимизирована для минимизации негативных воздействий без истощения ресурсов, доступных в природной среде», а устойчивая инженерия «в большей степени направлена ​​на построение лучшего будущего для следующих поколений». [7] Идея устойчивого развития переплелась с инженерией и химией в начале 21 века. Одной из часто цитируемых книг, которая донесла идею устойчивого развития до инженеров, стала публикация: «Устойчивая инфраструктура: принципы на практике», написанная Чарльзом Эйнджером и Ричардом Феннером.

Принципы

Экологическая инженерия следует девяти руководящим принципам:

  1. Разрабатывайте процессы и продукты комплексно, используйте системный анализ и интегрируйте инструменты оценки воздействия на окружающую среду.
  2. Сохраняйте и улучшайте природные экосистемы, одновременно защищая здоровье и благополучие людей.
  3. Используйте подход жизненного цикла во всех инженерных работах.
  4. Убедитесь, что все входящие и исходящие материалы и энергия являются максимально безопасными и безвредными.
  5. Минимизировать истощение природных ресурсов.
  6. Предотвращайте отходы.
  7. Разрабатывать и применять инженерные решения, учитывая местную географию, стремления и культуру.
  8. Создавать инженерные решения, выходящие за рамки существующих или доминирующих технологий; совершенствовать, внедрять инновации и изобретать (технологии) для достижения устойчивого развития .
  9. Активно вовлекать сообщества и заинтересованные стороны в разработку инженерных решений. [8] [9]

В 2003 году Американское химическое общество представило новый список из двенадцати принципов:

  1. Врожденные, а не косвенные факторы. Проектировщикам необходимо стремиться к тому, чтобы все материалы, а также потребляемая и потребляемая энергия были по своей природе максимально безопасными.
  2. Профилактика вместо обработки. Лучше предотвращать образование отходов, чем обрабатывать или убирать отходы после их образования.
  3. Проектирование с учетом разделения. Операции по разделению и очистке должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать потребление энергии и материалов.
  4. Максимизация эффективности. Продукты, процессы и системы должны быть спроектированы так, чтобы максимально повысить эффективность использования массы, энергии, пространства и времени.
  5. Вытягивание выходных данных против проталкивания входных данных — продукты, процессы и системы должны «вытягиваться выходными данными», а не «проталкиваться входными данными» посредством использования энергии и материалов.
  6. Сохранение сложности. При принятии решений по переработке, повторному использованию или полезной утилизации встроенную энтропию и сложность следует рассматривать как инвестиции.
  7. Долговечность, а не бессмертие. Целью дизайна должна быть долговечность, а не бессмертие.
  8. Удовлетворяйте потребности, минимизируйте излишества. Проектирование решений, предусматривающих ненужные возможности или возможности (например, «один размер подходит всем»), следует считать недостатком проектирования.
  9. Минимизируйте разнообразие материалов. Разнообразие материалов в многокомпонентных изделиях следует свести к минимуму, чтобы способствовать разборке и сохранению ценности.
  10. Интеграция материальных и энергетических потоков. Проектирование продуктов, процессов и систем должно включать интеграцию и взаимосвязь с доступными потоками энергии и материалов.
  11. Проектирование для коммерческой «загробной жизни» — продукты, процессы и системы должны проектироваться для эксплуатации в коммерческой «загробной жизни».
  12. Возобновляемые, а не истощаемые – Материальные и энергетические ресурсы должны быть возобновляемыми, а не истощаемыми. [10]

Системный подход

Многие инженерные дисциплины занимаются зеленой инженерией. Это включает в себя устойчивое проектирование , анализ жизненного цикла (LCA), предотвращение загрязнения, проектирование для окружающей среды (DfE), проектирование для разборки (DfD) и проектирование для переработки (DfR). Таким образом, зеленая инженерия является подмножеством устойчивой инженерии . [11] Зеленая инженерия включает в себя четыре основных подхода к улучшению процессов и продуктов, чтобы сделать их более эффективными с точки зрения экологии. [12]

  1. Сокращение отходов;
  2. Управление материальными потоками;
  3. Предотвращение загрязнения; и,
  4. Улучшение продукта.

Зеленая инженерия подходит к проектированию с системной точки зрения, которая объединяет многочисленные профессиональные дисциплины. В дополнение ко всем инженерным дисциплинам зеленая инженерия включает планирование землепользования, архитектуру, ландшафтную архитектуру и другие области дизайна, а также социальные науки (например, чтобы определить, как различные группы людей используют продукты и услуги). Зеленые инженеры занимаются пространством, чувством места, рассматривают карту участка как набор потоков через границу и рассматривают комбинации этих систем в более крупных регионах, например, городских районах. Анализ жизненного цикла является важным инструментом зеленой инженерии, который обеспечивает целостное представление о целом продукте, процессе или деятельности, охватывающем сырье, производство, транспортировку, распределение, использование, обслуживание, переработку и окончательную утилизацию. Оценка его жизненного цикла должна дать полную картину продукта. Первым шагом в оценке жизненного цикла является сбор данных о потоке материала через идентифицируемое общество. После того, как количества различных компонентов такого потока известны, оцениваются важные функции и воздействия каждого шага в производстве, изготовлении, использовании и восстановлении/утилизации. В устойчивом проектировании инженеры должны оптимизировать переменные, которые обеспечивают наилучшую производительность во временных рамках. [13]

Системный подход, используемый в зеленой инженерии, похож на стоимостную инженерию (VE). Дэниел А. Валлеро сравнил зеленую инженерию с формой VE, поскольку обе системы требуют, чтобы все элементы и связи в рамках общего проекта рассматривались для повышения его ценности. Каждый компонент и шаг системы должны быть оспорены. Установление общей ценности определяется не только экономической эффективностью проекта, но и другими ценностями, включая факторы окружающей среды и общественного здравоохранения. Таким образом, более широкое понимание VE совместимо и может быть идентичным зеленой инженерии, поскольку VE нацелена на эффективность, а не только на экономичность, т. е. проект разрабатывается для достижения нескольких целей, не принося в жертву какие-либо важные ценности. Эффективность — это инженерный и термодинамический термин, обозначающий отношение входной и выходной энергии и массы в системе. Когда отношение приближается к 100%, система становится более эффективной. Эффективность требует, чтобы эффективность была достигнута для каждого компонента, но также и чтобы интеграция компонентов привела к эффективному, основанному на множественных ценностях проекту. [14] Экологическая инженерия также является типом параллельной инженерии , поскольку задачи должны быть распараллелены для достижения нескольких целей проектирования.

Выполнение

Ионные жидкости

Ионную жидкость можно описать просто как соль в жидком состоянии, проявляющую трибоэлектрические свойства, которые позволяют использовать ее в качестве смазки. Традиционные растворители состоят из масел или синтетических соединений, таких как фторуглероды , которые при попадании в воздух могут действовать как парниковый газ . Ионные жидкости нелетучи и обладают высокой термической стабильностью и, как утверждает Лей, «они представляют собой «более зеленую» альтернативу стандартным растворителям». [15] Ионные жидкости также могут использоваться для улавливания диоксида углерода или в качестве компонента в производстве биоэтанола в процессе газификации. [3]

Керамическая плитка

Производство керамической плитки обычно является энерго- и водоемким процессом. Измельчение керамической плитки похоже на измельчение цемента для бетона, где есть как сухой, так и мокрый процесс измельчения. Мокрое измельчение обычно дает более качественную плитку при более высоких затратах энергии и воды, в то время как сухое измельчение дает материал более низкого качества при более низких затратах. [3]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Агентство по охране окружающей среды США (2014), Экологическая инженерия. http://www.epa.gov/oppt/greenengineering/
  2. ^ аб Плотка-Василка, Юстина; Куровска-Сусдорф, Александра; Саджид, Мухаммед; де ла Гуардиа, Мигель; Наместник, Яцек; Тобишевский, Марек (11 сентября 2018 г.). «Зеленая химия в высшем образовании: современное состояние, проблемы и будущие тенденции». ChemSusChem . 11 (17): 2845–2858. doi : 10.1002/cssc.201801109. ISSN  1864-5631. PMID  29963770. S2CID  49643745.
  3. ^ abc Лосано, Франсиско Х.; Лосано, Родриго; Фрейре, Пауло; Хименес-Гонсалес, Консепсьон; Сакао, Томохико; Ортис, Мария Габриэла; Трианни, Андреа; Карпентер, Анхела; Виверос, Томас (2018-01-20). «Новые перспективы зеленой и устойчивой химии и инжиниринга: подходы с точки зрения устойчивого использования ресурсов и энергии, управления и преобразования». Журнал более чистого производства . 172 : 227–232. doi : 10.1016/j.jclepro.2017.10.145. hdl : 10453/129794 . ISSN  0959-6526.
  4. ^ «12 принципов зеленой инженерии». Американское химическое общество .
  5. ^ Чэнь, Цэ-Лун; Ким, Хёнук; Пань, Шу-Юань; Цэн, По-Чи; Линь, И-Пин; Чианг, Пен-Чи (2020-05-10). «Внедрение принципов зеленой химии в систему экономики замкнутого цикла для достижения целей устойчивого развития: проблемы и перспективы». Science of the Total Environment . 716 : 136998. Bibcode : 2020ScTEn.716m6998C. doi : 10.1016/j.scitotenv.2020.136998. ISSN  0048-9697. PMID  32044483. S2CID  211080215.
  6. ^ ab «Декларация Сандестина: 9 принципов зеленой инженерии». Американское химическое общество .
  7. ^ larsen-engineers (2020-07-24). «Разница между экологичным дизайном и устойчивым дизайном — и почему оба должны быть частью вашего следующего проекта». Larsen Engineers .
  8. ^ Конференция «Зеленая инженерия: определение принципов», Сандестин, Флорида, май 2003 г.
  9. ^ PT Anastas и JB Zimmerman (2003). Проектирование с использованием двенадцати принципов зеленого проектирования. Env. Sci. and Tech., 37, 5, 94A-101A.
  10. ^ Американское химическое общество (2014). 12 принципов зеленой инженерии. http://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry/what-is-green-chemistry/principles/12-principles-of-green-engineering.html.
  11. ^ Кабесас, Эриберто; Маутер, Миган С.; Шоннард, Дэвид; Ю, Фэнци (2018). "ACS Sustainable Chemistry & Engineering Virtual Special Issue on Systems Analysis, Design, and Optimization for Sustainability". ACS Sustainable Chemistry & Engineering . 6 (6): 7199. doi : 10.1021/acssuschemeng.8b02227 .
  12. ^ Д. Валлеро и К. Брейзиер (2008), Устойчивое проектирование: наука об устойчивости и зеленом проектировании. John Wiley and Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, ISBN 0470130628 . 
  13. ^ Д. Валлеро и К. Бразье (2008).
  14. ^ Д. Валлеро (2003). Проектирование рисков опасных отходов. Butterworth-Heinemann, Амстердам, Нидерланды и Бостон, Массачусетс, ISBN 0750677422 . 
  15. ^ Лей, Чжиган; Чэнь, Бяохуа; Ку, Юн-Мо; Макфарлейн, Дуглас Р. (2017-05-24). «Введение: Ионные жидкости». Chemical Reviews . 117 (10): 6633–6635. doi : 10.1021/acs.chemrev.7b00246 . ISSN  0009-2665. PMID  28535681.

Внешние ссылки