书城科普读物新编科技大博览(A卷)——日益重要的环境科学
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第28章 绿色革命(8)

污染以多种形式出现,其中大气污染、水污染和有毒化学品污染危害尤为突出,这些都与化学直接有关,是不是彻底放弃化学,不用炸药、化肥、尼龙、汽油、合成药物等,而回到农业社会的田园生活呢?那是绝对不可行的想法!因为在那种社会里只有少数人能有美好的田园生活,而更多的人面临的是为生存所进行的残酷劳作。另外,我们的星球也已经没有提供给如此巨大的人群足够的天然食物、衣物、能源等的土地。没有哪一门科学技术像化学一样将科学的善恶“双刃剑”体现得如此清晰、广泛。

在经历了几十年的末端控制污染之后,人们重新审视走过的环境保护历程,终于认识到先污染后治理的道路是一条弯路,我们已为之付出沉重的代价。末端治理不能消除污染源,由于它关心的是排放口,尽管暂时取得明显效果,但实际上加速了能源和资源的消耗。例如,污染水处理虽然是控制水污染的一项措施,但水处理本身需要消耗能源,而能源的生产过程又产生了污染物,从这种意义上来说,污水处理也是一个产污过程。于是1989年人们提出了污染预防和清洁生产的新观念,清洁生产改变了过去被动的、滞后的污染控制手段,强调在污染产生之前就予以削减,即从污染的源头起就减少甚至避免污染物的产生。这就使化学家面临新的挑战,即要去发展对人类健康和环境危害较少的化学。绿色化学就是一门从化学反应入手,从根本上消除污染的化学。

绿色化学又称环境无害化学,在其基础上发展的技术称环境友好技术或洁净技术。它的主要内容是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用,从而从化学反应和化工过程的源头起就不再产生污染,以及设计和生产对环境友好的新分子和新材料。绿色化学的着眼点在于使废物不再产生,不再有废物处理的问题,它是从源头上阻止污染的化学。

绿色建筑

建筑是“人类按照自然形象创造自己天地的第一个表现形式”

建筑的成果即建筑物。在现代社会中,建筑物是人们生活、学习、工作和交际的主要空间,也是物质流、能源流、信息流、技术流发生的主要场所。因而建筑物反映了人和社会环境、自然环境的关系。

为了使这些关系融洽和谐,进而促进人类文明和提升环境效益,有必要发展绿色建筑。

绿色建筑是指建筑设计、建造、使用中充分考虑环境保护的要求,把建筑物与种植业、养殖业、能源、环保、美学、高新技术等紧密地结合起来,在有效满足各种使用功能的同时,能够有益于使用者身心健康,并创造符合环境保护要求的工作、生活空间的结构。

绿色建筑的原则包括以下几个方面:

①资源经济和较低费用原则。

②全寿命设计原则。

③居室人性设计原则。

④灵活性原则。

⑤传统特色与现代技术相统一的原则。

⑥建筑理论与环境科学相融合的原则。

绿色建筑的指导思想是设计体现可持续发展的要求,即可持续发展原则在建筑设计中的反映。

例如,设计中强调能源使用的集约化,运用建筑热工原理使用能源,利用高技术创造低能耗的环境;结合气候设计,充分考虑建筑如何有利于通风,而不是滥用空调;强调节约资源,减少各种资源和材料的消耗,如所谓的3R原则:减少使用(Reduce)、重复使用(Reuse)和循环使用(Recycle);发展各种生态建筑和生态城市的思想,强调设计与生态相结合,尽量减少对自然界和环境的不良影响等;这些思想逐步深入推动了设计方法的发展,丰富和发展了传统的设计理论和设计实践。

绿色建材

随着环境污染的日益恶化和居住环境质量的降低,人们对生活中涉及到自身健康的环节给予了特别的重视。自20世纪60、70年代人们发现了“有病建筑综含症”以来,人们开始关注身边的建筑材料及其对健康的影响,并渴望出现一种不影响人类和居住安全的绿色建材。

人们对绿色建材的要求也越来越严格,并迫切需要有一套科学的指标体系来评估一种绿色建材的合格程度,这促使不少发达国家先后制定了有关各类绿色建材的评估体系和标准,从而使绿色建材呈现出良好的发展势头。

国际学术界1992年定义绿色建材为“在原料采用、产品制造,使用或者再循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和有利于人类健康的建筑材料”。

绿色建材的涵义相当宽,目前还没有一个确切的定义,但总的来说是指资源、能源消耗少,并且有利于健康,可提高人类生活质量且与环境相协调的建筑材料。绿色建材亦称为生态建材、环境调和材料、健康建材等。

狭义地讲,它指那些无毒无害、无污染、不影响人和环境安全的建筑材料。而广义的定义则指采用清洁生产技术、少用天然资源和能源、大量使用工业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、有利于人体健康的建筑材料,即要求绿色建材不仅在使用过程中达到健康要求,生产、再利用和废弃后的处理过程中都必须满足环保要求和“绿色”标准,从而与其他建材明显区别开来。

对于绿色建材的定义,是关系到能否顺利实施绿色建材环境评价体系的关键。没有确切的绿色建材的定义,不制订出切实可行的绿色建材标准,将不利于建筑材料尤其是装修材料的正常发展。对于绿色建材是否要考虑到其生产和施工过程中对环境和人类造成的影响,这涉及到清洁生产、生命周期评价等内容。

如果要将建材从生产、施工到消费者使用以及废弃后处理全过程对环境和人的影响都考虑进去,其评价将是一个庞大的生命周期评价体系。在目前绿色建材发展的初期阶段,这一评价实施起来是相当困难的。

绿色建材的特点和类型

绿色建材与传统建材比较具有如下的特征:采用低能耗制造工艺和不污染环境的生产技术;在产品配制或生产过程中,不使用甲醛、卤化物溶剂或芳香族碳氢化合物;产品中不含汞及其化合物,不使用铅、铬、镉及其化合物的颜料和添加剂;产品设计以改善生活环境,提高生活质量为宗旨,不仅不损害人体健康,还应对人体健康有益。产品应具备多方面的功能,如抗菌、灭菌、防霉、防火、阻燃、除臭、消声、防辐射、消磁等;产品可循环或回收再利用,没有污染环境的废弃物,对环境的负荷尽量小。

根据绿色建材自身的主要特点,绿色建材可大致分为:节能型、利废环保型、安全舒适型、保健型、特殊环境型等几种类型。

根据美国国家环保局和消费产品委员会联合出版的《室内空气质量指南》手册介绍,大多数人有90%的时间都在室内度过,老人和儿童在室内度过的时间还要长。

据美国的一项调查显示,室内空气中可以检测出500多种挥发性有机物,室内有害气体高出室外数十倍。加拿大的一项调查显示,68%的疾病源于室内污染。所以减少室内空气污染要比防止室外污染更重要。室内空气污染已成为许多国家极为关注的环境问题之,对室内空气质量的研究已成为环境科学领域内的一个新的重要组成部分。

研究表明,室内空气污染的两大重要因素为通风和建筑材料。建筑材料从原材料的开采、选择,到产品的制备、使用以及回收利用的各个环节都与人类的健康息息相关。建筑材料造成的污染现象非常普遍,有的已造成严重的中毒事件。

因此,人们对建筑材料及产品的性能和指标开始提出更高的要求,希望使用对人体无害,甚至有益的绿色建材。

20世纪80年代以来,欧美国家开始注意室内建筑材料的污染,1987年以来曾在瑞典召开了两次“健康材料学术研讨会”。由美国国家公园出版社出版的《可持续发展设计指导原则》中列出了可持续的建筑设计细则,其中提出:树立建筑村料蕴能量和循环使用的意识,在最大范围内使用可再生的地方性建筑材料避免使用高蕴能量、破坏环境、产生废物以及带有放射性的建筑材料,争取重新利用旧的建筑材料及构件;完善建筑空间使用的灵活性,以便减小建筑体积,将建设所需的资源降至最少;减少建造过程中对环境的损害,避免破坏环境、浪费资源。

国际建协在芝加哥举行了主题为“为了可持续未来的设计”的会议,采纳了这些设计原则。著名的盖娅住区宪章中的设计原则提出:“使用无毒、无污染、可持续和可再生的绿色建材及产品具有较低的蕴藏能量,较少产生环境和社会损耗,有助循环利用”。

本是增白剂也可净空气

建筑物、公路和人行道对空气污染产生了兴趣。日本和香港的研究人员正在试验涂有二氧化钛——白漆和牙膏的原料——的建筑材料,观察它们对付污染的能力如何。

更多以增白颜料为人们所知的二氧化钛能清洁空气,因为它是一种有效的光催化剂,能利用紫外光,加速水蒸汽的分解。这一反应的结果是羟基。羟基与无机化合物和有机化合物都能发生反应,把它们转化为分子,然后在下雨时冲走,没有任何危害。不过,在人行道上涂牙膏不会有效果,因为在此类用途中的二氧化钛晶体太大(宽度大约为20—250纳米)。对付污染的二氧化钛晶体宽度约为7纳米,从而为光催化作用提供更多表面积。

在20世纪70年代初,东京大学的研究人员就记述了二氧化钛的光催化能力。此后,科学家利用该化合物杀灭医院表面的细菌和处理污水。对付街道上的氧化氮是最新用途。在香港,涂有二氧化钛的混凝土板能去除多达90%的氧化氮。在多数情况下,氧化氮是由旧车和柴油卡车喷出的,是造成烟雾、酸雨和其他环境问题的一个因素。香港中文大学化学家于蔡微(音)说,在对付污染物方面,二氧化钛涂层能在几分钟内实现自然环境要几个月才能实现的效果。他还说,因为二氧化钛是一种催化剂,因此永远有效。

自洁玻璃

清洗玻璃是日常生活中一件麻烦事,尤其令生活在高楼大厦中的人犯愁。日前,美国两大玻璃制造商皮尔金顿和PPG公司分别宣布,他们利用纳米技术研制成功了新型的“自洁玻璃”,解决了这个令千家万户挠头的问题。新型玻璃会自动“洗脸”、“美容”,保持清洁。

PPG公司玻璃技术研究中心主任卡罗琳·哈里斯介绍说,这种玻璃的神奇之处全在于它穿上了40纳米厚的二氧化钛“外套”,相当于头发丝粗细的1/1500。自洁玻璃上的纳米膜与太阳光线中的紫外线反应,会产生双重作用:其一是催化作用,即可以使可见光中的远紫外线分解落在玻璃上的有机物,使有机污物化为乌有;其二它能使玻璃表面变成亲水性的,能把雨点或雾气变成一个薄层而使玻璃表面湿润,并洗掉玻璃表面的脏物。通常,这个涂层被光照“充电”5日后,夜间也能工作。

在自洁玻璃的同时,这种纳米涂层还能不断分解甲醛、苯、氨气等有害气体,杀灭室内空气中的各种细菌和病毒,有效地净化空气,减少污染。不过生产商承认,如果消费者所住的地区灰尘和油污极重,这种玻璃的效果可能不尽如人意。但对除去普通灰尘,纳米自净玻璃得心应手。鉴于其巨大的市场需求,目前美国、爱尔兰、英国等国家已经开始批量生产这种新产品。

无铅焊锡

焊锡是焊接家电产品和半导体基板的必需品。现在,焊锡的主要成分是锡和铅,但是由于铅会对人体和环境造成不良影响,因此家电厂家开始减少铅的使用量。

欧洲提出,从2006年1月开始,完全禁止在家电产品中使用铅,日本和美国也在加速开发无铅焊锡。

在一般的焊锡中,锡占63%,铅占37%,可用来代替铅的原料有银、铜、铋、铟、锗、镍等,不过现在的无铅焊锡以锡、银和铜的合金为主流。

在国内,松下电气产业公司和千住金属工业公司已经联合开发出了一种无铅焊锡,其中银占3%—5%,铜占0.5%—3%,剩余部分为锡,并在2000年1月获得了专利。

焊锡必须具备高强度、高耐疲劳性和高结合性。银的结合性很高,但是熔点也很高,铋的熔点虽然低,但是时间一长又会剥落,两者各有长短。松下和千住金属公司是“在反复进行实验,经历了无数失败后才实现现在的比例的”(千住金属公司董事长长谷川永悦语)。

“无铅焊锡”比传统焊锡要贵一到两倍。除欧洲提出了完全禁止用铅以外,在国内的家电业界,松下和先锋公司已分别提出,将在2003年全面使用“无铅焊锡”。