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绿色化学的若干衡量指标(二)

来源:时间:2025-04-22 02:53:20

5 環境商值(environmental quotient,绿色量EQ)

環境因子雖然考慮了產品生產全過程中產生的化学廢物量。但是干衡很顯然,不同類型的绿色量廢棄物,在環境中的化学毒性行為也有所不同。綜合衡量一個產品工藝的干衡好壞,必須同時考慮廢物的绿色量排放量和廢物的環境行為本質。環境商值綜合考慮了這兩種因素,化学EQ = E × Q,干衡即環境因子E與廢棄物對環境的绿色量不友好程度Q的乘積。在傳統上,化学化學危險物的干衡定量評價是用“致命劑量50”(LD50)來衡量的。Q值的绿色量大小通常也以LD50為參考。例如,化学無害的干衡氯化鈉或硫酸銨的Q值為1,而重金屬鹽基於其毒性大小,Q值在100–1000之間。如將Q值通過歐元來估算,將衡量廢物的EQ值轉變成價格,再結合原材料和能量消耗的價格因素,可以為工藝的成本分析提供更加精細的測算。

6 過程質量強度(process mass intensity,PMI)

隨著環境因子的普及,化學家們在進行產品和工藝設計時,開始越來越重視廢物的耐久性、可降解性和處理等問題。然而對於商業行為而言,過多地將衡量指標聚焦在廢物的量上並沒有太大的意義。化工生產企業的利潤來源於可以銷售的產品,一項能衡量產率提升及原料成本控製的指標則更加實際。所以,過程質量強度(PMI)開始被眾多的化工企業和製藥企業所接受和采用。

PMI是指產品生產全過程中所有物質的質量總和(單位:公斤)與目標產物質量(單位:公斤)的比值。這裏的物質既包括反應使用的原料、試劑、溶劑和催化劑,也包括反應後處理和純化時所使用的全部化學品。ACS GCI製藥業圓桌會議的成員建議製藥行業將水也計算入消耗的物質之內。因為藥物的生產往往使用高純水,且反應後處理階段會產生大量的水-有機溶劑混合體係,在把水送去汙水處理廠之前,企業還需要額外的過程把水從有機體係中分離出來。當然也有一些企業認為,水非常廉價且對環境汙染較輕,所以不將其計算在廢物之列。為了區別PMI,這一指標用質量強度(mass intensity,MI)來表示。

從上述定義可知,環境因子EF = MI − 1。雖然環境因子與質量強度僅僅差了“1”,而這個數值恰恰代表了企業可銷售的產品,也是其利潤的來源。衡量質量強度MI的方法,可以進一步拓展至生產過程中的其他物質,例如溶劑強度(solvent intensity,SI)和水強度(water intensity,WI)。

7 生命周期評價(life cycle assessment,LCA)

一個產品從原料精煉、預處理、生產、應用、循環到最終被廢棄並處理,整個過程稱為產品的生命周期。對於一條工藝而言,其對環境的影響不僅僅需要考慮排放的廢物,還應納入製造原料、溶劑、助劑等所消耗的能量和物質。除此之外,產品廢棄後在環境中的持久毒性、積累毒性以及其降解物的可能毒性,也需要考慮。因此,生命周期評價是一種對產品“從誕生到墳墓”的全周期評價(圖3),主要針對取自自然界的原料、能源的消耗和向環境排放廢棄物的數量與質量影響。

生命周期評價是一種環境管理技術,它對產品生命周期的各個階段進行跟蹤,並做定量分析與定性評價,從而獲得產品相關信息的總體情況,為產品製造工藝改進提供完整、準確的信息。用於生命周期評價(LCA)的主要指標包括:

1) 產品全生命周期使用的原料(kg);

2) 需要的全部能量(MJ);

3) 全球變暖潛力值(GWP,每公斤CO2當量);

4) 水資源消耗(kg);

5) 原料製造時原油和天然氣的消耗(kg);

6) 酸化潛力值(AP,每公斤SO2當量);

7) 富營養化潛力值(EP,每公斤PO43−當量);

8) 光化學臭氧形成潛力值(POCP,每公斤乙烯當量);

9) 在廢物處理前全部有機碳的使用量(TOC,kg);

10)對人體的毒性(每公斤1,4-二氯苯當量);

11) 環境毒性(每公斤1,4-二氯苯當量);

12) 土地使用(m2/ 年)。

由於完整獲取上述各類數據較為困難,對產品的全生命周期進行精確評價幾乎是一項不可能完成的任務。例如,醫藥行業藥物生產涉及的化學品通常在20個以上,完成評估需要每一個化學品的相關指標數據。如果再將上遊原料的全生命周期考慮進去,則會進一步增加評估的複雜性。所以為了縮短評估周期,盡快確定最為綠色的工藝,許多公司都將導致全球氣候變化的因素作為核心指標。

21世紀早期,葛蘭素史克公司(GSK)發展了一種針對合成化學的精簡生命周期評價工具FLASCTM。該工具基於GSK公司全球供應鏈的碳足跡分析,來最終確定藥品生產時排放到大氣中溫室氣體的量。當缺乏某一特定化學品的數據時,FLASCTM會基於同類物質,再經過統計學方法,給出一個估算的平均值。FLASCTM工具可以幫助那些沒有LCA專門知識的科學家,從實驗室到大規模生產各個階段對合成路線進行評價,目前已被製藥行業普遍采用。

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