Эффективность материала

Эффективность материала — это описание или показатель (( M p) (отношение используемого материала к поставляемому материалу)), которое относится к уменьшению количества конкретного материала, необходимого для производства конкретного продукта. [1] Изготовление пригодного к употреблению предмета из более тонкой заготовки, чем предыдущая версия, повышает материалоэффективность производственного процесса. Эффективность использования материалов связана с «зеленым» строительством и энергосбережением , а также с другими способами включения возобновляемых ресурсов в процесс строительства от начала до конца.
Воздействие может включать в себя эффективность использования материалов, включая снижение спроса на энергию, сокращение выбросов парниковых газов и другие воздействия на окружающую среду, такие как землепользование , нехватка воды , загрязнение воздуха , загрязнение воды и утилизация отходов . [2] Растущее население и рост благосостояния могут увеличить спрос на добычу полезных ископаемых, и, следовательно, обработка может удвоиться в следующие 40 лет. [3]
Повышение эффективности использования материалов может снизить влияние потребления материалов. [4] Некоторые формы эффективности использования материалов включают увеличение срока службы существующих продуктов, их более полное использование, повторное использование компонентов во избежание отходов или сокращение количества материала за счет облегченной конструкции продукта. [3]
Производство
[ редактировать ]
Эффективность материалов в производстве означает повышение эффективности использования сырья в производимой продукции, образование меньшего количества отходов на каждый продукт и улучшение управления отходами. [5] Использование строительных материалов, таких как сталь, железобетон и алюминий, приводит к выбросу CO 2 в процессе производства. [6] В 2015 году на производство материалов для строительства зданий пришлось 11% мировых выбросов CO2, связанных с энергетикой . [7] Крупнейшим рынком алюминия является транспортный сектор, меньшие области применения алюминия включают строительство, строительство и упаковку. [8]
Потенциал в производстве может также относиться к улучшению сортировки отходов (например, отделение пластмассы от горючих материалов). Переработка и повторное использование компонентов позволяют провести переработку в процессе совершенствования процесса создания продукта, повышения долговечности материала, разработки технологий и правильной закупки компонентов/материалов. [9]
Эффективность использования материалов может способствовать развитию экономики замкнутого цикла и увеличению прибыли в отрасли. [10] Некоторые компании применили теорию экономики замкнутого цикла для разработки стратегий и бизнес-моделей, позволяющих замкнуть материальные циклы. [11]
Процесс строительства
[ редактировать ]С 1971 года мировой спрос на сталь увеличился в три раза, на цемент — чуть менее чем в семь раз, на первичный алюминий — почти в шесть раз, а на пластмассы — более чем в десять раз. [12] На процесс строительства влияют важные материалы, такие как железо и сталь, алюминий, цемент, химические продукты, а также целлюлоза и бумага. Однако использование более эффективных стратегий производства этих материалов позволит снизить энергопотребление и затраты, не игнорируя сокращение выбросов углерода. [13]
Один из процессов заключается в том, что использование переработанной стали экономит место на свалках, которые в противном случае занимала бы сталь, экономит 75% энергии, необходимой для производства стали в производственном процессе, и спасает деревья от вырубки для строительства конструкций. Переработанная сталь может иметь точные размеры, необходимые для здания, и может быть превращена в «стальные балки и панели по индивидуальному заказу, соответствующие каждому конкретному дизайну». [14]
Стратегии
[ редактировать ]В ходе производственного процесса каждый этап может повысить эффективность использования материалов: от проектирования и изготовления до использования и, наконец, до конца срока службы. [12]
Некоторые стратегии:
- Сокращение: стратегии, которые могут сократить использование материала, обеспечивая тот же эффект. Проектирование, рассчитанное на долговечность, также может привести к созданию упругого материала. [1] Модульная конструкция может повысить эффективность использования материалов за счет повторного использования компонентов и минимизации компонентов, необходимых в производственном процессе. [15]
- Долговечность: продление срока службы продукта за счет модернизации или ремонта. Более интенсивное использование и продление срока службы продуктов или зданий за счет ремонта и модернизации могут снизить потребность в материалах для производства новых продуктов. [1]
- Легкие изделия: сокращение количества материалов, используемых для обслуживания; Вот некоторые примеры: универсальные балки, консервные банки для пищевых продуктов, арматурные стержни и коммерческие здания со стальным каркасом. [1]
- Повторное использование. Основная цель — повторное использование компонентов для восстановления/восстановления. [1] Повторное использование существующих материалов требует даже меньше энергии, чем переработка.
Переработка
[ редактировать ]Переработка может позволить снизить уровень выбросов при использовании новых материалов, таких как сталь, алюминий и другие металлы. [12] Включение переработанных материалов в процесс производства новых товаров является необходимым изменением. Переработка является стандартной для большинства материалов и встречается в каждой стране и экономике. [1] Некоторые материалы, которые можно переработать:

Алюминиевые банки из переработанного материала требуют всего 4% энергии, необходимой для изготовления тех же банок из бокситовой руды . Металлы не разлагаются, поскольку они перерабатываются так же, как пластмассы и бумага, волокна сокращают каждый цикл, поэтому многие металлы являются основными кандидатами на переработку, особенно с учетом их стоимости за тонну по сравнению с другими вторсырьями. [16] Алюминий является очень желательным металлом для переработки, поскольку он сохраняет одни и те же свойства и качество, независимо от того, сколько раз алюминий можно перерабатывать. Ведь после плавления структура не меняется. [8]
- Пластмассы
Примерно 36% всего производимого пластика используется для создания упаковки, 85% которого попадает на свалки. [17] Пластиковые отходы – это смесь разных видов пластмасс. [18] Переработка пластика имеет ряд проблем. Пластик нельзя перерабатывать несколько раз без быстрого ухудшения качества; Общий уровень переработки бутылок в 2020 году составил 27,2% по сравнению с 28,7% в 2019 году. Каждый час в США выбрасывается 2,5 миллиона пластиковых бутылок. В настоящее время в наших океанах находится около 75 и 199 миллионов тонн пластика, не считая микропластика . [17]
- Бумага
Бумага (особенно газета) обеспечивает меньшую экономию энергии, чем другие материалы: переработанные продукты обходятся на 45% и 21% меньше энергии соответственно. Вторичная бумага имеет большой рынок в Китае. Однако еще предстоит проделать работу по облегчению переработки смешанной бумаги вместо газет. [16] Использование этих методов переработки позволит тратить меньше энергии и ресурсов на добычу новых ресурсов для использования в производстве. Несмотря на значительный прогресс в переработке отходов за последние десятилетия, бумажная отрасль вносит существенный вклад в глобальные выбросы парниковых газов. [19] Целлюлозно-бумажная промышленность производит 50% энергии из биомассы, которая по-прежнему требует огромного количества энергии. [8]
Политика
[ редактировать ]Государственная политика помогает обсуждать и обеспечивать рыночные стимулы для более эффективного использования материалов. Препятствия на пути повышения материальной эффективности включают нерешительность в отношении инвестиций, отсутствие доступной и доступной информации, а также экономические препятствия. [20] Однако в некоторых странах для достижения упомянутых целей был создан широкий спектр политических стратегий и инноваций. [20] К ним относятся нормативные акты и руководящие принципы; экономические стимулы; добровольные соглашения и действия; информация, образование и обучение; и финансирование исследований, разработок и демонстраций. [21]
В 2022 году Соединенные Штаты запустили программу «Инновации, эффективность и альтернативы критически важных материалов». Целью проекта будет изучение, разработка, демонстрация и торговля с основной целью создания новых альтернатив важнейшим материалам, содействия эффективному производству и использованию. [22] Кроме того, Министерство энергетики США выпустило новую «Пилотную программу энергоэффективных материалов для некоммерческих организаций», призванную предоставить некоммерческим организациям финансирование для модернизации строительных материалов с целью повышения энергоэффективности , снижения затрат на коммунальные услуги и сокращения выбросов углекислого газа.
См. также
[ редактировать ]- Круговая экономика
- Этика сохранения
- Природоохранное движение
- Экологический дефицит
- Энергосбережение
- Защита окружающей среды
- Возобновляемая энергия
- Устойчивая архитектура
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Уоррелл, Эрнст; Оллвуд, Джулиан; Гутовски, Тимоти (01 ноября 2016 г.). «Роль эффективности использования материалов в охране окружающей среды» . Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов . 41 (1): 575–598. doi : 10.1146/annurev-environ-110615-085737 . ISSN 1543-5938 .
- ^ Оллвуд, Джулиан М.; Эшби, Майкл Ф.; Гутовски, Тимоти Г.; Уоррелл, Эрнст (1 января 2011 г.). «Материальная эффективность: официальный документ» . Ресурсы, сохранение и переработка . 55 (3): 362–381. дои : 10.1016/j.resconrec.2010.11.002 . ISSN 0921-3449 .
- ^ Jump up to: а б Оллвуд, Джулиан М.; Эшби, Майкл Ф.; Гутовски, Тимоти Г.; Уоррелл, Эрнст (13 марта 2013 г.). «Материальная эффективность: предоставление материальных услуг при меньшем материальном производстве» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 371 (1986): 20120496. Бибкод : 2013RSPTA.37120496A . дои : 10.1098/rsta.2012.0496 . ПМЦ 3575569 . ПМИД 23359746 .
- ^ Лифсет, Рид; Экельман, Мэтью (13 марта 2013 г.). «Материальная эффективность в многоматериальном мире» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 371 (1986): 20120002. Бибкод : 2013RSPTA.37120002L . дои : 10.1098/rsta.2012.0002 . ПМИД 23359743 . S2CID 6072153 .
- ^ Шахбази, Саша (2018). Устойчивое производство посредством управления эффективностью материалов (кандидатская диссертация). Университет Мелардален.
- ^ Озташ, Сание Караман (2015). «Устойчивые процессы производства строительных материалов: энергоэффективность» . Прикладная механика и материалы . 789–790: 1145–1149. doi : 10.4028/www.scientific.net/AMM.789-790.1145 . ISSN 1662-7482 . S2CID 112786900 .
- ^ Орр, Джон; Древнюк, Михал П.; Уокер, Ян; Ибелл, Тим; Коппинг, Александр; Эммитт, Стивен (01 января 2019 г.). «Минимизация энергопотребления в строительстве: взгляды практиков на эффективность использования материалов» . Ресурсы, сохранение и переработка . 140 : 125–136. doi : 10.1016/j.resconrec.2018.09.015 . ISSN 0921-3449 . S2CID 115514523 .
- ^ Jump up to: а б с ОЭСР (12 февраля 2015 г.). «Материальная основа мировой экономики» . Материальные ресурсы, производительность и окружающая среда . Исследования ОЭСР по зеленому росту. стр. 61–68. doi : 10.1787/9789264190504-8-en . ISBN 9789264190498 .
- ^ Шахбази, Саша; Викторссон, Магнус; Курдве, Мартин; Йонссон, Кристина; Бьелкемир, Маркус (2016). «Материальная эффективность в производстве: шведские данные о потенциале, барьерах и стратегиях» . Журнал чистого производства . 127 : 438–450. дои : 10.1016/j.jclepro.2016.03.143 . Проверено 31 августа 2021 г.
- ^ Паулюк, Стефан; Херен, Нико (2021). «Материальная эффективность и ее вклад в смягчение последствий изменения климата в Германии: анализ сценария глубокой декарбонизации до 2060 года» . Журнал промышленной экологии . 25 (2): 479–493. дои : 10.1111/jiec.13091 . ISSN 1088-1980 . S2CID 234421904 .
- ^ Брендстрем, Йохан; Эрикссон, Ола (15 марта 2022 г.). «Насколько циклична цепочка создания стоимости? Предлагаем показатель эффективности материалов для оценки бизнес-моделей» . Журнал чистого производства . 342 : 130973. doi : 10.1016/j.jclepro.2022.130973 . ISSN 0959-6526 . S2CID 246909298 .
- ^ Jump up to: а б с «Материальная эффективность при переходе к чистой энергетике – анализ» . МЭА . Проверено 15 декабря 2022 г.
- ^ Хертвич, Эдгар Дж; Али, Салим; Чаччи, Лука; Фишман, Томер; Херен, Нико; Масанет, Эрик; Асгари, Фарназ Ноджаван; Оливетти, Эльза; Паулюк, Стефан; Ту, Цинши; Вольфрам, Пол (16 апреля 2019 г.). «Стратегии повышения эффективности использования материалов для сокращения выбросов парниковых газов, связанных со зданиями, транспортными средствами и электроникой — обзор» . Письма об экологических исследованиях . 14 (4): 043004. Бибкод : 2019ERL....14d3004H . дои : 10.1088/1748-9326/ab0fe3 . ISSN 1748-9326 . S2CID 159348076 .
- ^ Рэйни, Ребекка Фэйрли (8 февраля 2011 г.). «10 современных энергоэффективных строительных материалов» . Как все работает . Проверено 23 октября 2015 г.
- ^ Цзи, Янцзянь; Цзяо, Роджер Дж.; Чен, Лян; Ву, Чуньлун (01 февраля 2013 г.). «Экологичная модульная конструкция для повышения эффективности использования материалов: модель совместной оптимизации лидера и последователя» . Журнал чистого производства . 41 : 187–201. дои : 10.1016/j.jclepro.2012.09.022 . ISSN 0959-6526 .
- ^ Jump up to: а б «Стоимость переработки» . big.stanford.edu . Проверено 15 декабря 2022 г.
- ^ Jump up to: а б «25 лучших фактов и статистики по вторичной переработке отходов на 2022 год» . Всемирный экономический форум . 22 июня 2022 г. Проверено 16 декабря 2022 г.
- ^ Лим, Джонхун; Ан, Ючан; Чо, Хёнтэ; Ким, Чонхван (01 сентября 2022 г.). «Оптимальная стратегия сортировки пластиковых отходов с учетом экономической целесообразности повышения эффективности переработки» . Технологическая безопасность и защита окружающей среды . 165 : 420–430. дои : 10.1016/j.psep.2022.07.022 . ISSN 0957-5820 . S2CID 250475041 .
- ^ Ван Эвейк, Стейн; Стегеманн, Джулия А.; Экинс, Пол (август 2018 г.). «Глобальные потоки бумаги в течение жизненного цикла, показатели переработки и эффективность использования материалов: глобальные потоки бумаги, переработка, эффективность использования материалов» . Журнал промышленной экологии . 22 (4): 686–693. дои : 10.1111/jiec.12613 . S2CID 38565989 .
- ^ Jump up to: а б Седерхольм, Патрик; Тилтон, Джон Э. (01 апреля 2012 г.). «Материальная эффективность: экономическая перспектива» . Ресурсы, сохранение и переработка . 61 : 75–82. doi : 10.1016/j.resconrec.2012.01.003 . ISSN 0921-3449 .
- ^ Уоррелл, Эрнст; Левин, Марк; Прайс, Линн; Мартин, Натан; ван ден Брук, Ричард; Блок, Корнелис (1997). «Потенциалы и политические последствия повышения эффективности использования энергии и материалов» .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ «Важнейшие инновации в материалах, эффективность и альтернативы» . Energy.gov.ru . Проверено 16 декабря 2022 г.