无机粘结剂系统INOTECTM和传统冷芯盒粘结剂系统的比较环境生命周期评估

Heinz Deters，Jens Müller

能源和材料效率、可持续生产流程以及环保技术是铸造行业面临的战略性挑战。减少或避免排放是铸造技术可持续发展道路上必须完成的任务。

1.整个环境生命周期的所有阶段

图1 整个生命周期所有阶段

我们将冷芯盒粘结剂系统与用于制芯生产的无机粘结剂系统INOTECTM进行了比较。环境生命周期评估基于DIN EN ISO 14040:2009和14044:2006进行，揭示了产品和系统在整个生命周期（从原材料生产开始到后续生产以及利用和处理阶段）期间对环境产生的潜在影响。整个生命周期所有阶段如图1所示。

由于要检查各自粘结剂系统的不同添加量，所以有必要选择一个数学参考值，以便对两种粘结剂系统进行比较。因此，将100kg砂芯选作这一参考值。

环境生命周期评估需要检查整个生命期间对环境的潜在影响。在铸造工艺中，利用阶段分成以下步骤：制芯生产、浇注、落砂、旧砂再生。此外，在整个利用阶段，也将可能进行的空气处理纳入到了考虑范畴。浇注步骤未纳入评估考虑范畴内，这是因为根据铸造工艺，两种受检产品的此步骤相同。因此，此项研究从未声称其检查对象是整个生命周期，而是要确立两种粘结剂系统之间的差异。

2.环境生命周期评估的影响类别

对所收集数据的潜在环境性能进行了检查。单一影响分为：

全球增温潜势（GWP，100年）；非生物消耗潜势（ADP）；酸化潜势(AP)；富营养化潜势（EP）；光化氧化剂形成潜势（POCP）；臭氧消耗潜势（ODP，催化剂）。

除上述6种类别之外，还会考虑一次能源需求(PED)。

全球增温潜势描述的是因人类造成大气变暖而带来的负面环境影响。辐射势为全球增温潜势指标，以CO2当量进行表示。

非生物资源包括化石燃料、矿产原料、水和空气及其成分。这些资源的稀缺程度用作评估非生物消耗潜势的标准。通过关联消耗量、再生可能性和储量这三个因素进行确定。物质的非生物消耗潜势以锑当量进行显示。

酸性物质排放可导致陆地系统和水生系统的酸化。酸化潜势以SO2当量进行估算。

富营养化指的是土壤或水体中的养分超额供给。富营养化潜势以PO43-当量进行估算。

光化氧化剂形成指的是因太阳辐射到特定空气污染物而形成臭氧等活性化合物。这些活性化合物可能对人体健康和生态系统造成损害。光化氧化剂形成潜势以乙烯当量进行估算。

平流层臭氧消耗与人为排放造成臭氧层减少有关。这就导致太阳辐射到达地球的强度增强，进而引发对人类、动物、陆地和水生态系统、生物化学循环和各种材料造成重大损害。臭氧消耗潜势以CFC-11当量进行估算。

3.产生重大影响的空气处理

评估两种粘结剂系统各自的影响类别时，两者之间的差异立即凸显出来。图2显示的是以一次能源需求为例时两种粘结剂系统之间的差异。在制芯生产、落砂和旧砂再生的生命周期步骤中，INOTECTM系统与冷芯盒系统相比性能略差。例如，在旧砂再生期间，INOTECTM方案耗电量更大，这就导致程度更为严重的污染。但是，在空气处理期间，只在使用冷芯盒替代品时才会产生污染，因为仅此替代品在处理过程中需要消耗电力和天然气。无机粘结剂不需要进行复杂的空气处理。由于原材料不可再生，所以电力和天然气的供给在所有影响类别中非常关键。此外，两种方案均显示了针对经处理再生砂的数值，差异仅体现在数量略有不同。一次能源需求作为影响类别时，冷芯盒粘结剂系统和INOTECTM粘结剂系统之间的比较如图2所示。

图3为各种标准化形式影响类别的结果。针对每种影响类别计算得出的贡献与各自在德国的年消耗量或年排放量相关。某些环境类别显然要比其他一些类别更为重要。较为重要的类别指的是一次能源需求和原材料消耗（按重要性排序）。另外，酸化潜势也很重要。空气处理在所列影响类别中的作用尤其明显。整体而言，无机粘结剂更胜一筹。

图2

图3

此外，还对一些场景进行了模拟，用以确定各种变化对环境生命周期评估的影响。就前述影响类别而论，上述提及的冷芯盒粘结剂系统空气处理确实可实现预想中更佳的环境生命周期评估结果。但是，这一过程也会导致苯、苯并芘、苯酚等有毒气体排放到环境中。如果将人体毒性潜值看作更深一层的环境影响类别，则总体环境生命周期评估结果同样显示无机粘结剂系统更有优势。

整体而言，INOTECTM获得了TÜ关于此环境生命周期评估的最高分，根据DIN EN ISO 14040和DIN EN ISO 14044标准执行关键审核后颁发了认证（见图4）。

图4