無機粘結劑系統INOTECTM和傳統冷芯盒粘結劑系統的比較環境生命周期評估

Heinz Deters，Jens Müller

能源和材料效率、可持續生產流程以及環保技術是鑄造行業面臨的戰略性挑戰。減少或避免排放是鑄造技術可持續發展道路上必須完成的任務。

1.整個環境生命周期的所有階段

圖1 整個生命周期所有階段

我們將冷芯盒粘結劑系統與用于制芯生產的無機粘結劑系統INOTECTM進行了比較。環境生命周期評估基于DIN EN ISO 14040:2009和14044:2006進行，揭示了產品和系統在整個生命周期（從原材料生產開始到后續生產以及利用和處理階段）期間對環境產生的潛在影響。整個生命周期所有階段如圖1所示。

由于要檢查各自粘結劑系統的不同添加量，所以有必要選擇一個數學參考值，以便對兩種粘結劑系統進行比較。因此，將100kg砂芯選作這一參考值。

環境生命周期評估需要檢查整個生命期間對環境的潛在影響。在鑄造工藝中，利用階段分成以下步驟：制芯生產、澆注、落砂、舊砂再生。此外，在整個利用階段，也將可能進行的空氣處理納入到了考慮范疇。澆注步驟未納入評估考慮范疇內，這是因為根據鑄造工藝，兩種受檢產品的此步驟相同。因此，此項研究從未聲稱其檢查對象是整個生命周期，而是要確立兩種粘結劑系統之間的差異。

2.環境生命周期評估的影響類別

對所收集數據的潛在環境性能進行了檢查。單一影響分為：

全球增溫潛勢（GWP，100年）；非生物消耗潛勢（ADP）；酸化潛勢(AP)；富營養化潛勢（EP）；光化氧化劑形成潛勢（POCP）；臭氧消耗潛勢（ODP，催化劑）。

除上述6種類別之外，還會考慮一次能源需求(PED)。

全球增溫潛勢描述的是因人類造成大氣變暖而帶來的負面環境影響。輻射勢為全球增溫潛勢指標，以CO2當量進行表示。

非生物資源包括化石燃料、礦產原料、水和空氣及其成分。這些資源的稀缺程度用作評估非生物消耗潛勢的標準。通過關聯消耗量、再生可能性和儲量這三個因素進行確定。物質的非生物消耗潛勢以銻當量進行顯示。

酸性物質排放可導致陸地系統和水生系統的酸化。酸化潛勢以SO2當量進行估算。

富營養化指的是土壤或水體中的養分超額供給。富營養化潛勢以PO43-當量進行估算。

光化氧化劑形成指的是因太陽輻射到特定空氣污染物而形成臭氧等活性化合物。這些活性化合物可能對人體健康和生態系統造成損害。光化氧化劑形成潛勢以乙烯當量進行估算。

平流層臭氧消耗與人為排放造成臭氧層減少有關。這就導致太陽輻射到達地球的強度增強，進而引發對人類、動物、陸地和水生態系統、生物化學循環和各種材料造成重大損害。臭氧消耗潛勢以CFC-11當量進行估算。

3.產生重大影響的空氣處理

評估兩種粘結劑系統各自的影響類別時，兩者之間的差異立即凸顯出來。圖2顯示的是以一次能源需求為例時兩種粘結劑系統之間的差異。在制芯生產、落砂和舊砂再生的生命周期步驟中，INOTECTM系統與冷芯盒系統相比性能略差。例如，在舊砂再生期間，INOTECTM方案耗電量更大，這就導致程度更為嚴重的污染。但是，在空氣處理期間，只在使用冷芯盒替代品時才會產生污染，因為僅此替代品在處理過程中需要消耗電力和天然氣。無機粘結劑不需要進行復雜的空氣處理。由于原材料不可再生，所以電力和天然氣的供給在所有影響類別中非常關鍵。此外，兩種方案均顯示了針對經處理再生砂的數值，差異僅體現在數量略有不同。一次能源需求作為影響類別時，冷芯盒粘結劑系統和INOTECTM粘結劑系統之間的比較如圖2所示。

圖3為各種標準化形式影響類別的結果。針對每種影響類別計算得出的貢獻與各自在德國的年消耗量或年排放量相關。某些環境類別顯然要比其他一些類別更為重要。較為重要的類別指的是一次能源需求和原材料消耗（按重要性排序）。另外，酸化潛勢也很重要。空氣處理在所列影響類別中的作用尤其明顯。整體而言，無機粘結劑更勝一籌。

圖2

圖3

此外，還對一些場景進行了模擬，用以確定各種變化對環境生命周期評估的影響。就前述影響類別而論，上述提及的冷芯盒粘結劑系統空氣處理確實可實現預想中更佳的環境生命周期評估結果。但是，這一過程也會導致苯、苯并芘、苯酚等有毒氣體排放到環境中。如果將人體毒性潛值看作更深一層的環境影響類別，則總體環境生命周期評估結果同樣顯示無機粘結劑系統更有優勢。

整體而言，INOTECTM獲得了Tü關于此環境生命周期評估的最高分，根據DIN EN ISO 14040和DIN EN ISO 14044標準執行關鍵審核后頒發了認證（見圖4）。

圖4