1.3　材料的可持续性

1.3.1　可持续发展概念的提出

环境意识作为一种现代意识，已引起了人们的普遍关注和国际社会的重视。20世纪下半叶是人类历史发展的黄金时代，随着科技和经济的高速发展，工业化大生产与高科技结合产生巨大的社会和经济效益，使人们在饱尝工业文明带来的甜头后，也不得不吞下生态环境遭到破坏的苦果。现实要求人类从节约资源和能源、保护环境及社会可持续发展的角度出发，重新评价以往研究、开发、生产和使用材料的活动，改变单纯追求高性能、高附加值的材料而忽视生存环境恶化的做法，探索和发展既有良好性能或功能，又对资源和能源消耗较低，并且与环境协调较好的材料及制品。如图1-10所示为材料的“生命周期”示意图，图中虚线表示可能的污染源。

20世纪60～70年代，随着公害问题的加剧和能源危机的出现，人们逐渐认识到把经济、社会和环境割裂开来谋求发展，只能给地球和人类社会带来毁灭性的灾难。源于这种危机感，可持续发展的思想在80年代逐步形成。1983年11月，联合国成立了世界环境与发展委员会（WECD）。1987年，受联合国委托，以挪威前首相布伦特兰夫人为首的WECD的成员们，把经过4年研究和充分论证的报告—《我们共同的未来》提交联合国大会，正式提出了“可持续发展”（sustainable development）的概念和模式。

“可持续发展”一词在国际文件中最早出现于1980年由国际自然保护同盟制定的《世界自然保护大纲》，其概念最初源于生态学，指的是对于资源的一种管理战略。其后被广泛应用于经济学和社会学范畴，加入了一些新的内涵。在《我们共同的未来》报告中，“可持续发展”被定义为“既满足当代人的需求又不危害后代人满足其需求的发展”，是一个涉及经济、社会、文化、技术和自然环境的、综合的、动态的概念。该概念从理论上明确了发展经济同保护环境和资源是相互联系、互为因果的观点。

《我们共同的未来》对当前人类在经济发展和保护环境方面存在的问题进行了全面和系统的评价，对人类发展史进行了深刻的反思。它提出的“可持续发展”理论得到了全世界不同经济水平和不同文化背景国家的普遍认同，并为1992年联合国环境与发展大会通过的《21世纪议程》奠定了理论基础。

可持续发展是建立在社会、经济、人口、资源、环境相互协调和共同发展基础上的一种发展，其宗旨是既能相对满足当代人的需求，又不能对后代人的发展构成危害。

1.3.2　绿色设计

绿色设计也称生态设计、环境设计或环境意识设计，是在设计产品时以产品环境属性为主要设计目标，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，着重考虑产品的可拆性、可回收性、可维护性、可重复利用性等功能目标，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗减少到最小的设计理念。

绿色设计突出了“生态意识”和“以环境保护为本”的设计观念，体现了环境协调性、价值创造性、功能全程性。如图1-11所示为绿色设计产生的过程。

绿色设计的基本原则—6R原则，如下所述。

（1）研究（Research）

重视研究产品的环境对策，着眼于人与自然的生态平衡关系。从设计伦理学和人类社会的长远利益出发，以满足人类社会的可持续发展为最终目标。详尽考察研究新产品生命周期全过程对自然环境和人的影响，即在设计过程的每一个决策中都充分考虑到环境效益，尽量减少对环境的破坏。

（2）保护（Reserve）

最大限度地保护环境，避免污染，尽可能减缓由于人类的消费而给环境增加的生态负荷，减少原材料和自然资源的使用，减轻各种技术、工艺对环境的污染。

（3）减量化（Reduce）

这一原则的目标是减少物质浪费与环境破坏，包括：产品设计中的减小体量、精减结构；生产中的减少消耗；流通中的降低成本与消费中的减少污染。

（4）回收（Recycling）

① 法律法规的制定与实施使人们对资源回收与再利用形成普遍共识；

② 材料供应商与产品销售商联手，建立材料回收的运行机制；

③ 产品结构设计的改革使产品部件与材料的回收运作成为可能。

（5）重复使用（Reuse）

① 将废弃产品的可用零部件用于合适结构中，继续发挥其作用；

② 更换零部件使原产品重新返回使用过程。产品重复使用的频率越高，废弃物产生的速率越低。

（6）再生（Regeneration）

① 通过回收材料并进行资源再生产的新颖设计，使得资源再利用的产品得以进入市场；

② 通过宣传与产品开发，使再生产品为消费者接受与欢迎。

在产品的设计中，应采取“从开始就要想到终结”的绿色设计观念，即设计时就让产品在整个生命周期内不产生环境污染的策略，而不是产品产生污染后再采取措施补救的策略。绿色设计的简略流程如图1-12所示。

如图1-13所示，利用绿色设计的观念设计出的名为Viupax™ 的一种创新鞋类包装，与传统鞋盒相比，纸板的使用量减少了50%，并且在运输过程中占用的体积减小了57%。

1.3.3　师法自然

“天人合一”是中国古代的自然观，师法自然就是向自然学习，人类自文明开始就在努力向自然学习。但人类最希望学会而且尚未学会的是，如何以最少的原材料、消耗最少的能量、在最温和的条件下制造所需的制品，并且制造过程对自然界不产生任何不利的影响。

如图1-14所示，furthermore工作室模拟矿脉形成的类似过程，用陶土与合金制成泡沫复制品REPLICA。

1.3.4　材料设计的经济性考量

在材料生产中必须节省资源、节约能源、回收再生，这是经济性的首要原则。另外，产品的质优价廉是富有竞争性的重要因素，其中材料设计的经济性是关键指标，它包括材料原料的价格和材料成型加工成本及回收处理成本等经济性问题。产品材料的设计在必须满足经济性的条件下，为人们乐于接受并使用。

如图1-15所示，这把雨伞全身均采用可回收材料—聚丙烯制作，不需要任何拆解，就可以100%被回收利用。

1.3.5　低碳设计

低碳设计是指能够达到减少温室气体排放效果的设计。

如图1-16所示，日本东丽工业公司研制出的世界上第一个完全可再生的生物基聚酯纤维。