从产品构思到循环利用或堆放,必须进行有效的分析评价。例如,就产品的整体结构而言,拆卸和装配彼此应相互协调,以便使装配与拆卸过程作为一个整体能够在经济合理的前提下得到保障。以此为前提,首先必须加强各种部件和材料的重复使用。在进行产品构思的概念设计阶段,应在选择产品和产品定型时就设计出可循环利用的产品结构。在绿色设计过程中,设计人员所担负的责任比传统设计更全面、更复杂,对社会所负的责任也越来越大,同时对产品成本所负的责任也大大加强。因此,设计过程对产品经济合理地循环利用起着决定性的作用。
(2)绿色设计是并行闭环设计。传统设计是串行设计过程,其生命周期是指从设计、制造直至废弃的各个阶段,而产品废弃后如何进行处理处置则很少被考虑,因而是一个开环过程;而绿色设计的生命周期除传统生命周期各阶段外,还包括产品废弃后的拆卸回收、处理处置,实现了产品生命周期阶段的闭路循环,而且这些过程在设计时必须被并行考虑,因而,绿色设计是并行闭环设计。
(3)绿色设计有利于保护环境,维护生态系统的平衡和实现可持续发展。设计过程中分析和考虑产品的环境需求是绿色设计区别于传统设计的主要特征之一,因而绿色设计可从源头上减少废弃物的产生。
(4)绿色设计可以防止地球上矿物资源财富的枯竭。由于绿色设计使构成产品的零部件材料可以得到充分有效的利用,在产品的整个生命周期中能耗最小,因而减少了对材料资源及能源的需求,保护了地球的矿物资源,使其可合理持续利用。
(5)绿色设计的结果是减少了垃圾数量及垃圾处理的棘手问题。工业化国家每年要产生大量的垃圾,垃圾处理成为颇为棘手的问题。通常采用的填埋法不仅占用了大量土地,而且还会造成二次污染。发展中国家要处理大量的垃圾,不仅技术上而且经济上都有一定的难度。绿色设计将废弃物的产生消灭在萌芽状态,使废弃物的数量降低到最低限度,大大缓解了垃圾处理的矛盾。
四、绿色设计PK传统设计
传统设计是绿色设计的基础,没有传统设计,绿色设计也就无从谈起。因为,任何产品首先必须具有所要求的功能、质量、寿命和经济性,否则绿色程度再高的产品也是没有实际意义的。绿色设计是对传统设计的补充和完善,传统设计只有在原有设计目标的基础上将环境属性也作为产品的设计目标之一,才能使所设计的产品满足绿色性能要求,才能具有市场竞争力。
绿色设计应遵循的系统化设计程序包括:环境规章评价、环境污染鉴别、环境问题的提出、减少污染、满足用户要求的替代方案、替代方案的技术与商业评估等。绿色设计人员应该考虑这样的问题:制造过程中可能产生的废弃物是什么?有毒成分的可能替代物是什么?报废产品如何处理?设计对产品的回收性有什么影响?零件材料对环境有何影响?用户怎样使用产品等。
绿色设计的目标比传统设计更为广泛。绿色设计的目标有三个:一是产品的环境友好性。产品在制造、使用、回收及处理处置过程中对人体无害,对生态环境无污染,居住环境友好舒适。二是资源能源的高效利用。产品在其生命周期全程中必须做到资源能源的高效利用,尽可能利用再生资源。三是产品的可回收性。在满足产品功能的条件下,尽可能简化产品结构,减少使用材料的种类,提高材料及零部件的可重复利用率、可回收率等,并加强材料的管理,而传统产品设计对环境友好性和回收性能往往缺乏考虑。
绿色设计通常有三个主要阶段:一是跟踪材料流,确定材料输入与输出之间的平衡;二是对特殊产品或产品种类分配环境费用并确定相应的产品价值;三是对设计过程进行系统性研究,而不是将注意力集中在产品本身。从产品的整体质量考虑,设计人员不应只根据物理目标设计产品,而应以产品为用户提供的服务或损害为主要依据。
由此可见,绿色设计与传统设计的根本区别在于,绿色设计要求设计人员在设计构思阶段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保护生态环境与保证产品的性能、质量、寿命、成本的要求列为同等的设计目标,并保证在生产过程中能够顺利实施。
五、早知道再循环设计
减少环境污染和节省自然资源是绿色设计的根本目标,而合理地回收和再生利用无疑有利于这一目标的实现。自从丹麦著名学者阿尔丁首先提出面向再循环设计(Design For Recycling,DFR)的思想以来,世界发达国家都十分强调产品的再循环。再循环包括可回收和再利用,其中可回收是国内外学者研究的重点,所以国内很多研究和从事绿色设计的人士又将其称为可回收设计(DFR)。
从设计到回收的思想已在研究领域和制造业得到深入发展。基于面向再循环的设计思想,使产品设计者能考虑到产品生命的全过程,明显降低产品使用后的处理成本。例如,美、日、德等国已经在汽车、家电行业应用产品再循环与重用的设计思想,并取得了良好的经济效益。如果在产品设计阶段就能同时考虑再循环和再生利用,并对生成优化的拆卸序列系统与零件再循环经济性进行研究,那么就可大大提高废弃产品的再生利用率,减少甚至消除产品废弃过程中直接或间接的污染。因此,在实际的产品设计中,应该充分考虑产品的可再循环性,进行可再循环性设计。
再循环设计的定义
再循环设计是指在产品设计初期充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与回收有关的一系列问题,最终达到零件材料资源、能源的最大利用,并且对环境污染最小的一种设计思想和方法。有学者将再循环设计的主要内容归纳为再循环材料及其标志、再循环工艺与方法、再循环经济评价和再循环结构设计。
基于再循环的设计思想,产品设计师能考虑产品生命周期的全过程,既减少了对环境的影响,又使资源得到充分利用,同时还明显降低了产品成本。
再循环设计的优先顺序
用户不再使用的产品称为退役产品,也称为报废产品,但是称退役产品更能反映这个问题的本质,而且称退役产品能够引入退役产品系统的概念。消费者购买使用后将不再使用该产品而涉及的各种问题的总和称为退役产品系统。
(1)产品寿命延长。延长产品的生命周期,除了传统设计原则外,主要是面向维护的设计DFM(Design for Maintenance),使产品易于维护,特别是易损件的拆卸和维修,也包括产品的重新灌装。例如,针式打印机所用的框带可循环使用10次以上,喷墨盒、碳粉盒可以使用5次以上。
(2)零部件再制造。将回收的产品进行拆卸,把经过检验、机械加工和表面处理等再制造技术的零部件作为维护的配件,或装配在新产品上,而产品质量依然如故。零部件再制造的研究主要是面向再制造的设计(DFR)。能够进行再制造的产品一般满足的条件是:产品是耐用的产品;产品是标准化、规范化的,零件有互换性;零部件剩余的附加值高;获得退役产品的成本低于剩余的附加值;产品技术是稳定的;用户对再制造产品的认同;符合相关的法规等。
(3)材料循环。材料按循环的等级进行处理,常见的机械处理方式由粉碎和分离两部分组成。粉碎是把不同种类的材料分解为小的碎片或粉末,分离是利用各种技术把不同种类的材料区分开来,例如利用磁性分离铁,利用涡流分离铝等。
(4)能量循环。焚烧各种不可再循环的材料用于获取能量。能量回收的基本可行性是材料的热值,一般说来,当热值大于8MJ/kg时,能量循环或热循环具有很大的经济价值。2003年11月20日投产的上海生活垃圾焚烧厂日处理垃圾能力为每天1500吨。每吨垃圾焚烧后可发电200~500度,预计全年可对外供电8000万度左右。
(5)焚烧和填埋。对于没有任何价值的废弃物,由焚烧炉焚烧,这会产生大气排放,另外由于生活垃圾中的有机质含量较高,可用于堆肥,废渣进行安全填埋;一些无污染的废物也可以直接填埋。
六、绿色包装设计的选择
(1)选择和开发绿色包装材料。例如,英国ICI综合化学公司利用名为Alcaligences eutrophus的微生物,用葡萄糖和丙酸发酵生产出名为Biopol的生态聚合物,这种聚合物可以融化、注塑和回收,性能和基于石油的塑料非常相似。而且,这种化合物废弃后可以完全分解为二氧化碳。这种材料在问世之初,由于其价格昂贵,主要应用于医疗器械和高档化妆品的包装。除此之外还应研究现有包装材料中有害成分的控制技术与替代技术,以及自然“贫乏材料”的替代技术。如美国一家公司用资源丰富的稻草和一些有机材料作为运输包装设计中的缓冲材料,取代对环境危害极大的发泡塑料。
(2)尽量使用回收得到的材料进行产品包装。回收重用包装材料,不仅能提高包装材料的利用率,减少生产成本,而且可以在包装材料的形成过程中节省大量的能源和其他的资源消耗,同时减少对环境的污染。例如目前铝制饮料罐在世界上非常流行,在日本,铝制饮料罐的年产量高达三十几万吨,占铝总产量的8%,而将废铝罐再生成铝罐的年生产能力只有约2万吨,只占回收量的1/4~1/3。然而在铝的生产过程中的能量消耗主要是在脱氧阶段,而金属铝的再生只需适当加热熔化,其能量消耗只占原铝(从氧化物提炼的纯铝)生产过程能耗的1/20。另外,金属铝的再生还可以减少对宝贵的不可再生资源铝矾土的开发(回收1吨废铝可节省5吨铝矾土),因此通过加大废铝罐的收集、分类力度,经过一些加工实现铝的重用,将产生巨大的社会效益和经济效益。
(3)尽量选用无毒性材料,减少危险材料的使用。进行包装设计时应该尽量避免采用有毒有害的包装材料。欧美一些发达国家对此已有越来越严格的立法和规定,要求减少和避免使用含铅、铬、镉等对人体健康和生态环境有害的材料;一些国家和组织还限制PVC(聚氯乙烯)等材料的使用,以减少其制造和废弃后对环境造成的危害,尤其是对添加了Phthalate的PVC,因为这种添加剂极易污染所包装的食品,对人体健康有很大损害。
(4)改进产品结构,改善包装。改进产品结构,减小质量,也可改善包装、降低成本并减小对环境的不利影响。如增加产品的结构强度及其抗破坏能力,从而降低对包装材料的要求。DEC公司的研究表明,增加产品的内部结构强度,可减少54%的包装材料需求,并可降低62%的包装费用。
(5)加强包装废弃物的回收处理。加强包装废弃物(包括可直接重用的包装、可修复的包装、可再生的废弃物、可降解的废弃物等)的回收处理。如法国依云公司的矿泉水包装在废弃后,可以沿垂直方向压缩2/3的体积,减少废弃包装在回收箱中所占的空间,便于大量回收、再生。
七、绿色包装设计的特点
传统的包装设计理论和方法是以人为中心,以保护商品为目的,以满足人的需求和解决包装问题为出发点,而无视后继的包装产品的生产和使用过程中的资源和能源消耗以及对环境的影响,特别是忽略包装废弃物对环境的影响。而绿色包装设计就是针对传统设计理论中的不足而提出的一种全新的设计理念。它将保护资源和环境的战略集成到生态学和经济性都能承受的新产品设计中,因此受到普遍的认同,也符合ISO14000环境保护标准体系。绿色包装设计就是在包装产品的生命周期内,着重考虑产品的环境属性,并将其作为设计目标,在满足环境目标要求的同时,保证包装的应有功能。绿色包装设计包含了生态设计、环境设计等新的现代设计理念。绿色包装设计面向商品的整个生命周期,是从设计到产品的使用及包装材料的废弃回收的全过程。从根本上防止环境污染,节约资源和能源,保护环境和人类的健康,实现可持续发展。绿色设计源于传统设计方法,又高于传统设计方法,强调在包装产品的开发阶段按照全生命周期的观点,对包装材料、包装方法及技术、包装工艺及生产过程、产品储存、运输及使用,特别是使用后的包装废弃物进行系统的分析与评价,消除潜在的对环境的负面影响。将“3RID”的原则引入包装产品的开发阶段,提出实现无废弃物设计。但是,现阶段“完全的绿色包装设计”是不可能的,因为绿色包装设计涉及产品生命周期内的每一个环节和阶段,即使设计时考虑得非常全面,但由于新材料、生产工艺及技术、包装设备等的限制,在某些环节或多或少还会存在非绿色的现象,如塑料类包装材料、发泡缓冲类包装材料等还没有绿色的可降解的材料来替代。但通过绿色设计可以将包装产品非绿色现象降低。
绿色包装设计与传统包装设计相比有如下特点:
(1)拓展了包装产品的生命周期。传统包装产品的生命周期是从产品制造到产品使用的过程,而绿色包装设计是将包装产品的生命周期延伸到了产品使用后的回收及利用。拓展了生命周期后,便于我们在设计过程中从全局的总体的角度分析、理解、解决与包装产品有关的环境问题、材料可降解性和再生利用及废弃物的管理问题等,便于包装设计过程的整体优化。
(2)绿色包装设计是并行闭环设计。传统包装设计是串行开环设计过程,而绿色包装设计要求产品生命周期的各个阶段必须并行考虑,并建立有效的反馈机制,即实现各个阶段的闭路循环。
(3)绿色包装设计有利于保护资源,保护环境,维护生态平衡,实现可持续发展。
(4)绿色包装设计可以从源头上减少包装废弃物的产生,特别是减少不可降解的包装材料,消灭白色污染,有利于实现包装废弃物的回收和综合利用。
(5)绿色包装设计可以在包装艺术设计与包装产品设计、环境保护技术与包装产品设计、价值设计与包装产品设计等不同的层次上进行动态设计,确保包装设计的真正绿色和最优。