Sử dụng tài nguyên

• Tài nguyên được sử dụng, tái sử dụng và tái chế; nước uống an toàn — là nước ngọt đã lọc và khử trùng, hoặc nước biển đã khử muối — là yếu tố thiết yếu đầu tiên.
• Đánh giá vòng đời sản phẩm đo lường chi phí môi trường từng giai đoạn; giảm–tái sử dụng–tái chế cắt giảm tác động ở mọi giai đoạn.
• (Hóa) Ngăn ngừa ăn mòn hợp kim, gốm sứ/polymer/vật liệu tổng hợp, và hóa học thỏa hiệp trong quá trình Haber.

Con người sử dụng tài nguyên Trái Đất để làm ấm, chỗ ở, thức ăn và vận chuyển; tài nguyên có hạn (quặng, nhiên liệu hóa thạch) được chế biến để lấy năng lượng và vật liệu; các tài nguyên có thể tái tạo sẽ được bổ sung. Phát triển bền vững đáp ứng nhu cầu hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến các thế hệ tương lai.

Nước uống an toàn — an toàn để uống: hàm lượng muối hòa tan và vi sinh vật thấp — nhưng không phải là nước tinh khiết (chứa các chất hòa tan).

Ở Anh, nước mưa ngọt được xử lý thành nước uống an toàn qua các bước: chọn nguồn → bể lọc → khử trùng (bằng clo, ozone hoặc tia UV). Nơi thiếu nước ngọt, khử muối — chưng cất hoặc thẩm thấu ngược — cần lượng lớn năng lượng.

Xử lý nước thải (nước thải sinh hoạt): lọc lưới và loại bỏ cặn rắn → ** lắng đọng** (bùn thải + nước thải) → phân hủy kỵ khí bùn thải → xử lý sinh học hiếu khí nước thải. Nước uống an toàn dễ thu nhất từ nước ngầm, khó hơn từ nước thải, và tốn năng lượng nhất là từ nước mặn.

(HT) Chiết xuất kim loại thay thế — quặng đồng khan hiếm: sinh khai thác (cây hấp thụ hợp chất kim loại; thu hoạch, thiêu đốt thành tro, chiết xuất) và sinh leaching (vi khuẩn tạo dung dịch leaching chứa hợp chất kim loại) giúp tránh di chuyển khối lượng đá khổng lồ.

Các giai đoạn LCA: khai thác và chế biến nguyên liệu thô; sản xuất và đóng gói; sử dụng và vận hành; thải bỏ — bao gồm vận chuyển ở mỗi giai đoạn. Năng lượng, nước, sử dụng tài nguyên và chất thải là định lượng được; tác động của chất ô nhiễm đòi hỏi nhận định giá trị — do đó LCA không hoàn toàn khách quan, và LCA chọn lọc có thể bị lạm dụng (quảng cáo). So sánh túi購物 nhựa và giấy.

Giảm, tái sử dụng, tái chế: kim loại, thủy tinh, vật liệu xây dựng, gốm sét và hầu hết nhựa đều đến từ nguyên liệu thô hạn chế; tái chế giảm tác động khai thác mỏ/mỏ đá và năng lượng — ví dụ: thủy tinh nghiền và nấu chảy lại; thép phế liệu thêm vào lò cao giảm khai thác quặng sắt. Một số sản phẩm (chai lọ thủy tinh) được tái sử dụng; số khác được tái chế thành sản phẩm khác nhau; nỗ lực phân tách phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cuối cùng.

Ăn mòn — sự phá hủy vật liệu do phản ứng hóa học với môi trường (ví dụ: sắt + oxy + nước → gỉ). Phòng ngừa: bôi mỡ, sơn, phủ lớp bảo vệ (mạ kẽm bằng kẽm, cung cấp bảo vệ hi sinh — nó bị ăn mòn thay thế sắt ngay cả khi bị trầy xước) và hợp kim hóa (thép không gỉ). Nhôm chống ăn mòn nhờ lớp oxide bảo vệ tự hình thành.

Hợp kim: đồng thau (đồng + thiếc), thép đồng thau (đồng + kẽm); vàng trang sức hợp kim với bạc/đồng/kẽm — độ tinh khiết tính theo carat (24 = 100 %; 18 = 75 %). Thép — sắt + carbon (+ kim loại): thép carbon cao mạnh nhưng giòn; thép carbon thấp mềm hơn, dễ gia công; thép không gỉ (Cr, Ni) cứng và chống ăn mòn; hợp kim nhôm mật độ thấp (máy bay).

Gốm sứ, polyme, vật liệu tổng hợp: kính natri-calcium (cát + natri cacbonat + đá vôi), kính borosilicate (cát + trioxit boron — nhiệt nóng chảy cao hơn); gốm sứ từ đất sét (đồ gốm, gạch — tạo hình đất sét ướt, sau đó nung). Polyme phụ thuộc vào monome và điều kiện — poly(etylen) LD và HD đều được sản xuất từ etylen. Polyme nhiệt mềm tan chảy khi gia nhiệt (chuỗi tái chế được); polyme nhiệt cứng không tan (có liên kết chéo). Vật liệu tổng hợp — ma trận/lăng kết bao quanh vật gia cố (sợi/vụn); cần nhớ ví dụ (sợi thủy tinh, bê tông, sợi carbon).

Quy trình Haber: N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ — nitơ lấy từ không khí, hiđro từ khí thiên nhiên (metan + hơi nước) [hoặc điện phân nước]. Điều kiện: xúc tác sắt, ~450 °C, ~200 atm; phản ứng là thuận nghịch — làm lạnh hỗn hợp, amoniac hóa lỏng và tách ra; khí chưa phản ứng N₂/H₂ được tái chế.

(HT) Áp suất cao thuận lợi cho amoniac (ít phân tử khí hơn) nhưng tốn kém và nguy hiểm; nhiệt độ thấp thuận lợi cho phản ứng tỏa nhiệt chiều thuận nhưng tốc độ chậm — vì vậy các điều kiện chọn lựa là một sự thỏa hiệp giữa tốc độ, năng suất và chi phí. Áp dụng nguyên lý Le Chatelier cho từng thay đổi điều kiện.

Phân bón NPK — hỗn hợp các hợp chất của nitơ, phốt pho và kali dùng cho cây trồng: amoniac → axit nitric (Ostwald); amoniac + axit nitric → amonium nitrat; kali clorua/kali sunfat khai thác từ mỏ; quặng phốtphat xử lý bằng axit để sản xuất superphosphate. Đánh giá quá trình sản xuất công nghiệp phân bón dựa trên dữ liệu (nguyên liệu, chi phí năng lượng, % năng suất — ví dụ: so sánh đường dẫn phòng thí nghiệm và công nghiệp sản xuất amoni sunfat).

• Nước uống vs nước tinh khiết; quy trình xử lý tại Anh; khử mặn và chi phí; các bước xử lý nước thải theo thứ tự.
• (HT) mô tả toàn bộ quá trình khai thác thực vật và sinh hòa tan.
• LCA bốn giai đoạn kèm lưu ý về tính khách quan; các ví dụ giảm - tái sử dụng - tái chế cùng lý do.
• (Chem) ngăn ngừa ăn mòn bao gồm kẽm hi sinh; tên gọi hợp kim với thành phần cụ thể; phân biệt nhiệt mềm và nhiệt cứng; ma trận + vật gia cố.
• (Chem/HT) điều kiện quy trình Haber được giải thích thông qua sự thỏa hiệp trong cân bằng; các hợp chất NPK và nguồn gốc của chúng.