「可持续设计理念」课程系列03丨衣：轻轻一喷付出多少代价？
可持续设计理念
Sustainability consciousness
我们的星球是一个巨大的生态系统，由无数相互关联互动的子系统构成，可持续性既在于宏观星球尺度，也在于无数细小短暂的微观层面。
设计属于人类的基本活动，而每一件设计都将对可持续性产生积极或消极的影响。如果设计师能理解人类活动是如何影响环境的，设计就能使人类的命运重获生机。在年轻的设计专业学生中根植可持续意识，是迈向真正的可持续发展的重要一步。
在这样的背景下，同济大学设计创意学院多年前便开设了 “可持续设计理念”(Sustainability consciousness)课程，希望培养具有“可持续理念”的设计师。课程的核心是引导同学们理解人类系统与自然系统之间的互动关联，洞察生活中可持续性的议题：在衣、食、住、行、文、弃等诸多生活场景中，研究人类行为对生态环境的影响；探讨现有的设计实践、潜在的设计策略，可以/可能在哪些环节、怎样的层面上、如何影响到人类系统的衣、食、住、行、文、弃，进而影响到自然系统的大气、水体、土地环境、生物圈等等，领悟设计所能产生的影响。
近年来我院朱小村、姚雪艳、曹静、刘洋、莫娇、童毓舟等多位老师，与校内外专家共同开展了这项课程的教学和指导工作。课程结题作业要求学生们3-6人一组，从日常生活出发挖掘可持续议题，探究“熟视无睹、习以为常、理所当然”的现象背后的深远影响，并通过设计专业技能，将这些分析和思考呈现传达出来，鼓励同学们在探究的基础上提出新颖、创新的想法和概念。
我们选取了自2017年至2021年五年间的共约20个有代表性的学生作业，按照衣、食、住、行、文、弃几个方面的顺序依次向读者呈现，希望与社会各界人士共同交流和探讨“可持续”相关议题的同时，激发和引导公众在日常生活中增强可持续发展意识，践行可持续发展理念。
「可持续设计理念」课程
系列推送03
01 /
选题背景
在炎炎夏日，防晒产品成为人们生活必不可少的产品。近年来，防晒喷雾作为防晒家族的新人销量猛增，成为不少爱美人士的新装备。只要轻轻一喷，就可以在紫外线下保护我们的皮肤，可谁又知道这轻轻的一喷，要对环境造成什么影响呢？
图1 2020年第一季度防晒喷雾销售情况（图片来源：淘数据）
02 /
系统研究
首先我们分析防晒喷雾的组成部分，调研计算出我国防晒喷雾的年产量和人均使用量，并实验计算出单人单次喷雾的最大与最小剂量；然后从全生命周期角度，研究防晒喷雾在生产、运输、使用、废弃阶段对环境的影响。
一、防晒喷雾的组成部分与用量计算
图2 防晒喷雾组成部分及对应妮维雅喷雾克数（作者自绘）
防晒喷雾由3部分组成，喷雾罐（铝合金罐、塑料控制阀门及喷嘴）、喷雾气（丙烷、丁烷）和防晒液（化学防晒剂、辅助药剂如溶剂、成膜剂、抗菌剂等），装填在喷雾罐中的喷雾气和防晒液的体积比例一般是喷雾气:化学防晒剂:辅助药剂 = 5 : 4 : 1，以常见的安耐晒防晒喷雾为例，包含40克铝合金、5克塑料、75克丙烷丁烷、60克化学防晒剂和15克辅助药剂。
图3 防晒喷雾预估销量 我国气雾罐销量人体表面剂量（作者自绘）
根据淘宝平台数据，2020年一季度防晒喷雾销售额为5000万元，以一瓶均价100元计算，今年线上防晒喷雾销量预计为200万瓶。2019年我国喷雾罐总产量已达14亿罐，人均1.01罐。结合喷涂实验和人体表面积新九法推算，我们得出覆盖3%的人体表面需防晒喷雾喷涂约1秒、喷出约1克，单人单次最大喷涂剂量为20克（对应夏季）、最小喷涂剂量为4克（对应冬季）。结合成分比例，一个人夏季使用一次防晒喷雾会向环境中释放10克丙烷丁烷、8克化学防晒剂和2克辅助药剂。（计算方法详见文末注解）
二、防晒喷雾全生命周期对环境的影响
1. 生产阶段
图4 今年防晒喷雾生产资源消耗（作者自绘）
防晒喷雾有4段生产工艺：①铝坯料冲压成喷雾罐；②喷雾罐内外涂漆印刷（防腐漆+底漆+油墨+清漆，至少3次烘干）：③装填喷雾气和防晒液并安装阀门喷嘴；④检测检验。
为生产2020年预计的200万罐防晒喷雾，需消耗80吨铝合金、36.6万度电，相当于4架波音737客机的用铝量（占客机重量的80%）、北京上海高铁往返4次的耗电量。而为生产2019年的14亿喷雾罐，需消耗5.6万吨铝合金、7420万度电，相当于2800架波音客机、京沪高铁往返800多次。
2. 运输阶段
由于喷雾罐需根据装填的喷雾气和防晒液成分进行定制而我国缺少强势本土防晒喷雾品牌，大部分防晒喷雾都进口自日韩和欧美。出于安全考虑，防晒喷雾只使用海运而非空运。单次日韩防晒喷雾海运需100到200吨的燃油，单次欧美防晒喷雾海运需高达4000到6000吨的燃油。
此外，由于除防晒液外还包含喷雾气和喷雾罐，和含等量防晒液的防晒霜相比，运输防晒喷雾需多消耗1到1.5倍的燃油，可见防晒喷雾背后隐形能耗之大。
3.1 使用与废弃阶段（喷雾罐）
在使用防晒喷雾时，喷雾罐对人和环境并不造成直接显著影响，但被废弃后，喷雾罐的影响却颇为显著。
“官方”的废弃与处理方式
图5 上海市对防晒喷雾废弃与处理的规定（作者自绘）
在我国最早开展垃圾分类的上海市，对防晒喷雾的废弃处理有明确规定：“压力罐装容器应排空内容物后，投放至有害垃圾”。我们发现，防晒喷雾进入有害垃圾桶后，按规定应被危废处理企业统一收集、统一处理，处理方式是排空残留内容物后清洗铝制气雾罐并回收铝合金。但真实情况是这样吗？
“大众”的废弃方式
图6实际大众废弃防晒喷雾的方式（作者自绘）
问卷表明，近一半用户把防晒喷雾丢入干垃圾，4成用户丢入有害垃圾，1成用户丢入可回收垃圾。为什么大众的废弃方式与官方方式区别如此之大？
我们分析，压力罐装容器中杀虫剂的“杀虫”字眼、头发摩斯的难闻气味，都易让人联想到“有害”。但防晒喷雾因为可以直接接触皮肤以及“无色”、“透明”、“清爽”的商业宣传，使它的危害程度被弱化，因此一半的防晒喷雾被丢入干垃圾桶。
图7 大众废弃的防晒喷雾的处理方式（作者自绘）
上海市3类垃圾的处理方式分别是，80%的干垃圾被焚烧发电后残渣制成路砖，20%的干垃圾被填埋；有害垃圾被无害化处理后焚烧或回收；可回收垃圾被回收利用。结合前文可得出，大众废弃的防晒喷雾中，4成将被焚烧发电后制成路砖，1成被填埋，假设被丢入有害垃圾的防晒喷雾全部被无害化回收，即最多有一半的防晒喷雾被回收利用。
“4成被焚做砖头，1成被埋隐患多”
图8 被焚烧和填埋的防晒喷雾的影响（作者自绘）
4成防晒喷雾被当做干垃圾焚烧发电，残渣被制成路砖。暂且不论焚烧后的铝合金喷雾罐能否被制成路砖，这对于铝合金来说都是一种低效的使用方式，可以说是金属浪费。
1成防晒喷雾被当做干垃圾直接填埋，如果含有喷雾气和防晒液，其可能会溢入填埋场的渗透液中，进而进入水、土、气系统，造成环境污染。同样填埋也造成了铝合金的直接浪费。
图9 被焚烧和填埋的防晒喷雾造成的铝合金浪费（作者自绘）
结合今年200万罐防晒喷雾的销量，今年被丢入干垃圾后焚烧和填埋而造成没被有效回收利用的铝合金就高达40吨，相当于2架波音737客机的用铝量。而2019年的我国生产的14亿喷雾罐，没被有效回收利用的铝合金相当于1400架波音737客机的用铝量，可换新我国三分之一的民航飞机。
“最多一半被回收，成本风险双双高”
图10 被回收的防晒喷雾的影响（作者自绘）
假设被丢入有害垃圾和可回收垃圾的防晒喷雾都被回收利用，则大众丢弃的防晒喷雾最多会有一半被回收利用。由于铝制喷雾罐的高气密性结构，回收人员需要辅助工具（如钳子、电钻）才可以拆开喷雾罐进行清洗回收，这额外增加了处理的人力成本、降低了处理的效率。
此外，存在喷雾罐中的喷雾气和防晒液未完全排空的可能，这也增加了回收人员面临爆炸的风险。
“被焚被埋被回收，提防爆炸让人忧”
图11 2010年2月上海青浦某收购点的喷雾罐爆炸损失（作者自绘）
无论是被丢入干垃圾焚烧或填埋，还是被丢入有害或可回收垃圾被回收利用，只要喷雾气和防晒液未被排空，防晒喷雾在堆放、运输、筛选等环节都有爆炸风险，这对所有环节的处理人员都是不小的隐患。
2010年2月21日位于上海市青浦区华新镇的某废品收购点的喷雾类金属罐泄漏丁烷，与空气形成混合气体达到爆炸极限，遇明火引发爆炸，事故造成6人死亡、8人受伤，过火面积约1000m2，直接经济损失约608. 13 万元。
3.2 使用与废弃阶段（喷雾气与防晒液）
按下喷头的那一刻，被释放的喷雾气与防晒液便开始了新的旅程。而随着不断迁移，二者对环境与人体的影响也不断增强。
喷雾气进入自然系统及其影响
图12 推进剂进入空气系统及其影响（作者自绘）
作为挥发性有机物，丙烷丁烷组成的喷雾气被喷出后立刻进入空气系统。由于防晒喷雾往往在户外使用，喷雾气易与空气中的氮氧化物在光照下生成臭氧、甲醛，引发灰霾和光化学烟雾。年销量200万罐的防晒喷雾，每年向空气中释放高达100吨的丙烷丁烷，相当于2.5万桶油漆释放的挥发性有机物。
防晒液进入自然系统及其影响
图13 化学防晒剂的迁移路径（作者自绘）
防晒液中的化学防晒剂既有脂溶性的也有水溶性的，因此容易进入自然系统和食物链。被喷出后，部分化学防晒剂会进入空气系统；皮肤上的化学防晒剂会随人的出行流汗进入水、土壤系统；皮肤残留的化学防晒剂会被洗涤进入污水处理厂，而现有污水处理厂的化学防晒剂去除率在90%到60%之间，未被去除的会进入水系统，还有一部分会沉降在污泥中，通过填埋和堆肥进入土壤系统。进入三大自然系统的化学防晒剂会进一步迁移入食物链中，在生物间传递。
图14 自然系统中化学防晒剂的检出地点（作者自绘）
目前已在污水处理厂的入水、出水、污泥（西班牙、瑞士、中国）、河水（西班牙、瑞士、中国、日本、巴西）、湖水（瑞士）、海洋（地中海、南海、太平洋、大西洋）、沉积物（西班牙、法国、中国、日本、巴西）、室内灰尘中，在藻类、鱼类、贝类、鸟类体内、植物根系中，累计检测出18种化学防晒剂，并有5种已达到对水环境生物的中风险和高风险水平。[2][3]
图15 化学防晒剂的生物负面效应（作者自绘）
由于性质相对稳定、难以生物降解，化学防晒剂容易在生物体内富集并发生光化学反应。富集作用影响生物的生殖生育和生长发育，包括精子数量降低、后代存活率降低、雄性动物青春期延迟、雄性动物第二性征弱化、发育畸形等等；在强光照射下发生的光化学反应会增大生物毒性和致死性。[1][4-5]
图16 化学防晒剂回到人体（图片来源：国家邮政局）
化学防晒剂通过生物和饮用水回到人体，已有研究表明在西班牙巴伦西市、巴塞罗那市的自来水中检出7种化学防晒剂。美国2003-2004年的全民健康与营养调查中随机抽样检测，化学防晒剂BP-3检出率高达96.8%，并达到μg/L级。虽然目前检出的人体体内化学防晒剂剂量还未达到中高风险水平，但生物富集作用使其在未来的危害不容小觑。[4]
03 /
设计思考
1. 统一的喷雾罐回收说明标识
现在不正确的防晒喷雾丢弃方式源于人们一开始对防晒喷雾的危害性放松警惕（可直接接触皮肤、无色透明清爽的宣传）。根据我们观察，绝大部分的防晒喷雾上没有任何丢弃说明，所以我们希望可以统一要求在喷雾罐上印刷回收说明标识，明确告知人们喷雾罐需要排空内容物后丢弃至有害垃圾。
图17 明确的气雾罐回收说明表示（作者自绘）
2. 用户可拆解的喷雾罐
即使所有防晒喷雾被丢入有害垃圾，仍无法确保所有防晒喷雾都被排空内容物，无法消除对工作人员的爆炸风险。此外高气密性的气雾罐也增大了拆解的人力成本、降低了回收处理效率。
我们希望设计用户可以自行拆解的新喷雾罐。如下图所示，喷雾罐盖子内装有凸起小金属片并用硅胶包裹。用户在排空内容物后把硅胶取下，盖上盖子，挤压相应位置并旋转一周，金属片就可以把喷雾罐打开。喷嘴与吸管部分丢入干垃圾，金属罐丢入有害垃圾或可回收垃圾。这样既可以提高气雾罐的回收效率、降低人力成本，又可以确保回收处理环节没有爆炸风险。
图18 用户可拆卸的气雾罐（作者自绘）
注解：我们选择了10位经常使用防晒喷雾的用户，要求他们喷涂自己的单前臂至合适程度，并计算平均单前臂喷涂时间，再通过差量法计算出每秒钟内防晒喷雾的喷涂量，即可得出单前臂的喷涂量，最后通过我国新九法的人体各表面积比例，推算人体其他表面积需要的喷涂量。
参考文献 REFERENCE：
[1]李立平,魏东斌李,敏肖,铭阴,俊霞,杜宇国.有机紫外防晒剂内分泌干扰效应研究进展[J].环境化学,2012,31(02):150-156.
[2]高礼,袁涛,王文华.水环境中有机紫外防晒剂的生态风险评价[J].环境与健康杂志,2015,32(04):332-336.
[3]高礼,袁涛,王文华.环境中有机紫外防晒剂残留及其生态毒性研究进展[J].生态毒理学报,2013,8(04):465-472.
[4]陆光华,李晟,宗永臣,黄毅.鲫鱼对水中有机防晒剂的富集及代谢酶响应[J].中国环境科学,2017,37(09):3576-3582.
[5]朱小山,黄静颖,吕小慧,杜永芬,蔡中华.防晒剂的海洋环境行为与生物毒性[J].环境科学,2018,39(06):2991-3002.
点评：“防嗮喷雾组”能在老题中挖掘出包装罐的新视角，对所有学生都将是一种鼓励。数据论证指标以铝材消耗为例，简单而易懂，没有堆砌受众认知度比较低的概念，传播上给予加分。（指导老师：曹静）
2020年秋季本科可持续设计理念课程
教学团队 | 朱小村、姚雪艳、曹静、刘洋、莫娇、龚万彬、周玲玲、郭光普
助教 | 唐小娟、朱梦婵、姚佳艳、顾乃全、周怡
编辑 | 陆文韬
校对 | 朱梦婵
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