Включение устойчивого развития в химической технологии образования

Это оценочное исследование о типах курсов и материал преподается проливает свет на то, что инженерные профессии считает устойчивости.

Устойчивость является мощным, но абстрактно, понятие. Чаще всего используются определения устойчивости является то, что доклад Комиссии Брундтланд - удовлетворение потребностей нынешнего поколения без ущерба для возможности будущих поколений удовлетворять свои потребности (1). Веб-поиска на определение устойчивости вернет миллионы вариантов этой базовой концепции.

В машиностроении, включающее в устойчивости продуктов, процессов, технологических систем и услуг, как правило, означает в том числе экологических и социальных показателей в оценке проектов. Это может показаться простым в абстрактном, уменьшая эту концепцию типов количественных инструментов дизайна и показатели эффективности, которые могут быть применены в проектирование является непростой задачей. Тем не менее, это проблема, что многие преподаватели инженерных всеобъемлющ. В этой статье описываются некоторые методы, применявшиеся образовательных включения концепции устойчивого развития в инженерное образование, с особым акцентом на химических инженерное образование. Сравнения был проведен Центром по устойчивому Техника (СПП; <a target="_blank" href="http://www.csengin.org" rel="nofollow"> www.csengin.org </ A>), Консорциум Univ. штата Техас в Остине, штат Аризона Изд-во Моск., и Карнеги-Меллона Univ.

Более 1300 академических кафедр и программ отдела головы от 366 инженерного колледжа в США было предложено определить факультета, которые являются активными в деле включения устойчивого развития в их преподавания и научных исследований. Дополнительные лиц были определены в ходе их публикации или участие в образовательных семинарах, связанных с устойчивостью. В результате 327-инженерный факультет были задумывался о своей деятельности, связанных с обеспечением устойчивости образования.

В вопроснике запрашивалась информация о курсах, модулей классов, исследований и других мероприятий. Она не предусматривает ограниченное определение устойчивости, потому что мы хотели узнать об изменчивости в том, что инженерные педагогов считают устойчивости. Полный текст доклада можно найти на сайте СПП, а также другие аспекты результаты будут обсуждаться в будущих публикациях. Здесь мы концентрируем внимание на типы курсов, которые учат, так как это дает окно в гораздо более широкий круг мероприятий, которые проводятся, а с того, что учили под знаменем устойчивости обеспечивает оперативное определение того, что инженерные профессии считает устойчивого техники.

Респонденты описали 155 курсов и представила подробную информацию о примерно 80% (125) из них. Хотя акцент здесь делается на программы по химической инженерии, мы также сообщит некоторые данные о деятельности, проводимой в других инженерных дисциплин, так как химические инженерного часто принимают занятий в других технических отделов. 155 курсов из различных дисциплин:

* Гражданского, архитектуры, и / или окружающей инженерно - 64 курсов

* Механические и авиакосмической промышленности, и / или машиностроении - 32 курсов

* Общего машиностроения и других дисциплин (в том числе электрические и ядерные) - 28 курсов

* Химические, био-и / или материалов инженерно - 18 курсов

* Промышленные, систем и / или устойчивого инженерно - 13 курсов

Курсы предлагаются в самых разнообразных государственных учреждений охватывающих весь спектр инженерных программ в США В общем, больших школах и высших рейтингом школ (в соответствии с "Ю.С. ньюс энд уорлд рипорт", <A HREF = "http://colleges. usnews.rankingsandreviews.com / колледжа / инженерное дело "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> http://colleges.usnews.rankingsandreviews.com/college/engineering </ A>), более вероятно, предлагаем устойчивого инженерно-курсы . Например, более чем одна пятая часть курсов, преподаваемых на PhDgranting учреждений и более половины тех, преподается в школах без докторской программе предлагаются на инженерно-технических школ, что ранг в число 20 в этих двух категорий.

Категории устойчивого обучения

Похоже, что Существуют четыре основных средств учета устойчивого содержания инженерных и концепций в инженерных программах.

Первая заключается в разработке посвященный устойчивому-технических курсов. Они сосредотачиваются на использовании инструментов, предназначенных для решения сложных систем при относительно больших масштабах, например, анализ жизненного цикла, которые от колыбели до могилы характеристики потоков материалов и энергии, связанные с продуктами и процессами. Почти половина (48%) курсов описываются как имеющие устойчивое инженерных качестве доминирующей темы. названия представитель конечно включать: дизайн окружающей среды (Университет Техаса), введение к устойчивому развитию науки (Carnegie Mellon университет), оценка жизненного цикла: Принципы и применения (Пердью университет), промышленной экологии (Рочестерский технологический институт), а также для окружающей среды сознавая, проектирования и производства (Georgia Tech).

Другой подход заключается в интеграции устойчивого инженерных концепций в традиционные программы обучения с целью расширения знаний студентов и навыков. Около одной четверти (23%) курсов, подпадают под эту категорию. названия представитель конечно включать: Транспортные Технологии (Техас Tech), материалы в инженерии Дизайн (Университет Калифорнии, Дэвис), инженерно-экономический (Дрексел университет), а также информационных систем (политехнического института Rensselaer).

Третьего типа, конечно, основное внимание уделяется технологии ожидается большое значение для развития устойчивого технических решений, таких, как улавливание углерода или солнечной энергии. Двадцать один (14%) курсов соответствуют этому описанию. названия представитель конечно включают в себя: Вычислительные аспекты солнечной энергии (Университет штата Невада-Лас-Вегас), а также топливных элементов науке и технике (штат Колорадо горная школа).

Остальные 23 учебных курсов (15%) были описаны как комбинация остальных, или, как междисциплинарные курсы, в сочетании с не-технический отдел. названия представитель конечно включать: поддержание Планета (Университет Техаса), устойчивого будущего "(Мичиган Tech), и нанотехнологии, Биология, этика и общество" (Калифорния Polytechnic State Univ., Сан-Луис-Обиспо).

Большинство курсов являются автономными и выбору, а другие являются частью неофициальной последовательности, а некоторые являются частью организованной несовершеннолетнего или основных требований для получения степени (рис. 1). Например, кафедра гражданской и экологической инженерии университета Карнеги-Меллона Univ. предлагает 4 курса последовательности по устойчивому инженерно-зеленого дизайна. В штате Аризона университет, гражданского программной инженерии была переименована в кафедру гражданского, окружающей среды и устойчивого инженерия, и в Вирджинии, зеленый вариант инженерных предлагается специальностей со всего инженерного колледжа.

Курсы, где устойчивых систем является доминирующей темой наиболее часто (67%) автономных курсов (рис. 1). Тем не менее, почти четверть (23%), либо официальное основных (11%) или несовершеннолетнего (12%) степень требования, а 10% являются частью неформальной, мульти-курс последовательности.

Традиционные классы инженерного где понятия устойчивости, включены в курс дизайна, как правило, либо часть основной программы официального степени (44%) или автономные курсы (41%). Немногим более половины (52%) курсов, которые представляют технический материал в поддержку устойчивого инженерных являются автономными, треть являются большей или меньшей степени требования, а 14% являются частью неформальной, мульти-курс последовательности.

Ни один из перечисленных кросс-или междисциплинарные курсы являются частью неофициальной, последовательность многих, конечно, и более чем две трети из них автономных курсов.

Контингента учащихся на этих курсах варьируется в зависимости от категории. Устойчивому обучения ориентированы в основном на верхний отдел студентов и аспирантов (91%), а почти половина смесь 2. Традиционные программы обучения с интегрированными элементами устойчивого инженерно-преобладают студенты (65%), в основном upperdivision (44%). Устойчивому-технических курсов технологии предлагаются в первую очередь на уровне выпускника (38% выпускников только 57% выпускников и верхнего отдела). Комбинация и междисциплинарных курсов, как представляется, поддаются на всех уровнях, но, как правило, более ограничительный характер в условиях смешения студентов и аспирантов, 39% из этих курсов бакалавриата только и 30% выпускников полностью.

Таким образом, хотя существуют значительные изменчивости, студент инженерно курс, охватывающий устойчивости, скорее всего, будет верхний отдел студентом или аспирантом принимая самостоятельный курс, что не является частью официального последовательности.

Принятие решений, связанных с устойчивостью

Прежде чем обсуждать содержание инженерных курсов по вопросам устойчивости, целесообразно иметь рабочую организационную структуру и единый набор терминов (или лексикон) для описания элементов устойчивого развития, и как эти понятия были включены в дизайн. Рассмотрим, например, проектные решения, связанные с личной мобильности. В большинстве стран Северной Америки, индивидуальной мобильности достигается за счет автомобиля. Этот выбор требует других решений, связанных с землепользованием, топлива инфраструктуры, производственных цепочек поставок и социальных инвестиций в выработках.

Уровнях решения, связанные с обеспечением мобильности проиллюстрированы концептуально на рисунке 2. В таблице 1 приведены оценки и виды показателей, которые могут рассматриваться на каждом уровне; колонны описания различных масштабов (размеров системы), на которой проект должен быть успешным, строки описывают междисциплинарных инструменты, которые необходимы в процессе разработки, и записи в камерах примеры, взятые из дизайна мобильных систем.

Первого решения, в лице внутренний слой рисунке 2, включают прямые выборы, с которыми сталкивается команда дизайн продукта. Включение концепции устойчивого развития в этих решений требует решения экологических и социальных проблем, в дизайне продукции.

Например, при выборе краски типа автомобиля, инженер мог бы выбирать на водной основе или на основе растворителя краски. Это выбор, в свою очередь, может сказаться и здоровья человека и экосистем вокруг завода в результате выбросов в воздух и воду. Для оценки этих последствий, инженер необходимо собирать данные и информацию из этих двух наук о жизни и наук об окружающей среде. Краски Выбор типа могут также иметь экономические последствия, если параметры влияют на доступность. Кроме того, такие вопросы, как реакция потребителей на конечный продукт должны быть рассмотрены.

Таким образом, хорошо продуманные продукт должен принимать экономические и социологические метрик во внимание. Типы инструментов, которые могут быть использованы для решения этих проблем и которые могут быть включены в курс устойчивости инженерно-может оказаться довольно простым, например, списки материалов, вызывающие озабоченность, и более сложных, таких, как полный хозрасчет. Этот уровень проектирования называется анализ ворот до ворот, и иллюстрируется втором столбце таблицы 1.

Следующего решения (представлен второй слой из центра на рисунке 2, и третьей колонке таблицы 1) рассмотреть вопрос поставок последствий и воздействия на окружающую среду продукта в течение своей жизни. Например, автомобиль с электрическим приводом, дадут различные выбросы в процессе ее использования, чем традиционный бензин двигателем. Количество и тип материалы, извлеченные на топливо и батареи также будет меняться. Каждый из них имеет потенциал, чтобы влиять на окружающую среду. Схемы применения отдельными могут варьироваться (социальные показатели) и различные варианты утилизации будет влиять на экономику транспортного средства конца жизни. Образования инструментов решения этой уровень дизайна называют "от колыбели до могилы материалов.

Третий уровень решений и образовательных инструментов сделок с промышленным вопросам инфраструктуры. Например, выбор электрических, углеводородов или биотоплива основе источника энергии для питания автомобильной будет зависеть от поставок энергоносителей инфраструктур, которые имеются. Учебные материалы, решения такого рода систем анализа и решения называются межотраслевых взаимодействий.

Наконец, Есть четко социальные и культурные последствия мобильности. Например, интересной особенностью является то, что мобильность часть времени, и доля дохода расходуется на подвижность относительно постоянной во всем мире (2). В отличие от пройденного расстояния и вида транспорта, значительно различаются между странами мира и резко менялись с течением времени. Понимание того, что режимы транзита могут быть успешно интегрированы в социальную и культурную систему, в различных местах по всему миру, является окончательным уровень успешного проектирования. В таблице 1, этот уровень дизайна называется дополнительных промышленности взаимодействий.

Содержание устойчивого инженерно-курсы

Материалы рассматриваются в инженерных курсов по вопросам устойчивости были распределены на основе рамок в таблице 1. Типичные вопросы, связанные с каждым уровнем принятия решений приведены в таблице 2. Таблица 3 показывает, в какой степени эти курсы предназначены для различных уровнях решений (для всех инженерных дисциплин). Максимальные значения (в пределах 2 процентных пункта) для каждого масштаба подсвечивается зеленым цветом.

Рисунок 3 предлагает более подробно о программе химического машиностроения, доля химической инженерии, которые охватывают тематические области, определенные в таблице 2. На уровне ворот до ворот, почти все устойчивости связанных курсов химических, биологических и / или материалов, инженерных отделов адресу предотвращение загрязнения и выбор материалов, меньшие проценты курсов других инженерных дисциплин "охватывают эти темы. У колыбели до могилы, межотраслевых взаимодействий (промышленные симбиоз), а также уровни extraindustry взаимодействия, курсы, предлагаемые в рамках химического машиностроения характерны курсов в других технических отделов. Переход от внутренней уровней рис 2 к внешнему уровнях, общий охват вопросов, относящихся к устойчивости уменьшается.

Таким образом, курс химического машиностроения включения устойчивости, скорее всего, сильный акцент на минимизации воздействия на окружающую следы химических процессов и продуктов и ресурсов, необходимых для дизайна и жизненным циклом воздействия конструкций. Химическое машиностроение курсы, охватывающие устойчивости реже включать оценку взаимодействия химических инженерных проектах с другими отраслями и общественных структур. Это широко представлены охват устойчивости курсы в других инженерных дисциплин.

На диаграмме 3 смысле масштабов системы рассматриваются в химическую технологию, что адрес устойчивости. В рамках каждой из этих шкал, средства из различных дисциплин могут быть использованы. Таблица 4 описывает некоторые из этих инструментов, а в таблице 5 и Рисунок 4 показывает, насколько интенсивно инструментов, используемых в химической обучения рассматриваются в этой работе. В рамках данной дисциплины, примерно половина курсы содержат ничего из этого материала, когда материал покрыт, как правило, делается для малых или умеренных степени. Темы из других дисциплин, наиболее часто рассматриваются в химическую инженерных токсикологии, в окружающей среде и транспорта, экономических и затрат моделирования.

Выводы

Некоторые тенденции выйти из этого сравнения. Включение устойчивого инженерных концепций в американских программ инженерных становится общепринятой практикой. Курсы, как правило, чтобы подчеркнуть непосредственной экологических и социальных последствий инженерных конструкций и, следовательно, познакомить студентов с понятиями конструкции для различных целей, особенно, когда некоторые из целей, которые трудно превратить в деньги. Кроме того, значительное число курсов изучения как инженерные разработки находятся под влиянием большего жизненного цикла продукта. Это можно рассматривать как возвращение к подходам к системам проектирования и как способ поощрения учащихся задуматься о своих проектах в более широком масштабе.

Эти три черты - многоцелевой дизайна, системных подходов, и рассматривает проекты в различных масштабах, чтобы устойчивое инженерных полезным педагогического подхода к типы проблем, которые все инженеры должны решить в предстоящем столетии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Всемирной комиссии по окружающей среде и развитию "Наше общее будущее", Oxford University Press, Оксфорд, Великобритания (1987).

2. Всемирный совет предпринимателей по устойчивому развитию, "Мобильность 2001 - World мобильности в конце XX века и его устойчивость", доступные на странице <A HREF = "http://www.wbcsd.org" целевых = "_blank" относительной = " NOFOLLOW "> www.wbcsd.org </> (август 2001).

3. Граедел, Т. и Б. Алленби, "Промышленная экология и автомобильные", Prentice Hall, Верховья реки седла, Нью-Джерси (1998).

Дополнительная литература

Аллен, DT, CF Murphy, Б. Алленби, С. Дэвидсон, "Устойчивое Техника: Модель инженерного образования в 21 веке?", Экологически чистых технологий и экологической политике, 8 (2), с. 70-71 (2006 ).

Дэвидсон, CL, и др.. "Добавление устойчивость к Toolbox нер инженером в: Challenge инженерной преподавателей," Экологическая наука и технологии, 41 (14), с. 4847-4850 (2007).

DAVID Т. Аллен

CYNTHIA F. МЕРФИ

Университет Штата Техас в Остине

Браден Р. Алленби

Arizona State Univ.

CLIFF I. DAVIDSON

Карнеги-Меллона Univ.

Дэвид Аллен является Герц профессор химической технологии и директор Центра энергетических и экологических ресурсов на Univ. в Остине (E-почта: <a href="mailto:allen@che.utexas.edu"> allen@che.utexas.edu </ A>). Его исследовательские интересы лежат ility и предотвращения загрязнения. Он также принимал участие в разработке зеленый инженерных учебных материалов для химических инженерных учебных программ, и он разработан совместно с EPA учебника по проектированию химических процессов и продукции. Он получил NSF президентской премии для молодых исследователей, AT

CYNTHIA Фолсом Мерфи научный сотрудник Центра по вопросам энергетики и ресурсов в Evironmental Univ. штата Техас в Остине (E-почта: <a href="mailto:cfmurphy@mail.utexas.edu"> cfmurphy@mail.utexas.edu </ A>). Ее научные интересы лежат в области экологической и экономической оценки новых технологий, в частности, для электроники и энергетических систем. Она была главным исследователем по многочисленным проектам, связанным электроники и охраны окружающей среды, в том числе разработка модулей цикла инвентарь для полупроводниковой промышленности и электронных продуктов вторичной переработки. Ее исследования также включает в себя оценки выбросов в атмосферу от нефтехимической промышленности. Она в настоящее время вице-председатель технического комитета IEEE по электронике и окружающей среде и был сопредседателем NAL панели научного фонда для сравнения экологически чистых acturing в США, Японии и Европе.

Браден Р. Алленби занимает ряд должностей в штате Аризона университет: Линкольн профессор инженерных наук и этики, профессор гражданского и экологического инжиниринга, а также права, а также основатель и директор Центра Земли Инженерия систем и управления (E-почта: < HREF = "mailto: asu.edu brad.allenby @"> @ brad.allenby asu.edu </ A>). Его областях знаний включают устойчивого, машиностроение земли систем и управления, промышленная экология, дизайн для окружающей среды. Ранее он был окружающей среды, здоровья и безопасности президента вице-AT

CLIFF I. DAVIDSON является профессором на факультете гражданской и экологической инженерии и кафедра инженерной и публичной политики университета Карнеги-Меллона Univ. (E-почта: <a href="mailto:cliff@andrew.cmu.edu"> cliff@andrew.cmu.edu </ A>). Его основная область исследований заключается в анализе и моделировании частиц в воздухе, и он служил в качестве esident Американской ассоциации по исследованию аэрозолей в 2000 году. Он принимает участие в образовании и исследованиях в области устойчивого развития, и директор-основатель Центра по устойчивому инженерия. Центр, который начался в 2005 году поддержку из Национального научного фонда США и Агентства охраны окружающей среды, представляет собой партнерство Carnegie Mellon университет, Univ. штата Техас в Остине, а Univ штата Аризона. Дэвидсон получил степень бакалавра в области электротехники в Carnegie Mellon университет, и его MS и доктора в области экологии инженерии Калифорнийского технологического института. Он опубликовал более 100 журнальных статей по частиц в воздухе и устойчивого техники, и является автором и редактором серии книг ..

Признание

Охране окружающей среды США (EPA), через грантовое соглашение X3-83235101 средства для финансирования этой работы. Хотя исследование описано в этой статье, была частично финансируется по охране окружающей среды, она не подвергалась экспертной Агентства и обзор политики и вновь не обязательно отражает точку зрения агентства, а не утверждение следует рассматривать как случайное.