《Sustainable Production and Consumption》：“Avoid” is not enough – An overview of approaches to substance safety in sustainable material selection methods for product development
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本文系统回顾了29种可持续材料选择方法，揭示了现有方法在整合物质安全（Substance Safety）与可持续性方面存在显著不足。研究发现，多数方法仅将物质安全视为可持续性的子集，缺乏对全生命周期暴露风险（Exposure Risk）的评估，且在应对数据不确定性和权衡取舍（Trade-offs）方面支持有限。该综述为开发更完善的“安全与可持续设计（SSbD）”方法提供了关键见解。
引言：循环经济下的材料选择困境
在循环经济（Circular Economy）的宏大叙事中，材料选择是决定产品环境足迹和循环潜力的核心环节。然而，一个关键挑战在于，循环策略（如延长寿命、再制造）可能会无意中导致有害物质（Substances of Concern, SoC）在多个生命周期和连续循环中积累或风险加剧。例如，含有阻燃剂的聚苯乙烯在建筑中可能因延长使用而增加暴露风险，或者含有有毒物质的床垫被回收制成游乐场表面，导致有害物质浸出。
为了应对这一挑战，“安全与可持续设计（Safe and Sustainable by Design, SSbD）”理念应运而生。它旨在将健康、安全以及社会经济方面和可持续性作为早期创新过程的核心价值。然而，在产品开发领域，SSbD仍是一个研究不足的课题。现有的可持续产品开发方法，如生态设计策略轮（Ecodesign Strategy Wheel）或摇篮到摇篮（Cradle-to-Cradle）方法，虽然鼓励避免有害物质，但缺乏在材料选择过程中评估物质安全的具体程序。
研究目的与方法
本研究旨在回答一个核心问题：材料选择方法如何支持解决物质安全与可持续性，同时考虑完整的产品生命周期？为此，研究团队开发了一个新颖的分析框架，对29种可持续材料选择方法进行了系统回顾。该框架整合了方法内容理论（Method Content Theory, MCT）和材料选择程序的标准分类，从九个维度对每种方法进行了深入剖析。
结果：现有方法的支持现状
1. 方法程序与支持范围
分析发现，现有的材料选择方法在支持物质安全方面存在显著的不平衡。大多数方法（如清单、指南、生命周期评估LCA、多标准方法等）主要支持“建立候选集”和“比较候选材料”这两个中间步骤。然而，对于“制定选择标准”这一初始步骤和“选择合适候选材料”这一最终决策步骤，现有方法提供的支持非常有限。这导致关键的权衡取舍（如性能与安全、不同环境指标之间的冲突）往往没有得到解决。
2. 物质安全的动机与思维模式
在29种方法中，只有12种明确阐述了考虑物质安全的动机，通常被解释为“避免毒性”的需要。其余方法则隐含地将物质安全视为环境可持续性的一个方面，而没有进行专门的论证。
更值得注意的是，只有少数方法（8/29）提供了明确的思维模式（Mindset）来指导用户。这些思维模式包括：
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系统性思维（Systemic）： 强调考虑整个价值链的需求，而不仅仅是直接用户。
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迭代思维（Iterative）： 随着设计过程的进展，不断重新评估材料。
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预见性思维（Envisioning）： 在问题出现前进行前瞻性思考。
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权衡平衡思维（Trade-off Balancing）： 帮助驾驭相互冲突的需求。
3. 物质安全指南与评分系统
在指南层面，方法主要针对三个层面提供指导：材料层面（选择或避免特定材料）、产品层面（使产品更安全）和过程层面（使制造过程更安全）。在评分系统方面，方法主要采用两种方式：
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生命周期评估（LCA）： 6种方法将LCA整合到材料选择过程中。这些方法通常使用与人类健康相关的终点指标（如致癌性、呼吸系统影响）或中点指标（如人类毒性潜力）。然而，生态系统健康的中点和终点指标很少被使用。
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非LCA评分系统： 这些方法依赖于结构化评分系统、基于规则的逻辑或专家判断，而不是影响建模。它们通常评估人类健康、环境和监管风险（如RoHS合规性）。
4. 不确定性与物质安全
数据不确定性是材料选择中的一个核心挑战。研究发现，29种方法中只有15种涉及了不确定性。其中，一些方法仅仅承认不确定性的存在，而另一些则提供了具体的应对策略，例如：
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专家咨询： 在数据缺失时寻求专家意见。
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敏感性分析： 评估关键假设变化对结果的影响。
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场景分析： 考虑不同的未来场景。
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简化框架： 在数据有限的情况下使用简化的评估框架。
讨论：现有方法的差距与未来方向
1. 关键差距
基于分析结果，本研究指出了现有方法在支持SSbD材料选择方面的四个关键差距：
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初始和最终步骤支持不足： 方法未能充分支持制定基于生命周期的选择标准和进行最终的安全验证。
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数据整合与透明度不足： 方法严重依赖外部数据源，但缺乏识别数据缺口和整合不同来源数据的工具。
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评估工具整合不足： LCA、图表工具和指南之间缺乏整合，导致评估结果脱离具体情境，或过度依赖预防性原则。
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权衡取舍操作化策略缺失： 方法缺乏在不确定性高或目标冲突时，如何系统性地处理权衡取舍的实用指导。
2. 未来方法发展的理论基石
为了弥补这些差距，未来的SSbD材料选择方法可以建立在两个理论基石之上：
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价值敏感设计（Value Sensitive Design, VSD）： 该方法论有助于反思决策如何影响社会和技术背景下的价值。它可以帮助识别哪些利益相关者的关切被代表，以及哪些关于可接受权衡的假设被嵌入到方法中。
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系统设计（Systemic Design, SD）： 该方法论能够应对产品开发日益增长的复杂性和跨学科性。它鼓励绘制系统内的相互作用图，使权衡取舍和不确定性在材料选择的后期步骤中变得可见，并支持包容性协作。
结论
本综述证实，在现有的可持续材料选择方法中，物质安全通常被视为可持续性的一个子集，而没有提供实际的评估程序。这些方法未能充分整合物质安全与可持续性，也未能充分支持应对不确定性和权衡取舍。研究结果强调了开发新方法的必要性，这些方法应更明确地整合可持续性和物质安全，以生命周期思维为基础，并结合风险信息与环境影响评估，以应对产品开发中的现实挑战。
