Analiza cyklu życia (LCA) odbiornika telewizyjnego

Analiza cyklu życia (LCA) odbiornika telewizyjnego

II Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna „EKOLOGIA W ELEKTRONICE”
Przemysłowy Instytut Elektroniki
Warszawa, 5-6.12.2002
ANALIZA CYKLU ŻYCIA (LCA) ODBIORNIKA
TELEWIZYJNEGO
Krystyna CZAPLICKA1, Małgorzata BOJARSKA-KRAUS2,
Jerzy ŚWIĄDROWSKI3
Główny Instytut Górnictwa
40-166 Katowice, Plac Gwarków 1,
1
tel. 032-2592420, [email protected]
2
tel. 032-2592638, [email protected]
3
tel. 032-2592288, [email protected]
W referacie przedstawiono wyniki analizy wpływu cyklu życia modelowego
odbiornika telewizyjnego na środowisko przeprowadzonej przy pomocy metodyki
ekowskaźnika 99. Analizę zgodnie z zasadami zawartymi w serii norm ISO 14040
przeprowadzono dla kolejnych etapów życia – wytwarzanie, użytkowanie i
utylizacja. Analizę przeprowadzono biorąc pod uwagę zróżnicowanie materiałów
używanych do produkcji odbiornika oraz różnorodne scenariusze eksploatacji i
utylizacji odpadów. Określono, że sposób i parametry eksploatacji mają
największy wpływ na środowisko.
1. ZASADY WYKONANIA ANALIZY CYKLU ŻYCIA
Cykl życia każdego produktu obejmuje cztery kolejno następujące po sobie etapy:
wytwarzanie, dystrybucje, użytkowanie i procesy związane z pozbyciem się odpadów
powstałych po zakończeniu okresu użytkowania. W każdym etapie poszczególne,
charakterystyczne dla niego procesy są przyczyną różnego rodzaju emisji, a każdy rodzaj
emisji w inny specyficzny sposób oddziałuje na środowisko. Oszacowanie
oddziaływania produktu na środowisko w ciągu całego cyklu życia wymaga zbadania
wszystkich wpływów środowiskowych. Do tego wykorzystywana jest analiza cyklu
życia (life cycle assessment - LCA), której zasady określają normy serii ISO 14040.
Normy opisują cztery podstawowe fazy wykonywania LCA:
• definicję celu i zakresu badań,
98
•
analizę inwentarzową czyli identyfikację, kompilację i ocenę ilościową efektów
wejściowych i wyjściowych jakie wywołuje produkt lub jego obsługa,
• analizę wpływów czyli ocenę i interpretacje największych i najważniejszych
wpływów środowiskowych związanych z analizowanym produktem.
• interpretację, ocenę i wdrożenie działań umożliwiających poprawę środowiska
Każda faza analizy LCA wymaga przeprowadzenia wielokierunkowych,
różnorodnych analiz, dokonania wyborów i podejmowania decyzji.
Podstawowymi elementami, które w istotny sposób wpływają na wiarygodność
uzyskanych wyników LCA są:
a) Inwentaryzacja wszystkich procesów występujący podczas cyklu życia produktu.
Procesy zinwentaryzowane w cykl życia analizowanego produktu można przedstawić
za pomocą „drzewa procesów”. System życia produktu, którego graficznym obrazem
jest „drzewo procesów” w krańcowym przypadku jest nieskończony i można
dowolnie rozszerzać jego granice. Dlatego istotne jest zdefiniowanie granic systemu
w oparciu o wstępną ocenę oddziaływań na środowisko tak, aby ujęte zostały
elementy istotne.
Przykładowe „drzewo procesów” dla modelowego telewizora przedstawiono
na rys 1.
b) Zdefiniowanie zakresu czasowego.
Określenie systemu życia produktu, podobnie jak inwentaryzacja czy określenie
wpływów na środowisko odbywa się na podstawie aktualnych danych. Decyzje
podejmowane w oparciu o LCA muszą być jednak ważne w przyszłości obejmującej
okresy projektowania produktu, przygotowania i uruchomienia produkcji,
eksploatacji oraz jego likwidacji. Zwykle cały okres, który winien być uwzględniony
w analizie obejmuje w zależności od produktu 5-30 lat. Dlatego dane wejściowe
muszą być w miarę możliwości oparte o realne przewidywania. Problem czasu
dotyczy również granic zaniku oddziaływań na środowisko. Przykładem może być
udokumentowany wpływ na zdrowie różnego rodzaju substancji kancerogennych,
które powodują zwiększenie ryzyka zachorowania na raka wiele lat po zakończeniu
ekspozycji.
c) Zbieranie danych ilościowych i jakościowych dla każdego procesu objętego
systemem życia produktu.
Obecnie jako podstawowe źródła danych stosuje się:
• istniejące elektroniczne bazy danych (np. Hemming 1995)
• dane literaturowe obejmujące m. in. raporty LCA, prace naukowo-badawcze
• dane niepublikowane uzyskane z laboratoriów i zakładów przemysłowych
• własne pomiary, badania i obliczenia.
Dane pochodzą z różnych źródeł, różnych krajów i instalacji i obarczone są w
różnym stopniu subiektywizmem. Dlatego konieczny jest krytyczna ocena ich
jakości i oszacowanie niepewności. Dla określenia niepewności można stosować np.
klasyczne metody statystyczne, symulacje prawdopodobieństwa (metoda Monte
Carlo), szacunki eksperckie prowadzone różnymi metodami. Innym elementem
jakości danych jest określenie ich czułości, czyli określenie wpływu wielkości
danego parametru na wielkość innego, zależnego.
d) Ustalenie wielkości udziału oddziaływań wychodzących z jednego z procesów w
systemie życia produktu które można przypisać do innego procesu
99
Wielkość ta może mieć podstawowy wpływ na wynik analizy. Przykładem może być
koprodukcja energii elektrycznej i ciepła w elektrociepłowni czy określenie
oddziaływań związanych z ilością węgla zużytego do wytworzenia energii
elektrycznej oraz oddziaływań wynikających z ilości węgla użytego do produkcji
ciepła, stanowiących wejście do innych procesów.
Przedstawione wyżej, elementy wpływające na wiarygodność wyników LCA obok
szeregu innych problemów powodują, że przeprowadzenie analizy jest czasochłonne i
kosztowne. Dlatego obserwuje się ciągłą systematyzację metodologii przeprowadzania
procedury z wykorzystaniem oprogramowania komputerowego. Przykładem są metody
EDIP (6) oraz metoda wykorzystująca ekowskaźnika 99 (1).
TELEWIZOR
WYTWARZANIE
UŻYTKOWANIE
UTYLIZACJA
SZKŁO
WYSYPISKO
ENERGIA
ELEKTRYCZNA
STAL
SPALANIE
MIEDŹ
RECYKLING
PS
PVC
ALUMINIUM
SUROWCE
EMISJA DO
WODY
EMISJA DO
POWIETRZA
EMISJA
NIEMATERIALNA
Rys. 1. Drzewo życia modelowego telewizora
100
ODPADY
2. LCA DLA MODELOWEGO TELEWIZORA
Wykorzystując metodykę analizy cyklu życia zgodną z normami serii ISO 14040
przeprowadzono analizę wpływów środowiskowych związanych z odbiornikiem
telewizyjnym. Ocenę wpływów wykonano z wykorzystaniem ekowskaźnika 99.
2.1.
Faza produkcji
W celu przeprowadzenia analizy przyjęto modelowy skład telewizora (tablica 1).
Tab. 1. Eko-wskaźniki dla składników materiałowy modelowego telewizora
Rodzaj materiału
Ilość w telewizorze[kg]
Ekowskaźnik [Ew]
Szkło
Stal
Miedź
Polistyren PS
Polichlorek winylu PCV
Aluminium
24,55
3,1
0,92
11
2
0,33
1,4
0,27
1,29
3,84
0,59
0,26
Na podstawie analizy danych przedstawionych na rysunku 2 można stwierdzić, że w
przypadku materiałów wykorzystywanych do produkcji telewizora główne efekty
ekologiczne występują w kategorii „zasoby” (5,29 Ew) i są związane z wykorzystaniem
paliw kopalnych (4,47 Ew). W kategorii „zdrowie człowieka” (rys.3) efekt ekologiczny
wynosi 1,86 Ew i jest związany głównie z problemami oddechowymi wywoływanymi
zanieczyszczeniami nieorganicznymi ( 1,33 Ew), natomiast w kategorii „jakość
ekosystemu” (rys.4) obciążenie środowiska wynosi 0,5 Ew i jest związane w większości
ze wzrostem ekotoksyczności (0,32Ew). Całkowity efekt ekologiczny związany z
wytworzeniem materiałów wykorzystywanych do produkcji telewizora wynosi 7,65 Ew.
Analizując przedstawione na rys. 6. efekty ekologiczne dla materiałów składowych
telewizora można zauważyć, że główny udział w oddziaływaniu na środowisko ma
polistyren (3,84). Obniżenie tych wpływów może nastąpić poprzez zmniejszenie ilości
stosowanego materiału, (ekowskaźnik dla 1 kg PS wynosi 0,35) lub zastosowanie innego
materiału o mniejszej wartości ekowskaźnika.
2.2.
Faza użytkowania
W fazie użytkowania obciążenie środowiska związane z telewizorem wynika ze
zużycia energii elektrycznej. W tabeli 2 przeanalizowano trzy scenariusze zużycia
energii w tej fazie cyklu życia.
101
Tab.2. Przykładowe scenariusze zużycia energii przez odbiornik telewizyjny
Scenariusz 1
10 lat
Scenariusz 2
8 lat
Scenariusz 3
10 lat
Czas oglądania
6
godzin/dobę
6
godzin/dobę
6
godzin/dobę
Pobór mocy w czasie oglądania
81 W
81 W
65 W
Okres użytkowania
Czas „stand by”
18 godz/dobę
18 godz/dobę
18 godz/dobę
Pobór mocy „stand by”
3W
3W
2,5 W
Obciążenie środowiska [Ew]
66,8
53,5
53,9
Jak wynika z przedstawiony w tablicy 2 danych standardowy telewizor użytkowany
przez 10 lat powoduje prawie 10 krotnie większe obciążenie środowiska w fazie
użytkowania niż jest ono związane z materiałami użytymi do jego produkcji, dlatego.
Wartości ekowskaźnika obliczone dla trzech przykładowych scenariuszy zużycia energii
w fazie użytkowania (tablica 2) pokazują, że telewizor zużywający 81W energii
elektrycznej podczas 8 1at użytkowania powoduje podobne obciążenie środowiska jak
telewizor zużywający 20% mniej energii podczas użytkowania w ciągu 10 lat.
2.3.
Analiza końca życia telewizora
Niekorzystny wpływ środowiskowy występuje również w ostatniej fazie cyklu życia
telewizora, na etapie utylizacji. Każdy ze standartowych sposobów utylizacji
składowanie na wysypisku, spalanie i recykling powoduje inne obciążenie środowiska.
W tablicy 3 przedstawiono wartości ekowskaźnika obliczone dla trzech przykładowych
mieszanych sposobów utylizacji.
Tab.3 Scenariusze utylizacji telewizora
Sposób utylizacji
Scenariusz 1
Scenariusz 2
Scenariusz 3
Recykling
0
37%
10
Wysypisko
70%
63%
90
Spalanie
30%
0
0
Obciążenie środowiska [Ew]
0,0878
-1,29
-0,33
Porównanie efektów środowiskowych trzech rozpatrywanych scenariuszy utylizacji
telewizora przedstawia rysunek 7. Utylizacja telewizora według pierwszego scenariusza
przewidującego składowanie na wysypisku 70% elementów składowych telewizora i
poddanie spalaniu pozostałych 30% powoduje obciążenie środowiska w wielkości 0,089
Ew. Zastosowanie drugiego scenariusza polegającego na podaniu recyklingowi 37%
materiałów, z których wytworzony był telewizor i złożenie pozostałej części na
wysypisku powoduje obniżenie obciążenia środowiska o 1,29 EW, natomiast w
przypadku trzeciego scenariusza, w którym 10% jest poddawane recyklingowi a reszta
składowana na wysypisku wpływ środowiskowy zostanie zmniejszony o 0,33 Ew.
102
1.2
Ekowskaźnik [Ew]
5.29
Ekowskaźnik [Ew]
5
4
3
1.0
0.8
0.6
0.38
0.4
0.2
1.86
2
0.15
0.0
1Problemy oddechowe-org
Rakotwórczość
1
0.50
0
Zdrowie człowieka
1
Jakość
ekosystemu
Problemy oddechowe-nieorg.
Zmiany klimatyczne
Radioaktywność
Warstwa ozonowa
Zasoby
Rys. 3. Obciążenie środowiska
związane z materiałami
stosowanymi do produkcji
telewizora - kategoria "zdrowie
człowieka"
Rys. 2. Obciążenie środowiska
związane z materiałami
stosowanymi do produkcji
telewizora.
0.35
5.0
0.32
4.0
0.20
0.14
0.10
0.05
0.05
Ekowskaźnik [Ew]
0.25
0.15
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.00
Ekotoksyczność
4.47
4.5
0.30
Ekowskaźnjk [Ew]
1.33
1.4
6
1
0.82
0.5
Zakwaszenie
0.0
Wykorzystanie gruntu
Minerały
Rys. 4. Obciążenie środowiska
związane z materiałami
stosowanymi do produkcji
telewizora- kategoria "jakość
ekosystemu"
Paliwa
kopalne
1
Rys. 5. Obciążenie środowiska
związane z materiałami
stosowanymi do produkcji
telewizora - kategoria "zasoby"
103
4.5
0.2
0.0
3
Ekowskaźnik [Ew]
Ekowskaźnik [Ew]
4
3.5
2.5
2
1.5
1
0.5
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
Zdrowie człowieka
Aluminium
PVC
PS
Miedż
Stal
-1.2
Szkło
0
-0.2
-1.4
Scenariusz 1
Scenariusz 1
Scenariusz 1
Jakość ekosystemu
Zdrowie człowieka
Zasoby
Zasoby
Rys.6. Obciążenie środowiska
wywoływane przez poszczególne
materialy wykorzystywane do
produkcji telewizora.
Jakość ekosystemu
Rys. 7. Obciążenie środowiska
związane z przykładowymi
scenariuszmi utylizacji telewizora
3. WNIOSKI
1. Metoda szacowania wpływów wykorzystująca tzw. eko-wskaźnik 99 jest
przydatnym narzędziem w procesie wykonywania analizy cyklu życia. Metoda pozwala
ocenić wpływ: zużycia surowców, parametrów eksploatacji i sposobów utylizacji na trzy
podstawowe kategorie problemów środowiskowych: zdrowie, jakość ekosystemu i
zasoby surowców. W ten sposób spełniony jest zasadniczy cel analizy LCA –
dostarczenie danych pozwalających na modernizację wyrobu na bardziej przyjazny dla
środowiska.
2. Proekologiczna modernizacja odbiornika telewizyjnego powinna polegać na
obniżeniu zużyciem energii elektrycznej w fazie użytkowania, ponieważ wpływy
środowiskowe w tej fazie cyklu życia są największe
104
LITERATURA
1. Goedkoop M., Effting S., Collignon M., : The Eco-indicator 99. A demange oriened
method for Life Cycle Assessment. Manual for Designers, Pre, 17.04.2000.
2. H.Wenzel, M.Hauschild, L.Alting, Environmental Assessment of Products, Kluwer
Academic Publishers, 2001.
3. ISO 14040, Environmental management – Life cycle assessment – Principles and
framework.
4. ISO 14041, Environmental management – Life cycle assessment – Goal and scope
definition and inventory analysis.
5. ISO 14042 Environmental management – Life cycle assessment – Life cycle impact
assessment.
6. Pre Consultants B.V. ,,SimaPro – User Manual”,.Amersfoort, June 2001
LIFE CYCLE ASSESSMENT OF TV-SET
The results of the life cycle assessment (LCA) of the exemplary TV-set was shown.
The analyse was performed according to the 14040 standards serie by the method of the
99 eco-indicator. The production, usage and utilization phases were taken into account.
The analyse was carried over for the different materials, different methods of usage and
utilization. The methods and parameters of TV-set usage most influence on the
environment.
105