Medžiagų gyvavimo ciklai, perdirbimas ir projektavimo kompromisai

Gyvavimo ciklų palyginimas prasideda nuo suteikiamos paslaugos

Lyginkite medžiagas pagal apibrėžtą funkciją ir reikiamą paslaugą, o ne automatiškai pagal vienodas mases. Naudojimo trukmė, priežiūra, keitimas ir nuostoliai gali pakeisti medžiagos kiekį, reikalingą tai funkcijai atlikti. Nurodykite laiko ir eksploatacinių savybių reikalavimus.

Sistemos riba nustato, kurios gavybos, gamybos, transportavimo, naudojimo ir gyvavimo ciklo pabaigos dalys įtraukiamos. Praleidus etapą pasikeičia teiginio, kurį galima pagrįsti bendra suma, apimtis. Keli aplinkosauginiai rodikliai gali atskleisti skirtingus kompromisus.

Vienodai paslaugai ir tinkamos naudoti medžiagos atgavimui reikia atskirų vardiklių

Priskirkite vieną funkcinį vienetą: 120 valandų tos pačios nurodytos paslaugos, išlaikant pastovias eksploatacines savybes. Skaičiuokite ištisus naujai įsigytus vienetus, neatskaitydami nepanaudoto likusio naudojimo laiko. Sistemoje A naudojami 1.20 kg vienetai, tarnaujantys 40.0 valandų; kiekvienam priskirtas gamybos klimato rodiklis yra 8.00 kg CO₂e, o naudojimo galia – 10.0 W. Sistemoje B naudojami 1.80 kg vienetai, tarnaujantys 60.0 valandų; kiekvienam vienetui priskirtas gamybos rodiklis yra 11.0 kg CO₂e, o naudojimo galia – 14.0 W. Tai išgalvoti įvesties duomenys.

A reikia trijų vienetų, o B – dviejų, todėl abiem atvejais įsigytos medžiagos kiekis yra 3.60 kg. Elektros energijos sąnaudos per 120 valandų yra 1.20 kWh sistemai A ir 1.68 kWh sistemai B. Kai priskirtasis elektros energijos taršos intensyvumas yra 0.400 kg CO₂e kWh⁻¹, modeliuojamos gamybos ir naudojimo bendros sumos yra 24.48 ir 22.672 kg CO₂e. Transportavimas, priežiūra ir gyvavimo ciklo pabaiga į šią konkrečią ribą neįtraukti.

Pakeitus tik B naudojimo trukmę į 40.0 valandų, reikia trijų B vienetų ir 5.40 kg įsigytos medžiagos. Naudojant suvartota elektros energija išlieka 1.68 kWh, tačiau modeliuojama bendra klimato rodiklio vertė tampa 33.672 kg CO₂e; A vertė išlieka 24.48. Taigi pradinis mažesnis B rezultatas priklauso nuo naudojimo trukmės prielaidos ir neįrodo besąlygiško vienos medžiagos pranašumo.

Atskiroje nepakitusios medžiagos atgavimo apskaitoje pradėkite nuo 100 kg ir 0.800 surinkimo dalies. 0.900 rūšiavimo išeiga taikoma surinktiems 80.0 kg; 0.750 tinkamos naudoti medžiagos atgavimo išeiga taikoma išrūšiuotiems 72.0 kg. Pagal nustatytas sąlygas reikalavimus atitinkantis atgautas kiekis yra 54.0 kg, o nuostolius sudaro nesurinkti 20.0 kg, rūšiuojant atmesti 8.00 kg ir 18.0 kg atgavimo nuostolių. Bendri 46.0 kg nuostoliai ir atgauti 54.0 kg kartu lygūs pradiniam kiekiui.

Pagerinus tik surinkimą iki 0.950, surenkama 95.0 kg, išrūšiuojama 85.5 kg ir gaunama 64.125 kg tinkamos naudoti medžiagos. Bendra tinkamos naudoti medžiagos išeiga yra 0.64125, o bendri nuostoliai – 35.875 kg. Nuoseklių etapų dalys dauginamos, nes kiekviena taikoma kitam likusiam medžiagos kiekiui; jas sudėjus šios medžiagos balansas nebūtų išlaikytas.

Surinkimas, atskyrimas ir tinkamos naudoti medžiagos atgavimas yra atskiri etapai

Surinktą dalį galima dauginti iš vėlesnių etapų išeigų, kad būtų įvertintas atgautos tinkamos naudoti medžiagos kiekis, kai šios dalys susijusios su nuosekliai liekančiais kiekiais. Viename etape prarasta medžiaga kitam etapui nebeprieinama. Tokia žyma kaip „perdirbama“ nepatvirtina surinkimo ar tikrojo atgavimo.

Atgauta medžiaga taip pat turi atitikti jai numatyto naudojimo reikalavimus. Cheminiai pokyčiai, užterštumas, priedai ir mišri sudėtis gali riboti panaudojimą net tada, kai masė atgaunama. Pirmines žaliavas, atgautas medžiagas ir nuostolius skaičiuokite nuosekliai tuo pačiu pagrindu.

Cirkuliacijos riba ir neapibrėžtas koeficientas gali pakeisti išvadą

Naudokite du atskirai apibrėžtus cirkuliacijos modelius, kuriuose pradinis kiekis yra 100 kg, o per kiekvieną pilną ciklą išlaikoma dalis f=0.700. Nieko nepapildant, po trijų ciklų lieka 100f³=34.3 kg, o sukaupti nuostoliai sudaro 65.7 kg. Šis mažėjančių atsargų modelis neišlaiko vienodo medžiagos kiekio kiekvienam ciklui.

Antrajame modelyje po kiekvieno ciklo, įskaitant paskutinį, išlaikykite 100 kg. Kiekviename cikle prarandama 30.0 kg ir iš išorės papildoma 30.0 kg. Po trijų ciklų bendras papildymas yra 90.0 kg; bendras išorinis įvedamas kiekis, įskaitant pradines atsargas, yra 190 kg. Galutinės 100 kg atsargos ir 90.0 kg nuostoliai subalansuoja šį įvedamą kiekį. Pakartotinai per sistemą pereinanti medžiaga nėra naujai sukurta masė, o galutinis papildymas skaičiuojamas kaip atsargos, ne kaip dar viena suteikta paslauga.

Kitame nepriklausomame išgalvotame palyginime, tenkančiame tai pačiai apibrėžtai paslaugai, tarkime, kad būdo A gamybos ir naudojimo klimato rodiklis yra C_A=18+24I, o B – C_B=26+12I, matuojant kg CO₂e. Čia I yra priskirtasis elektros energijos taršos intensyvumas, matuojamas kg CO₂e kWh⁻¹; koeficientai 24 ir 12 yra naudojant suvartota elektros energija, matuojama kWh. Priskirkite atskirus vandens naudojimo rodiklius: 90.0 L būdui A ir 140 L būdui B.

Kai I=0.200, A/B klimato rodikliai yra 22.8 / 28.4 kg CO₂e; kai I=0.800, jie yra 37.2 / 35.6. Jų skirtumas C_B−C_A=8−12I pereina per nulį ties I=2/3 kg CO₂e kWh⁻¹. Grafikas rodo šį eiliškumo pasikeitimą, nesujungdamas atskiro vandens rodiklio. Mažesnis B klimato rodiklis esant didesniam koeficientui kartu nereiškia mažiausių nurodytų vandens sąnaudų.

Šios bendros sumos apibūdina aiškiai išgalvotą ribą ir koeficientus. Iš jų nedaroma išvadų apie svorių suteikimą, paskirstymą, pakeitimo kreditą ar platesnį aplinkosauginį pranašumą. Palyginimui reikia paslaugos apibrėžties ir jautrumo įvertinimo, o ne vien palankios žymos.

Pakartotiniam ciklui vis tiek reikia masės balanso

Cirkuliacijos modelis gali sekti išlaikomą dalį per pasikartojančius ciklus. Jei išlaikoma ne visa medžiaga, nuostoliai kaupiasi ir, siekiant išlaikyti tą pačią paslaugą, gali reikėti papildymo. Pakartotinis tos pačios cirkuliuojančios medžiagos skaičiavimas skiriasi nuo tokio kiekio naujos medžiagos sukūrimo.

Mechaninis perdirbimas, cheminis virsmas ir kiti atgavimo būdai skiriasi reakcijomis, energijos poreikiu ir produktais. Supaprastintas ciklas negali įrodyti, kad vienas būdas aplinkosauginiu požiūriu geresnis, jei nėra palyginamos išsamios apskaitos.

Projektavimo sprendimui reikia palyginamų duomenų ir neapibrėžties įvertinimo

Mažesnė vieno rodiklio vertė gali sutapti su didesne kito rodiklio verte. Naudojimo trukmės prielaidos, energijos tiekimas, vieta ir paskirstymo sprendimai gali paveikti palyginimą. Kai šie įvesties dydžiai lieka neapibrėžti, pateikite intervalą arba jautrumo analizę.

Toliau pateiktos originalios gyvavimo ciklo apskaitos rodo, kaip ribos ir nuoseklių etapų išeigos pakeičia palyginimą. Tai išgalvoti medžiagų kiekiai, o ne aplinkosauginiai sertifikatai ar rekomendacijos pirkti konkretų gaminį.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Sutrumpinkite tik B naudojimo trukmę iki 40.0 valandų pradinei 120 valandų paslaugai, visus kitus įvesties duomenis palikdami pastovius. Raskite įsigytos medžiagos kiekį ir bendras modelio klimato rodiklių vertes.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   A: 3 vienetai / 3.60 kg / 24.48 kg CO₂e; B: 3 vienetai / 5.40 kg / 33.672 kg CO₂e. B vertė nebėra mažesnė.

   Keitimų skaičius pakeičia B gamybos indėlį, o bendros elektros energijos sąnaudos per 120 valandų išlieka 1.68 kWh.

2. Pagerinkite tik surinkimą iki 0.950, nepakeisdami rūšiavimo ir atgavimo dalių. Raskite tinkamos naudoti medžiagos kiekį, bendrus nuostolius ir išeigą.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Tinkamos naudoti medžiagos 64.125 kg; bendri nuostoliai 35.875 kg; išeiga 0.64125.

   95.0×0.900×0.750=64.125. Nuostoliai 5.00 + 9.50 + 21.375 subalansuoja likusią dalį.

3. Kiekviename atskirai apibrėžtame ciklo modelyje taikykite 0.850 išlaikymo dalį ir tris ciklus. Raskite atsargas be papildymo ir palaikomo ciklo išorinį įvedamą kiekį, nuostolius bei galutines atsargas.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Be papildymo atsargos yra 61.4125 kg, o nuostoliai – 38.5875 kg. Palaikomo ciklo įvedamas kiekis yra 145 kg, nuostoliai – 45.0 kg, o galutinės atsargos – 100 kg.

   Palaikomame modelyje po kiekvieno iš trijų ciklų, įskaitant paskutinį, papildoma 15.0 kg.

4. Jautrumo porai nustatykite I=1.00 kg CO₂e kWh⁻¹. Raskite bendras klimato rodiklių vertes ir jų skirtumą bei nustatykite, ar mažesnio klimato rodiklio būdas taip pat turi mažiausias nurodytas vandens sąnaudas.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   C_A=42.0 kg CO₂e, C_B=38.0 kg CO₂e; skirtumas −4.00 kg CO₂e. B vandens sąnaudos nėra mažiausios: 140 L, palyginti su A 90.0 L.

   Apskaičiuokite abi priskirtas funkcijas, išlaikydami atskirą vandens rodiklį ir bendrą paslaugos ribą.

Ką verta įsidėmėti

• Medžiagas lyginkite pagal tą pačią funkciją, naudojimo trukmę ir sistemos ribą.
• Nuoseklių atgavimo etapų dalys taikomos likusiai medžiagai.
• Palaikomoms atsargoms reikia papildomų įvedamų kiekių, kurie turi būti įtraukti į jų balansą.
• Eiliškumas gali keistis priklausomai nuo prielaidų ir lyginamo aplinkosauginio dydžio.