Đánh giá môi trường cộng sinh công nghiệp

30.09.2016

1

| | www.esd.ifu.ethz.ch/

Carl Vadenbo [email protected] Viện Kỹ thuật môi trường, Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zürich, Thụy Sĩ

30.09.2016 Carl Vadenbo

UNIDO – Expert Group Meeting on Eco-Industrial Parks Hoi An, Vietnam

1

Đánh giá môi trường cộng sinh công nghiệp


� Thành lập năm 1855 � ETH Zürich (số liệu 2015):

� 19.000+ sinh viên, trong đó 4.000+ nghiên cứu sinh

� 500 giáo sư � 9.000 nhân viên, trong đó

5.800 cán bộ nghiên cứu khoa học

� 130 quốc tịch trong số các sinh viên và nhân viên

� 330 spin-offs từ năm 1996 � Ngân sách 1.700 triệu CHF



2

Giới thiệu về Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zürich (ETH Zürich)

© E

TH Z

ürich

/ Al

essa

ndro

Del

la B

ella

/ M

arco

Car

ocar

i

30.09.2016

2


Những lĩnh vực trọng tâm: � Hệ thống thực phẩm thế

giới � Thành phố tương lai � Biến đổi khí hậu � Năng lượng � Y tế � Nghiên cứu rủi ro � Xử lý thông tin � Vật liệu mới � Quy trình SX công nghiệp



3

Giới thiệu về Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zürich

© ETH Zürich / Gian Marco Castelberg / Roland Tännler


� Thành lập năm 2006 tại Viện Kỹ thuật môi trường � Do GS. Stefanie Hellweg phụ trách � Hiện có 14 cán bộ, trong đó

11 người là nghiên cứu sinh � Sứ mệnh: “xây dựng mô hình, phân tích, đánh giá, nâng cao hiệu quả tài nguyên và tác động môi trường của sản phẩm, quy trình

sản xuất, công nghệ mới và các mô hình tiêu dùng”



4

Ban Thiết kế các hệ thống sinh thái

30.09.2016

3


� Chất thải theo quan điểm công nghiệp sinh thái � Đánh giá vòng đời (LCA) � Đánh giá vòng đời và cộng sinh công nghiệp � Nghiên cứu trường hợp I – quản lý bùn thải trong khu vực � Nền kinh tế tuần hoàn – các chu kỳ sản xuất sạch và bồn

chứa chất thải an toàn � Nghiên cứu trường hợp II – tái chế thép phế liệu

Nội dung trình bày



5


“Một trong những nội dung quan trọng nhất trong công nghiệp sinh thái là, cũng như các hệ thống sinh học, nó bác bỏ khái niệm về chất thải. [...] Chất thải đơn thuần chỉ là dư

lượng mà nền kinh tế của chúng ta vẫn chưa học được cách sử dụng hiệu quả.”

(Graedel & Allenby 1995/2003)

NHƯNG, trao đổi về phụ phẩm hay chất thải giữa các ngành công nghiệp không mang lại lợi ích về môi trường cho những người tham gia!



6

Chất thải theo quan điểm công nghiệp sinh thái

30.09.2016

4

| | www.esd.ifu.ethz.ch/ 30.09.2016 Carl Vadenbo


7

Ba cấp độ của công nghiệp sinh thái

Bền vững

Công nghiệp sinh thái

Adapted from Chertow (2000:315)

Liên doanh nghiệp • Cộng sinh công nghiệp

(các khu CN sinh thái) • Chu kỳ sống của sản

phẩm • Những sáng kiến công

nghiệp

Cơ sở SX hay DN • Thiết kế vì môi trường

(DfE) • Ngăn chặn ô nhiễm • Kế toán “xanh”

Khu vực/Toàn cầu • Ngân sách và chu kỳ • Nghiên cứu về vật liệu

và các dòng năng lượng (chuyển hóa xã hội/công nghiệp)


“Một bộ phận của công nghiệp sinh thái được biết đến như cộng sinh công nghiệp đã gắn kết các doanh nghiệp riêng lẻ theo kiểu truyền thống trong một tập thể nhằm phát huy lợi thế so sánh thông qua việc trao đổi nguyên vật liệu, năng lượng, nước và các sản phẩm phụ. Điểm quan trọng trong cộng sinh công nghiệp là sự hợp tác và khả năng tương hỗ do sự gần gũi về khoảng cách địa lý mang lại ” Chertow (2000:313) “Cộng sinh công nghiệp gắn kết các tổ chức đa dạng trong một mạng lưới nhằm khuyến khích đổi mới sinh thái và thay đổi văn hóa trong dài hạn. Tạo ra và chia sẻ tri thức thông qua mạng lưới này mang lại những giao dịch có lợi cho các bên tham gia trong việc tìm nguồn cung ứng đầu vào và giá trị gia tăng cho các đầu ra phi sản phẩm cũng như cải thiện quy trình kinh doanh và kỹ thuật” Lombardi & Laybourn (2012)



8

Cộng sinh công nghiệp

30.09.2016

5


� Phương pháp tiêu chuẩn (ISO 14044:2006) cho việc “xây dựng, đánh giá các yếu tố đầu vào, đầu ra và các tác động môi trường tiềm năng của một hệ thống sản phẩm trong suốt vòng đời của nó” một cách hệ thống

� Những lĩnh vực ứng dụng chung � Xác định những tiềm năng cải thiện hiệu suất môi trường � Thông báo cho người ra quyết định trong ngành công nghiệp,

chính phủ hoặc phi chính phủ � Lựa chọn các chỉ số liên quan của hoạt động môi trường � Marketing

Đánh giá vòng đời (LCA)



9


Bốn giai đoạn của LCA Ví dụ về vận tải hàng hóa

Stefanie Hellweg, and Llorenç Milà i Canals Science 2014;344:1109-1113

30.09.2016

6


Stefanie Hellweg, and Llorenç Milà i Canals Science 2014;344:1109-1113

Fig. 2 The expanding nature of LCA applications.



12

Ba cấp độ công nghiệp sinh thái

Bền vững

Công nghiệp sinh thái

Liên doanh nghiệp • Cộng sinh công nghiệp

(các khu CN sinh thái) • Chu kỳ sống của sản

phẩm • Những sáng kiến công

nghiệp

Cơ sở SX hay DN • Thiết kế vì môi trường

(DfE) • Ngăn chặn ô nhiễm • Kế toán “xanh”

Chuyển thể từ Chertow (2000:315)

Khu vực/Toàn cầu • Ngân sách và chu kỳ • Nghiên cứu về vật liệu

và các dòng năng lượng (chuyển hóa xã hội/công nghiệp)

Sản phẩm và đánh giá vòng đời một cách tổ chức

LCA đối với người tiêu dùng/lối sống, quốc gia

Đánh giá vòng đời của sản phẩm, nhưng EIPs thì sao?

30.09.2016

7


� Vì sao thực hiện LCA? Quan điểm toàn diện về ngăn chặn việc chuyển gánh nặng: � trong các chuỗi giá trị/cung cấp � tới các khu vực/hệ thống xung quanh � giữa các loại tác động môi trường

� Một số lĩnh vực ứng dụng tiềm năng cho LCA để cộng sinh công nghiệp, NHƯNG vẫn tồn tại những thách thức quan trọng về khuôn khổ/phương pháp (Mattila et al. 2012): 1. Phân tích (kế toán), 2. Cải thiện, và 3. Mở rộng hệ thống hiện tại, hoặc 4. Thiết kế EIPs mới, và 5. Tái cơ cấu nền kinh tế tuần hoàn



13

LCA & cộng sinh công nghiệp

( )


Những thách thức khi ứng dụng LCA trong cộng sinh công nghiệp

� Chức năng của hệ thống là gì, vd: EIP như một tổng thể? � Kịch bản tham khảo (đầu kỳ)? � Thay đổi quy mô nhỏ - lớn? Ngắn hạn và dài hạn? � Hoạt động tổng thể và đóng góp của từng nhân tố? � Làm thế nào để phản ánh sự phụ thuộc giữa các nhân

tố? � Sự sẵn có của dữ liệu…



14 Source: LPLT, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10331682

30.09.2016

8


� Cấp độ doanh nghiệp hay cơ sở sản xuất � Tiêu thụ tại nguyên và sản xuất ra các sản phẩm, phụ phẩm và rác

thải � Phát thải vào không khí, nước và đất

� Cấp độ liên doanh nghiệp, ví dụ các khu/cụm CN (sinh thái) � Chia sẻ/trao đổi các tài nguyên sẵn có/tiềm năng � Chia sẻ cơ sở hạ tầng, ví dụ: xử lý nước thải, bãi rác...

� Cấp độ quốc gia/khu vực (hay toàn cầu) � Dữ liệu cơ bản kiểm kê chu kỳ sản phẩm (LCI), vd. Điện, nhiên

liệu, xi măng, dịch vụ vận tải, … � Chu kỳ nguyên vật liệu



15

Yêu cầu về dữ liệu


� Ví dụ: Dự án Công nghiệp tái chế chất thải bền vững (SRI); http://sustainable-recycling.org

� Sáng kiến tài trợ bởi Ủy ban Thư ký Nhà nước về các vấn đề kinh tế Thụy Sĩ (SECO)

� Đồng thực hiện bởi Viện nghiên cứu liên bang Thụy Sĩ về khoa học và công nghệ vật liệu (Empa), Diễn đàn tài nguyên thế giới (WRF), và trung tâm kiểm kê sinh thái cơ sở dữ liệu LCI

� Ba hợp phần dự án liên kết: � Kiểm kê chu kỳ sản phẩm (LCI); điều phối bởi trung tâm kiểm kê

sinh thái � Nâng cao năng lực; Điều phối bởi Empa � Hội nghị bàn tròn toàn cầu; điều phối bởi WRF



16

Triển vọng: Cơ sở dữ liệu LCI mang tính toàn cầu

30.09.2016

9


� Bối cảnh: ứng dụng chất thải bùn bị cấm ở Thụy Sĩ năm 2003

� Mục đích: xác định chiến lược xử lý tối ưu cho môi trường đối với khối lượng bùn thải ra hàng năm ở Canton, Zürich (dân số 1,4 triệu)

� Phạm vi: Ba lựa chọn xử lý bằng nhiệt được xem xét: � Được đồng thiêu hủy bởi MSW/CSW � Tái chế trong sản xuất xi măng � Thiêu hủy đơn với phương pháp phục hồi phốt pho

Nghiên cứu TH: Quản lý nước thải bùn khu vực tại Canton, Zürich



17

TH dựa trên n/c của Vadenbo et al. (2014)


Câu hỏi nghiên cứu: Làm thế nào để xác định một cách hệ thống sự kết hợp trao đổi chất thải/phụ phẩm trong một mạng lưới công nghiệp, theo đó các tác động môi trường tổng thể được giảm thiểu? Cách tiếp cận tối ưu hóa một cách có hệ thống từ dưới lên dựa vào sự kết hợp của: � Phân tích dòng vật liệu (MFA) & các mô hình xử lý � Đánh giá vòng đời (LCA): phương pháp và dữ liệu � Các kỹ thuật tối ưu hóa về mặt toán học

Nghiên cứu TH – Phương pháp: Tối ưu hóa môi trường



18

30.09.2016

10



19


Kết quả nghiên cứu TH: những giải pháp tối ưu đơn mục tiêu



20

Kịch bản/ mục tiêu môi trường

Tỷ lệ bùn thải được xử lý Lưa chọn nhiên liệu, xi măng

Đồng thiêu hủy trong MSWI

Thiêu hủy đơn Đồng xử lý, sản xuất xi

măng

Hoạt động thông thường - BAU (TH tham khảo)

70% 20% 10% Dầu+Tha

Giảm thiểu biến đổi khí hậu 30% 10% 60% Dầu

Giám thiểu độc tính cho con người

0% 40% 60% Dầu

Giảm thiểu (Min) chất độc cho môi trường

0% 90% 10% Dầu

Min tác động tổng hợp (ReCiPe H/A)

0% 40% 60% Dầu

Min nguyên liệu/năng lượng hóa thạch (as CExD)

30% 10% 60% Than

Min tài nguyên khoáng sản (as CExD)

0% 100% 0% Than

30.09.2016

11


� Giải pháp tối ưu phụ thuộc vào mục tiêu môi trường! � Đồng xử lý trong sản xuất xi măng chiếm 4/6 trường hợp,

nhưng năng lực còn hạn chế � Những điểm cộng cho phương pháp thiêu hủy đơn

� Phục hồi năng lượng và P � Thu hồi tro (thừa) trong sản xuất xi măng

� Kết quả nhạy cảm với các giả định liên quan đến hệ thống sản phẩm di dời

Nghiên cứu TH – Kết luận



21


Nền kinh tế tuần hoàn – bức tranh lớn

� Khái niệm nền kinh tế tuần hoàn đề cập đến “một nền kinh tế công nghiệp được phục hồi có chủ đích; nhằm mục đích dựa vào năng lượng tái tạo; giảm thiểu, theo dõi và hi vọng loại bỏ việc sử dụng chất độc hóa học; và loại bỏ chất thải thông qua thiết kế thận trọng.”

Ellen MacArthur Foundation; www.ellenmacarthurfo undation.org



22

30.09.2016

12



23

Sour

ce: E

llen

Mac

Arth

ur F

ound

atio

n, S

UN, a

nd M

cKin

sey

Cent

er fo

r Bus

ines

s an

d En

viro

nmen

t;

Draw

ing

from

Bra

unga

rt &

McD

onou

gh, C

radl

e to

Cra

dle

(C2C

)


Nền kinh tế tuần hoàn – bức tranh lớn

� Khái niệm nền kinh tế tuần hoàn đề cập đến “một nền kinh tế công nghiệp được phục hồi có chủ đích; nhằm mục đích dựa vào năng lượng tái tạo; giảm thiểu, theo dõi và hi vọng loại bỏ việc sử dụng chất độc hóa học; và loại bỏ chất thải thông qua thiết kế thận trọng.” (Ellen MacArthur Foundation)

� Tổng hợp các chất gây ô nhiễm qua quá trình tái chế làm giảm chất lượng tài nguyên và/hoặc có thể dẫn đến việc tiếp xúc với con người

� Giải pháp: chu kỳ vật liệu sạch và bồn chứa an toàn, bền vững cho các chất gây ô nhiễm/tạp chất (Kral et al., 2013; 2014)



24

30.09.2016

13

| | www.esd.ifu.ethz.ch/ 30.09.2016 25

Nghiên cứu TH: tái chế thép phế liệu (Haupt et al. 2016)

Carl Vadenbo UNIDO – Expert Group Meeting on Eco-Industrial Parks

Hoi An, Vietnam

Electric arc shaft furnace

Image adapted from Haupt (2016)

| | www.esd.ifu.ethz.ch/ 30.09.2016 26

Phân số phế liệu kim loại đen trong tái chế – “giống mà khác”?

Carl Vadenbo UNIDO – Expert Group Meeting on Eco-Industrial Parks

Hoi An, Vietnam

Lợi nhuận nội bộ: Chất thải sản xuất nội bộ

Tấm kim loại: Phế liệu từ tấm kim loại

sheared heavy: sheared scrap > 6 mm thick

Phế liệu vụn: Phế liệu vụn (max 20x20 cm)

sheared light: sheared scrap < 6 mm thick

Phôi kim loại: Phôi thép (bao gồm chất thải)

Phế liệu MSWI: Phế liệu thu hồi từ MSWI

Adapted from Haupt (2016)

30.09.2016

14

| | www.esd.ifu.ethz.ch/ 30.09.2016 27 Carl Vadenbo


Haupt et al. (2016)

Tái chế phế liệu thép – nhu cầu điện phế liệu cụ thể trong EAF



28

Tái chế phế liệu thép – Thành phần hóa học: đồng (Cu)

Haupt et al. (2016)

30.09.2016

15


� Một quan điểm toàn diện là rất quan trọng để đánh giá sự phù hợp của môi trường trong cộng sinh công nghiệp và của hiệu quả của một khu công nghiệp sinh thái, bao gồm: � Bối cảnh khu vực � Quan điểm về vòng đời sản phẩm � Các loại tác động môi trường bổ sung

� Dữ liệu có sẵn trên quy mô (các cơ sở SX, các doanh nghiệp, khu vực) cần thiết cho việc đánh giá môi trường một cách có ý nghĩa

� Nâng cao năng lực LCA để hỗ trợ xây dựng EIP � Nền kinh tế tái tạo cần các chu kỳ sản xuất sạch và các

khu vực xư ly chất thải an toàn 30.09.2016 Carl Vadenbo


29

Tóm tắt và kết luận

Carl Vadenbo ([email protected])

Cảm ơn quý vị đã theo dõi!

30.09.2016 Carl Vadenbo 30

30.09.2016

16

| | www.esd.ifu.ethz.ch/ Carl Vadenbo


31

Tài liệu tham khảo Chertow, M. R (2000). Industrial symbiosis: literature and taxonomy. Annual Review of Energy and the Environment, 25, 313–337. Chertow, M. R., & Ehrenfeld, J. R. (2012). Organizing Self-Organizing Systems. Journal of Industrial Ecology, 16(1), 13–27. Graedel, T. E., & Allenby, B. R. (2003). Industrial Ecology (2nd ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. Haupt, M., C. Zeltner, C. Vadenbo, and S. Hellweg. 2016. Influence of input-scrap quality on the environmental impact of secondary steel production. Journal of Industrial Ecology [online] Hellweg, S., & Mila i Canals, L. (2014). Emerging approaches, challenges and opportunities in life cycle assessment. Science, 344(6188), 1109–1113. ISO 14044:2006. Environmental management—Life cycle assessment—Requirements and guidelines. International Organization for Standardization (ISO). Geneva, Switzerland. Kral, U., Kellner, K., & Brunner, P. H. (2013). Sustainable resource use requires “clean cycles” and safe “final sinks” The Science of the Total Environment, 461-462, 819–22. Kral, U., Brunner, P. H., Chen, P., & Chen, S. (2014). Sinks as limited resources ? A new indicator for evaluating anthropogenic material flows. Ecological Indicators, 46, 596–609. Lombardi, D. R., & Laybourn, P. (2012). Redefining Industrial Symbiosis. Journal of Industrial Ecology, 16(1), 28–37. Mattila, T. J., Lehtoranta, S., Sokka, L., Melanen, M., & Nissinen, A. (2012). Methodological Aspects of Applying Life Cycle Assessment to Industrial Symbioses. Journal of Industrial Ecology, 16(1), 51–60. Nzihou, A., & Lifset, R. J. (2010). Waste Valorization, Loop-Closing, and Industrial Ecology. Journal of Industrial Ecology, 14(2), 196–199. Vadenbo, C., Guillén-Gosálbez, G., Saner, D., & Hellweg, S. (2014). Multi-objective optimization of waste and resource management in industrial networks – Part II: Model application to the treatment of sewage sludge. Resources, Conservation and Recycling, 89, 41–51.

Đánh giá môi trường cộng sinh công nghiệp

Documents