okoljevarstvena problematika -...

KATEDRA ZA IZDELOVALNE TEHNOLOGIJE IN SISTEME

LaPLaP -- Laboratorij za preoblikovanjeLaboratorij za preoblikovanje

Okoljevarstvena problematikaOkoljevarstvena problematika

prof. dr. Karl KUZMAN

a. Energetsko vrednotenje izdelovalnih tehnologijb. LCA na primeru bele tehnike

FAKULTETA ZA STROJNIFAKULTETA ZA STROJNIŠŠTVOTVO UNIVERZA V LJUBLJANIUNIVERZA V LJUBLJANI

a.a. Energetsko vrednotenjeEnergetsko vrednotenjeizdelovalnih tehnologijizdelovalnih tehnologij

FAKULTETA ZA STROJNIFAKULTETA ZA STROJNIŠŠTVOTVO LaP

OKOLJEVARSTVENA PROBLEMATIKAOKOLJEVARSTVENA PROBLEMATIKA

1. Energija

• energetsko vrednotenjeproizvodnih tehnologij

• energetska vrednost izdelka

2. Okolje

• reciklaža• ponovna (delna) uporaba• škodljivi odpadki

a. Energetsko vrednotenjea. Energetsko vrednotenje


IZHODIŠČA ZA ENERGETSKO VREDNOTENJEPROIZVODNIH TEHNOLOGIJ

• eo [MJ/kg] – osnovnaspecifična energetskavrednost surovca

• es [MJ/kg] – specifičnaenergetska vrednostizdelka

• ef [MJ/kg] - specifičnaenergija zapreoblikovanje

• ec [MJ/kg] – specifičnaenergija za odrezovanje,odvzemanje

• mp [kg] – masa izdelka• mo [kg] – masa surovca• mf [kg] – masa izdelka po

preoblikovanju• mc [kg] – masa izdelka

po odrezovanju



SPECIFISPECIFIČČNA PORABA ENERGIJENA PORABA ENERGIJE

ODREZAVANJEINODNAŠANJE

IZDELKI IZJEKLENEGASINTRA

MASIVNOPREOBLIKO-VANJE

IZDELAVAPOLIZDELKA

Izdelovanje jekla in valjanje

Hladno kovanjekovanjemehkožarjenjerekristal. žarjenje

Vroče kovanjesegrevanjekovanje

fosfatiranje

vrtanje, struženjeplano frezanjeposnemanjeplano brušenje

EDMECM

priprava prahusintranje inkalibriranje



ENERGETSKA BILANCA KOMBINACIJEENERGETSKA BILANCA KOMBINACIJEPREOBLIKOVANJA IN ODREZOVANJAPREOBLIKOVANJA IN ODREZOVANJA

cpfc

fflff00ps

1)mm(e1)mm(ememe

CMcmatfmatfmatc

FMf

ps eeemm

e

1)(1,,,0

0



a) izkoriščenostmateriala

b) specifična porabaenergije za določenotehnološko operacijo

c) specifičnaenergetska vrednostizdelka

Material100%

part

scrap

Primaryforming

Separating Heat andsurface

treatment

Forming Machining Aftertreatment

Handlingand

logistics

Storinga

be

30

MJkg

20

10

0c

es

100

MJkg

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

+

-

0



ENERGETSKA OCENAENERGETSKA OCENAIZDELOVALNE VERIGEIZDELOVALNE VERIGE

ENERGETSKA VREDNOTENJA IZDELOVALNIHENERGETSKA VREDNOTENJA IZDELOVALNIHPROCESOVPROCESOV -- REFERENCEREFERENCE

Kellock, B.: Energy conservation in manufacturing, Mach. and Prod. Eng.,(1976)7,13-17Lange, K.: Energieeinsparung und Fertigungstechnik, wt-Z. ind. Fertig.,68(1978) 535-537Zapf, G.: Optimale Rohstoff-und Energienutzung bei der Verwendung von Sinterbauteilen,

VDI Berichte Nr.277, 1977Kuzman, K.: Energy Evaluation of Cold Forming Processes, Annals of the CIRP,

39/1/1990,253-256Wagener, H.-W., Pahl, K.-J.: Mechanische und hydraulische Pressen: Energiebilanz und

Wirkungsgrad, VDI Verlag, Düsseldorf 1992Škrjanc, M.: Energy Evaluation of Cold Forming Processes (in slovene), Master Science

thesis, University of Ljubljana, Slovenia, 1992Tönshoff, H. K., Karpuschewski, B., Türich, A., Bohnsack, R.: Ecological and Economical

Manufacturing of Helical Gears, Proc. ICEM-98 Workshop, Nara, 1998, JapanKubo, K., Sekiguchi, H., Nakamaru, Y., Kuromatsu, S.: Estimation of Energy Consumption

in Steel Forging Process, Proc. 6th ICTP, Nuremberg, Germany, 1999, 595-600Kopp, R.: The Process-Chain Efficiency – a Method to Evaluate Complex Process-Chains,

Proc. ICEM-2000 Workshop, Bled, 2000, SloveniaKuzman, K., Krušič,V.: Cold orming of Cups – an Energy Evaluation, 22nd ICFG Plenary

Meeting, Erlangen 1989Kuzman, K., Kosec, L.: Energy Saving Problems in Cold Forging Processes; Wire

38(1988),6,605-610



b. Zmanjb. Zmanjšševanje vpliva na okolje, kievanje vpliva na okolje, kiga povzroga povzroččijo aparati bele tehnikeijo aparati bele tehnike

Ref.: doc.dr.GaRef.: doc.dr.Gaššper Gantarper Gantar

LaPFAKULTETA ZA STROJNIFAKULTETA ZA STROJNIŠŠTVOTVO

PROIZVODNO PODJETJE JE ODGOVORNO ZA POVZROČENE UČINKELASTNIH PROIZVODNIH PROCESOV IN NJENIH PROIZVODOV

Primer hladilnika:Visoka poraba energije (stalno vključen)VelikZahteva poseben način recikliranjaZahtevno zadrževanje substanc, ki so prisotne v delih naprave

LaP

b. LCA na primeru bele tehnikeb. LCA na primeru bele tehnike

UVODUVOD

LCA ANALIZE PRI HLADILNIKULCA ANALIZE PRI HLADILNIKU

LCA JE METODA ZA MERJENJE VPLIVA NA EKOSISTEM SKOZICELOTEN ŽIVLJENJSKI CIKLUS PROIZVODA

IZRAČUN EKOLOŠKIH ODPADKOV

- Efekt zelene hiše (the greenhouse effect)- Tanjšanje ozonskega plašča- Poletni smog- Zimski smog- Kisel dež- Zaraščanje vodotokov- Strupi v zraku, vodi in zemlji- Odlaganje z odpadki- Drugi problemi: smrad, hrup, propadanje zemlje, radioaktivnost itd.

POVZROČENIH S PROIZVODNJO, UPORABO, RAVNANJEM Z ODPADKIJE OPISAN V POSAMEZNIH TOČKAH

LaP


1. korak: analiza inventarja – uporabljeni materiali

OHIŠJE teža (kg) KOMPRESOR teža (kg)

pločevina 8,996 jekleni odlitki 1,748

PUR pena 6,440 Jekleni kosi izdelanis postopkom odrez.

1,663

plastika 6,681 pločevina 4,090

baker 2,310 Baker - oblikovan 0,593

aluminij 0,990 Baker – navitje 1,300

Steklo 0,800 SKUPAJ 9,394

drugo 1,970 TEKOČINE weight (g)

SKUPAJ 28,187 Hladilno sreds. CFC 120

olje 250


LaP


analiza inventarja – uporabljeni materiali

analiza inventarja – uporaba

Predpostavka: povprečna življenjska doba = 10 letporaba električne energije = 1kWh/24hproizvodnja električne energije = hidro in nuklearna energija

Izgube hladila med uporabo, popravili in razstrupljanjem so bili zanemarjeni

analiza inventarja – planiran proces recikliranja

Ne recikliranje ampak odlaganje

?

Emisije, poraba energije, dodatni materiali za proizvodnji proces

Predpostavka: od proizvajalca v skladišče z dizel/električen vlak vlakom = 500 kmiz skladišča do prodajalca s kombijem na dizel/bencin = 50 km

analiza inventarja – transport

LaP



Največje ekološko breme (62%) nastane med uporaboUčinkovito izboljšanje izkoristka delovanja je najpomembnejše

Pridobivanje materialov namenjenih za izdelavo hladilnika 26%Proces recikliranja lahko zmanjšajo ekološko bremeMožnost ponovne uporabe

Proizvodni proces povzroča le 12% ekološkega bremenaIdeje o izboljšanju proizvodnega procesa, ki bi zmanjšaleizkoristek hladilnika so praviloma nesprejemljive

Vplivi na okolje zaradi transporta so zanemarljivi

material extraction

production

transport

use

62%

26%

12%0%

LaP


LCA ZAKLJULCA ZAKLJUČČEKEK

Spremembe vuporabnikovem obnašanju

Novalogistikahlajenja

Najpomembnejše so izboljšave hladilnih lastnosti hladilnika

IZBOLJIZBOLJŠŠANJE OBLIKEANJE OBLIKE

Novi izolacijskimateriali

Pričakovano je, da se bo poraba energije pri enakem hladilnem volumnuzmanjšala iz 1kWh/24h to 0,30,5kWh/24h

Dinamičnohlajenje

LaP


Uporaba bakra samo tamkjer je potrebno – velektričnem motorjukompresorja

Cevi izmenjevalcev toplotenaj bodo narejene iz aluminija

Ločevanje vseh bakrenihdelov mora biti enostavno

Količina uporabljenihmaterialov mora bitizmanjšana – za hladilnik inza embalažo

Količina uporabljenihstrupenih substanc,kot so svinec, kadmij,merkurij, Cr6, itd.,mora biti zmanjšanaglede na direktivo oomejitvi uporabedoločenih nevarnihsubstanc (ROHS)predpisano s straniEvropskegaparlamenta in sveta

Zamenjava jeklenih delov zaluminijastimi

Cr6 ni večuporabljen vvijakih, tečajih inrešetkah (emajl jeuporabljennamesto Cr6)

IZBOLJIZBOLJŠŠANJE OBLIKEANJE OBLIKE

LaP


VAROVANJE OKOLJA PRI PREOBLIKOVANJUVAROVANJE OKOLJA PRI PREOBLIKOVANJUPLOPLOČČEVINEEVINE

LaP


Izkoristek materiala:Tehnološke rešitve za boljši izkoristek materialaoptimatizacija začetne oblike platine, odpadki večjih kosov, morajo bitiuporabljeni pri izdelavi manjših kosih …Proces mazanje in čiščenja:Okolju prijazna maziva, ki so lahko razgradljivaMajhne količine – tanki nanosiČiščenje komponent, ki ne potrebujejo nobene dodatne zaščite površinepo preoblikovanju, naj bo izuščeno

Dokument predstavlja najboljše možne tehnike (BAT) ne vključujenobenih posebnih priporočil za preoblikovanje pločevine

V splošnem naj bi bila preventiva onesnaževanja strateški koncept podjetji kizahteva vzdrževanje, pravilno shranjevanje materialov in proizvodov, primerenpostopek rokovanja z odpadnim materialom, spremembe v mišljenju, itd.

VAROVANJE OKOLJA PRI PREOBLIKOVANJUVAROVANJE OKOLJA PRI PREOBLIKOVANJUPLOPLOČČEVINEEVINE

LaP


Letna proizvodnja električnih in elektronskih aparatov (EE) v EU je 5 Mio, ton= 14 kg na prebivalcaKoličina EE odpadkov narašča trikrat hitreje kot količina občinskih odpadkov90% EE opreme konča v naravi ali se jih skuri – konča brez pravegarazgrajevanjaEU parlament in svet sta pripravila Direktivo 2002/96/EC, katere cilj jeuveljaviti okolju prijazno odstranjevanje, ravnanje in reciklažo z namenomvarčevanja naravnih virov in harmoniziranje ravnanja z EE odpadki v EU

Zakonit odnos za hladilnike glede na 2002/96/EC direktivo:povračilo (material in energija) = 80%Ponovna uporaba in recikliranje = 75%.Odlaganje v naravi in kurjenje brez pridobivanja energije = 20 %

POSTOPKI PO KONPOSTOPKI PO KONČČANI UPORABIANI UPORABI

LaP


POSTOPKI PO KONPOSTOPKI PO KONČČANI UPORABIANI UPORABI

LaP


Stroški ravnanja z odpadki in reciklaže= f(gostota prebivalcev, stroški delovne sile, tip EE opreme, količine)

Stroški ravnanja z odpadom EE opreme so približno 500EUR/ton.75% za recikliranje20% za logistiko5% za vodstvo, PR in kontrolo

Direktiva 2002/96/EC

dodatni stroški 500900 Mio EUR na leto za proizvajalcepribližno 3 % povečanje stroškov EE opremebodo prihranili približno 2.8 Mio. ton goriva na leto.

Recikliranje hladilnikov z CFC = 14 EUR/hladilnikRecikliranje hladilnikov z HC = 5 EUR/hladilnik

STROSTROŠŠKI RECIKLAKI RECIKLAŽŽEE

LaP


Ponovna uporaba pločevine:Za manj zahtevne oblikePobarvani kosi pločevine morajo biti uporabljeni

Ponovna uporaba kompresorjev:Pravilno delovanje kompresorjev je enostavno izvedljivo >Porabljeni kot nadomestni deli hladilnikovDeli manj zahtevni proizvodov

Ponovna uporaba PUR pene:Kot material za fleksibilno toplotni zaščito v gradbeništvu in strojništvu (PURfrakcije vsebujejo < 0,2% CFC)

Ponovna uporaba drugih komponent:Termostat, olje in hladilna tekočina (potem, ko je očiščena umazanije in oljnihdelcev)

MOMOŽŽNOSTI ZA POVENOSTI ZA POVEČČANJE PONOVNEANJE PONOVNEUPORABEUPORABE

LaP


Uporabljene komponente: pločevina, kondenzator, kovice in vezni elementiDodatna obdelava: rezanje in spajanje pločevineDodatne komponente: 2 standardna povezovalna elementa, barvaSpajanje: kovičenje, lotanje

PRIMER: EU PROJEKT “ENFORM”originalna rešitev študentov Ulj-FS: iz hladilne skrinje napravili radiator


LaP

MOMOŽŽNOSTI ZA POVENOSTI ZA POVEČČANJE PONOVNEANJE PONOVNEUPORABEUPORABE

ZMANJZMANJŠŠANJE ONESNAANJE ONESNAŽŽEVANJA OKOLJA ZEVANJA OKOLJA ZODPADKI OD POVPREODPADKI OD POVPREČČNEGA HLADILNIKANEGA HLADILNIKA

LaP


Za pravilno zmanjševanje ekološkega bremena, ki ga povzročajogospodinjski aparati, mora biti preučen celoten življenjski ciklusLCA je najbolj obširen pristop za obravnavanje varovanja okolja za proizvod“od zibke do groba”LCA sistem vrednotenja lahko pomaga industriji razumeti varovanje okoljaV predstavitvi je prikazano, da je izboljšava zmogljivosti bolj pomembna kotizboljšava proizvodnih procesov in ravnanja z obstoječimi odpadkiTehnologija recikliranja, ki ne povzroča prekomernih stroškov, mora bitidefinirana s strani EU in vlade in sprejeta pri proizvajalcihPredstavljene so možnosti za nadaljnje zmanjševanje okoljskih odpadkov priprocesu ponovne uporabe komponent

ZAKLJUZAKLJUČČEKEK

LaP


SPLOSPLOŠŠNO UPORABLJANI POJMINO UPORABLJANI POJMI

• LCA (Life-Cycle Assessment)

– Določiti vpliv analiziranega proizvoda (sistema, procesa, storitve,..)na okolje v njegovi celotni življenski dobi (proizvodnja, uporaba,razgradnja).

– Rezultat analize obremenitve na okolje: emisije, izražene v enemod okoljskih parametrov kot CO2 ton/leto kot GWP (GlobalWarming Potential)

• LCC (Life-Cycle Cost)– Rezultat analize vseživljenskih stroškov proizvoda, sistema,

procesa

• http://www.pozitivnaenergija.si/nc/energija/izracunaj-svoj-co2-odtis/


OKOLJEOKOLJE -- REFERENCEREFERENCEKUZMAN, Karl, GANTAR, Gašper. Environmentally friendly lubricants in deep

drawing of steel sheet metal. V: BAKER, R. (ur.). ICEM-97 : InternationalWorkshop on Environmental Conscious Manufacturing, s'Hertogenbosch, TheNetherlands, September 29 - October 1, 1997, Ecology and economy in metalforming and cutting. [Eindhoven: University of Technology, 1997],

GANTAR, Gašper, KUZMAN, Karl. The use of environmentally friendly lubricantsand forming without lubrication in deep-drawing of steel sheet metal. V: IDDRGWorking Groups Meeting, Brussels, Belgium, June 15-16, 1998. Proceedings.Liege: CRM, 1998, 10 str.

GANTAR, Gašper. Environmentally friendly lubrication in sheet metal forming. V:KUZMAN, Karl (ur.). 3rd International Conference on Industrial Tools ICIT2001, Rogaška Slatina, Celje, Slovenia, April 22-26, 2001. Conferenceproceedings. Celje: TECOS, [2001], str. 87-92 in [612.pdf].

GANTAR, Gašper, KUZMAN, Karl, VIŽINTIN, Jože. Technological windows andstability of deep drawing processes when using biodegradable vegetablebased lubricants. V: KRALJ, Slobodan (ur.), KOŽUH, Zoran (ur.). Of the 10thInternational Conference, October 26-29, 2004, Shanghai, China. Proceedingsof the ICEM Special Session. 2004, str. 1-6.

GANTAR, Gašper, ŠEHIČ, Emil, KUZMAN, Karl. Reduction of the environmentalburden caused by household appliances. V: 8th ICTP 2005, InternationalConference on Technology of Plasticity, Verona, October 9-13th 2005.

LaP



IZPITNA VPRAIZPITNA VPRAŠŠANJAANJA

• Energetsko vrednotenje proizvodnih tehnologijSpecifična energetska vrednost izdelka• Pomen izkoriščenosti materiala s stališč varčevanja zenergijo• Katedra operacija preoblikovanja je energetsko manjustrezna?• Katera operacija odrezovanja/odnašanja jeenergetsko manj ustrezna?• LCA• LCC

okoljevarstvena problematika -...

Documents