Ocena Cyklu Życia płytek obwodów drukowanych doświadczenia producenta

Transkrypt

1 Ocena Cyklu Życia płytek obwodów drukowanych doświadczenia producenta Wojciech Stęplewski, ITR Anna Girulska, Eldos Sp. z o.o. 8 października 2013

2 Badania zostały przeprowadzone dzięki ścisłej współpracy Instytutu Tele- i Radiotechnicznego i firmy Eldos Sp. z o. o. Prace prowadzące w zakresie projektu były finansowanie przez Unię Europejską w ramach Siódmego Programu Ramowego (FP7/ ) na podstawie umowy o dofinansowanie nr , projekt: LCA to go.

3 ZAGADNIENIA OCENY CYKLU ŻYCIA PŁYTEK OBWODÓW DRUKOWANYCH 1. Miejsce PCB w świecie elektroniki 2. LCA - wprowadzenie 3. Dane wejściowe i dane wyjściowe dla oceny cyklu życia PCB 4. Rezultaty uzyskane za pomocą uproszczonego modelu oceny cyklu życia PCB 5. Podsumowanie

4 Wprowadzenie Płytki Obwodów Drukowanych Płytki obwodów drukowanych (ang. PCB lub PWB) stanowią podłoże dla elementów elektronicznych, które są na nich montowane. Zmontowane płytki składane są w bardziej skomplikowany produkt zawierający elektronikę (np. komputery, telefony, telewizory, ale są również częścią maszyn przemysłowych, samochodów i samolotów). Płytki produkowane są zgodnie z projektem przewidzianym przez projektanta obwodu elektrycznego i elektronicznego. Producenci PCB są tylko pojedynczym ogniwem w łańcuchu produkcji elektroniki.

5 Wprowadzenie Płytki Obwodów Drukowanych PCB muszą spełniać wymagania dyrektywy RoHS i wymagania rozporządzenia REACH. Standardowa produkcja PCB wymaga procesów chemicznej i mechanicznej obróbki ze znacznym zużyciem chemikaliów, energii elektrycznej i wody. Procesom tym towarzyszy powstawanie różnego rodzaju odpadów - jak odpadów stałych, ścieków, emisja gazów cieplarnianych.

6 Proces produkcji PCB typowa linia produkcyjna

7 Wprowadzenie - LCA Ocena Cyklu Życia (LCA - Life Cycle Assessment) jest działaniem umożliwiającym identyfikację, kwantyfikację i ocenę wpływu na środowisko organizacji, produktów i usług. Podstawowymi elementami LCA są: (1) identyfikacja i kwantyfikacja obciążeń środowiska (materiały, energia, emisji gazów i utylizacja odpadów) (2) ocena potencjalnego wpływu tych obciążeń, (3) oszacowanie dostępnych opcji dla zmniejszenia obciążeń.

8 Wprowadzenie - LCA LCA może być używane w różnych miejscach procesu podejmowania decyzji: Poprzez zapobieganie problemom środowiskowym w trakcie projektowania, planowania i rozwoju produktów Poprzez doskonalenie produktu Poprzez planowanie strategiczne Poprzez ustalanie celów środowiskowych firmy Poprzez wdrożenie systemu zarządzania środowiskowego ISO i systemu etykietowania środowiskowego Poprzez marketing

9 Analiza LCA Pełna Uproszczona

10 Najbardziej problematyczne fazy cyklu życia wskazane przez producentów PCB. surowce produkcja dystrybucja użytkowanie utylizacja nie wiem

11 PCB - LCA Badania LCA obwodów drukowanych (PCB), wykonywane są w oparciu o normy środowiskowe ISO 14040/44 i powinny obejmować cztery fazy: Określenie celu i zakresu badań, Analiza zestawu danych wejściowych i wyjściowych, Ocena wpływu cyklu życia na środowisko, Interpretacja wyników.

12 Wpływ PCB na środowisko w całym cyklu życia może być opisany za pomocą różnych wskaźników L.p. Wskaźnik 1 Ilość materiałów 2 Masa 3 Potencjał zakwaszenia (AP Acidification Potential) 4 Zdolność do fotochemicznej syntezy ozonu (POCP Photochemical Oxidant Creation Potential) 5 Potencjał toksyczności dla ludzi (HTP Human Toxicity Potential) 6 Stopień ponownego wykorzystania i recyklingu 7 Stopień odzysku energii

13 Wpływ PCB na środowisko w całym cyklu życia może być opisany za pomocą różnych wskaźników L.p. Wskaźnik 8 Zużycie energii 9 Całkowita ilość wytworzonych odpadów 10 Zużycie surowców 11 Indeks gazów cieplarnianych 12 Potencjał niszczenia warstwy ozonowej (ODP Ozone Depletion Potential) 13 Ślad węglowy 14 Globalny Współczynnik Ocieplenia w skali czasowej 100 lat (GW100 Global Warming Potential) Environmental and economic implications of a shift to halogen-free printed wiring boards Carl Gunnar Bergendahl and coauthors, Circuit World Volume 31, Number 3, 2005, p , C. Herrmann, M. Betz, N. Warburg Generic LCA Based DfE - A Case Study of Different PCB Systems, IEEE 2001, p

14 Schemat LCA dla całego łańcucha dostaw PCB Analiza zbioru PCB WEJŚCIA GRANICE SYSTEMU WYJŚCIA SUROWCE, ENERGIA ELEKTRYCZNA, WODA Pozyskanie surowców Produkcja preparatów i substancji chemicznych / przemysł chemiczny Modyfikacje chemikaliów / technologie dla elektroniki Surowce do PCB Proces produkcji PCB Montaż elementów elektronicznych / urządzenia elektryczne i elektroniczne (EEE) Użytkowanie EEE Utylizacja odpadów EEE ŚCIEKI, ODPADY, EMISJE (CO2, GHG)

15 Uproszczony zakres badania LCA dla płytki drukowanej Dane wejściowe Granice systemowe Dane wyjściowe Zakres badania PCB LCA ogranicza się do następujących czynników: Zużycie surowców do produkcji, Ilość wytworzonych odpadów, Zużycie energii elektrycznej, Zużycie wody, Emisje gazów cieplarnianych Wygenerowana ilość ścieków. (całkowita zarejestrowana emisja gazów),

16 ZAGADNIENIE danych do analizy LCA dla obwodów drukowanych Aby wykonać badania LCA dla PCB wykorzystano następujące dane: Rodzaj i ilości surowców wykorzystanych do produkcji różnych rodzajów płytek, Całkowite zużycie energii elektrycznej i ciepła, Zużycie wody procesowej, technologicznej i socjalnej, mierzone w poszczególnych węzłach procesu, Ilość odpadów wytwarzanych podczas produkcji PCB (złom PCB i odpady stałe), Ilość emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. WAŻNE: JEDNOSTKI DLA DANYCH WEJŚCIOWYCH I WYJŚCIOWYCH: j.m./kg PCB BŁĄD ANALIZY: (+ / -5%) Wszystkie dane użyte w badaniu zostały zbierane przez firmę Eldos (Wrocław, Polska).

17 ZAGADNIENIE danych do analizy LCA dla obwodów drukowanych Surowce: około 200 produktów Typowe materiały używane w produkcji PCB: LAMINAT Mogą mieć różne właściwości (FR4, CEM1, FR3, FR2, PI, IMS) Mogą mieć rożna grubość (zwykle w zakresie 0,1 3,2 mm) Laminat FR4 o grubości 1,5 mm i folia miedzianą o grubości 35/35 μm.

18 ZAGADNIENIE danych do analizy LCA dla obwodów drukowanych Zużycie energii elektrycznej Do przeprowadzenia analizy LCA dla PCB obliczono całkowite zużycie energii elektrycznej i ciepła w odniesieniu do 1 kg wyprodukowanych PCB. Zużycie wody Do przeprowadzenia analizy LCA dla PCB obliczono całkowite zużycie wody w odniesieniu do 1 kg wyprodukowanych PCB.

19 ZAGADNIENIE danych do analizy LCA dla obwodów drukowanych Ścieki z produkcji Całkowita ilość ścieków = całkowita ilość WODY Odpady stałe z produkcji Ważne źródło surowców wtórnych. Emisja gazów cieplarnianych Głównie CO 2, ale również inne składniki stosowane do produkcji płytek drukowanych

20 Evaluation LCA to go Survey

21 ZAGADNIENIE danych do analizy LCA dla obwodów drukowanych

22 ZAGADNIENIE danych do analizy LCA dla obwodów drukowanych

23 WYNIKI oceny cyklu życia dla obwodów drukowanych Ilościowe dane w odniesieniu Zużycie laminatu [kg/1kg PCB] Zużycie innych materiałów Zużycie energii elektrycznej Zużycie wody Emisja gazów cieplarnianych Ilość odpadów [kg/1kg PCB] [kwh/kg PCB] [m 3 /kg PCB] [kg/kg PCB] [kg/kg PCB] do 1 kg PCB Analiza ilościowa danych w odniesieniu do 1m 2 PCB 1,00 2,69 51,30 0,35 0,13 1,18 [kg/1m 2 PCB] [kg/1m 2 PCB] [kwh/1m 2 PCB] [m3/1m 2 PCB] [kg/1m 2 PCB] [kg/1m 2 PCB] 3,42 9,20 175,50 1,19 0,43 4,05

24 Emisja dwutlenku węgla w kg ekwiwalentu CO 2 dla procesów produkcji PCB Materiały [kg eq.co 2 /kg PCB] Energia [kg eq.co 2 /kg PCB] Emisja GHG [kg eq.co 2 /kg PCB] Odpady [kg eq.co 2 /kg PCB] SUMA [kg eq.co 2 /kg PCB] Emisja dwutlenku węgla w kg / PCB 9,64-21,04 24,86 0,13 0,08 >25,08 Materiały [kg eq.co 2 /m 2 PCB] Energia [kg eq.co 2 /m 2 PCB] Emisja GHG[kg eq.co 2 /m 2 PCB] Odpady[kg eq.co 2 /m 2 PCB] SUMA[kg eq.co 2 /m 2 PCB] Emisja dwutlenku węgla w m 2 /PCB 33,00-72,00 85,05 0,43 0,30 >85,78

25 Podsumowanie Stwierdzono, że proces produkcyjny PCB jest główną fazą w cyklu życia. Otrzymane dane LCA pokazują, że produkcja PCB zużywa dużo energii (51,3 kwh / kgpcb = 24,86 kg eq.co2/kgpcb), wody (0,35 m3/kgpcb) i surowców (3,69 kg / kgpcb = 9,64-21,04 kg eq.co2/kgpcb) z tego, laminat stanowi 27% udziału w całym zużyciu materiałów Przy procesie produkcji PCB powstają różnego rodzaju odpady (1,18 kg / kgpcb = 0,08 kg eq.co2/kg PCB) i dochodzi do emisji gazów cieplarnianych (0,13 kg / kgpcb = 0,13 kg eq.co 2 /kgpcb) WNIOSEK: Stwierdzono, że w celu zmniejszenia wpływu na środowisko PCB, w pierwszej kolejności należy dążyć do redukcji zużycia energii. Należy również zmniejszyć zużycie wody oraz optymalizować projekt płytki w celu minimalizacji zużycia materiałów.

26 Dziękuję za uwagę!