GOSPODARKA ZAMKNIETEGO OBIEGU MATERIAŁOWEGO. NIEZAWODNOŚĆ KONSTRUKCJI Dr hab. inż. Tomasz Babul prof. IMP - Dyrektor Instytut Mechaniki Precyzyjnej Dr hab. inż. Andrzej Wojciechowski prof. IMP - Prezes PSNR andrzej.wojciechowski@imp.edu.pl Tel. (22) 560-02-911
OBSZARY WSPÓŁPRACY B+R LOTNICTWO KOLEJNICTWO MOTORYZACJA OBRONNOŚĆ NARZĘDZIA KONSTRUKCJE NANOTECHNOLOGIA EKOLOGIA MEDYCYNA 2
Uszlachetnianie materiałów Technologie IMP OBRÓBKA CIEPLNA I CIEPLNO-CHEMICZNA MECHANICZNA OBRÓBKA POWIERZCHNI INNOWACYJNE MATERIAŁY POWŁOKI OCHRONNE OCHRONA ŚRODOWISKA GZO 3
Prace B+R IMP Badania naukowe i prace rozwojowe IMP finansowanych z działalności statutowej: I Inżynieria powierzchni II Wielofunkcyjne materiały i kompozyty III Korozja i powłoki ochronne IV Technologie inżynierii biomedycznej V Ochrona środowiska, technologie odzysku i recyklingu 4
TECHNOLOGIE IMP ZWIEKSZAJĄCE NIEZAWODNOŚĆ WYROBU Technologie proponowane przez IMP: Obróbka cieplna, cieplno-chemiczna Umocnienie powierzchni (np. obróbka strumieniowo-ścierna, kulowanie) Wytworzenie warstw ochronnych na powierzchniach narzędzi i wyrobów różnymi technikami (nanodiament/nanorurki/grafen/grafit) przygotowanie mechaniczne i chemiczne powierzchni pod powłoki ochronne lakierowe i galwaniczne Wytwarzanie powłok ochronnych lakierowych i galwanicznych (w tym metodą tamponową) obróbka cieplna i cieplno-chemiczna narzędzi i części maszyn oraz realizacja tych procesów w skali półtechnicznej natryskiwanie cieplne powłok antykorozyjnych, regeneracyjnych, technicznych i dekoracyjnych przyjazne dla środowiska technologie produkcyjne, recyklingu odpadów i odzysku materiałowego w ramach gospodarki zamkniętego obiegu 5
TECHNOLOGIE OBRÓBKI CIEPLNEJ I CIEPLNO-CHEMICZNEJ Wyżarzanie Hartowanie Tlenoazotowanie Utlenianie Wymrażanie Chromowanie Odpuszczanie Nawęglanie Azotowanie Węgloazotowanie Azotonawęglanie Borowanie Krzemowanie Tytanowanie Lutowanie Spiekanie 6
STANOWISKA TECHNOLOGICZNE Stanowisko do impulsowego azotowania jarzeniowego części samolotowych Stanowisko do impulsowego azotowania wałków rozrządu (Daewoo) Zawory silnikowe po procesie impulsowego azotowania jarzeniowego 7
Ekologia recykling GZO Na jakość i skuteczność recyklingu i odzysku materiałowego oraz ponowne użycie części i podzespołów wpływają następujące czynniki konstrukcja ułatwiająca demontaż części i podzespołów poziom techniczny i kultura techniczna firm demontujących pojazdy daleko posunięta unifikacja wszystkich podzespołów i części pojazdów możliwość długotrwałej, bezpiecznej pracy części i podzespołów - niezawodność 8
PRZYKŁADY OBRÓBKI CIEPLNO-CHEMICZNEJ CZĘŚCI NA POTRZEBY MOTORYZACJI (AZOTOWANIE) Tłoczyska sprężyn gazowych amortyzatory Tłoczyska układów hydraulicznych Tłokowe pierścienie stalowe i żeliwne Stożkowe koła zębate Wały przegubowe Wały korbowe 9
OBRÓBKA TECHNIKAMI GALWANICZNYMI I CIEPLNO-CHEMICZNYMI Wykres twardości stopu tytanu po obróbce w funkcji odległości od powierzchni Obróbka cieplna kół zębatych m.in. do przekładni Obróbka stopów tytanu 10
POWŁOKI - OCHRONA PRZED KOROZJĄ Osadzanie powłok technikami galwanicznymi, w tym: fosforanowanie, anodowe utlenianie (anodowanie), niklowanie, złocenie, srebrzenie, miedziowanie, kobaltowanie Selektywne (miejscowe) osadzanie powłok: metali i stopów metali szlachetnych stopów niklu i kobaltu z fosforem stopów niklu i kobaltu z wolframem cynku, kadmu, miedzi anodowanie stopów aluminium z wykorzystaniem prądów modulowanych Natryskiwanie cieplne, w tym m.in.: powłoki antykorozyjne z cynku, aluminium lub stopu cynku i aluminium o grubości 50 200 µm, powłoki odporne na ścieranie WC-Co itp. Nakładanie warstw metodami detonacyjnymi, w tym m.in.: warstwy nanodiamentów, grafen 3D IMP i td. 11
BADANIA NIENISZCZĄCE METODA PRĄDÓW WIROWYCH Podstawowa metoda badań nieniszczących oparta na zjawisku indukcji magnetycznej Metoda porównawcza wymaga wzorców lub próbek odniesienia Wykrywa wady, służy do badania właściwości materiałów Zalety: brak środka sprzęgającego łatwa automatyzacja procesu kontroli szybki przebieg kontroli bezpieczna dla operatora i środowiska Zastosowanie: kontrola i wykrywanie wad cylindrów silników wykrywanie pęknięć w regenerowanych zaworach pomiary grubości powłok niklowych Uchwyt pomiarowy do kontroli kół zębatych z sondą dotykową Wykres radialny rozkładu sygnałów Wirotest Gniazda i zawory w silniku Wał korbowy 12
MONITORING KOROZJI System przestrzennego obrazowania narażeń korozyjnych i ubytków korozyjnych stali, cynku i powłok cynkowych na dowolnym obszarze Ocena stężenia zanieczyszczeń (NO 2, PM 10 ) i szybkości korozji wzdłuż dróg i autostrad z odpowiednimi mapami Ocena stężenia zanieczyszczeń (NO 2, SO 2, PM 10 ) i szybkości korozji w miastach z odpowiednimi mapami Baza danych parametrów klimatycznych i rocznych ubytków korozyjnych stali, cynku, miedzi i aluminium od 1992 r. Badania prowadzimy zgodnie z normami: PN-EN ISO 8565, PN-EN ISO 9223 Ubytek korozyjny stali w 2010, µm Próbki korozyjne 13
Ochrona środowiska - GZO Pozyskanie w ramach gospodarki o zamkniętym obiegu materiałowym z odpadów surowców wtórnych powinno przyczynić się do: oszczędność surowców i energii eliminacja materiałów toksycznych redukcja ilości odpadów stałych, ciekłych i gazowych Nowe technologie zagospodarowania odpadów, przyczyniają się do: - zmniejszenia ilości emisji gazów cieplarnianych - zanieczyszczenia i degradacji środowiska m.in. przez minimalizację negatywnego oddziaływania w całym cyklu życia produktu 14
Gospodarka zamkniętego obiegu (GZO) Poziom recyklingu i przygotowania do ponownego użycia papieru, metali, tworzyw sztucznych i szkła: 2012 r. - 10 % 2013 r. - 12 % 2014 r. - 14 % 2015 r. - 16 % 2016 r. - 18 % 2017 r. - 20 % 2018 r. - 30 % 2019 r. - 40 % 2020 r. - 50 % 15
Gospodarka o zamkniętym obiegu materiałowym Problemem Unii Europejskiej jest deficyt energii i surowców naturalnych oraz coraz wyższe koszty ich importu (pozyskania). Obieg zamknięty w gospodarce to obszar wielokierunkowych działań. W gospodarce komunalnej wymaga on wysokiej kultury segregacji odpadów u źródła, następnie ich separacji i przygotowania do recyklingu i odzysku lub przetworzenia w energię i paliwa. Zasada rozszerzonej odpowiedzialności producenta realizuje następujące cele : maksymalne zmniejszenie ilości odpadów podczas wszelkiej działalności gospodarczej oraz bytowania ludzi, natychmiastowe włączenie pozostałości poprodukcyjnych ponownie do produkcji, odzysk surowców z odpadów zebranych, stosowanie procesów unieszkodliwiania odpadów, składowanie odpadów w sposób uporządkowany przy zapewnieniu minimalnego obciążenia środowiska. 16
Dane dot. PKB z programu sektorowego W gospodarce materiałowej coraz większego znaczenia nabierają surowce i materiały pochodzące z odzysku. Wiele materiałów pochodzenia mineralnego i surowców organicznych powraca do produkcji w postaci surowca wtórnego poprzez realizację koncepcji przejścia do gospodarki zamkniętego obiegu materiałowego (GZO). Do wykorzystania odpadów w Polsce odzysku surowców wtórnych (odpady poprodukcyjne i poeksploatacyjne), coraz większe znaczenie przypisuje się ze względów gospodarczych, ekologicznych i ekonomicznych. 17
Wielkość sektora recyklingu i odzysku 18
Średni udział materiałów stosowanych w produkcji samochodów osobowych. Przetworzone polimery 1% Materiały tekstylne 1% Opony 4% Guma 1% Szkło 3% Akumulatory 1% Inne 1% Tworzywa sztuczne 9% Płyny 2% Wyposażenie elektryczne 1% Stopy żelaza 69% Stopy Zn, Cu, Mo, Ti, Pb, Sn, inne 1% Stopy Al, Mg 6% 19
RODZAJE RECYKLINGU ODPADÓW Wymagania w zakresie ochrony środowiska powodują, że producent wyrobu, dostawca surowca/materiału, konstruktor wyrobu i technolog muszą podporządkować swoje działania w celu minimalizacji negatywnych skutków ich eksploatacji i likwidacji. W procesie recyklingu rozróżnia się rodzaje odzysku ze względu na uzyskane końcowe efekty: produktowy, materiałowy, energetyczny (spalanie/współspalanie). ze względu na technologię prowadzenia recyklingu rozróżnia się metody mechaniczne: przez demontaż, rozdrabnianie w strzępiarkach. 20
Rozkład termiczny odpadów organicznych W nowoczesnych instalacjach do prowadzenia procesu rozkładu termicznego metodą termolizy bezpiecznie dla środowiska przetwarzane mogą zostać: elastomery - różnorodne odpady gumowe i zużyte produkty użytkowe, w szczególności opony samochodowe, tworzywa polimerowe - różnorodne odpady z tworzyw sztucznych oraz wykonane z nich zużyte produkty użytkowe, biomasa - odpady drzewne i poużytkowe mieszane, celuloza (tektura, papier itp.), płyty MDF, odpady ropopochodne np. zużyty olej, filtry oleju, szlamy, zanieczyszczone olejami i smarami materiały inne opady organiczne i mieszane takie jak materiały wielowarstwowe i wieloskładnikowe np. elektronika, opakowania, sprzęt AGD/RTV/IT, elementy i części z PWzE itp. 21
Rozkład termiczny odpadów organicznych RODZAJ ROZŁADU TERMICZNEGO NISKOTEMPERATUROWY (320 O C 490 O C) TERMOLIZA WYSOKOTEMPERATUROWY (500 O C 1000 O C i powyżej) PIROLIZA SUROWIEC, WSAD, ODPADY Biomasa, Odpady drzewne Odpady polimerowe i elastomerowe (tworzywa sztuczne, guma) Organiczne odpady komunalne POZYSKIWANY PRODUKT FRAKCJA OLEJOWA FRAKCJA GAZOWA FRAKCJA STAŁA PRODUKTY KOŃCOWE ENERGIA ELEKTRYCZNA ENERGIA CIEPLNA 22
Rozkład termiczny odpadów organicznych Instalacja do rozkładu termicznego metodą termolizy WGW-8 23
Rozkład termiczny odpadów organicznych Rozkład termiczny odpadów organicznych - załadunek opon samochodowych - rozładunek kordu stalowego 24
Rozkład termiczny odpadów organicznych Urządzenie testujące do opracowywania technologii (laboratorium firmy WGW) 25
Produkty rozkładu termicznego odpadów organicznych 26
Ochrona środowiska Szacuje się, iż każdego roku powstaje na świecie ok. 1 mld Mg zużytych opon samochodowych. W Polsce, podobnie jak w innych krajach Unii Europejskiej, ok. 80% zużytych wyrobów gumowych stanowią opony. W procesie rozkładu termicznego metodą termolizy rocznie można przerobić ok. 200.000 Mg odpadów gumowych z których uzyskamy ok. 100 000 Mg oleju i ok. 20 000 Mg gazu, które mogą znaleźć zastosowanie jako paliwo do pozyskiwania energii cieplnej lub elektrycznej (dywersyfikacja żródeł energii). Przykładowe składowiska opon: Góry starych opon zalegające na składowisku w Sesena Nuevo niedaleko Madrytu. 5 mln szt. starych opon stanowi duże zagrożenie dla środowiska (pow. ok. 11 hektarów). Największe na świecie składowisko opon w Al Jahra Kuwejt. 27
Składowiska opon samochodowych 28
Założenia gospodarki odpadami w obiegu zamkniętym Gospodarka zamkniętego obiegu w tym recykling i odzysk materiałowy stanowi imperatyw nowoczesnej gospodarki. Zakład przetwarzania odpady jest zobowiązany do tego aby odpady były zagospodarowywane zgodnie z przepisami w zakresie ochrony środowiska, w szczególności ustawy o odpadach. Recykling odpadów komunalnych na poziomie 65% do 2030 r. Redukcja składowania odpadów do maksymalnie 10% do 2030r. Całkowity zakaz składowania segregowanych odpadów. Czy jesteśmy wstanie spełnić obecnie wyżej wymienione wymagania? 29
Ochrona środowiska Jednym z ważniejszych obszarów działalności B+R jest wdrażanie nowych technologii na rzecz poprawy i ochrony środowiska, w tym recyklingu i odzysku materiałowego ukierunkowane w szczególności na: - efektywność energetyczną i ograniczenie emisji - pozyskiwanie nowych alternatywnych źródeł energii - dywersyfikację źródeł energii w celu wzmocnienia odporności gospodarki na okresowy deficyt dostaw Tezy zgodne z Polityką klimatyczno-energetyczną UE oraz z Krajową Strategią Spójności i Strategią Bezpieczeństwo Energetyczne i Środowisko Perspektywa 2020 r. 30
Ochrona środowiska - GZO Pamiętajmy!!! GUMA to surowiec, który podlega procesowi recyklingu i odzysku 31
dr hab. inż. Andrzej Wojciechowski, prof. IMP Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Prezes Polskiego Stowarzyszenia Naukowego Recyklingu e-mail: andrzej.wojciechowski@imp.edu.pl www.imp.edu.pl