FORUM RECYKLINGU
FORUM RECYKLINGU Międzynarodowe Targi Ochrony Środowiska POLEKO 2014 Międzynarodowe Targi Poznańskie Poznań 14-17.10.2014 3
FORUM RECYKLINGU Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Międzynarodowe Targi Ochrony Środowiska POLEKO 2014 Ryszard Gola-Sienkiewicz, Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Głogowie 4
5
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Gospodarka Unii traci obecnie znaczne ilości potencjalnych surowców wtórnych, które znajdują się w strumieniach odpadów. W 2011 r. w UE wytworzono w sumie około 2,5 mld ton odpadów. Dla przykładu, zaledwie 40 % odpadów komunalnych wytworzonych w Unii poddano recyklingowi, natomiast pozostałą część składowano (37 %) lub spalono (23 %), z czego około 500 mln ton można było poddać recyklingowi lub ponownie wykorzystać.
Projektowanie Aby zmniejszyć wpływ wyrobu na otoczenie w całym cyklu jego życia (od kolebki aż po grób od wydobycia surowców do końca życia produktu), należy wypracować innowacyjne podejście do zintegrowanych kryteriów środowiskowych usługi, towaru lub produktu. Ekoprojektowanie może zredukować wykorzystanie surowców, wyeliminować materiały niebezpieczne, ograniczyć zużycie wody oraz energii, zmniejszyć ilość zanieczyszczeń i odpadów, zwiększyć żywotność oraz wydajność produktu, jak również zapewnić zwiększenie potencjału ponownego wykorzystania i recyklingu.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Unia traci w ten sposób znaczne szanse na podniesienie efektywności gospodarowania zasobami oraz stworzenie gospodarki w większym stopniu opartej na zamkniętym obiegu, prowadzącej do wzrostu gospodarczego i tworzenia miejsc pracy, co z kolei zaowocowałoby ograniczeniem emisji gazów cieplarnianych i uzależnienia gospodarki od przywożonych surowców. Unia boryka się również z różnicami we wdrażaniu przepisów między państwami członkowskimi. W 2011 r., kiedy to sześć państw członkowskich składowało mniej niż 3 % swoich odpadów komunalnych, 18 państw traciło zasoby ze względu na składowanie ponad 50 %, a w niektórych przypadkach nawet ponad 90 % odpadów.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Projektowanie zgodnie z zasadami ekologii przyczynia się do lepszego wyboru materiałów i surowców (z uwzględnieniem ich odzysku oraz recyklingu), doboru optymalnego procesu produkcyjnego oraz środków transportu, odpowiedniego użytkowania i zamknięcia pętli cyklu życia produktu. Powstanie produktu musi być poprzedzone dokładną analizą w celu zmniejszenia jego wpływu na środowisko. Takie podejście sprawia, że ekoprojektowanie może przyczynić się do zmniejszenia kosztów transportu oraz zużycia surowców przez lepsze wykorzystanie materiałów uzyskanych z recyklingu, jak również do ograniczenia zużycia wody lub energii.
Fazy ekologicznego projektowania Poszczególne fazy ekologicznego projektowania mogą doprowadzać do istotnych zmian na kolejnych etapach powstawania produktu. Pierwszy krok to wybór surowca należy wziąć pod uwagę materiały, które łatwo ponownie wykorzystać. W fazie produkcji można zdecydować się na czystsze technologie. Z kolei na etapie zastosowania warto zaplanować większą trwałość produktu. Na koniec cyklu życia produktu trzeba zaprojektować proces odzyskiwania materiału do ponownego użycia.
Sześć punktów Już w momencie projektowania produktu wiadomo, że będzie miał on wpływ na środowisko. Począwszy od: wydobycia surowców, zużycia energii (w procesie produkcji, podczas transportu i użytkowania, np. sprzęt AGD itp.) użycie materiałów do napraw, aż po zamknięcie cyklu życia (np. unieszkodliwianie). Na etapie projektowania produktu można uwzględnić do 70% kosztów z nim związanych oraz zaplanować w 80% jego wpływ na środowisko i społeczeństwo. Od założeń oraz dokładnych analiz zależy osiągnięcie jak najlepszych efektów w ekologicznym projektowaniu i ciągłym udoskonalaniu bardzo złożonych procesów rozwoju produktu.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Przy projektowaniu można kierować się filozofią sześciu punktów (Program Środowiskowy Organizacji Narodów Zjednoczonych UNEP przewodnik do LCM): 1. Przemyśl wyrób i jego funkcje, np. wyrób może być wykorzystywany bardziej efektywnie. 2. Zmniejsz zużycie materiałów i energii w trakcie całego życia wyrobu. Ryszard Gola-Sienkiewicz, Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Głogowie
Przy projektowaniu można kierować się filozofią sześciu punktów (Program Środowiskowy Organizacji Narodów Zjednoczonych UNEP przewodnik do LCM): 3. Zastąp substancje szkodliwe materiałami bardziej przyjaznymi środowisku. 4. Wprowadź recykling. Wybieraj materiały, które nadają się do recyklingu i konstruuj wyrób w sposób ułatwiający demontaż dla potrzeb recyklingu.
Przy projektowaniu można kierować się filozofią sześciu punktów (Program Środowiskowy Organizacji Narodów Zjednoczonych UNEP przewodnik do LCM): 5. Pamiętaj o ponownym użyciu. Projektuj wyrób w taki sposób, aby jego części mogły być ponownie użyte. 6. Ułatwiaj naprawy. Zaprojektuj wyrób pozwalający na łatwiejsze przeprowadzanie napraw przedłużysz w ten sposób jego życie.
Recykling metali ziem rzadkich Metale ziem rzadkich (pierwiastki ziem rzadkich) nazwa zwyczajowa rodziny 17 pierwiastków chemicznych, w skład której wchodzi 15 lantanowców (lantan, cer, prazeodym, neodym, promet, samar, europ, gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb i lutet) oraz skand i itr, które współwystępują w minerałach zawierających lantanowce i mają podobne właściwości chemiczne. Stanowią siódmą część wszystkich pierwiastków występujących w naturze. Spotykane są zazwyczaj w formie węglanów, tlenków, fosforanów i krzemianów.
Recykling metali ziem rzadkich Skand stopy metali do przemysłu lotniczego i kosmicznego Itr luminofory, ceramika, stopy metali Lantan baterie, klisze rentgenowskie, katalizatory w procesach rafinacji ropy naftowej Cer katalizator, stopy metali Prazeodym składnik domieszkowy stopów z których wykonuje się magnesy (zapobiega korozji) Neodym silne magnesy neodymowe, lasery Promet źródło promieniowania beta Samar magnesy do pracy w wysokich temperaturach, pręty sterujące reaktorów Europ wyświetlacze ciekłokrystaliczne, oświetlenie fluorescencyjne
Recykling metali ziem rzadkich Gadolin do produkcji zielonego luminoforu w ekranach CRT i scyntylatorów w obrazowaniu rentgenowskim Terb Dysproz Holm Erb Tul Iterb Lutet luminofory do lamp i wyświetlaczy silne magnesy, lasery silne magnesy lasery, wzmacniacze optyczne ceramiczne materiały magnetyczne światłowody, płyty ogniw słonecznych rentgenoluminofory
Porównania prognozy globalnego popytu metali ziem rzadkich w 2012 i 2016 roku. Przedstawia jak gwałtownie rośnie popyt na metale ziem rzadkich na całym świecie. Źródło: Metal Recycling, Programu Ochrony Środowiska ONZ, 2013 układ graficzny Todd Reubold.
Recykling metali ziem rzadkich Recykling starych samochodów osobowych i dostawczych (End of Life - ELV) odgrywa istotną rolę w zamknięciu cykli zasobów dla różnych trudno dostępnych materiałów surowcowych. Jednak nowoczesny samochód jest coraz bardziej złożony. Wszelkie dodatki elektroniczne oraz gadżety powodują, że auto staje się niezwykle skomplikowanym produktem. Jeszcze trudniejsza sytuacja rysuje się dla samochodów hybrydowych i elektrycznych. Grupa pierwiastków określana jako metale ziem rzadkich stała się bardzo poszukiwana w związku z rozwojem nowoczesnych technologii oraz koniecznością redukcji emisji związków węgla. Włączając do tego metale z grupy platynowców (PGM) np. w ogniwach paliwowych to mamy szerszy obraz tego co będzie potrzebne w pojazdach samochodowych w niedalekiej przyszłości.
Ekrany LCD - Europ - Itr - Cer Szkła i Lustra Pasty do polerowania - Cer UV Cut szkło (chroni przed promieniowanie) - Cer Paliwo Diesel Dodatki - Lantan - Cer Hybrydowy Elektryczny Silnik i Generator - Neodym - Prazeodym - Dysprosium (Dysproz) - Terb Hybryda NiMH Baterie - Lantan - Cer Katalizator/Przetwornik - Cer/Cyrkonium - Lantan Pojazdy elektryczne - Neodym (NdFeB) magnesy Metale ziem rzadkich pierwiastków i ich zastosowanie w elektrycznych pojazdach.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Na potrzeby produkcji włókna węglowego wybudowana została specjalna fabryka w Moses Lake w stanie Washington w USA. Od końca roku 2011 produkowanych jest tam rocznie 3000 ton tego materiału, co stanowi około 10 procent światowej produkcji CFRP. Energia elektryczna potrzebna do produkcji włókna węglowego czerpana jest w 100 procentach ze źródeł odnawialnych: z elektrowni wodnej.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Surowce pozyskiwane podczas recyklingu pojazdów samochodowych są coraz bardziej złożone. Obejmują one wiele powiązanych ze sobą materiałów: czysty metal, stopy i ich związki, takie jak stali, miedzi, aluminium, cynku czy niklu, tworzywa sztuczne, gumy i metale pierwiastków rzadkich, platynowce. Te ostatnie określane często jako krytyczne dla gospodarki. W recyklingu mamy powszechnie do czynienia z ponad 50 elementami, a "tylko" 20 w postaci czystej czyli niezmieszanej. Ma to duże znaczenie dla czystości metalu i sprawia, że odzysk metali i materiałów jest coraz trudniejszy. Bardzo trudna jest produkcja metali o wysokiej czystości z mieszaniny niekompatybilnych elementów (np. wszelkiego rodzaju kompozyty). Niektóre metale zanieczyszczają stali aluminium, w którym rozpuszczają się w procesie przetwarzania i nie mogą być z nich usunięte z powodów technologicznych oraz wysokich kosztów tych procesów.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Recykling metali ziem rzadkich nie jest tak łatwy, jak szkła lub tworzyw sztucznych. Jest to proces trudniejszy i wymagający większych nakładów. Metale ziem rzadkich występują w niewielkich ilościach w takich urządzeniach jak telefony komórkowe. Na przykład w ekranie dotykowym, elementy są rozmieszczone na poziomie molekularnym. Recykling telefonów komórkowych to zazwyczaj rozbijanie, rozdrabnianie i mielenie je na proszek. A następnie oddziela się materiały składnikowe do usunięcia lub utylizacji.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Nowe telefony komórkowe zawierają więcej elementów niż kiedykolwiek - niektóre w sumie 65. Dla porównania, w przemyśle wykorzystuje się tylko około 85 różnych elementów. Łatwiej jest oddzielić metale ziem rzadkich ze skał, niż z telefonów komórkowych. Aby proces był efektywny to muszą powstać nowe technologie recyklingu.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich. Francuska firma chemiczna Rhodia ogłosił wiele projektów recyklingu metali ziem rzadkich. Mitsubishi Electric poinformował, że w roku 2012 wdraża program recyklingu magnesów ze swoich klimatyzatorów. Hitachi ogłosiła opracowanie urządzenia do odzyskiwania magnesu z dysków twardych i klimatyzatorów, z zamiarem dostosowania technologii do eksploatacji handlowej. Honda ogłosiła, że w 2013 roku rozpoczyna odzyskiwać metale pierwiastków ziem rzadkich z akumulatorów hybrydowych pojazdów samochodowych.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich. Produkty muszą być tak zaprojektowane, aby łatwiej można było je rozebrać. Na przykład już prowadzone są prace dotyczące oddzielenia luminoforu z szkła na wyświetlaczu telefonu komórkowego jeszcze przed zmiażdżeniem. Inną możliwością jest izolowanie pierwiastków ziem rzadkich w urządzeniu. Przykładem może być budowa płytki drukowanej w warstwach, z różnych materiałów, o różnych wysokościach, aby można było kolejno je zeskrobać lub też elementy modułowe zawierające metale ziem rzadkich, które mogą być zaprojektowane do ponownego wykorzystania.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Zmiany technologiczne i wzrost zapotrzebowania na różne metale wymaga innego podejścia do współczesnego recyklingu. Na pewno trzeba zmienić myślenie o recyklingu. Obecnie musi być to proces dobrze przygotowany, oparty o bardzo dobre zarządzanie. Recykling współcześnie staje się procesem bardzo trudnym oraz skomplikowanym. Coraz większa złożoność produktów doprowadza do utraty wartości samego systemu recyklingu oraz nakłada coraz to większe wymagania ekonomiczne i technologiczne. W przypadku wyrobów z metali nieszlachetnych stal, miedź czy magnez możemy odzyskiwać względnie łatwo.
Ekoprojektowanie a odzysk i recykling metali ziem rzadkich Bardziej skomplikowanymi przypadkami są na przykład urządzenia elektryczne i elektroniczne. W wymienionych produktach metale są trudniejsze do odzyskania, ponieważ mogą być one tylko jednym z 50 elementów. Telefon komórkowy może zawierać więcej niż 65 elementów, w tym metali nieszlachetnych, takich jak miedź, cynę, specjalne metale takie jak kobalt, ind i antymon, metale szlachetne oraz z grupy platynowców w tym srebro, złoto, pallad, wolfram i itr. Dlatego też potrzebne są nam nowe technologie recyklingu z uwzględnieniem filozofii sześciu punktów - Programu Środowiskowego Organizacji Narodów Zjednoczonych.
Źródła 1. DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY zmieniająca dyrektywy 2008/98/WE w sprawie odpadów, 94/62/WE w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych, 1999/31/WE w sprawie składowania odpadów, 2000/53/WE w sprawie pojazdów wycofanych z eksploatacji, 2006/66/WE w sprawie baterii i akumulatorów oraz zużytych baterii i akumulatorów i 2012/19/UE w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego., Bruksela, dnia 2.7.2014 r. 2. Schischke K., Hagelüken M., Steffenhagen G.: Wprowadzenie do strategii ekoprojektowania. Dlaczego, co i jak? Fraunhofer IZM, Berlin 2010. 3. Gola-Sienkiewicz R. Ekoprojektowanie a recykling. Cz III. Recykling 9/2014 4. http://ensia.com/features 5. www.wikipedia.pl
FORUM RECYKLINGU Międzynarodowe Targi Ochrony Środowiska POLEKO 2014 Międzynarodowe Targi Poznańskie Poznań 14-17.10.2014 33
FORUM RECYKLINGU Dziękuję za uwagę
Ryszard Gola-Sienkiewicz Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Głogowie rgola@pwsz.glogow.pl ryszardgola@onet.pl tel. 511 235 252