Az életciklus elemzésről Benkő Tamás, Mizsey Péter Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Kémiai és Környezeti Folyamatmérnök i Tanszék Hungary - 1111 Budapest, Budafoki 8. tbenko@mail.bme.hu

Copyright © Tamás Benkő or feltüntetett forrás. Áttekintés Problémafelvetés Az életciklus elemzés metodológiája Esettanulmány: PET palack vs. üveg További esettanulmányok Az előadásban szereplő ábrák csak és tartalom csak oktatási célból készült és csak arra használható. Copyright © Tamás Benkő or feltüntetett forrás.

Visszatekintés ’60-as évek: környezettudatos (vegy)ipar szükségességének felismerése fenntarthatóság Környezetkárosítás becslésének igénye Számos koncepció és eszköz Koncepciók: green chemistry, industrial ecology, etc. eszközök: environmental risk assessment, cost benefit analysis, eco-labelling, etc.

Visszatekintés Life cycle thinking from cradle to grave – bölcsőtől a sírig from cradle to cradle – bölcsőtől a bölcsőig Igény jelenezett egységes(ített) környezetkárosítást becslő eljárásra LCA: life cycle assessment Életciklus elemzés Életciklus analízis Életciklus (hatás)becslés Az egyetlen szabványosított eljárás responsibility to monitor all the aspects throughout the whole lifecycle of a program or a project

LCA Termékek/eljárások teljes élettartalma alatt jelentkező környezeti hatásainak numerikus becslése ISO: International Standards Organisation ISO 14000 szabványsorozat A szabvány az LCA-t négy lépésre osztja: Goal and Scope definition – Cél és rendszerhatárok definiálása Inventory analysis - Leltárelemzés Impact assessment - Hatásbecslés Interpretation - Értékelés

LCA

Cél és rendszerhatárok Az LCA tanulmány elkészítéséhez szükséges információk definiálása, megnevezése Az esettanulmány célja Functional unit - Funkció(s) egység A tanulmány referenciaegysége – a környezeti kárbecslést eredményét erre az egységre vonatkoztatjuk Például: 1 nm fal lefestéséhez szükséges festék előállítása okozta környezeti kár Egy autó által 100 km távolság megtétele során okozott környezeti kár Rendszerhatárok definiálása: Határvonal meghúzása „termékrendszer” és „környezet” között Folyamatábra

Cél és rendszerhatárok - folyamatábra -

Cél és rendszerhatárok Szükséges adatok Anyag és energiaáramok = leltár Leltár = inventory  (LCI) Környezeti hatáskategóriák Emberi egészség Légzőszervi megbetegedések Karcinogén hatások, stb Ökoszisztéma savasodás öko-toxicitás klímaváltozás Nyersanyagok fogyása LCA panel !!

Leltárelemzés A rendszerhatárt átlépő (be- és kilépő) anyag és energiaáramok összegyűjtése, táblázatba rendezése Vonatkoztatás a referencia egységre

Hatáselemzés Az LCI-ben lévő adatok környezetre gyakorolt hatásának becslése Lépései Classification / osztályozás Characterisation / jellemzés Normalisation / normalizálás (opcionális) Weighting / súlyozás (opcionális)

Hatásbecslés Classification Characterisation Normalization, weighting LCI results [kg NO2, SO2, …] Impact category: Acidification Category indicator Proton release to nature [H+] Environmental relevance Category endpoint(s) Damages to vegetation Characterisation Normalization, weighting

Impact Assessment Jolliet et al. (2003), IMPACT 2002+. A new life cycle impact assessment methodology. IntJLCA 8, pp324-330.

Értékelés Az eredmények értékelése és összevetése a kitűzött célokkal Legjelentősebb eredmények kiemelése Kiértékelés completeness check – teljesség vizsgálat sensitivity analysis – érzékenység vizsgálat uncertainty analysis – bizonytalanság vizsgálat Következtetések és javaslatok LCA panel!!

PET vs. Üveg Példa: ásványvíz csomagolóanyaginak összehasonlítása Forrás: Sonnemann et al., Integrated Life-Cycle and Risk Assessment for Industrial Processes

Cél és rendszerhatárok Kérdés: melyik előnyösebb környezetvédelmi szempontból az ásványvíz fogyasztása Egy utas PET palackból Visszaváltható üvegből Functional unit: egy liter ásványvíz elfogyasztása kisüvegből. Vizsgált életút szakaszok: Palackgyártás Szállítás

Cél és rendszerhatárok Környezeti hatáskategória: greenhouse effect (GWP) - üvegházhatás Vizsgált szennyezők: CO2 és CH4 CO2 ekvivalensben kifejezve Compound GWP factor [gCO2 eq. / g compound] CO2 1 CH4 62 N2O 156 HFCs 3 500 – 15 000 chlorofluorocarbon as a refrigerant and propellant in aerosol cans

Cél és rendszerhatárok: LCA modell CO2 CH4 CO2 CH4 Production of packaging material Transport System boundary

LCA modell - palackgyártás A PET-palackokat a palackozóban állítják elő (on-site) Az üvegpalackokat üveggyárban készítik (ex-site) Production PET Glass Bottle weight (g) 20 237 Bottle capacity (lit) 0.33 0.25 Number of uses 1 tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

LCA modell - Szállítás PET Bottles + water 16-t truck Bottles + water 3.5-t van X Empty bottles 16-t truck Bottles + water 16-t truck Bottles + water 3.5-t van Glass Empty bottles Empty bottles

LCA modell - Szállítás Transport PET Glass Palackozó és nagykereskedés közötti távolság (km) 50 Nagyker és kiskereskedés közötti távolság (km) 20 Üveggyár és palackozó közötti távolság - 100 20 km 100 km 50 km

Leltárelemzés – Fajlagos kibocsátási adatok Emissions Production Transport PET (1 kg) Glass 16-t truck (tkm) 3.5-t van CO2 (kg) 3.45 9.68x10-1 3.46x10-1 1.54 CH4 (kg) 1.17x10-2 2.32x10-3 5.34x10-4 2.61x10-3 Source: Sonnemann et al., Integrated Life-Cycle and Risk Assessment for Industrial Processes, CRC Press 2004. tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Leltárelemzés- Csomagolóanyag-gyártás Emission due to packaging material- production (kg/1 lit of water) PET Glass CO2 (kg) 2.09x10-1 4.59x10-2 CH4 (kg) 7.09x10-4 1.10x10-4 tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Leltárelemzés- Szállítás - tkm Emission due to transport of PET bottles (tkm/1 lit of water Track Transported mass [ton] Distance [km] Index [tkm] Bottling plant  wholesaler 16-t truck 1.06x10-3 50 5.30x10-2 Wholesaler  retail trader 3.5-t van 20 2.12x10-2 tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Leltárelemzés Szállítás - kibocsátás PET bottles (tkm/1 lit of water) Index [tkm] CO2 [kg] CH4 16-t truck 5.30x10-2 1.83x10-2 2.83x10-5 3.5-t van 2.12x10-2 3.27x10-2 5.54x10-5 Total: 5.10x10-2 8.37x10-5 tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Leltárelemzés - Szállítás - tkm Glass bottles (tkm/1 lit of water) Transported mass [ton] Distance [km] Index [tkm] Glassworks  bottling plant 16-t truck 4.74x10-5 100 4.74x10-3 Bottling plant  wholesaler 1.95x10-3 50 9.74x10-2 Wholesaler  retail trader 3.5-t van 20 3.90x10-2 wholesaler  retail trader 9.48x10-4 1.90x10-2 bottling plant  wholesaler 4.74x10-2 tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Leltárelemzés - Szállítás - kibocsátás Glass bottles (tkm/1 lit of water) Index [tkm] CO2 [kg] CH4 16-t truck 1.50x10-1 5.17x10-2 7.99x10-5 3.5-t van 5.79x10-2 8.92x10-2 1.51x10-4 Total: 1.41x10-1 2.31x10-4 tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Hatásbecslés A környezeti hatások becslése Üvegházhatású gázok kibocsátása Environmental Load PET CO2 [kg] CH4 [kg] GWP [kgCO2 eq./f.u.] Production 2.09x10-1 x1 7.09x10-4 x62 2.53x10-1 Transport 5.10x10-2 8.37x10-5 5.62x10-2 TOTAL: 0.309 Environmental Load Glass CO2 [kg] CH4 [kg] GWP [kgCO2 eq./f.u.] Production 4.75x10-2 x1 1.01x10-4 x62 5.27x10-2 Transport 1.41x10-1 2.31x10-4 1.55x10-1 TOTAL: 0.208 tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Értékelés tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Értékelés tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Értékelés tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Interpretation Uncertainty data Specific emission for LC-stage: production +/- 1% LC-stage: transport +/- 1% tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Interpretation tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Értékelés tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Interpretation Based on the available data Use of glass bottles is better (GWP is lower) CO2 is the most important pollutant In the PET bottle LC: production is the “hot- spot” In the glass LC: transport is the “hot-spot” Minimum number of uses: 8 tkm: equivalent to a mass of 1 tonne transported 1 km

Case study 01. Waste solvent treatment Printing company – huge amount of waste solvents Treatment options: Energy utilization – incineration Material recycling – recovery with distillation Incineration on the site Distillation on the site with a classic, complicated method with a novel, more effective method Simultaneous incineration and recovery Benko, T., Szanyi, A., Mizsey, P., Fonyo, Zs.: Environmental and economic comparison of waste solvent treatment options. Central European Journal of Chemistry, 4(1) 2006 92–110.

Waste solvent treatment Aim of the study: Selection of the best treatment option from environmental viewpoint Method for environmental evaluation: Eco-indicator 99 Functional unit: Environmental impacts due to the waste solvent treatment during 1 hour. [Eco-indicator 99 points / hour] LCA model and unit process flowchart: next slide

Waste solvent treatment - LCA model of the waste solvent treatment -

Waste solvent treatment Data collection: Data acquisition from an existing (Swiss) incinerator  LCA-model development Inputs and outputs of the incinerator as function of waste solvent mass flow and its heating value Precise chemical engineering modelling of distillation options  LCA-model dev. Inputs and outputs of the distillery as function mass flow and composition of the waste solvent

Waste solvent treatment - Classic distillation and incineration -

Waste solvent treatment - Novel distillation and incineration -

Waste solvent treatment - interpretation - Based on the environmental evaluation Total recovery of the waste solvents (no incineration) with the novel distillation technique is the preferable option The older recovery technique is even a little bit worse than the incineration of the waste solvents.

Waste solvent treatment - environmental and economic analysis - Economic analysis of the treatment options related to 1 hour of operation Total annual costs [1’000 USD/year] Environmental impacts [1’000 EI-99 points/year] Incineration 26’400 (100%) 5’056 (100%) Recovery with the classic method 6’430 (25%) 5’280 (104%) Recovery with the novel method 2’860 (11%) 2’656 (53%)

Air pollution - Krakow Case study: investigation of the air pollution data of an industrialized Polish city Aim of the study: Identification of the largest air pollution sources in the city. Environmental evaluation method Eco-indicator 99 incl. environmental effects on Human health and Ecosystem Quality Functional unit Environmental impacts of the annual airborne emissions of the investigated city Mizsey, P., Delgado, L., Benko, T.: Comparison of environmental impact and external cost assessment methods, Int J Life Cycle Assessessment 2009 14:665–675.

Air pollution - Krakow Data sources Annual emission data 11 pollutants 10 sources NILU Polska (Norwegian Institute for Air Research – Polish daughter company) Institut for Ecology of Industrial Areas

Air pollution - Krakow

Air pollution - Krakow

Air pollution – Krakow - Interpretation - Air pollutants causing the most environmental impacts in Krakow Particulate matters SOx NOx Most environmental effects on: Human Health Largest pollutant sources: District heating Road transport

Flue gas desulphurization Burning of fossil fuels  SO2 emission Different emission reduction techniques are available Wet-limestone scrubbing (mostly applied) Addition of dry-limestone to the combustion chamber Regenerative SO2 removal applying CuO Aim of the study Comparison and ranking of different SO2 emission reduction techniques based on their environmental performances

Flue gas desulphurization Method for environmental evaluation Eco-indicator 99 Functional unit Environmental impacts due to the removal of 1 kg of S in form of SO2 from flue gas. Data sources Input/output model development for the three options

Az LCA alkalmazási területei Alternatívák összehasonlítása Helyettesítő terméke Feldolgozó, hulladékkezelő eljárások Hot-spot analízis Környezettudatos menedzsment, - döntéshozás Starégiaépítés !! LCA panel

Köszönöm a figyelmet!