Ekoprojektowanie (zwłaszcza) z tworzyw sztucznych

„W przyszłości polarne czapy lodowe stopiły się, zalewając świat wodą.” Takie było pierwsze zdanie wypowiedziane podczas seansu filmu „Wodny Świat” z 1995 roku.

To była jedna z pierwszych moich wizyt w kinie, a na pewno pierwsza na „dorosłym” filmie. Wcześniej byłem chyba tylko na „Pięknej i Bestii” Disneya.😊 Odbywało się to oczywiście w ramach wycieczki szkolnej, a „Wodny Świat” posłużył jako przykład utworu fantastyczno-naukowego do omawiania na lekcji języka polskiego. Pamiętam, że obrazu rzeczywistości tam przedstawionej nikt nie przestraszył się bardziej niż przyszłości opisywanej przez Stanisława Lema (który nota bene też nie jedno w swojej twórczości przewidział). Groźba skutków efektu cieplarnianego, te 30 lat temu nie wydawała się nam zbytnio realna. Dziś w dobie odczuwalnie postępujących zmian klimatycznych, film ten na pewno spotkałby się z innym odbiorem.

Szkoda, że dopiero dziś, bo przecież ludzie tacy jak Rachel Carson zwracali uwagę na potrzebę ochrony środowiska naturalnego już w latach 40-tych ubiegłego wieku. To ona pisała, że: „człowiek jest częścią natury i jego wojna z naturą jest nieuchronnie wojną przeciwko samemu sobie”. Dobrze, że od jakiegoś czasu trwają już „negocjacje pokojowe” człowieka z naturą, których częścią tzw. gospodarka w obiegu zamkniętym.

Gospodarka w obiegu zamkniętym

Pojęcie gospodarki w obiegu zamkniętym (ang. circular economy) jest ostatnio odmieniane w mediach branżowych przez wszystkie przypadki, dlatego nie będę tutaj tej deklinacji kontynuował. Powiem jedynie w żołnierskich słowach, że jest to taki model gospodarki, który stawia sobie za cel minimalizację zużycia surowców i produkcji odpadów (Rysunek 1). Nie trudno się zatem domyślić, że podstawą działania takiego modelu obok świadomych konsumentów jest recykling, ale też (co już nie bywa takie oczywiste) ekoprojektowanie.

Co to jest ekoprojekt?

Ekoprojektowanie jest eko, gdy koncentruje się na minimalizacji wpływu projektowanego produktu na środowisko w całym cyklu jego życia (from cradle to grave -od wytworzenia do utylizacji). Średnio 80% wpływu jaki wywiera nasz wyrób na środowisko naturalne zostaje zaprojektowane, czyli nieprzemyślane odpowiednio na etapie rozwoju nowego wyrobu. Jak to zmienić?  – wystarczy podążać po eko-ścieżce do „Szmaragdowego Eko-grodu” (Rysunek 2).

Projektowanie zrównoważone

Do niedawna pojęcie tzw. projektowanianie zrównoważonego było dość swobodnie interpretowane. Jednak pod koniec maja 2024 roku Unia Europejska przyjęła rozporządzenie w sprawie ekoprojektu, które określa wymagania dotyczące produktów zrównoważonych (również tych z tworzyw sztucznych). [2]

Przepisy wprowadzają nowe standardy, takie jak długowieczność produktu, możliwość recyklingu, modernizacji i naprawy, oraz regulacje dotyczące substancji utrudniających recykling. Dodatkowo, wprowadzają wymogi informacyjne, w tym cyfrowy paszport produktu. Komisja Europejska będzie miała prawo do określania wymogów dotyczących ekoprojektu za pomocą aktów delegowanych do poszczególnych branż, a dany sektor będzie miał 18 miesięcy na dostosowanie się do nich.

Oznacza to, że już niedługo będziemy dysponować wytycznymi np. w odniesieniu do projektów wyrobów z tworzyw sztucznych, póki co musimy zadowolić się ogólną „filozofią” projektowania zrównoważonych produktów, która zasadza się na możliwie najszerszym stosowaniu takich technik jak:

• Design for Manufacturing,
• Design for Assembly,
• Design for Logistics (Packaging and Distribution),
• Design for Suistanable Behaviour,
• Design for Energy Efficiency,
• Design for Longevity,
• Design for Reuse and Repurposing,
• Design for Repair and Maintenance,
• Design for Recycling,
• Design for Composting.

No to nie będzie problemu, bo przecież w branży przetwórstwa tworzyw sztucznych od zawsze robi się Design for Manufacturing (DfM) dla każdego nowego zapytania od klienta, prawda?

Prawda, że się robi, ale nie jest to DfM w pojęciu ekoprojektowania, a w zasadzie tylko i wyłącznie ocena technologiczności konstrukcji wyrobów z tworzyw sztucznych. Przykładowy wynik analizy DfM widać na Rysunek 3.

Celem tej analizy jest wybór najmniej obciążającej środowisko (najmniej energochłonnej) techniki wytwarzania projektowanego wyrobu, a nie sprawdzenie grubości ścian wypraski i ich pochylenia.

W przeciwieństwie do ogólnie obowiązującej opinii o ekologiczności tworzyw naturalnych, takich jak drewno (lub papier – patrz papierowe torby), to jak widać najlepszym dla środowiska wyborem w przypadku ławki parkowej są syntetyczne tworzywa sztuczne, a nie „dębina”.  Są natomiast twarde jak dębina dowody na to, że w przypadku wspomnianych toreb jest dokładnie tak samo. [4]

Jak policzyć ile jest zrównoważonego rozwoju w projekcie?

Nie wszystkie ze wspomnianych wcześniej metod „Design for…” da się w danym projekcie wykorzystać. Nie wszystkie też można wykorzystać w równym stopniu. Dlatego kolejnym etapem jest ilościowa, a więc liczbowa ocena ekologiczności naszego projektu.

Do wyboru jest przynajmniej kilka różnych narzędzi do policzenia jaka jest zawartość „eko” w ekoprojekcie, takich jak:

• Life Cycle Assessment,
• Eco-indicators,
• Product Carbon Footprint,
• Energy Balance,
• Exergetic Life Cycle Analysis,
• Life Cycle Sustainability Assessment.

Najczęściej stosowany jest chyba ślad węglowy (Product Carbon Footprint), ale w praktyce proces jego obliczania jest złożony i często wymaga zaangażowania ekspertów zewnętrznych. Po drugiej stronie lustra mamy metodę eko-wskaźników, prostą w obsłudze, ale i nie tak rozpowszechnioną. Zastosowanie tej metody polega na ocenie efektywności zużycia materiałów i energii w procesach produkcyjnych oraz ich wpływu na środowisko naturalne poprzez przypisanie każdemu z etapów cyklu życia produktu odpowiedniej wartości liczbowej. Wartości te można znaleźć w bazach internetowych takich jak np. ecoinvent.

Eko-wskaźniki

Pierwszy etap metody eko-wskaźnikowej polega na dokładnym rozpisaniu cyklu życia projektowanego wyrobu. Przykład takiej „rozpiski” dla przelewowego ekspresu do kawy przedstawia Rysunek 4.

Następnie dla każdego z etapów z cyklu życia produktu oblicza się wartość eko-wskaźnika (zazwyczaj po prostu mnożąc przypisaną jednostce masy, bądź energii liczbę przez masę wykorzystanego surowca lub zużytą w procesie produkcji energię). Przykład takich wyliczeń przedstawia Tabela 1.

Jak widać największy wpływ na środowisko naturalne ma etap użytkowania ekspresu (sumaryczna wartość eko-wskaźnika: 7183.2). Etap produkcji, a więc też i użytego do niej tworzywa, ma prawie dziesięciokrotne mniejsze znaczenie w kontekście obciążenia środowiska (sumaryczna wartość eko-wskaźnika: 870.8).

Tabela 1 Przykład oceny eko-wskaźnikowej dla ekspresu do kawy (źródło[5]:)

Ocena innowacyjności nowych produktów

Ostatnią częścią procesu jest ocena innowacyjności nowego projektu. Tutaj też do dyspozycji mamy gotowe rozwiązania takie jak:

• LIDS Wheel,
• Eco-star,
• Eco-Innovation Compass,
• Checklist.

Tym razem mamy do czynienia z oceną jakościową, która polega na porównaniu nowego projektu ze starym (istniejącym rozwiązaniem).

Eko-kompas

Korzystanie, np. z takiego rozwiązania dla Eco-innovation Compass polega na nałożeniu nowego i poprzedniego produktu na wykres radarowy i dokonania wizualnej oceny jakości naszego projektu w odniesieniu do produktu referencyjnego (patrz Rysunek 5).

Warto nadmienić, że zarówno oceny ilościowe jak i jakościowe można przeprowadzać bezpośrednio w oprogramowaniu CAD (Rysunek 6), o ile zawarte są w nim wartości eko-wskaźników dla danych materiałów, np. tworzyw sztucznych (zazwyczaj w karcie materiałowej, obok takich wielkości jak np. własności mechaniczne).

Opakowania wielokrotnego użytku zamiast plastiku

Taki był tytuł jednego z artykułów opisujących wymogi Unii Europejskiej w zakresie dyrektywy Single Use Plastics. [9] Rozporządzenie to ma na celu ograniczenie stosowania opakowań jednorazowych, a tam gdzie są rzeczywiście konieczne zastąpienie materiałów ze źródeł nieodnawialnych, np. z polimerów syntetycznych tworzywami kompostowalnymi. Na mocy tej samej ustawy od maja ubiegłego roku zakazane jest stosowanie tworzyw sztucznych w produkcji opakowań takich talerzyki, sztućce i słomki. „Problemem słomek” nie jest jednak to, że są z tworzyw sztucznych, ale że są jednorazowe.

Tworzywa polimerowe w wielu zastosowaniach są eko-logiczniejszym wyborem niż inne materiały (patrz. Rysunek 3) i zapewne będą też takim w przypadku produkcji opakowań wielokrotnego użytku. Dlatego tytuł ww. artykułu, jak i padające w nim stwierdzenie, że za „promowanie produktów z tworzyw sztucznych jako ekologicznych, można zapłacić od 10 tys. zł do nawet pół miliona zł kary”, uważam za przykład niezrozumienia idei ekoprojektowania i dowód na istotność tego tekstu. 😊

Podsumowanie

1. Ekoprojektowanie jest jednym z podstawowych filarów modelu gospodarki w obiegu zamkniętym i w najbliższej przyszłości będzie jedyną dopuszczoną formą rozwoju nowych wyrobów. Nasz Parlament Europejski już zadba, żeby tak było.
2. Ekoprojektowanie zasadniczo polega na implementacji technik projektowania zrównoważonych produktów („Design for…”) i ocenie ich wdrożenia (ilościowej i jakościowej) z wykorzystaniem konkretnych narzędzi (np. eko-wskaźników).
3. Nie to jest eko, co się komu podoba, ale to co najmniej obciąża środowisko naturalne. Jak pokazuje Rysunek 7 nawet największe firmy niekoniecznie są tego świadome (producent poprzez zmianę stosowanych do tej pory tworzyw sztucznych zredukował o 24% emisję CO2 podczas wytwarzania ekspresu do kawy, które jak wiemy z Tabela 1 odpowiada za niecałe 10% ogólnego wpływu na środowisko dla tego typu wyrobu podczas całego cyklu życia).
4. Nie polecam nikomu dziś oglądania „Wodnego Świata” z 1995 r.  Filmy z lat 90-tych najlepiej się ogląda w latach 90-tych, ale idea realistycznego przedstawienia tej, już prawdopodobnej wizji przyszłości, zamiast kolejnej części wyczynów „facetów w rajtuzach” wydaje się być co najmniej słuszna. (Wiem, że na pewno to czytasz Panie Ryanie Reynolds – proszę przemyśleć temat 😉)

Autor: dr inż. Przemysław Narowski – Politechnika Warszawska

Bibliografia

1. https://www.esginfo.pl/czym-jest-goz/ [dostęp z dnia 10.06.2024]
2. https://www.europarl.europa.eu [dostęp z dnia 01.06.2024]
3. K. Doorsselaer,  R. J. Koopmans: Ecodesign. A Life Cycle Approach for a Sustainable Future, Hanser, 2020
4. C. DeAmitt: The Plastics Paradox: Facts for a Brighter Future, Phantom Plastics, 2020
5. https://ecoinvent.org [dostęp z dnia 10.06.2024]
6. https://ecolizer.be [dostęp z dnia 26.10.2022]
7. https://makersite.io [dostęp z dnia 10.06.2024]
8. https://www.philips.pl [dostęp z dnia 10.06.2024]
9. https://biznes.interia.pl [dostęp z dnia 16.06.2024]