ΠΡΑΣΙΝΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ευάγγελος Βουδριάς Καθηγητής. Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Ξάνθη

Transcript

1 ΠΡΑΣΙΝΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ευάγγελος Βουδριάς Καθηγητής Τμήματος Μηχανικών Περιβάλλοντος Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Ξάνθη

2 ΠEΡIEXOMENA Μοντέλο γραμμικής οικονομίας Μοντέλο κυκλικής οικονομίας Νομοθεσία Πράσινη μηχανική 12 αρχές πράσινης μηχανικής Παραδείγματα Βιβλιογραφία

3 ΧΗΜΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ Καύσιμα Φάρμακα Χαρτί Πλαστικά Μέταλλα Ηλεκτρονικά Τρόφιμα Χρώματα Κατασκευαστικά υλικά Χημικά Θέσεις εργασίας

4 ΧΗΜΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ Κατανάλωση πρώτων υλών (40-80 ton/capita/y για βιομηχανικές οικονομίες) Κατανάλωση ενέργειας Εκπομπή διοξειδίου του άνθρακος Εκπομπή τοξικών Παραγωγή αποβλήτων Επιπτώσεις στην υγεία

5 ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ

6 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ Υποβάθμιση της αξίας των πόρων και των προϊόντων. Περιορισμένοι φυσικοί πόροι, αστάθεια τιμών. Παραγωγή αποβλήτων, περιβαλλοντική υποβάθμιση και κλιματική αλλαγή. Δεν μπορούμε να οικοδομήσουμε το μέλλον μας επάνω στο γραμμικό μοντέλο «λήψηκατασκευή-απόρριψη», που βασιστήκαμε μέχρι τώρα.

7 ΤΟ ΚΛΕΙΣΙΜΟ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Τον Δεκέμβριο 2015 η Ευρωπαϊκή Επιτροπή δημοσίευσε την έκθεσή της «Το κλείσιμο του κύκλου Ένα σχέδιο δράσης της ΕΕ για την Κυκλική Οικονομία». Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή θα «βοηθήσει τις Ευρωπαϊκές επιχειρήσεις και τους καταναλωτές να κάνουν την μετάβαση σε μία ισχυρότερη και πιο κυκλική οικονομία, στην οποία οι πόροι θα χρησιμοποιούνται με περισσότερο αειφορικό τρόπο. Οι προτεινόμενες δράσεις θα συμβάλλουν στο κλείσιμο του κύκλου ζωής των προϊόντων μέσω περισσότερης ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης και θα ωφελήσουν το περιβάλλον και την οικονομία».

8 ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΚΥΚΛΙΚΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ Η αξία των προϊόντων, των υλικών και των πόρων διατηρείται στην οικονομία όσο γίνεται περισσότερο. Η παραγωγή αποβλήτων ελαχιστοποιείται. Χρησιμοποιούνται περισσότερο δευτερογενείς πρώτες ύλες, δημιουργώντας, έτσι, ανάπτυξη και ευκαιρίες εργασίας.

9 ΜΟΝΤΕΛΟ ΚΥΚΛΙΚΗΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ Πρώτες ύλες Σχεδιασμ ός Κυκλική οικονομία

10 ΑΝΑΜΕΝΟΜΕΝΑ ΟΦΕΛΗ (Henry, 2015) Ανάπτυξη και θέσεις εργασίας/μέχρι +7% ΑΕΠ. Εξοικονόμηση μέχρι 600 δις ευρώ +8% ετήσιος κύκλος εργασιών επιχειρήσεων στην ΕΕ Δημιουργία θέσεων εργασίας στην διαχείριση αποβλήτων, μέχρι το 2035 Ενίσχυση ανταγωνιστικότητας και διασφάλιση του εφοδιασμού. Ενίσχυση οικονομικής και περιβαλλοντικής ανθεκτικότητας. Ενθάρρυνση καινοτομίας. Ελάττωση ετήσιων εκπομπών αερίων θερμοκηπίου κατά 2-4%.

11 ΚΥΚΛΙΚΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΚΑΙ ΑΠΟΒΛΗΤΑ (Henry, 2015)

12 ΙΕΡΑΡΧΗΣΗ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ (Ν. 4042/2012)

13 ΚΥΚΛΙΚΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΚΑΙ ΠΡΑΣΙΝΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Στην κυκλική οικονομία χρησιμοποιούνται όροι, όπως πράσινη χημεία, πράσινη μηχανική, οικολογικά αποτελεσματική παραγωγή (ecoefficient production), πρόληψη ρύπανσης κ.λπ. H πράσινη χημεία, με σκοπό τον περιβαλλοντικά βελτιωμένο σχεδιασμό νέων χημικών ενώσεων και διεργασιών στην χημική βιομηχανία, επεκτάθηκε ως πράσινη μηχανική, που καλύπτει τεχνολογικές εφαρμογές, διεργασίες μηχανικού και προϊόντα.

14 ΤΙ ΚΑΝΕΙ Η ΠΡΑΣΙΝΗ ΧΗΜΕΙΑ Χρησιμοποιεί μεθόδους που ελαττώνουν ή εξαλείφουν την χρήση ή παραγωγή επικινδύνων ουσιών στον σχεδιασμό, παραγωγή και εφαρμογή των χημικών προϊόντων. Ελαχιστοποίηση αποβλήτων στην πηγή. Χρήση καταλυτών αντί αντιδραστηρίων. Χρήση μη τοξικών αντιδραστηρίων. Χρήση ανανεώσιμων πόρων. Χρήση μη τοξικών διαλυτών ή καθόλου διαλύτες.

15 TI EINAI ΠΡΑΣΙΝΗ MHXANIKH (USEPA) Πράσινη μηχανική είναι ο σχεδιασμός, εμποροποίηση και χρησιμοποίηση διεργασιών και προϊόντων, ώστε να ελαττώνεται η ρύπανση, να προωθείται η αειφορία και να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος στην ανθρώπινη υγεία και στο περιβάλλον, χωρίς να θυσιάζεται η οικονομική βιωσιμότητα και αποτελεσματικότητα.

16 ΤΗΕ SANDESTIN DECLARATION Η πράσινη μηχανική μετασχηματίζει υπάρχουσες μεθόδους και πρακτικές μηχανικής σε εκείνες που οδηγούν στην αειφορία. Ενσωματώνει την ανάπτυξη και χρησιμοποίηση προϊόντων, διεργασιών και συστημάτων που εκπληρούν τεχνικούς και οικονομικούς στόχους, ενώ προστατεύει την ανθρώπινη υγεία και αναβαθμίζει την προστασία του περιβάλλοντος ως κριτήριο σε τεχνικές λύσεις. (2003)

17 ΣΥΜΒΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ

18 ΠΡΑΣΙΝΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Οικονομία και Περιβάλλον

19 12 ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΠΡΑΣΙΝΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ (Anastas and Zimmerman, 2003) 1. Τα υλικά και η ενέργεια πρέπει να είναι εκ φύσεως μη επικίνδυνα και όχι περιστασιακά. 2. Πρόληψη αποβλήτων αντί για επεξεργασία. 3. Σχεδιασμός διεργασιών διαχωρισμού και καθαρισμού, με ελαχιστοποίηση ενέργειας και υλικών. 4. Μεγιστοποίηση αποτελεσματικότητος προϊόντων και διεργασιών. 5. Σχέσεις παραγωγής και τροφοδοσίας. 6. Διατήρηση πολυπλοκότητος για 3R.

20 12 ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΠΡΑΣΙΝΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ (συνέχεια) 7. Ανθεκτικότητα παρά αθανασία. 8. Αποφυγή της αρχής one size fits all, ικανοποίηση αναγκών και ελαχιστοποίηση υπερβολών. 9. Ελαχιστοποίηση ποικιλομορφίας υλικών. 10. Ενσωμάτωση και χρησιμοποίηση τοπικών ροών υλικών και ενέργειας. 11. Σχεδιασμός για «ζωήν μετά θάνατον». 12. Χρησιμοποίηση ανανεώσιμων και όχι εξαντλούμενων υλικών και ενέργειας.

21 1 η αρχή: Τα υλικά και η ενέργεια πρέπει να είναι εκ φύσεως και όχι περιστασιακά μη επικίνδυνα Η πρώτη προτεραιότητα είναι να χρησιμοποιούνται μη επικίνδυνα υλικά και να παράγονται μη επικίνδυνα προϊόντα. Εάν δεν υπάρχει εναλλακτική, να χρησιμοποιούνται όσο το δυνατόν ολιγότερο επικίνδυνα υλικά και να απομακρύνονται επικίνδυνα παραπροϊόντα προς το τέλος της παραγωγικής διαδικασίας. Γενικά η προσέγγιση end-of-pipe είναι μη αποδεκτή.

22 ΑΚΡΥΛΑΜΙΔΙΟ vs. N-ΒΙΝΥΛΟΦΟΡΜΑΜΙΔΙΟ H 2 N O Polyacrylamide, used in papermaking, oil recovery, personal care, water treatment ~ $1/kg Πολύ τοξικό, προκαλεί παράλυση κεντρικού νευρικού συστήματος, απαγορεύθηκε στην ΕΕ O NH H Poly(N-vinyl formamide), many of the same uses, hydrolyzed to polyvinyl amine. ~ $4.50/kg Άμεση τοξικότητα με κατάποση> 1400 mg/kg, Μη νευροτοξικό

23 2 η αρχή: Πρόληψη αποβλήτων αντί για επεξεργασία Μεγάλη δαπάνη για επεξεργασία αποβλήτων. Συνήθως απαιτούνται επι πλέον διεργασίες. Εφαρμογή νέας τεχνολογίας Υποκατάσταση διαλύτη Νέες αντιδράσεις Ελαχιστοποίηση τοξικών

24 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΙΘΥΛΕΝΟΞΕΙΔΙΟΥ Η οξείδωση του αιθυλενίου με παρουσία καταλύτη Ag παράγει αιθυλενοξείδιο (επιθυμητό προϊόν) και διοξείδιο του άνθρακος (απόβλητο). Αντί να χάνουμε προϊόν και να διαχειριζόμαστε το αέριο απόβλητο, παρεμβαίνουμε ώστε να αυξηθεί η εκλεκτικότητα της αντίδρασης και να ελαχιστοποιηθεί η παραγωγή διοξειδίου του άνθρακος.

25 3 η αρχή: Σχεδιασμός διεργασιών διαχωρισμού και καθαρισμού, με ελαχιστοποίηση ενέργειας και υλικών Ανάπτυξη και εφαρμογή εξειδικευμένων τεχνολογιών διαχωρισμού, που συνήθως έχουν μεγάλη αρχική δαπάνη, αλλά καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια. Κλασματική απόσταξη vs. τεχνολογία μεμβρανών για αφαλάτωση θαλασσινού νερού.

26 ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΡΕΤ Πώμα πολυπροπυλενίου και δακτύλιος αλουμινίου Φιάλη Polyethylene Terephthalate (ΡΕΤ) Χάρτινη ετικέτα Βάση πολυαιθυλενίου

27 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΦΙΑΛΩΝ ΡΕΤ Φασματοσκοπικός διαχωρισμός με βάση το χρώμα Τεμαχισμός, πλύση για απομάκρυνση ετικετών HDPE PET for re-use Απομάκρυνση δακτυλίων Al με χρήση επαγωγικών ρευμάτων Διαχωρισμός ΡΕΤ και HDPE με επίπλευση σε νερό

28 Αρχή 4: Μεγιστοποίηση αποτελεσματικότητος προϊόντων και διεργασιών Μέγιστη χρήση υλικών Ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας Ελάχιστη κατάληψη χώρου Ελαχιστοποίηση χρόνου αντιδράσεων (ο χρόνος είναι χρήμα).

29 Αρχή 5: Σχέσεις παραγωγής και τροφοδοσίας «Σε αυτόν που κρατάει το σφυρί, το καθετί φαίνεται καρφί». Οι άφθονες και φθηνές πρώτες ύλες (σφυρί) οδηγούν στην παραγωγή προϊόντων (καρφιά), που μπορεί να μην χρειάζονται. Η ανάγκη πρέπει να καθορίζει το μέγεθος της παραγωγής και όχι η διαθεσιμότητα και το χαμηλό κόστος πρώτων υλών, καθώς και η ευκολία παραγωγής.

30 Αρχή 6: Διατήρηση πολυπλοκότητος για 3R Η ενσωματωμένη εντροπία και πολυπλοκότητα πρέπει να θεωρούνται ως επένδυση, όταν γίνονται επιλογές σχεδιασμού για reduce, reuse, recycle. Πολύπλοκα είναι τα προϊόντα που απαιτούν πολλά υλικά, μεγάλη κατανάλωση ενέργειας και χρόνου και πολύπλοκες διαδικασίες για την παραγωγή τους. Πολύπλοκα προϊόντα πρέπει να σχεδιάζονται για επαναχρησιμοποίηση. Απλούστερα προϊόντα πρέπει να σχεδιάζονται για ανακύκλωση.

31 ΠΡΟΣΩΠΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ Οι υπολογιστές της ΙΒΜ κατασκευάζονταν με 15 διαφορετικά είδη βιδών (περιττή πολυπλοκότητα). Κατόπιν χρησιμοποιήθηκε μόνον ένα είδος βίδας. Ευκολότερη η αποσυναρμολόγηση και ανακύκλωση. Κατασκευή modular υπολογιστών.

32 Αρχή 7: Ανθεκτικότητα παρά αθανασία Σχεδιασμός προϊόντων με στοχευμένο χρόνο ζωής, για να αποφεύγεται η «αθανασία» ανεπιθύμητων υλικών στο περιβάλλον. Τα παραγόμενα προϊόντα πρέπει να έχουν την απαραίτητη ανθεκτικότητα για τις αντίστοιχες λειτουργικές συνθήκες. Παράδειγμα: Τα τελευταίας γενεάς φυτοφάρμακα, που έχουν μικρό χρόνο ημιζωής, σε σύγκριση με οργανοχλωριωμένα εντομοκτόνα (DDT).

33 CFCs C x H y F w Cl z Μη εύφλεκτα Μη τοξικά Χαμηλού κόστους Αποτελεσματικά Σταθερά-μεγάλος χρόνος ζωήςκαταστροφή όζοντος

34 Αρχή 8: Αποφυγή της αρχής one size fits all, ικανοποίηση αναγκών και ελαχιστοποίηση υπερβολών Να αποφεύγεται η υπερδιαστασιολόγηση κατά τον σχεδιασμό. Υπερδιαστασιολόγηση συνήθως σημαίνει σπατάλη υλικών και ενέργειας. Η αυτοκινητοβιομηχανία παρήγαγε 80 εκατομμύρια οχημάτων/έτος, όταν η αγορά ήταν 60 εκατομμύρια οχημάτων/έτος (στοιχεία 1997).

35 Αρχή 9: Ελαχιστοποίηση ποικιλομορφίας υλικών Αυτοκινητοβιομηχανία: Χρήση απλών υλικών και όχι μειγμάτων, π.χ., μέταλλα με πολυμερή. Πρόσθετα: Παραγωγή πολυ-λειτουργικών υλικών αντί πακέτων υλικών. Ενσωμάτωση χαρακτηριστικών ομάδων μέσα στο μόριο.

36 Αρχή 10: Ενσωμάτωση και χρησιμοποίηση τοπικών ροών υλικών και ενέργειας Χρησιμοποίηση υλικών και ενέργειας, που είναι διαθέσιμα τοπικά. Συστημική προσέγγιση συνέργεια υποσυστημάτων. Προσθήκη αιθανόλης στην βενζίνη (gasohol). Παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ισχύος από βιοαέριο. Χρήση θερμότητος για εξάτμιση διασταλαγμάτων ΧΥΤΑ.

37 Αρχή 11: Σχεδιασμός για «ζωήν μετά θάνατον» Για την ελάττωση των αποβλήτων, εξαρτήματα που παραμένουν λειτουργικά και έχουν αξία, μπορούν να ανακτηθούν για επαναχρησιμοποίηση. Όπως έγραψε στο βιβλίο του Cradle to Cradle o William McDonough, πρέπει να σταματήσουμε να θεωρούμε τα καταναλωτικά αγαθά στο τέλος του κύκλου ζωής τους ως απόβλητα, αλλά ως τροφή στην εφοδιαστιακή αλυσίδα, αναβαθμίζοντάς τα για παραγωγή νέων προϊόντων και όχι υποβαθμίζοντάς τα με ανακύκλωση (upcycling vs. recycling).

38 SUN MICROSYSTEMS (ενδεικτικά μέτρα) Οι αναβαθμίσεις των προϊόντων σχεδιάζονται εκ προθέσεως, ώστε να παρεμποδίζεται η πρόωρη απομάκρυνση («συνταξιοδότηση») υλικών. Πολλά εξαρτήματα, όπως μνήμες, οδηγοί δίσκων κ.α., μπορούν να προστίθενται ή να αντικαθίστανται, καθώς προοδεύει η τεχνολογία. Μετά την ανάκτησή τους, αυτά τα εξαρτήματα συντηρούνται και επανεισάγονται στην αγορά. Ενσωματωμένοι κωδικοί ISO11469 για πλαστικά εξαρτήματα αυξάνουν την πιθανότητα επαναχρησιμοποίησης και διευκολύνουν την προδιαλογή.

39 ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΡΕΤ O O O O MeOH, Heat Μόριο σχεδιασμένο για ανακύκλωση O MeO OMe + HO OH O Μονομερές για παραγωγή PET Χρήση ως αντιψυκτικό, κ.λπ.

40 Αρχή 12: Χρησιμοποίηση ανανεώσιμων και όχι εξαντλούμενων υλικών και ενέργειας Η βιώσιμη ανάπτυξη διασφαλίζει υλικά και ενέργεια για τις επόμενες γενεές. Όμως, πολλά υλικά και πηγές ενέργειας εξαντλούνται και αυξάνονται οι τιμές τους. Η τιμή του πετρελαίου είναι 2-2,5 φορές υψηλότερη, συγκριτικά με αυτήν πριν 30 χρόνια. Ο ρόλος της κυκλικής οικονομίας.

41 Η ΕΕ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΑΠΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ

42 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Allen and Rosselot, Pollution Prevention for Chemical Processes, 1997, John Wiley & Sons, Inc. Allen and Shonnard, Green Engineering, 2002, Prentice-Hall. Anastas, P.T. and Zimmerman, J.B., Through the 12 Principles: Green Engineering. ES&T, 95A. Anthony, J.L., Green Engineering: Principles and Practice, Kansas State University. Seader and Henley, Separation Process Principles, 1998, John Wiley & Sons, Inc. Segars et al., ES&T, 2003, 37, 5269.