wykład 7, PWR, ZiP Mechaniczny, 2 semestr, Ekologia, Ekologia wykłady dr Wasiak, Ekologia wykłady dr Wasiak
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
wykład nr
eksp’rec.doc
RECYKLING I MINIMALIZACJA ODPADÓW
1. Wielokryterialna analiza jakości produktu
Do zbioru licznych kryteriów, jakie obecnie bierze się pod uwagę przy wytwarzaniu no-
wych produktów, maszyn i urządzeń, doszły w ostatnich latach nowe, dotąd w ogóle lub w
niewielkim stopniu uwzględniane, a bezpośrednio dotyczące relacji produkt - środowisko.
Chodzi tutaj nie tylko o obciąŜanie środowiska w okresie uŜytkowania maszyny ale równieŜ o
to co dla środowiska oznaczać będzie likwidacja produktu. NaleŜy zatem mieć na uwadze, Ŝe
na poszczególnych etapach powstawania, Ŝycia i po technicznej śmierci maszyny, będzie trze-
ba ponosić określone nakłady lub straty związane z wymianą części i koniecznością likwidacji
lub przerobu części zuŜytych. Trzeba będzie uzdatniać lub neutralizować oleje i płyny techno-
logiczne niezbędne do pracy maszyny, usuwać i przerabiać odpady poprodukcyjne, a wreszcie
zlikwidować samą maszynę, składającą się z wielu części połączonych ze sobą w sposób
trwały lub rozbieralny i wykonanych z materiałów o róŜnym składzie chemicznym.
W ostatnich latach szczególnie uciąŜliwymi okazały się straty jakie ponosi środowisko w
wyniku ekspansji przemysłowej i rosnącej wciąŜ produkcji oraz konsumpcji. Z tych to powo-
dów do grupy kryteriów stosowanych od dawna przy ocenie wyrobu, a odnoszących się do je-
go walorów uŜytkowych, kosztu i moŜliwości wykonania, coraz częściej dochodzą kryteria
wynikaj
ą
ce z po
Ŝą
danego odzysku materiałów i neutralizacji
odpadów
powstałych w procesie
uŜytkowania wyrobu, jak i po jego likwidacji. Konstruktor w procesie tworzenia nowej ma-
szyny lub produktu musi się
coraz częściej zastanawiać
nad jej(go) przystosowa-
niem do recyklingu i bez-
problemowej neutralizacji
odpadów jakie powstaną
przy jej(go) likwidacji. Są
to warunki niemniej waŜne
od spełnienia kryterium
moŜliwie najmniejszego
obciąŜenia środowiska w
procesie uŜytkowania danej
maszyny (produktu), a do-
tyczącego zwykle jej (go)
energo- i materiałochłonno-
ści.
CZYNNIKI WYMUSZAJĄCE
14
Mln. ton
Mln. ton
5,70
6
13
12
4,00
11
4
10
2,85
9
2,35
8
2
7
Ilość rocznych odpadów
z tworzyw sztucznych
Ilość odpadów do demontaŜu
6
5
0
4
1987
1992
1995
2000
1980
1990
2000
2010
Rok
Rok
- WYCZERPANIE SIĘ
WAśNIEJSZYCH
SUROWCÓW
-
KURCZENIE SIĘ
PRZESTRZENI
SKŁADOWANIA
ODPADÓW
-
OSTRZEJSZE
PRZEPISY
KONIECZNOŚĆ
RECYKLINGU
-
UTYLIZACJA
SZKODLIWYCH
ODPADÓW
IS8PP003
Rys.1.
Czynniki wymuszające konieczność stosowania recyklingu
Na konieczność powaŜnego podejścia do sprawy recyklingu składa się wiele przyczyn,
które w liczbach i faktach, odnoszących się do Europy Zachodniej prezentuje rys.1.
2. Regulacje prawne w zakresie odpadów przemysłowych i komunalnych
śadna polska encyklopedia sprzed kilkunastu lat nie określała słowa „odpad”. Według
Konwencji Bazylejskiej, którą Polska ratyfikowała w 1992r., a traktującej o kontroli transgra-
nicznej odpadów niebezpiecznych i ich usuwaniu, odpady to substancje lub przedmioty, które
są usuwane lub przeznaczone do usunięcia i które muszą być usunięte zgodnie z przepisami
prawa wewnętrznego danego kraju. Specjaliści od ochrony środowiska nazywają odpadami
substancje, materiały lub przedmioty powstające w wyniku ludzkiej działalności konsumpcyj-
nej lub przemysłowej i które są przeznaczone do usunięcia i składowania z powodu braku
moŜliwości ich wykorzystania. Projekt ustawy o odpadach komunalnych i przemysłowych
określa natomiast, Ŝe odpadami są wszystkie przedmioty lub rzeczy ruchome, powstałe w wy-
niku prowadzonego procesu gospodarczego lub bytowania człowieka, które są usuwane albo
których usunięcie jest zamierzone lub powinno być przeprowadzone.
Ilość odpadów powstających w wyniku działalności przemysłowej i komunalno-bytowej
stanowi około 40% całej masy przetwarzanych w Polsce surowców, materiałów, i wyrobów
(200 milionów ton rocznie). Tylko 26% odpadów jest wykorzystywanych gospodarczo. Na
składowiskach w Polsce zgromadzono 4 miliardy ton odpadów, z czego 4-5% wagowych to
odpady komunalne. Odpady te zajmują około 180-200 tys. hektarów powierzchni i swoim od-
działywaniem (pylenie, skaŜenie wód powierzchniowych i podziemnych) degradują duŜo
większe obszary, niŜ zajmują bezpośrednio. Według zagranicznych ekspertów Banku Świa-
towego nigdzie na świecie nie ma takiego miejsca jakim jest Górny Śląsk, gdzie w tak gęsto
zaludnionej aglomeracji zgromadzono 300 tysięcy ton odpadów na kaŜdym kilometrze kwa-
dratowym.
Strategia zintegrowanej gospodarki odpadami powinna opierać się na pięciu podstawo-
wych elementach ustawionych hierarchicznie:
- unikać powstawania odpadów,
- zminimalizowanie ilości i toksyczności wytwarzanych odpadów,
- recykling lub powtórne wykorzystanie jak największej ilości wytworzonych odpadów,
- odzysk energii z pozostałych odpadów palnych (przy emisji zanieczyszczeń),
- bezpieczne składowanie pozostałych odpadów z zapewnieniem kontroli środowiska.
MoŜliwość recyklingu uwarunkowana jest jednak selektywnym gromadzeniem odpadów
w przedsiębiorstwach i gospodarstwach domowych i selektywnym ich składowaniem.
Większość przepisów prawnych w zakresie odpadów przemysłowych i komunalnych jest
wciąŜ aktualizowana lub będzie zmieniana w najbliŜszym czasie. Ustawy prawne mają na ce-
lu określenie:
- zasad minimalizacji odpadów,
- zasad usuwania odpadów w sposób zapewniający ochronę Ŝycia i zdrowia ludzi oraz śro-
dowiska,
- sposobu przeciwdziałania powstawaniu strat w gospodarce.
Zasadnicze rozdziały obowiązującej w Polsce ustawy o ochronie środowiska z dnia 27
kwietnia 2001r., noszącej nazwę „Prawo ochrony środowiska” (Dz.U. Nr 62, poz.627), obo-
wiązującej od 1 października 2001r., traktują o:
1) gospodarczym wykorzystaniu odpadów (wykorzystanie wtórne) i unieszkodliwianiu przez
rozkład biologiczny,
2) zasadach postępowania z odpadami, które zobowiązują wszystkie podmioty gospodarcze
do takich form produkcji oraz przerobu by utrzymać moŜliwie najniŜszy poziom odpadów,
3) składowaniu odpadów w miejscach wyłącznie do tego przeznaczonych,
4) międzynarodowym obrocie odpadami (sprowadzanie, przewóz, wywóz),
5) przepisach karnych za niespełnienie obowiązków w zakresie transportu, ewidencji, selek-
tywnego składowania, przestrzegania zasad bezpieczeństwa,
NaleŜy tutaj podkreślić, Ŝe import odpadów niebezpiecznych do Polski jest całkowicie
zakazany. Od 1989 do 1995r. róŜne firmy zagraniczne zaproponowały dostarczenie do Polski
ponad 10 mln. ton odpadów niebezpiecznych. Większość tych przedsięwzięć udaremniono.
Istnieje wprawdzie „Ustawa o utrzymaniu czystości i porządku w gminach” z dnia 13 wrze-
śnia 1996r. (Dz.U. Nr 132, poz.622, Dz.U. Nr 60, poz.369, Dz.U. Nr 100, poz.1085, Dz.U. Nr
154, poz. 1800), ale w przepisach tych brak jest jasnych regulacji prawnych w zakresie wpły-
wu władz lokalnych na działalność nowo powstałych przedsiębiorstw i klasyfikowania odpa-
dów w aspekcie ich oddziaływania na środowisko.
2
Oprócz wyŜej wymienionej ustawy wydano równieŜ listę odpadów niebezpiecznych, jako
załącznik do rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnic-
twa z dnia 3 sierpnia 1993r. Lista ta obejmuje: zuŜyte opakowania po środkach fitosanitar-
nych, odpady z Ŝywic, plastyfikatorów, klejów i spoiw, odpady zawierające chlorowcopo-
chodne związków organicznych, np. PCV, odpady z powierzchniowej obróbki tworzyw
sztucznych. Przy takim jednak załoŜeniu wszystkie wysypiska komunalne zawierają odpady
niebezpieczne (np. PCV). Z uwagi właśnie na składowanie PCV na wysypiskach komunal-
nych są one większym zagroŜeniem niŜ składowiska przemysłowe. Wydano równieŜ szereg
dyrektyw i rozporządzeń np. „Rozporządzenie MOŚZNiL (Ministra Ochrony Środowiska Za-
sobów Naturalnych i Leśnictwa) z dnia 24 grudnia 1997r. (Dz.U Nr 162, poz.1135), Rozpo-
rządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2 lipca 1998r. w sprawie określenia odpadów, które
powinny być wykorzystane w celach przemysłowych oraz warunków, jakie muszą być speł-
nione przy ich wykorzystaniu (Dz.U. Nr 90, poz.573).
3. Recyrkulacja w wybranych procesach technologicznych
Proces technologiczny, zgodnie z tezami nauki konstrukcji, moŜna uznać za system skła-
dający się z wejść i wyjść oraz relacji między nimi, jak to schematycznie przedstawia rys.2.
Występują w nim tory masowe (M), energe-
tyczne (E), informatyczne (I) oraz zakłócenia
(Z). W torze masowym na wejściu znajdują się
materiały niezbędne do wytworzenia produktu,
środki pomocnicze, narzędzia, płyny chłodzą-
co-smarujące, pojemniki, uchwyty. Na wyjściu
znajdują się te same środki (zuŜyte całkowicie
lub częściowo), zamiast materiałów znajdują
się natomiast gotowe produkty i odpady.
W torze energetycznym na wejściu jest e-
nergia niezbędna do bezpośredniej realizacji załoŜonego procesu technologicznego i do reali-
zacji czynności pomocniczych (podawanie, płukanie, obrót głowicy narzędziowej). Wyjście
energetyczne jest trudne do zidentyfikowania, bowiem jest ono rozproszone. W głównej mie-
rze jest to ciepło, powstałe w procesach tarcia lub doprowadzone dla zabezpieczenia prawi-
dłowości procesu, które wraz z wyjściem masowym (wykonanym przedmiotem) jest odpro-
wadzane do otoczenia.
Na wejściu informatycznym znajdują się parametry procesu zapewniające właściwy jego
przebieg i pozostają one na wyjściu w niezmienionej postaci.
W procesie technologicznym występują ponadto zakłócenia, które zmieniają często za-
mierzone relacje pomiędzy wejściami a wyjściami masy, energii i informacji.
MoŜliwości recyrkulacji występują głównie w torze masowym. Jako produkty uboczne
występują w tego typu procesach odpady materiału wejściowego w postaci np. wiórów lub
aŜuru blachy, które po przetworzeniu ich w hucie wracają w postaci pełnowartościowego ma-
teriału wejściowego do kolejnego procesu technologicznego. Niektóre odpady po obróbce pla-
stycznej mogą od razu stanowić materiał wejściowy do innych procesów technologicznych.
Inną grupą środków w torze masowym są płyny technologiczne, które nie podlegają zuŜyciu w
trakcie produkcji jednej części i mogą być wykorzystywane wielokrotnie. O ich uzdatnianiu,
recyrkulacji lub neutralizacji jest mowa w innym rozdziale. Kolejną grupą środków technicz-
nych w torze masowym są narzędzia. Większość z nich posiada zdolność do typowego cha-
rakteru recyrkulacji, bowiem narzędzia po wymianie płytek lub po naostrzeniu mogą powrócić
do procesu technologicznego. Jak dotąd z moŜliwości recyrkulacji w torze masowym korzysta
się najczęściej w odniesieniu do tworzyw sztucznych. RównieŜ same obrabiarki naleŜy trak-
M
E
I
i
M
E
I
o
o
o
Proces
technologiczny
i
i
Z
Rys.2.
Wejścia, wyjścia i zakłócenia w pro-
cesie technologicznym
3
tować jako zbiór elementów, do których naleŜy stosować recyrkulację. Mogą być one poddane
regeneracji i ponownie eksploatowane lub skierowane ponownie do procesu hutniczego jako
złom. W budowie obrabiarek mogą występować takŜe tworzywa, które posiadają bardzo po-
Ŝądane cechy uŜytkowe, jednak nie nadają się do recyrkulacji. Przykładem mogą być betony i
polimerobetony, stosowane zamiast Ŝeliwa na korpusy obrabiarek.
W torze energetycznym moŜliwości recyrkulacji są zdecydowanie mniejsze, gdyŜ energia
zamieniana jest na ciepło i dyssypuje w sposób niekontrolowany do otoczenia. Istnieją jednak
próby jej recyrkulacji. Są znane próby wykorzystania ciepła wydzielanego w obróbce skrawa-
niem do obróbki cieplno-chemicznej, wykonywanej bezpośrednio w strefie skrawania (np.
hartowanie).
W torze informatycznym problem recyrkulacji praktycznie nie istnieje. Informacje zawar-
te na róŜnych nośnikach nie ulegają zuŜyciu i moŜna wykorzystać je powtórnie w tym samym
procesie. MoŜna teŜ dyskietkę lub taśmę skopiować i wykorzystać w innym procesie techno-
logicznym.
W dziedzinie obróbki skrawaniem stosuje się dziś powszechnie narzędzia z wlutowanymi
lub wymiennymi (mocowanymi mechanicznie) płytkami z węglików spiekanych. Spieki te
zawierają węgliki wolframu, kobaltu, niektóre węglik tytanu, tantalu, niobu, chromu, molib-
denu czy wanadu. Nawet w katalogu narzędzi f-my Sandvik Coromant (CoroKey wydanie 8
rok 2005), promującym te narzędzia, moŜna znaleźć informacje, Ŝe szlifowanie lub podgrze-
wanie produktu na bazie spieku węglikowego prowadzi do wydzielania pyłu lub wyziewów
zawierających niebezpieczne składniki, szkodliwe dla dróg oddechowych, pokarmowych,
mogące spowodować obraŜenia skóry (podraŜnienia, wysypka, reakcje alergiczne) lub oczu.
Wdychane pyły są toksyczne, powtarzające się wdychanie aerozoli zawierających kobalt moŜe
spowodować trudności w oddychaniu, a w zwiększonych stęŜeniach prowadzi do zwłóknienia
płuc i do choroby nowotworowej. Szczególnie silne działanie uczuleniowe względem skóry
wykazują kobalt i nikiel. Dlatego nawet sami producenci narzędzi ostrzegają przed wdycha-
niem pyłów, zalecają stosować miejscową wentylację i wyciągi pyłów, stosować maski i oku-
lary ochronne, rękawice. Po kontakcie z pyłem z narzędzi umyć powierzchnię skóry, często
prać odzieŜ. Na stanowisku roboczym nie naleŜy jeść, pić i palić tytoniu. Przed spoŜyciem po-
siłku, a nawet przed zapaleniem papierosa, umyć skórę.
4. Tendencje w budowie pojazdów i recyrkulacja w branŜy samochodowej
Stale wzrastająca liczba samochodów jest zagroŜeniem dla środowiska wynikającym nie
tylko z ich uŜytkowania, ale takŜe z konieczności likwidacji duŜej liczby pojazdów jakie co ro-
ku trzeba wycofywać z ruchu po utracie przez nie wymaganej sprawności technicznej, będącej
skutkiem starzenia się lub kolizji drogowych. Przy ogromnej liczbie uŜytkowanych w skali
światowej samochodów, szacowanej w
2000 roku na ponad 600 milionów, licz-
ba aut corocznie wyrejestrowywanych
jest równie imponująca (kilkadziesiąt
milionów) i stale rośnie. W Europie Za-
chodniej (UE) likwiduje się co roku
około 12 milionów samochodów, z cze-
go w samych tylko Niemczech liczba ta
wynosi 3 miliony. W Polsce eksploatuje
się obecnie około 13,7 mln (rok 2003)
samochodów osobowych, zaś w roku
2010 ma ich być 21 mln. GUS nie pu-
blikuje jak dotąd danych o ilości zło-
mowanych w Polsce rocznie pojazdów,
50
Polska
Włochy
Francja
40
30
20
10
%
0
Do 5 lat
6-10 lat
11-15 lat
16-20 lat
Rys.3.
Struktura wiekowa parku samochodowego w
Polsce, Włoszech i we Francji
4
szacuje się jednak, Ŝe jest ona rzędu 250.000 (lata 1997-2000), i Ŝe w najbliŜszych latach szyb-
ko będzie wzrastała do poziomu około 800 tysięcy, a nawet 1,5 miliona samochodów rocznie.
Prognoza taka wynika ze struktury wiekowej parku samochodowego w Polsce, którą w porów-
nawczym zestawieniu z analogiczną we Włoszech i Francji, pokazano na rys.3, jak i z faktu
szybko wzrastającej liczby zarejestrowanych w Polsce samochodów. Po roku 2003 liczba sta-
rych samochodów wzrosła, i tak wg GUS 56% pojazdów miało ponad 10 lat, bowiem 70%
sprowadzonych ostatnio aut miało więcej niŜ 10 lat. W przodujących pod względem technicz-
nym krajach, likwiduje się kaŜdego roku około 15 % ze stanu uŜytkowanych pojazdów.
Mimo, Ŝe juŜ w latach 50-tych, wraz z szybkim rozrastaniem się aglomeracji miejskich,
któremu towarzyszył rozwój i koncentracja transportu samochodowego, stwierdzano silne za-
nieczyszczenie środowiska i konieczność walki z tym zjawiskiem to zakrojone na szeroką
skalę działania podjęto dopiero w latach 70-80. Wcześniej najwaŜniejszym problemem w za-
kresie motoryzacji była produkcja, czyli liczba i jakość produkowanych pojazdów. Zagadnie-
nia ekologiczne ujmowane były „przy okazji” w postaci zabiegów konstrukcyjno-
technologicznych, zmniejszających np. zuŜycie paliw i olejów, a takŜe hałas. Problemem eko-
logicznym branŜy samochodowej jest jednak nie tylko zatruwanie środowiska przez eksplo-
atowane samochody, ale równieŜ likwidowanie aut wycofanych z eksploatacji. Średnio kaŜdy
eksploatowany samochód emituje do atmosfery rocznie 30 kg nie spalonego paliwa, 35 kg
tlenku azotu, 400 kg tlenku węgla i blisko 4000 kg dwutlenku węgla, co nie jest obojętne dla
zdrowia człowieka. Lista szkodliwych substancji jest znacznie dłuŜsza (węglowodory i po-
chodne HC, aldehydy, ołów, cząstki stałe, tlenki siarki, amoniak, metan). Nadmierna ilość
CO
2
powoduje efekt cieplarniany, podwyŜszona zawartość tlenku azotu w powietrzu moŜe
wywoływać zachorowalność na astmę, grypę, choroby płuc i oskrzeli, zaburzenia rytmu serca,
niewydolność krąŜenia, anemię i bóle głowy. Kwaśne deszcze niszczą skutecznie środowisko.
Ponadto eksploatacja samochodów wiąŜe się z podwyŜszoną hałaśliwością, która niekorzyst-
nie wpływa na kierowcę i na otoczenie.
Często nie zdajemy sobie sprawy, Ŝe większość energii, otrzymana ze spalania paliwa,
jest w samochodzie rozpraszana, a tylko około 12% wejściowej energii jest zamieniana na
energię uŜyteczną, niezbędną do przemieszczania się samochodu. Według amerykańskiego
Urzędu Ochrony Środowiska (EPA) rozdział energii w samochodzie osobowym według testu
miasto/autostrada ma się jak na rys.3a. Zatem 1/3 energii jest rozpraszana wraz z gazami spa-
linowymi, niewiele mniej wskutek chłodzenia cylindrów, reszta zaś niezbędna jest do poko-
nania oporów tarcia, w tym op
orów toczenia i oporów powie
trza.
Energia wejściowa 100%
Gazy spalinowe 33%
Moc indykowana 38%
Chłodzenie cylindrów 29%
Przepływ po-
wietrza 6%
Tarcie tłoka
3%
Moc uŜyteczna 25%
Inne straty 4,5%
Osprzęt
1,5-2%
Skrzynia bie-
gów 1,5%
Moc do dyspozycji
(na kołach) 12%
Przekładnia
główna 1,5%
Hamulce
3,5%
Opory toczenia 6%
Opór powietrza 6%
Rys.3a.
Rozdział energii w samochodzie podczas cyklu jezdnego miasto/autostrada (EPA
)
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]