Kutatási eredmények a DMSO projektben - Életciklus-elemzés (LCA) eredményei

Átírás

1 Kutatási eredmények a DMSO projektben - Életciklus-elemzés (LCA) eredményei Előadó:Tóthné Szita Klára A DMSO tartalmú ipari szennyvíz újrahasznosítása bepárlással című Projektzáró Workshop Budapest,

2 Tartalom 1. A vizsgálat célja 2. Hipotézisek 3. Alkalmazott vizsgálati módszerek LCA 4. Eredmények (Nyílt láncú technológia DMSO kinyerése - Zárt láncú technológia) 1. Következtetés 2. Referenciák

3 A vizsgálat célja A DMSO tartalmú ipari szennyvíz újrahasznosítása bepárlással című Projekt környezeti hatásértékelésének elvégzése a jelenlegi és a megalapozó kísérleti eredmények alapján, különös tekintettel a kb. 20 m/m% dimetil-szulfoxid (DMSO) tartalmú technológiai szennyvízből történő DMSO kinyerés karakterisztikus faktorainak meghatározására A DMSO 85, 90 %-os kinyerése mellett az As-met szűrőgyártás fenntarthatósági életciklus vizsgálata Projekt céljai: csökkenteni a szennyvíz mennyiségét, Újrahasználni a kinyert oldószert és vizet a gyártási folyamatban Tervezett technológia: desztilláció (T F DMSO > T F H2 O)

4 Hipotézisek A 20 %-os DMSO tartalmú szennyvíz bepárlásával visszanyert DMSO lecsökkenti: A környezetterhelést a DMSO kinyerés (98 %, 85 %, 90 %) függvényében (a szállítás és az égetésre szánt veszélyes hulladék is csökken), de a pótlólagos energia a környezeti megtakarítást mérsékli; Költségmegtakarítást eredményez ha a DMSO költségmegtakarítása > a hulladék bepárlásához szükséges anyag és energia költségnél Potenciális munkahelyteremtés Ha 50 % SPV-ből nyerik az áramot az további környezetcsökkenést jelent

5 Alkalmazott módszerek I. Összehasonlító környezeti életciklus hatásértékelés A jelenlegi (az üzem termelési adataira épülő) és a kifejlesztett zárt v. körforgásos technológiai megoldás között (amelyhez az adatokat a szennyvíz kvalitatív és kvantitatív elemzése és a laboratóriumi körülmények között végzett elválasztás biztosította), illetve a próbaüzem során mért adatok, Fenntarthatósági elemzés készítése, amely főleg Fenntarthatósági Életciklus Elemzésen (LCSA) alapul: Környezeti hatás (E-LCA) Gazdasági hatás (LCC) Társadalmi hatás (S-LCA)

6 Összehasonlító életciklus hatásértékelés Alapja: MSZ ISO 14040:2006 A funkció egység: 1 m 3 AsMet adszorbens anyag A rendszer határai: a kaputól a hulladék kezeléséig Adatok forrása: technológiai mért, elemzési, adatbázis (ecoinvent, GABi, Simapro); CML2001

7 Életciklus fenntarthatósági elemzés (LCSA) Az LCSA célja: a zárt technológia környezeti, gazdasági és társadalmi hatásainak értékelése. A funkció egység, rendszer határai megegyeznek a E-LCA-nál; az adatok forrása: üzemi technológiai, elemzési, adatbázisból származó Az alábbi szcenáriókat vizsgáltuk: Nyílt technológia (jelenlegi technológia) Zárt technológia különböző alternatívái DMSO 98%-os, 85 %-os, 90 %-os újrahasználata DMSO újrahasználat mellett 50 %-ban megújuló energiát is használunk Összehasonlítás dimenziómentesítés után

8 Eredmények 1. Nyílt technológia leltár adat ADP kg Sb eq. AP kg SO2 eq. EP Kg PO4 eq. GWP kg CO2 eq. ODP kg CFC 11 eq. HT Kg DB eq. POCP kg etén eq. Cérium (kg) 487,8 2, , , ,5086 3,17E ,4103 0, EVOH( kg) 84, , , , ,8613 1,01802E-05 12, , DMSO (kg) 623, , , , ,3694 1,09E ,1783 0, Csapvíz (m3) 15, , , , , ,41201E-07 0, , Vill.en. (MJ) 2749,257 10, , , ,742 0, ,062 1, Földgáz (MJ) , , , ,665 0, , , Hulladékkezelés (m3) 3,7 40, , , ,513 0, ,976 0, összes környezeti hatás/unit 154, , , ,54 1,92E ,445 4,170711

9 DMSO kinyerés Az oldószerhulladékból kinyert DMSO hatáskategória indikátor értéke: HKI = (m i *KI i )/X ahol m i = az i-edik komponens tömege/mennyisége KI i = az i-edik komponens egységének Kategória indikátor értéke X= a kinyert DMSO mennyisége

10 A desztillációs minták anyagmérlege Kísérleti minta száma DMSO kihozatal m/m % Veszteség m/m % Víz m/m % Üstmaradék m/m% Elm. DMSO tart.* m/m% 3510S03 15, , , , , S08 17, , , , , S11 21, , , , , S13 15, , , , , S51 19, , , , , S52 18, , , , , S53 17, , , , ,74377 Átlag 17, , , , ,15663 min DMSO 15, , , , ,09068 max DMSO 21, , , , ,0263 Forrás: FNT Projekt Ipari Fővállalkozás Kft. Vizsgálati Jelentés 2016.okt.20.

11 Hatáskategória indikátor értékek Hatáskategória indikátorértékek aránya az irodalmi adatokhoz HT össz ODP GWP (%) POCP AP ADP EP A B C D E F jelmagyarázat A. minimális DMSO tartalom 85 %-os kinyerése, B. maximális DMSO tartalom 85 %-os DMSO kinyerésre, C. 98%-os DMSO kinyerés D. maximális DMSO tartalom 85 %-os DMSO kinyerés, maximális üstalj, E. maximális DMSO tartalom 90 %-os DMSO kinyerés, maximális üstalj, F. adatbázisból származó adatok

12 DMSO kinyeréstől függő GWP GWP (kg CO2 eq) alakulása / 1 kg DMSO - különböző DMSO tartalmú oldószer hulladék regenerálása esetén 1,4 1,2 1 0, , , ,272 0,8 0, , ,6 0,4 0,2 0 min_ 85 max_85 átl _98 max_85_sok ü.a max_90 adatbázis

13 A DMSO környezeti hatásai (E-LCA) Táblázat 1: A DMSO (adatbázisból nyert adatok) környezeti hatásának összehasonlítása a kinyert DMSO, és a kinyert DMSO megújult energiaforrás (PV) használattal kiegészítve esetekkel (karakterisztikus faktor/ 1 kg) Abiotikus erőforrások kimerülése (ADP) Globális felmelegedési potenciál (GWP) Ózonréteg elvékonyodási potenciál (ODP) Savasodási potenciál (AP) Eutrofizációs potenciál (EP) Emberi toxicitás (HT) Fotokémiai oxidációs potenciál (POP) kg Sb eq. kg CO 2 eq kg CFC-11 eq. kg SO 2 eq. kg PO 4 eq kg 1,4-DB eq kg C 2 H 4 DMSO 0,021 1,272 1,76E-07 0,054 0,002 1,083 1,00E-03 DMSO_R 0, , ,48E-08 0, , , , DMSO_R + S PV 0, , ,39E-08 0, , , ,18E % 80% 60% 40% 20% 0% ADP GWP ODP AP EP HT POP DMSO DMSO_R DMSO_R + S PV

14 Eredmények 2 Zárt technológia 85 % DMSO kinyerés leltár/unit ADP AP EP GWP ODP HT POCP Cérium (kg) 487,8 2, , , ,5086 0, ,4103 0, EVOH( kg) 84, , , , ,8613 1,02E-05 12, , DMSO (kg) 623, , , , ,3694 0, ,1783 0, Csapvíz 15, , , , , ,41E-07 0, , Vill.energia (MJ) 2749,257 10, , , ,742 0, ,062 1, Földgáz , , , ,665 0, , , Desztilláció 496,8 1, , , ,0494 8,52E-05 31, , Sűrített levegő 52,5 0, , , , ,41E-07 0, , Hulladék kezelés 0, , , ,0001 1,89E-05 22, , Összesen 116, ,8939 6, ,007 0, ,016 3, Megtakarítás -530,01-11,057-28,5205-1, ,364-9,3E ,892-0,52839

15 Eredmények grafikusan ADP kg Sb eq. AP kg SO2 eq HT kg 1,4-DB eq GWP kg CO2 eq. nyílt zárt megtakarítás GWP kg CO2 eq nyílt zárt megtakarítás

16 GWP leltárelemenként Nyílt technológia GWP értéke kg CO2 eq Zárt technológia GWP kg CO2 eq

17 LCSA alapfeltevése A fenntarthatósági kritérium megfogalmazható úgy, hogy LCSA Ny >> LCSA z, Vagyis optimális esetben a mind a környezeti, mind az életciklus költség és a társadalmi LCA is kedvezőbb képet mutasson a zárt rendszer esetében, mint a nyílt technológiánál. Környezeti hatásnál: kihozatal 85 % ± 5 %, kiindulási szennyvíz DMSO tartalma 20 % közgazdasági hatások mérlegelésénél (LCC): a ledesztillált víz (70 %-a) visszakerül a rendszerbe, 30 %- lesz csak szennyvíz 2 fő FT/hó; 1 fő Ft/hó + járulék 27 % 10 % béremelés mellett hogyan változik a költség, hogyan változik a költség, ha a hűtővíz 50 vagy 100%-os mértékben visszavezetésre kerül. társadalmi hatás munkaidő hatékonyabb (desztilláció időtartama 5 óra) Milyen mértékben lehet visszaforgatni 85 % hatásfokkal kinyert DMSO-t?

18 A technológiák összehasonlító E-LCA-ja ADP AP EP GWP ODP HT POCP átlag Nyílt T Zárt_A 71, , , , , , , ,13974 Zárt_E 70, , , , , , , , Nyílt T Zárt_A Zárt_E 20 0 ADP AP EP GWP ODP HT POCP átlag

19 Életciklus költségelemzés Vízvissza R_DMSO Munkabér Desztilláció Szűrőgyártás Nyílt Zárt_1 Zárt_ Nyílt Zárt_1 Zárt_2

20 Társadalmi LCA Egységnyi bérre eső önköltség SLCA alakulása Ny Z_1 Z_2 bér+járulék , , ,3 önköltség önköltség/bér 27, , ,11801 % , , Z1: 85 % kihozatal változatlan bér Z2: 90 % kihozatal, 15 % bérnövekedés Nyílt Zárt_1 Zárt_2

21 Technológiák LCSA szerinti értékelése LCA LCC SLCA LCSA Ny Z_1 Z_ LCSA Ny >> LCSA z, Ny Z_1 Z_2 LCA LCC SLCA

22 Fenntarthatósági Életciklus Elemzés (LCSA) A fenntarthatóság feltétele az alábbi: LCSA nyílt (=LCA+LCC+SLCA) > LCSA zárt (= LCA + LCC + SLCA) Környezeti szempontból : a legnagyobb különbségek az alábbi hatáskategóriákban adódtak: Abiotikus erőforrások kimerülése (ADP) Globális felmelegedési potenciál (GWP) Öko-toxicitás (ETP/HT) Gazdasági szempontból a DMSO és hulladékkezelés költsége áll szemben a megnövekedett energia és vízigénnyel Társadalmi szempontból hatékonyság javulás, ismeretbővülés, biztonságos munkakörülmények

23 Következtetések Előzetes becslések alapján: a veszélyes hulladék mennyisége 265,2 tonna/év-ről 5,5 tonna/év értékre csökkenthető, azaz 98%-kal; a gyártási folyamatnál felhasznált víz mennyisége csökkenthető hozzávetőlegesen 27%-kal, Az üvegházhatású gáz mennyisége 1 m3 szűrőanyag előállítása során 10 tonna megtakarítást jelent A kinyert DMSO mennyisége a desztilláció hatásfokától függ, azaz hogy milyen tisztaságban tudjuk visszanyerni A laboratóriumi vizsgálatok alátámasztják ezeket az előzetes becsléseket

24 Referenciák 1. Amelio Antonio, Giuseppe Genduso, Steven Vreysen, Patricia Luis and Bart Van der Bruggen (2014): Guidelines based on life cycle assessment for solvent selection during the process design and evaluation of treatment alternatives Green Chem., 2014, 16, Andersen MS (2007): An introductory note on the environmental economics of the circular economy - Sustainability Science,2: Springer 3. Capello Christian, Stefanie Hellweg, Christina Seyler, Konrad Hungerbühler (2005): ecosolvent: A tool for waste-solvent management in chemical industry 27th LCA Discussion Forum, 17 November Gaylord Chemical (2015): Dimethyl sulfoxide recovery: Recovery, System Engineering And Environmental Considerations Gaylord Chemical.org 5. EEA (2016): Circular economy to have considerable benefits, but challenges remain 6. Jungho Cho and Dong Min Kim (2007): Comparison of distillation arrangement for the recovery process of dimethyl sulfoxide Korean J. Chem. Eng., 24(3), Szita Tóthné K., J. Roncz (2016): Economic analysis of regional sustainability Hungary Ch.25. in in Fritz Balkau, Stefania Massari, Guido Sonnemann (ed.) 2016: Life cycle approaches to sustainable regional development, Taylor & Francis/Routledge in printing 8. Vignes, Robert (2000): Dimethyl Sulfoxide (Dmso) A New Clean, Unique, Superior Solvent American chemical society Annual Meeting, August 20-22, Washington

25 Köszönöm a figyelmet!