vizsgálata Stuttgarti egyetem

Átírás

1 Hatáskategóriák LCA Esettanulmányok Ólommentes forrasztás LCA vizsgálata Stuttgarti egyetem Energiahasználat LCI Aatforrások / Hatókör Életút állomás Adatforrás Hatókör Hozzájárulás az üvegházhatáshoz (GWP) Nyersanyag előállítás Forraszanyag előállítás Forraszanyag használata Termék használat, (újrahasználat), fenntartás Életút vége, lerakás Suppliers, USGS, Mining companies (Secondary Data) Solder Suppliers/ Manufacturers, (Primary Data) PWB Assemblers and OEMS (Primary Data) PWB Assemblers, OEMS, Other Studies (Secondary data) Solder Recyclers, OEMS, Other Studies (Primary and/or Secondary data) Less Emphasis Greater Emphasis Greater Emphasis Less Emphasis Greater Emphasis 1

2 Hozzájárulás a savasodáshoz (AP) Emberi toxikus hatás (HTP) Eredmények a teljes életút figyelembe vételével EPA Center for Clean Products, 2005 jun Rákkeltő anyagok Nem-rákkeltő anyagok NRR: nem-megújuló megújuló természeti erőforrások 2

3 Nyomtatott huzalozású lemez NYHL, NYÁK, PCB, PWB Szinte minden elektronikai termékben megtalálható Szinte mindig a környezetterhelés fő hozzájárulói között van Technológiai lépések Hordozó előállítás (Fúrás) Furatfémezés Rajzolat kialakítás Fotolitográfia Szitanyomtatás Galvanizálás Maratás Védőlakk felvitel Felületkikészítés Ag, Au, Ni, Sn bevonat Beültetés, forrasztás Környezeti hatások Hőre nem lágyuló polimer, üvegszálas kompozit Kezelőfürdők (6-8) Kezelő, öblítő oldatok hulladékai Kimerült maratók (Cu-tart) Szerves oldószerek - VOC Cianidos fürdők Ólommentes LCA eredmények Adatbázisokban megtalálható: 1 dm 2, kis-közepes-nagy alkatrész sűrűségű Probléma: Nagyon sokféle párhuzamos technológiai megoldás Kis- közepes- nagyüzemi előállítás Rétegszám Ipari osztályozás bonyolultsági szint szerint (rajzolatfinomság, furatméret, ~alkatrész- sűrűség), együttlaminált vagy szekvenciális technológia 3

4 LCA eredmények Nagyobb vizsgálatok az RoHS direktíva kapcsán, elsősorban az ólommentes forraszanyagok használatáról Alapvető probléma: Az ólom károsító hatása főképp az életút végén a hulladékká váláskor jelentkezik (krónikus betegségek, ökotoxicitás) Az alternatív forraszok az előállítás során okoznak nagyobb terhelést (nyersanyagenergia-fogyasztás) 2. J.R.Geibig, M.L. Socolof: Solders in Electronics: A Life-Cycle Assessment EPA,2005 Egy ólmos és négy ólommentes forrasz Funkcionális egység 1000 cm 2 NYÁK Teljes életciklus, hulladék kezeléssel együtt Reflow és hullámforrasztás GaBi szoftver, 16 hatáskategória, azok között már nem végeztek összehasonlítást Ólommentes forrasztás Forrasztási technológiák: Hullámforrasztás Újraömlesztéses (reflow) Mindkét esetben a teljes panel melegszik Új tényezők, következmények: Többféle forraszösszetétel Magasabb op, kisebb technológiai ablak, Nagyobb hőtűrésű műanyagok Gyengébb nedvesítés új felületkikészítési eljárások: Ag, Au, Ni (gyakran cianidos Ag, Au fürdők) 3. C.Alvarado Ascencio, J. Madsen: LCA comparison of alternative soldering techniques 2005 Pre EFSOT projekt (Environment Friendly Soldering Technology) Két ólmos, három ólommentes forrasz Kiterjed a felületkikészítő műveletekre Eco-indicator 99 alkalmazása, részben továbbfejlesztése az értékelés szakaszban (pl. term. erőforrások fogyása, egészségkárosítás) Funkcionális egység: 1 cm 2 NYÁK, Reflow és hullámforrasztás 1. N.Warburg IKP University of Stuttgart, 2002 RoHS előtt 4 évvel, nem volt tapasztalat az életút végéről, ezért a rendszerhatár a nyersanyag felhozataltól a gyárkapuig (a használati fázisban nincs különbség) Funkcionális egység: 1 kg forrasz (sűrűség- különbség ~ 15 %) inkább a térfogat a jellemző Csak reflow, hullám nem Kétféle ólmozott, 8 ólommentes forrasz: Sn (>90%), Ag, Cu, Zn, Bi 5 hatáskategória + energiaigény 4. O.Deubzer: Explorative Study into the Sustainable Use and Substitution of Soldering Metals in Electronics PhD Thesis, TU Delft 2007 Fenntarthatóság ólommentes ajánlások Vizsgálta: Forraszok és felületkikészítő anyagok Fémércek előállítása, forrasz-ötvözetek előállítása Forrasztási technológiák a NYÁK-gyártásban Életút vége, különös figyelemmel a fémekre Top-down megközelítés: kiindulás a világ el.ipara által használt össz. forrasz. Ebből vezeti le a kül. technológiai változatokat. Globális környezeti következtetések. Régi: bottom-up egyedi folyamatokból globális következtetések. 4

5 Eredmények (Warburg) A teljes termék környezetterhelésében a forrasz nagyon kis tényező A nemesfémek [3] EFSOT: módszer a fémelőállítás karakterizációs faktorainak számítására: többlet (hozzáadott) energia (surplus energy) Szinte minden hatáskategóriában a legnagyobb terhelő az Ag A forraszfémek összesített LCA eredményei Az ezüst szerepe Felületkikészítés [2] GaBi ezüstre vonatkozó adatait lecserélte DEAM adatbáziséra (ECOBILAN) (Táblázat: Hány hatáskategóriában bizonyult a legnagyobb / legkisebb terhelőnek) Forrasz paszta GaBi adatbázis Legmagasabb Legkisebb pontszám pontszám DEAM adatbázis Legmagasabb Legkisebb pontszám pontszám SnPb SAC BSA SABC Az új forraszok nedvesítése rosszabb a tiszta Cu felületen, kell egy felületi réteg Ólmozottnál: SnPb (Hot Air solder Levelling) olvadékból Ólommentesnél: NiAu, Ag, AuPd kémiai redukciós fürdőből, d<1µm többi olvadékból Az összes gyártott NYÁK- mennyiséghez szükséges felületkikészítés energiaigénye [4] Alternatív kilúgozási teszt Reflow forrasztás Az ólomtartalmú forraszoknál a legnagyobb hatáspontok a nem rákos betegségek és a vízi toxicitás kategóriákban volt. A klasszikus (EPA) TCLP teszt (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) ) helyett érzékenyebb módszer. Az eredmény: az SnPb forrasz maradt a legmagasabb ponttal, de az érték kb negyedére csökkent. [2] Hatás kategória Nemrákos betegs Vízi toxicitás Egység/ funkc. egység SAC kg nemrákos- toxikus a.ekviv 1054 kg vizi toxikus a. ekviv 36,4 GaBi adatbázis BSA SABC SnPb Alternatív SnPb ,4 23,4 38, Sokzónás (ábrán 10) kemence Nagy teljesítményű fűtés (infra) Szerves kötőanyag, gyanta kiég VOC Legfőbb technológiai paraméter az olvadt állapot ideje, hőprofil Forrasz típus Kemence teljesítmény (kw) Átl. energia Átl energ. Vitronics-Soltec Intel fogyasztás MJ/kg) hullámforr, SnPb 8,3 23,3 412 (?) 58 SAC 9,1 25,2 447 (?) 67 BSA 6,8 15,7 297 (?) - SABC 9,1 25,2 447 (?) - 5

6 Hulladék újrahasznosítás Pre összegző táblázat Életút vége: kevés megbízható adat a visszagyűjtési arányról EPA [2] szerint: Lerakás 72% Égetés 19% Recycling Szétszerelés és rézkohó 4,5% Szabályozatlan 4,5% Deubzer [4]: újrahasz- nosítás hatása a primer nyersanyag igényre Gyártási hulladék recycling Hullámforrasztásnál nagy Reflow kevesebb EoL hulladék A hullámforrasztásnál vastagabb a réteg, több anyagot használnak SAC 3: SnAgCu, 3%Ag ENIG: ~5µm redukciós Ni és ~ 0,1µm immerziós Au SAC és SnPb: olvadékba merítés és forrólevegős lefújás. ~ 5µm Fényforrások Kohászati újrahasznosítás során a visszanyerhető fém kitermelési %-a [4] Lámpatípusok: Normál izzók, halogénlámpák Kisnyomású kisülőlámpák: normál fénycső, kompakt fénycső Nagynyomású kisülőlámpák: Hg-gőz-, Na-, fémhalogén-, xenon lámpa Szilárdtest fényforrások: LED, OLED Csak az EoL hulladékokra EPA összegző táblázat Követelmények Fénytechnikai: Színhőmérséklet (meleg fehér, hideg fehér) Színvisszaadás CRI 1 normál izzó CRI = 1, többi kisebb. Megfelelő, ha CRI > 0,8. Hatásfok: Fényhasznosítás: kibocsátott fényáram / felvett teljesítmény lm/w kisülőlámpáknál előtéttel együtt illik megadni Élettartam: Normál izzó ~1000 óra Kisülőlámpák óra LED-ek óra 6

7 Környezeti problémák Alapanyagok Hg: szinte minden kisülőlámpában < 5 mg/lámpa Fényporok között toxikus anyagok Gyártás döntő része Kínában, nincsenek megbízható környezeti adatok, hosszú szállítás Hulladék visszagyűjtés, újrahasznosítás Fényszennyezés (LCA nem tartalmazza) LCA cél, hatókör Ecoinvent adatbázis Funkcionális egység: 1 Mlm-óra fényenergia kisugárzása Beszámítva az előtétet, együtt épített lámpaházat Típusonként csak egy termék, egy gyártó, a gyártás zöme Kínában. Típus Fényhaszno Élettartam -sítás óra lm/w CRI Izzó Halogén Kompakt T5 fénycső T8 fénycső LED + előtét LED Fémhalogén Hatásfok javulás és generáció váltások Várhatóan versenyben maradó fényforrások: Kisnyomású Hg-gőz gőz (egyenes, kompakt) Fém-halogén LED LCA eredmények Leltáradatok az ecoinvent adatbázisból. Ahol nem volt, hasonló anyaggal, technológiai lépéssel helyettesítettek (pl. lámpatest szerelés LCD monitor szerelés, utóbbi biztos nagyobb terhelés) Kis és nagynyomású Na lámpák a rossz színvisszaadás miatt csak korlátozott területen használhatók 4 vizsgált lámpatípus: T5 fénycső Kerámiacsöves fémhalogén LED beépített előtéttel LED előtét nélkül, reflektorral Mind a négy inkább közületi, nem lakossági használatra Összehasonlításul 23W-s kompakt fénycső 100W-s normál izzó LCA erdmények Mindegyik 100 lm/w közelében (előtéttel együtt), és várhatóan 5-6 éven belül meg is haladják. Nagyon különböző teljesítmény (12w 100W) 5. Life Cycle Assessment of Ultra-Efficient Lamps 2009, Defra (Department for Environment, Food and Rural Affairs) LCA eredmények Hatásértékelés összesített adatai Jelenlegi állapot állapot 2015-re várható 7

8 LCA eredmények (Rocky Mountain Institute) Normál izzó és kompakt fénycső összehasonlítás Hg emisszió Fénycső gyakori ki/be kapcsolás 1 óra: 80% élettartam 15 perc: 30% élettartam 6. L. Ramroth: Comparison of Life-Cycle Analyses of Compact Fluorescent and Incandescent Lamps Based on Rated Life of Compact Fluorescent Lamp 2008 Levi Strauss & Co. San Francisco, CA March

9 Dell Streak tablet szén- lábnyom Élelmiszer LCA Húsfélék környezetterhelése Akkumulátorok Rendszer határok: COMPARATIVE LIFE-CYCLE ASSESSMENT OF NICKEL-CADMIUM CADMIUM (NiCd NiCd) BATTERIES USED IN CORDLESS POWER TOOLS (CPTs) VS. THEIR ALTERNATIVES NICKEL- METAL HYDRIDE (NiMH) AND LITHIUM-ION ION (Li Li-ION) BATTERIES Summary Report 9

10 Autóakku 10