Duurzaamheidsrapport

Transcriptie

1 WERKTUIGBOUWKUNDE 2 Duurzaamheidsrapport NHL Groep negen: Thomas Mol, Sido Kloosterman, Sven de Jong, Martijn Rozema, Aalze Vriezema & Kelwin Koets Leeuwarden November/December 2014

2 Inhoud Duurzaamheidsrapport... 2 MET Matrix... 2 LiDS Wiel... 3 LCA tool SolidWorks... 5 Vragenlijst Bronnen

3 Duurzaamheidsrapport In dit duurzaamheidsrapport zal duidelijk worden wat het effect is van het windturbine blad gezamenlijk met de vortex generators en overige onderdelen op het milieu. Het blad zelf is gemaakt van obomodulan en de vortex generators zijn gemaakt doormiddel van driedimensionaal printen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van PLA. In de MET Matrix en het LiDS wiel zullen ook de overige onderdelen worden meegenomen, ook zullen deze onderdelen worden meegenomen in de LCA tool van SolidWorks. Aan het einde van dit verslag zijn vragen te vinden die moesten worden beantwoord. Deze vragen zijn alleen beantwoord voor de windturbine bladen en de vortex generators, aangezien de overige onderdelen standaard zijn en niet het grootste effect op het milieu zullen hebben. MET Matrix Een MET matrix is een manier om de effecten van een product op het milieu te analyseren over de levensduurfase van het product. Een MET matrix is een tabel die de verschillende aspecten van een product bekijkt (winning materialen, productie, distributie, gebruik & afdanking/recycling) en bij elk aspect kijkt naar de materialen (input), energie (input) & toxische stoffen (output). In de MET Matrix zijn alle onderdelen meegenomen die in het voltooide windturbine blad aanwezig zijn: 2

4 LiDS Wiel Een LiDS (Lifecycle Design Strategies) wiel is een wiel met 8 keuzes voor productverduurzaming. Dit wiel is van toepassing op alle producten die duurzamer kunnen. De strategieën waar het LiDSwiel zich op richt zijn: 1. Ontwikkel nieuwe concepten optimaliseer functievervulling 2. Selecteer materialen met lage milieu-impact 3. Reduceer materiaalgebruik 4. Optimaliseer de productie 5. Optimaliseer de distributie 6. Reduceer de impact tijdens het gebruik 7. Optimaliseer de levensduur van het product 8. Optimaliseer de productafdanking Zo wordt de mate van productverbetering gevisualiseerd. 3

5 Net als bij de MET Matrix zijn alle onderdelen meegenomen die in het voltooide windturbine blad aanwezig zijn: LiDS wiel: windturbine blad met vortex generators, obomodulan en aluminium Student: Groep 9 Punt: Verbetering: 2 Milieubewustere materialen kiezen 3 Vleugel hol maken 4 Verlijmen vermijden 5 Materialen oplaten sturen i.p.v. ophalen met de auto 8 Door milieubewustere materialen te gebruiken is er betere recyclage mogelijk 4

6 LCA tool SolidWorks SolidWorks heeft een ingebouwde LCA tool. Wanneer de onderdelen die worden gebruikt in SolidWorks zijn ontworpen kan de LCA tool worden gebruikt om te zien wat de effecten zijn van de individuele onderdelen. Welke effecten precies zijn hieronder te vinden: Sustainability Report Glossary Air Acidification - Sulfur dioxide, nitrous oxides other acidic emissions to air cause an increase in the acidity of rainwater, which in turn acidifies lakes and soil. These acids can make the land and water toxic for plants and aquatic life. Acid rain can also slowly dissolve manmade building materials such as concrete. This impact is typically measured in units of either kg sulfur dioxide equivalent (SO2), or moles H+ equivalent. Carbon Footprint - Carbon-dioxide and other gasses which result from the burning of fossil fuels accumulate in the atmosphere which in turn increases the earth s average temperature. Carbon footprint acts as a proxy for the larger impact factor referred to as Global Warming Potential (GWP). Global warming is blamed for problems like loss of glaciers, extinction of species, and more extreme weather, among others. Total Energy Consumed - A measure of the non-renewable energy sources associated with the part s lifecycle in units of megajoules (MJ). This impact includes not only the electricity or fuels used during the product s lifecycle, but also the upstream energy required to obtain and process these fuels, and the embodied energy of materials which would be released if burned. Total Energy Consumed is expressed as the net calorific value of energy demand from non-renewable resources (e.g. petroleum, natural gas, etc.). Efficiencies in energy conversion (e.g. power, heat, steam, etc.) are taken into account. Water Eutrophication - When an over abundance of nutrients are added to a water ecosystem, eutrophication occurs. Nitrogen and phosphorous from waste water and agricultural fertilizers causes an overabundance of algae to bloom, which then depletes the water of oxygen and results in the death of both plant and animal life. This impact is typically measured in either kg phosphate equivalent (PO4) or kg nitrogen (N) equivalent. Life Cycle Assessment (LCA) - This is a method to quantitatively assess the environmental impact of a product throughout its entire lifecycle, from the procurement of the raw materials, through the production, distribution, use, disposal and recycling of that product. Material Financial Impact - This is the financial impact associated with the material only. The mass of the model is multiplied by the financial impact unit (units of currency/units of mass) to calculate the financial impact (in units of currency). Learn more about Life Cycle Assessment 5

7 Vanaf hier zijn de sustainability reports van de verschillende onderdelen te vinden. 6

8 7

9 Er wordt enkel een sustainability report gegeven van één vortex generator, op een volledige vleugel worden er elf geplaatst. 8

10 9

11 10

12 11

13 12

14 13

15 Vragenlijst Er moesten ook vragen worden beantwoord per onderdeel. Er is voor gekozen deze vragen alleen te beantwoorden voor het windturbine blad en de vortex generators aangezien de andere onderdelen standaard zijn en niet het meeste effect op het milieu en de omgeving zullen hebben. Vragenlijst: Obomodulan (polyurethaan) van het vleugelprofiel. 1. Waar (in welke landen, werelddelen) wordt het materiaal voornamelijk gewonnen? Het materiaal kan in alle landen worden gemaakt, het is een polyurethaan en valt dus in dezelfde productgroep als plastic (polymeren). Voor de productie wordt een di-isocyanaat (MDI of TDI) met een reeks polyolen samengebracht. Waarschijnlijk zijn er ook zogenoemde blaasmiddelen gebruikt om de dichtheid van het materiaal te verhogen. 2. Wat voor effect heeft de winning van de grondstof op de directe omgeving? Om het effect van de winning van de grondstof uit te kunnen leggen is het eerst nodig om de winning van de grondstoffen toe te lichten. Zoals bij vraag 1 al is vermeld zijn voor de productie van Obomodulan di-isocyanaat en polyolen nodig. Di-Isocyanaat is hierbij duidelijk de meest toxische stof, vandaar dat hier de toelichting over zal gaan. De benodigde di-isocyanaat voor Obomodulan is Methyleendifenyldi-isocyanaat (MDI). MDI wordt in een aantal stappen bereid. Een veel gebruikt proces gaat uit van aniline dat met formaldehyde en een katalysator gecondenseerd wordt tot DADPM (diaminodifenylmethaan). De aminogroepen in DADPM reageren vervolgens met fosgeen, waarbij MDI en gasvormig waterstofchloride ontstaan. Na de synthese volgen nog stappen om de verschillende isomeren en nevenproducten van elkaar te scheiden. Nu kunnen ook de gevaren uitgelegd worden die hierbij horen. Het benodigde MDI dat dus wordt gebruikt is voor de mens erg gevaarlijk. Bij contact kunnen de ogen, huid en luchtwegen geïrriteerd raken. Ook kan de stof de longen blijvend beschadigen, herhaalde of langdurige inademing kan astma veroorzaken. Tevens komen er bij de verbranding van MDI of polyurethaan in het algemeen veel giftige stoffen vrij, die schadelijk zijn voor mens en milieu. Voor de gevaren zie: 14

16 3. Wat voor effect heeft de verwerking van de grondstof op de directe omgeving? Nadat het polyurethaan eenmaal gedroogd en in vaste vorm is, komen er in principe geen schadelijke stoffen vrij. Bij verwerkingen zoals schuren of zagen komt veel stof vrij, waarbij ook het gevaarlijke MDI, dat hierboven besproken is, weer vrijkomt Bij het verbanden van de stof komt echter een dikke giftige rook vrij, die erg schadelijk is voor mens en milieu. Obomodulan werd tot voor kort bijna niet gerecycled maar gewoon weggegooid. Tegenwoordig wordt het Obomodulan afgebroken tot erg fijne korrels en hergebruikt in matrassen en onder-vloerkleden. Obomodulan is in verhouding tot hout en metaal in de aanschaf erg duur, maar ook erg makkelijk te vervormen. In het volgende filmpje is te zien dat er schadelijk stof vrijkomt bij de verwerking van obomodulan: ( vanaf 0:30) 4. Hoe groot acht men de voorraden van de grondstof? Obomodulan, wat dus een vorm van een Polyurethaan is, wordt in een chemische omgeving gevormd uit andere stoffen, om deze reden is er geen reden te geloven dat de stof ooit niet meer beschikbaar is, of in bepaalde gebieden meer dan de andere. 5. Het wereldwijde gebruik van de grondstof De vraag naar polyurethanen neemt wereldwijd toe, dit is te verklaren met de groeiende vraag naar isolatiemateriaal. Obomodulan bevat echter meer blaasmiddel en kan niet gebruikt worden voor isolatie, het wordt gebruikt in de bouw van prototypes. De vraag naar Obomodulan zal daarom naar alle waarschijnlijk niet veel gaan groeien. Het grootste deel van de polyurethanen in het algemeen, wordt geproduceerd in China, dit komt vooral door de lage lonen en de steun van de overheid. 6. Noem politieke belangen die een rol spelen bij de winning deze grondstof. Dit is in principe niet van toepassing, omdat alle landen die dat willen deze stof in principe wel kunnen produceren in een laboratorium. 7. Welke bedrijven spelen een belangrijke rol? Polyurethanen worden overal op de wereld gemaakt en verkocht maar het Obomodulan dat gebruikt is voor de vleugel, wordt alleen gemaakt door het Duitse bedrijf Obo. Dit bedrijf levert dan ook aan de hele wereld Hergebruik Zoals eerder ook al genoemd wordt het materiaal tegenwoordig steeds meer hergebruikt. Het materiaal wordt vooral door bedrijven gebruikt die deze dan ook gescheiden weer in leveren. Het materiaal wordt weer fijn gemaakt in kleine korrels die vervolgens gebruikt worden in matrassen en onder-vloerkleden, maar ook in de geluidsisolatie van auto s. 15

17 Vragenlijst: PLA (Polymelkzuur) van de Vortex generatoren. 1. Waar wordt het materiaal voornamelijk gewonnen? Omdat er hier wederom sprake is van een chemisch te vormen stof (net als bij het Obomodulan) kan er wederom gesteld worden dat het materiaal overal op de wereld in principe wel te vormen is. De grootste producent zit in Amerika, te weten NatureWorks. Verder maken het Nederlandse Corbion Purac bv in Gorinchem (Onderdeel van CSM) en een aantal Chinese producenten de lijst met fabrikanten compleet. 2. Wat voor effect heeft de winning van de grondstof op de directe omgeving? PLA is een biologisch afbreekbaar, biocompatibel materiaal dat wordt geproduceerd uit hernieuwbare plantaardige grondstoffen (maiszetmeel of suikerriet). De grondstof zelf is dus volledig plantaardig, en daarmee voor mensen niet schadelijk. De grondstof wordt echter wel gehaald uit producten die ook als voeding kunnen worden gebruikt, wat natuurlijk wel enige bezwaren oplevert. In de toekomst kan het materiaal ook gewonnen worden uit agrarische nevenstromen, zoals melkwei, resten van maiskolven en stro. De productiekosten van PLA liggen wel hoger dan die van traditionele plastics waardoor grootschalige vervanging nog niet aan de orde is. PLA wordt al wel veel toegepast bij 3D-Printen, waarmee de vortex generatoren zijn gemaakt. 3. Wat voor effect heeft de verwerking van de grondstof op de directe omgeving? Het materiaal is volledig plantaardig, bij de verwerking is er dus geen dreiging voor mens of planeet. Het materiaal is zelfs biocompatibel wat betekent dat het in het menselijk lichaam niet als lichaamsvreemd wordt erkend, hierdoor wordt Polymelkzuur ook erg veel toegepast in de medische sector. Een ander voordeel in deze sector is dat het materiaal biologisch afbreekbaar is, als het dus in het lichaam zit verdwijnt het na verloop van tijd vanzelf. Bij de vortex generatoren zijn waarschijnlijk wel enige chemicaliën toegevoegd om stevigheid te geven en ervoor te zorgen dat het materiaal niet zo snel afbreekt. 16

18 4. Hoe groot acht men de voorraden van de grondstof? Zoals eerder ook gezegd wordt er op dit moment vaak gebruik gemaakt van voedselwaren bij de productie van PLA, deze worden dus geoogst in agrarische gebieden. Deze voorraad blijft in principe wel gelijk, maar er zijn veel morele bezwaren vanwege de hongersnood in 3 e wereld landen, waardoor niet gegarandeerd kan worden dat deze grondstoffen ook werkelijk beschikbaar blijven. Wanneer het polymelkzuur massaal kan worden vervaardigd uit agrarische restproducten zoals melkwei en resten van maiskolven zijn de voorraden van de grondstoffen erg groot te noemen, en ligt het in de verwachting dat de grondstoffen massaal beschikbaar zullen zijn, in agrarische gebieden overal op de wereld. 5. Het wereldwijde gebruik van de grondstof. De vraag naar polymelkzuren is de laatste jaren erg toegenomen. Dit komt vooral door de toenemende vraag naar bioplastics ter vervanging van de traditionele plastics in verpakkingsmaterialen. De opkomst van de 3D-Printer speelt hier ook een rol in, aangezien veel particulieren het polymelkzuur als grondstof van de printer gebruiken. 6. Noem politieke belangen die een rol spelen bij de winning deze grondstof. De grootste politieke bezwaren tegen de winning van polymelkzuren zijn, zoals eerder ook al vermeld, het gebruik van de voedingswaren. Hierover zijn al grote internationale conferenties geweest. 7. Welke bedrijven spelen een belangrijke rol? Zoals ook bij vraag 1 al is aangegeven is de grootste producent van PLA het Amerikaanse bedrijf NatureWorks. Daarnaast zijn een aantal Chinese producenten en het Nederlandse Corbion Purac de grootste producenten. Dit zijn relatief weinig bedrijven, die wel erg groot zijn. Wanneer er een manier gevonden wordt om de bioplastics goedkoper te produceren zal deze sector waarschijnlijk zeer snel groeien. 8. Hergebruik Polymelkzuur breekt in pure vorm voor 90% af in de natuur zelf, wat over blijft kan worden gebruikt als compost. Andere interessante milieuaspecten zijn dat het gebruik PLA ten opzichte van traditionele plastics de CO2 footprint met een derde verlaagt. 17

19 Bronnen 1: PUR-slachtoffers. Meldpunt Purslachtoffers. Geraadpleegd op 25 november 2014: 2: Capaccio, Methyleendifenyldi-isocyanaat. Geraadpleegd op 24 november 2014: 3: Mrgreen71, Polyurethaan. Geraadpleegd op 1 december 2014: 4: Polymelkzuur. Geraadpleegd op 17 november 2014: 5: Polylactic acid. Geraadpleegd op 18 november 2014: 6: Recycling biopolymeren. Geraadpleegd op 18 november 2014: 7: MET Matrix. Geraadpleegd op 17 november 2014: 8: Verbakel-Veldman, Q Het ontwikkelen van duurzame(re) producten: het LIDS-wiel. Geraadpleegd op 17 november 2014: 9: Модель из обомодулана (Obomodulan). Geraadpleegd op 24 november 2014: 10: Geraadpleegd op 25 november 2014: 18