Definiția scopului și domeniului de aplicare

Scopul acestui studiu este de a analiza consumurile de energie și impactul asupra mediului al refabricării originale a unui motor diesel din perspectiva ciclului total de viață. Consumurile de resurse și energie și emisiile aer/apă sunt efectuate și cinci impacturi asupra mediului, care sunt potențialul de încălzire globală (GWP = Global Warming Potential), potențialul de acidificare (AP = Acidification Potential), potențialul de eutrofizare (EP = Eutrophication Potential) și potențialul de epuizare abiotică (ADP = Abiotic Depletion Potential) sunt evaluate în această LCA.

Motorul evaluat în acest studiu este WD615.87 cu motor cu 6 cilindri în linie, răcit cu apă și turbo, cu o cilindree totală de 9,726 L. În această LCA, unitatea funcțională este definită ca „300.000 km conduși folosind un motor diesel WD615-87." Parametrii tehnici majori ai motorului diesel analizat sunt prezentați în Tabelul 2.

A fost selectat un domeniu de delimitare de la leagăn la graniță când s-a făcut analiza ciclului de viață al motorului diesel refabricat, începând cu motorul uzat reciclat înapoi la atelier prin dezasamblare, curățare, recondiționare și reasamblare. Din cauza constrângerii de timp și a restricțiilor tehnice, este dificil de urmărit informațiile de utilizare ale unui motor diesel refabricat; se presupun conform asigurării remanufactorului. Un motor refabricat are calitatea la fel de bună ca un motor nou și, prin urmare, îndeplinește aceleași cerințe de combustibil ca și un motor fabricat inițial. În plus, în ceea ce privește perioada de eliminare la sfârșitul vieții, motoarele refabricate sunt reciclate înapoi pentru o altă perioadă de refabricare; prin urmare, faza de eliminare la sfârșitul vieții este exclusă din sfera de evaluare. Componentele luate în considerare în analiza noastră includ cele șase piese care pot fi fabricate în atelier, incluzând blocul cilindrilor, chiulasa, arborele cotit, biela, cutia de viteze și accesoriile care sunt achiziționate din exterior, dar pot fi și refabricate. S-a investigat că un motor poate fi refabricat de trei până la cinci ori. Deoarece modurile de defecțiune și metodele de reparare sunt de obicei diferite de fiecare dată și motorul refabricat nu a atins durata de viață, ciclul de refabricare dat a fost considerat primul. Figura 8 arată limita de sistem a acestei evaluări a ciclului de viață.

Analiza Inventarului Ciclului de Viață

Resurse de date

Producția de materiale

Materialele consumate în fabricarea componentelor motorului sunt în principal oțel, fontă și aluminiu. În ceea ce privește refabricarea, există câteva materiale suplimentare precum kerosenul, cuprul, nichelul și motorina pentru recondiționarea componentelor. Cantitățile respective din principalele materiale utilizate în fabricație/refabricare sunt prezentate în Tabelul 3.

Materiile prime trebuie extrase și rafinate din minerale și apoi sunt supuse diferitelor procese de refabricare pentru a reconstrui piesele motorului. Energia și resursele sunt folosite în acest scop. Aluminiul, fonta și motorina sunt cele trei materiale majore ale refabricării motoarelor diesel, care generează cantități mari de consumuri de energie și emisii de mediu. Datele legate de cerințele energetice, emisiile de materiale în aer/apă, minerit și fazele de producție sunt trimise din baza de date chineză a ciclului de viață (CLCD = Chinese Life Cycle Database) dezvoltată de IKE, China (Liu et al. 2010). Baza de date CLCD poate reflecta nivelurile medii de producție existente în prezent. Inventarul producției de material unitar este prezentat în Tabelul 4.

Logistica inversă a motoarelor diesel uzate

Potrivit anchetei, motoarele diesel uzate pentru refabricare sunt toate reciclate înapoi din magazinul CNHTC 4S cu camionul (capacitate de transport: 10 t); există aproximativ 170 de magazine 4S pe continent; distanța medie Davg parcursă pentru reciclarea vechiului motor este estimată prin Ec. 2:

unde Rtotal este numărul total de recuperare al motoarelor uzate, Di este distanța de reciclare a motoarelor utilizate în al i - lea magazin 4S și Ni este numărul de motoare uzate recuperate de al i - lea magazin 4S.

Apoi, distanța medie poate fi obținută prin investigație, iar Davg = 800 km. Se presupune că camionul consumă numai benzină și transportul în interiorul uzinei este ignorat, consumul de energie și emisiile distanței unitate la reciclare pot fi obținute prin CLCD (prezentat în Tabelul 5).

Dezasamblarea motorului

Când motoarele uzate sunt reciclate înapoi în atelier, acestea sunt de obicei dezasamblate cu o pușcă cu aer de înaltă presiune; timpul mediu pentru dezasamblarea unui motor este de 300 de minute și va consuma 30 m³ de aer comprimat, ceea ce este egal cu 1,2 kg atunci când este convertit în cărbune standard.

Refabricare piese

Volumele materialelor pentru refabricarea componentelor sunt cuantificate la sectiunea producere materiale. Consumurile de energie pentru cele șase părți sunt măsurate în timpul proceselor de refabricare a acestora. Metoda detaliată pentru culegerea datelor este menționată în secțiunea „Colectarea datelor în refabricarea pieselor”.

Emisii în aer/apă

Datele pentru emisiile aer/apă au fost discutate în detaliu în fișele de colectare a datelor. Diferitele gaze implicate sunt CO2, CO, H2S, N2O și clorofluorocarburi (CFC). Emisiile de poluare a apei conțin azot amoniac, cererea biologică de oxigen (BOD = Biological Oxygen Demand) și cererea chimică de oxigen (COD). Datele despre cererea de energie și emisiile de mediu sunt toate obținute din baza de date fundamentală CLCD.

Colectarea datelor în refabricarea pieselor

Procesele de refabricare sunt în general compuse din mai multe etape: dezasamblare, curățare, testare, reparare, inspecție, actualizare, înlocuire a componentelor și reasamblare (Sherwood și Shu 2000). Diagrama de flux a proceselor de refabricare a celor șase părți este ilustrată pentru culegerea de date, iar consumul de resurse și energie al fiecărei piese sunt colectate de la linia sa de refabricare. Figurile 9, 10, 11, 12 și 13 ilustrează procesul de colectare a datelor despre blocul cilindrilor, chiulasa, arborele cotit, bielă, cutia de viteze și volanta.

Tabelul 6 a rezumat consumurile de energie electrică și de materiale ale refabricării componentelor motorului; principalele materiale consumate în refabricarea motoarelor sunt nichelul, aluminiul, fonta, kerosenul și motorina. Consumul de energie și resurse naturale și emisiile de mediu generate în producția acestor materiale pot fi obținute prin CLCD.

Utilizare

Conform asigurării producătorului, un motor refabricat are calitatea la fel de bună ca un motor nou și, prin urmare, îndeplinește aceleași cerințe de combustibil ca și un motor fabricat inițial. Se presupune că motorul diesel este utilizat într-un camion, energia consumată în utilizare este în principal produsă de motorină, iar emisiile sunt generate în funcționarea motorului diesel. Motorina consumată în utilizare se calculează după cum urmează:

Distanța de parcurs: 300.000 km, așa cum este definit în unitatea funcțională
Eficiența combustibilului: 24 ~ 26 L/100 km, folosind media de 25 L/100 km (Lambert și Gupta 2005)
Densitatea motorinei: 0,85 kg/L
Masa motorinei : 3.000 x 25 x 0,85 = 63.750 kg

Intrările de energie și emisiile de ieșire a 63.750 kg de motorină sunt citate din unitatea „producție diesel” din CLCD, iar emisiile aer/apă ale funcționării motorului sunt citate din unitatea de „exploatare, autoturism, motorină” în baza de date publică ecoinvent 2.0.

Inventarul ciclului de viață

Consumurile de energie pentru motoarele diesel refabricate împreună cu diferitele etape ale ciclului de viață sunt prezentate în Tabelul 7. Figura 14 este ilustrată pentru a arăta mai viu rezultatele inventarului, iar procesarea logaritmică este efectuată pentru a normaliza rezultatul într-un interval mai ușor de tratat.

Trei tipuri de resurse naturale – cărbunele, țițeiul și gazele naturale – sunt luate în considerare în producția de motoare diesel refabricate. Este evident că perioada de utilizare va consuma cea mai multă energie și va genera cele mai multe emisii în aer; comparativ, logistica inversă a motorului folosit va aduce o încărcare redusă a mediului. Țițeiul și CO2 sunt cele mai mari substanțe de inventar, urmate de cărbune, CH4, NOx, COD și SO2.

Evaluarea impactului ciclului de viață

Deși se pot afla mult mai multe despre procese luând în considerare datele inventarului ciclului de viață, un LCIA oferă o bază mai semnificativă pentru a face comparații. Pe baza datelor din inventarul ciclului de viață, LCIA este efectuată pentru impactul asupra mediului menționat mai sus, conform ISO 14042 (Yang et al. 2002).

La fiecare proces de refabricare, seturile de date de inventar, incluzând extracția resurselor și emisiile aer/apă, au fost colectate și clasificate în categoriile de impact. Ulterior, prin procesare de caracterizare și normalizare, au fost calculate impacturile asupra mediului pentru fiecare categorie.

Clasificare

Rezultatele LCI sunt organizate și combinate în categorii de impact prin clasificare. Principalele categorii de impact care vor fi investigate în cadrul acestui proiect sunt potențialul de încălzire globală (GWP), potențialul de acidificare (AP), potențialul de eutrofizare (EP), potențialul de creare a ozonului fotochimic (POCP) și potențialul de epuizare abiotică (ADP).

Caracterizare

Caracterizarea oferă o modalitate de a compara direct rezultatele LCI cu fiecare categorie de impact. Pe baza datelor de inventar, rezultatele LCI, cum ar fi consumul de materii prime, consumul de energie și emisiile aer/apă, au fost convertite în indicatori de impact prin înmulțirea factorului de caracterizare cu metodologiile IPCC, CML și WMO (Yang et al. 2002; OMM 1992). Tabelul 8 prezintă rezultatele caracterizării proceselor de refabricare.

Normalizare și ponderare

Normalizarea exprimă impacturile potențiale în moduri care pot fi comparate cu o valoare echivalentă, iar ponderarea atribuie ponderi diferitelor categorii de impact în funcție de importanța sau relevanța lor percepută, care se bazează pe rezultatele caracterizării. Normalizarea și ponderarea a cinci impacturi asupra mediului ale refabricării sunt prezentate în Tabelul 9. Rezultatele arată că impacturile asupra mediului ale producției și refabricării sunt de 1,72 și, respectiv, 0,86 (fără includere ADP).

Interpretare

Interpretarea ciclului de viață este o tehnică sistematică de identificare, cuantificare, verificare și evaluare a informațiilor din rezultatele LCI și LCIA.

Analiza contribuției este efectuată pentru a cuantifica contribuția etapelor ciclului de viață sau a grupurilor de procese în comparație cu rezultatul total și este examinată pentru relevanță (EPA 2006). Impacturile asupra mediului ale diferitelor etape ale ciclului de viață după normalizare sunt prezentate în Tabelul 10.

Figura 15 ilustrează rezultatele impactului asupra mediului, așa cum sunt prezentate în Tabelul 10. Din rezultate, se poate observa că în timpul ciclului de viață al refabricării motoarelor diesel, utilizarea generează cele mai multe impacturi asupra mediului, în special GWP și AP; producția de materiale are un impact mai mare asupra mediului în ceea ce privește GWP și AP; iar logistica inversă a motoarelor diesel vechi poate avea un impact mai mic asupra mediului, cu excepția POCP.