Analýza životného cyklu LCA

16. október 2013
LCA: LIFE CYCLE ASSESSMENT OF PRODUCTS 
Ing. Miroslav Dado, PhD.

Abstrakt: Príspevok podáva základný prehľad o štruktúre a postupoch LCA. Sumarizuje základné prístupy k LCA a popisuje možnosti použitia metódy LCA v procese návrhu a vývoja produktu. Ďalej poskytuje stručný prehľad dostupných softvérových nástrojov pre podporu LCA.

Abstract: This paper introduces the LCA framework and procedure, summarises available approaches to LCA, and discusses the application of LCA in product design and development. It also provides brief overview of available LCA software tools.

Kľúčové slová: LCA. Návrh. Vývoj. Produkt.

Key words: LCA. Design. Development. Product.

 

ÚVOD

Vplyv produktu na životné prostredie je determinovaný jeho materiálovým zložením, technológiami použitými na jeho výrobu, spôsobom použitia výrobku, jeho životnosťou a spôsobom likvidácie. Každý trhový subjekt, ktorý vstupuje do životného cyklu produktu, musí teda znášať primeranú zodpovednosť a byť zainteresovaný na redukcií negatívneho vplyvu výrobku na životné prostredie. Z toho dôvodu sa začala presadzovať zodpovednosť výrobcu za celý životný cyklus produktu. Je to najefektívnejší spôsob, ako prinútiť výrobcov, aby sa pozerali aj za brány svojich výrobných podnikov a súčasne sa zamysleli, ako splniť ciele v oblasti znižovania znečisťovania životného prostredia. Potreba zaobstarať a poskytnúť relevantné informácie o vplyve produktu na životné prostredie spôsobila, že vzrástol záujem o vývoj metód, pomocou ktorých by bolo možné analyzovať produkty z environmentálneho aspektu. Jednou z nich je aj posudzovanie životného cyklu – LCA    (z angl. Life Cycle Assessment).

 

STRUČNÝ VÝVOJ METÓDY LCA

Prvé štúdie zaoberajúce sa problematikou životného cyklu výrobkov sa objavili v 60. rokoch minulého storočia a boli zamerané na analýzu spotreby energie pri výrobe produktov a spotreby surovinových zdrojov . V jednej z prvých publikácií tohto druhu, Harold Smith uvádza výpočet celkovej energetickej spotreby pri výrobe chemických polotovarov a výrobkov na Svetovej energetickej konferencii v roku 1963.  V roku 1969 firma Coca Cola sponzorovala štúdiu, ktorej cieľom bolo porovnať environmentálne dopady rôznych druhov nápojových obalových materiálov.

Vo Veľkej Británií v roku 1972 Ian Boustead spočítal celkovú energiu spotrebovanú pri výrobe rôznych obalových materiálov (sklo, plast, oceľ, hliník) a postupne skonsolidoval svoju metodiku na takú úroveň, že bola aplikovateľná na celé kvantum materiálov, takže v roku 1979 publikuje Príručku energetickej analýzy v priemysle (Handbook of Industrial Energy Analysis). Pre proces kvantifikácie spotreby surovinových zdrojov a energie pri výrobe a používaní výrobkov sa začal v USA používať pojem REPA (Resource and Environmental Profile Analysis), v Európe sa rozšíril  termín Ecobalance. Počas rokov 1970 – 1975 bolo realizovaných približne 15 takýchto analýz. Štúdie z tohto obdobia sú charakteristické tým, že sa v nich sústreďovala pozornosť na spotrebovanú energiu, ktorej sa priraďoval vyšší stupeň významnosti než odpadom či emisiám.

Ďalší bod evolúcie nastáva začiatkom 80. rokov po ukončení celosvetovej ropnej krízy, keď sa začína pozornosť štúdií upriamovať aj na tzv. end of life analýzu, ktorej úlohou je analyzovať operácie súvisiace so zneškodnením resp. recykláciou výrobkov, pretože sa vynoril nový celosvetový problém – odpady.

Až do roku 1990 sa metóda vyvíjala a aplikovala bez ustálenej metodiky. Práve v auguste toho roku inicializovala SETAC (Spoločnosť pre toxikológiu a chémiu životného prostredia) na workshope v belgickom Leuvene práce na vytvorení jednotnej metodiky založenej na medzinárodnom konsenzuse. Výsledkom úsilia bolo v roku 1993 vydanie publikácie Metodika hodnotenia životného cyklu: Doporučený kódex (Guidelines for Life Cycle Assessment: A Code of Practice). Táto publikácia sa stala základným pilierom medzinárodnej normy ISO 14 040 Environmentálne manažérstvo. Posudzovanie životného cyklu: Princípy a štruktúra, ktorá bola vydaná v roku 1997.

 

RÁMCOVÁ ŠTRUKTÚRA LCA V ZMYSLE STN EN ISO 14040

LCA poskytuje systémový rámec pre identifikáciu, analýzu a následnú redukciu negatívnych environmentálnych dopadov produktu počas jeho celého životného cyklu. V medzinárodnej technickej norme  ISO 14 040 je LCA definovaná ako metóda kompilácie a  hodnotenia vstupov, výstupov a potenciálnych environmentálnych vplyvov systému výrobku počas jeho celého životného cyklu (t.j. od kolísky po hrob); od získavania surovín, cez výrobu, použitie až po likvidáciu, pričom termín produkt (výrobok) označuje akýkoľvek tovar resp. službu, či už hmotnej alebo nehmotnej povahy.

Charakteristickou črtou metódy LCA je jej holistický (celostný) prístup. Tento jednak zabezpečuje, že sú monitorované kompletné materiálové a energetické toky, čo umožňuje identifikovať všetky negatívne dopady spojené s jednotlivými etapami životného cyklu posudzovaného produktu, ale súčasne zabraňuje posúvaniu problémov medzi týmito etapami. Napríklad, za účelom zníženia spotreby pohonných hmôt (redukcia čerpania neobnoviteľných zdrojov energie – nafty a množstva emisií počas prevádzky automobilu) navrhne konštruktér na výrobu karosérie automobilu miesto ocele hliník (zníženie hmotnosti automobilu). Problém však nevyriešil, ale len posunul do inej etapy životného cyklu automobilu, pretože výroba hliníka je energeticky omnoho náročnejšia ako výroba ocele. Komparatívny charakter metódy teda umožňuje rozhodnúť o zvolenom postupe až po porovnaní viacerých variantov riešenia.

 

zivotny cyklus

Životný cyklus produktu

 

Zmyslom posudzovania životného cyklu je určiť rozsah a veľkosť vplyvov produktu na životné prostredie a následne podporiť preferovanie produktu s dokázateľne nižším negatívnym vplyvom resp. zistiť miesta spôsobujúce negatívne dopady a snažiť sa navrhnúť riešenia vedúce k ich minimalizácií.

Predmetom posudzovania sú materiálové a energetické toky – vstupy a výstupy spojené s životným cyklom výrobku. Vstupy zahrňujú energiu, suroviny a materiály použité v jednotlivých etapách životného cyklu daného výrobku. Výstupmi môžu byť výrobky, vedľajšie produkty, odpady, emisie do ovzdušia a vody a energetické emisie (hluk, teplo, vibrácie a žiarenie). Do posudzovania sa zaraďujú aj vplyvy spôsobené dopravou spájajúcou jednotlivé procesy.

Rámcová štruktúra posudzovania životného cyklu pozostáva zo štyroch základných fáz:

 

LCA

Fázy LCA podľa STN EN ISO 14 040

 

SOFTVÉROVÉ NÁSTROJE NA PODPORU LCA

Až 80% celkových environmentálnych dopadov produktu je determinovaných v počiatočných fázach jeho vývoja. Pre koncepčnú fázu vývoja produktu sú typické časté zmeny a z toho vyplýva požiadavka zminimalizovať čas potrebný na environmentálne hodnotenie jednotlivých koncepčných návrhov. Celý problém navyše komplikuje fakt, že pre nedostupnosť presných informácií o veľkosti , materiálovom zložení a konštrukcií navrhovaného produktu nie je možné vykonať kompletnú kvantitatívnu analýzu. Z uvedeného teda vyplýva, že prvou prekážkou pri implementácií LCA v procese vývoja produktu je nedostupnosť údajov potrebných pre vykonanie inventarizačnej analýzy. Ďalšou bariérou je časová náročnosť LCA no a v neposlednom rade aj jej komplikovanosť a s ňou spojená cenová náročnosť súvisiaca napr. s outsourcingom environmentálnych expertov.

Vyššie spomenuté problémy podmienili vznik simplifikovaných foriem LCA (streamlined LCA). Aj keď sa simplifikácia dá uskutočniť mnohými spôsobmi, treba si uvedomiť jeden veľmi dôležitý fakt – „detailná“  LCA a simplifikovaná  LCA nie sú v žiadnom prípade dva separátne prístupy ale body tvoriace určité kontinuálne spektrum. (Slovo detailná je zámerne uvedené v úvodzovkách, čím je dostatočne zdôraznená relatívnosť tohto  pojmu v súvislosti s LCA.) Na jednej strane spektra sa nachádzajú komplikované LCA modely, ktoré podrobne popisujú všetky etapy životného cyklu posudzovaného výrobku a pri hodnotení environmentálnych vplyvov využívajú multimediálne modelovacie metódy. Na opačnej strane spektra stoja kvalitatívne modely založené na koncepte uvažovanie v rámci životného cyklu (life-cycle thinking), ktoré  poskytujú skôr užitočné špecifické informácie postavené na relatívnych rozdieloch medzi možnými alternatívami než detailné kvantitatívne výsledky. Z hľadiska sofistikovanosti teda rozoznávame tri typy LCA, ktoré navzájom vytvárajú vyššie spomínané kontinuálne spektrum:

  • detailný typ LCA,
  • simplifikovaný typ LCA,
  • koncepčný typ LCA.

 

Jednotlivé typy LCA z aspektu komplexnosti údajov, ceny a času

Jednotlivé typy LCA z aspektu komplexnosti údajov, ceny a času

 

V procese návrhu a vývoja produktu našli v praxi svoje uplatnenie najmä nástroje, ktoré umožňujú dizajnérovi uskutočniť simplifikovaný typ LCA prostredníctvom vopred vypočítaných hodnôt – indikátorov/indexov. Názorným príkladom je softvérový nástroj ECO-it, ktorý je založený na princípe eko-indikátorov. Eko-indikátory sú bezrozmerné veličiny (ako jednotka sa používa značka Pt resp. mPt odvodená od slova point – bod), ktoré reflektujú environmentálny vplyv jednotlivých materiálov či procesov, pričom platí, že čím je hodnota vyššia, tým je environmentálny vplyv väčší. Softvér teda po tom, čo dizajnér namodeluje životný cyklus analyzovaného  produktu a kvantifikuje použité materiály a procesy, vynásobí tieto množstvá príslušnými eko – indikátormi, ktoré sú uložené v pripojenej editovateľnej databáze. Dizajnér má takýmto spôsobom možnosť pomerne jednoducho a rýchlo získať prehľad o tom, ktorý materiál, proces či etapa životného cyklu spôsobuje najvýznamnejší environmentálny dopad.

 

Všeobecný postup pri výpočte hodnoty eko-indikátora

Všeobecný postup pri výpočte hodnoty eko-indikátora

 

SimaPro, TEAMTM, GaBi a UMBERTO sú najpoužívanejšie softvérové balíky reprezentujúce skupinu nástrojov, ktoré užívateľovi dovoľujú vykonať detailnú LCA štúdiu. Tieto počítačové programy sa vyznačujú svojou rozsiahlou štruktúrou  a ponúkajú tak užívateľovi široké spektrum možností pri modelovaní inventarizačných tokov, posudzovaní vplyvov ako aj interpretácií výsledkov. Komplexná databáza, modulárna štruktúra (umožňuje separátnu editáciu pri modelovaní), architektúra typu otvorený systém (umožňuje aktualizáciu) či užívateľsky prívetivé rozhranie (napr. zrozumiteľné dialógové okná, technológia ťahaj a pusť) sa v tejto skupine nástrojov považujú za štandardné vlastnosti. Vývoj uvedených softvérových balíkov napreduje ruka v ruke s vývojom samotnej metódy LCA, takže výsledkom je takmer každý rok nová verzia toho ktorého programu.

ZÁVER

V priebehu návrhu a vývoja produktu sa musí brať do úvahy pomerne veľké množstvo rozličných kritérií ako napr. potreby zákazníkov, funkčnosť, technické a bezpečnostné požiadavky atď. Z uvedeného je teda zrejmé, že environmentálne požiadavky kladené na produkt sú len jedným z mnohých kritérií, avšak rozhodne nie sú kritériom nepodstatným. V spojitosti so zohľadňovaním environmentálnych dopadov už v procese vývoja produktu sa  totiž otvára nová dimenzia  nielen v možnostiach ako sa s ním úspešne presadiť na trhu , ale súčasne sa  zvyšuje potenciál na redukciu jednak nákladov, vyplývajúcich z úspory materiálov a energií ako aj  nákladov súvisiacich s odpadovým hospodárstvom a kontrolou emisií. Je však nutné zdôrazniť, že spomínané environmentálne dopady je nutné posudzovať komplexne t. j. počas celého životného cyklu produktu.

 

Použitá literatúra

  1. DADO, M. Aplikácia LCA v procese vývoja špeciálneho lesného kolesového traktora. Dizertačná práca. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, 2004, 120 s.
  2. GUINÉE, J. B. et al. Handbook on Life Cycle Assessment. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2002, 694 s. ISBN 978-1-4020-0557-2.
  3. KOČÍ, V. Posuzování životního cyklu. Chrudim: Ekomonitor, 2009, 263 s. ISBN 978-80-86832-42-5.
  4. STN EN ISO 14040: 2007. Environmentálne manažérstvo. Posudzovanie životného cyklu. Princípy a štruktúra.
  5. STN EN ISO 14044: 2007. Environmentálne manažérstvo. Posudzovanie životného cyklu. Požiadavky a pokyny.

Galéria k článku:

Adresa autora:
Ing. Miroslav Dado, PhD.
Fakulta environmentálnej a výrobnej techniky
Katedra výrobných technológií a materiálov
Študentská 26
960 53 Zvolen
e-mail: dado@tuzvo.sk

Comments are closed.