Teknik för att bedöma belastning på ekonomi och miljö

Transkript

1 Teknik för att bedöma belastning på ekonomi och miljö Anna Hedlund-Åström Kungliga Tekniska Högskolan Department of Aeronautics Royal Institute of Technology (KTH) SE Stockholm Sweden Skrift

2 Teknik för att bedöma belastning på ekonomi och miljö Anna Hedlund-Åström Skrift

3 1. Innehållsförteckning sid 1. Innehållsförteckning 3 2. Inledning 4 3. Befintliga verktyg och modeller för avfallshantering 4 4. Livscykelanalys, LCA Exempel på genomförda LCA LCA och återvinning 7 5. Riktlinjer för vägledning vid återvinning Målsättning och omfattning av LCA-studierna enligt ISO Bedömning av arbetsmiljö Utformning av riktlinjer Referenser 12 3

4 2. Inledning I dagens samhälle ställs allt högre krav angående information om påverkan på miljön från produkter, varvid hela dess livscykel bör beaktas. För att öka effektiviteten hos transporterande konstruktioner kan vikten på strukturen minskas med bibehållen styrka, genom att konstruera med kompositer och sandwichkonstruktioner. Detta leder till minskade utsläpp av miljöpåverkande ämnen och förbättrad ekonomi per transporterad enhet. Andra så kallade sekundära effekter som erhållas vid konstruktion med kompositer och sandwich är tex. förbättrad isolering, minskat antal konstruktionsdetaljer och enklare underhåll som även har en positiv inverkan på ekonomi och miljöpåverkan. För kompositer och sandwichmaterial finns inga framtagna metoder för hantering av avfall. Med tanke på förändringar i miljölagstiftning och ett eventuellt kommande generellt producentansvar och den inverkan det kan ha på hanteringen av avfall är det viktigt att utarbeta riktlinjer för omhändertagande. I denna första rapport redogörs för bakgrunden vid framtagande av riktlinjer. Rapporten börjar med en kort genomgång av befintliga verktyg för avfallshantering. En kort genomgång av livscykelanalys, LCA, ges eftersom den kommer att användas för miljöpåverkansbedömning. Projektet behandlar endast återvinningsdelen av en livscykel. För att ge en fullständig bild av miljöpåverkan över en hel livscykel redovisas därför några genomförda LCAstudier för hela livscykeln, där komposit och sandwichmaterial ingår. Dessutom kommer några studier att redovisas, där olika återvinningsalternativ för förpackningsmaterial har jämförts med hjälp av LCA. Resultat från dessa studier kan ge vägledning för utvecklandet av riktlinjer i VAMP Befintliga modeller och verktyg Ett flertal verktyg har tagits fram i olika delar av världen för att modellera avfallshantering med avseende på kostnader och/eller miljöpåverkan. Vid en workshop i Göteborg 1998 presenterades ett flertal av dessa och erfarenheter vid användning av dessa, [1]. Syftet med verktygen är att kommuner och avfallshanterare ska kunna planera avfallshanteringen inom en region så att den blir både ekonomisk och miljömässigt hållbar. I Sverige har ett verktyg utvecklats, MIMES/Waste, som förutom för regional planering även har använts för att ge information om hur skatter inverkar på avfallshanteringen. En förfrågan huruvida MIMES/Waste skulle kunna användas inom projektet gav svaret att det skulle vara möjligt om det inom någon region produceras mycket kompositavfall. Verktyket måste då kompleteras och byggas om med information om komposit. I samtliga verktyg analyseras miljöpåverkan med LCA. Genomförda fallstudier visar att transporter och logistik är mycket viktiga delar i systemet både vad gäller kostnader och miljöbelastning. 4

5 4. Livscykelanalys, LCA Livscykelanalys är en metod som används för att beräkna miljöpåverkan från de aktiviteter en produkt eller tjänst ger upphov till under sin livscykel, från vaggan till graven. Det finns mycket litteratur att studera om miljöanpassad produktutveckling och LCA, [2], [3] - [5]. Av de angivna referenserna är standarden ISO 14040, bra att ha tillgänglig, den beskriver principer och struktur för uppbyggnad av en LCA. En relativt nyutkommen bok, [3] är Produktekologi, som är lättläst och berättar om LCA på ett handgripligt sätt med författarens personliga kommentarer. En mer ofattande beskrivning av miljöanpassad produktutveckling och LCA erhålls i [4], utgiven med anledning av de erfarenheter som erhållits inom Produktekologiprojektet. Här ges en genomgång av EPS-metoden i ett kapitel med därpå följande exempel vid användning av metoden. Sist i boken följer en förteckning över miljöbelastningsindex för olika material och processer. Viktigt att känna till angående dessa data är att de ändras i och med att nya analyser och förändringar av miljöindex genomförs och ska användas med försiktighet. Detta gäller samtliga tillgängliga databaser för LCA-data. En fullständigt genomförd livscykelanalys ska vara uppbyggd enligt en speciell struktur, med fyra steg, enligt ISO Det första steget består av att klargöra målsättning och omfattning av studien. Innebörden av detta är att ett antal punkter ska beskrivas. Dessa finns genomgågna i avsnitt 5-1 för yttre miljöbelastningsbedömningen för utformning av riktlinjer, VAMP 18. Nästa steg är inventeringen där data samlas in. Vanligtvis illustreras livscykeln grafiskt i form av ett scenario, eller flödesschema för det system som studeras. Inventerinsdata omfattar alla inflöden och utflöden till systemet, i form av användning av resurser som råvaror och energi, samt utsläpp till luft, vatten och land. Allteftersom inventeringen fortgår, vilket kan vara tidskrävande, kan förändringar i det första steget, målsättning och omfattning, vara nödvändiga för uppfyllande av målet. Det kan tex. vara förändringar av datakrav, beroende på svårigheter att erhålla data från ursprungskällan för systemet. Inventeringsresultatet brukar även kallas för miljöprofil och ger en överskådlig information om belastningen på miljön. Analysen kan i vissa fall vara tillräcklig i och med inventeringen och vissa tolkningar kan göras. Dock fås ingen information om de miljöeffekter som erhålls från belastningen. Därför är det viktigt med fortsatt behandling av inventeringsdata för att erhålla en beskrivning av den miljöpåverkan som det studerade systemet ger upphov till, enligt nästa steg. Det tredje steget består av miljöpåverkansbedömningen som i sin tur kan delas in i tre steg, klassificering, karakterisering och värdering. - Klassificeringen innebär att inventeringsresultaten sorteras upp i miljöeffektkategorier. Exempel på några av dessa kategorier är förnybara resp.icke förnybara resurser, toxiska effekter, växthuseffekt, ozonuttunning, försurning, övergödning och biologisk mångfald. 5

6 - I karakteriseringen beräknas hur mycket varje utsläppsparameter från inventeringen bidrar till de olika miljöeffektkategorierna. Ett och samma utsläpp kan ge effekter i flera kategorier parallellt. Resultatet från detta steg kan presenteras i form av en miljöeffektprofil. - Det avslutande steget i miljöpåverkansbedömningen är värderingen som väger ihop inventeringsresultatet så att ett värde erhålls för hela systemet. Den här komprimeringen av de mycket komplexa miljöfrågorna har lett till mycket kritik och diskussion av LCA. Olika resultat erhålls beroende på vilken värderingsmetod som används. Därför rekommenderas att flera värderingsmetoder används parallellt. Flera olika värderingsmetoder finns, däribland den i Sverige utvecklade metoden EPS(Environmental Priority Strategy). Miljöpåverkan uttrycks i ett miljöbelastningsindex, ELU(Environmental Load Unit) som baseras på betalningsviljan för att undvika miljöeffekter. En annan metod är ekoknapphetsmetoden även kallad BUWAL, utvecklad i Schweiz. Den värderar utifrån ekologisk knapphet vilken definieras som förhållandet mellan befintlig miljöbelastning och kritisk miljöbelastning inom ett specifikt område. Ytterligare en metod är effektkategorimetoden utvecklad i Nederländerna. Det fjärde och avslutande steget är tolkning av resultaten. Vid tolkningen utnyttjas hela informationsmängden som erhållits under LCA-processen, vilket kan leda till slutsatser i enlighet med de uppsatta målen. Men tolkningen kan även leda till att man måste gå bakåt i analysen beroende på dålig datakvalitet eller avsaknad av data för måluppfyllelse. Då flera värderingsmetoder används ska tolkningen naturligtvis ske med tanke på skillnaderna i värderingsmetoderna. För att undersöka hur förändringar och förenklingar i data påverkar slutresultetet bör osäkerhets och känslighetsanalys utföras. Arbete pågår inom standardiseringskommisionerna med ytterligare fastställanden av standards för LCA. Det gäller underdokument till ISO 14040, ISO inventeringsanalys, ISO miljöpåverkansbedömning och ISO14043-tolkning av resultat Exempel på genomförda livscykelanalyser Det är viktigt att ha en uppfattning om hur miljöpåverkan fördelar sig över livscykeln för olika typer av produkter för att undvika suboptimeringar. För transporterande strukturer dominerar miljöbelastningen från användningsfasen medan tillverknings och återvinningsfasen har betydligt mindre påverkan. Det är viktigt att tänka på vid införandet av ett nytt material i en farkoststruktur så att suboptimeringar undviks. Med det menas att vid alltför effektiv återvinning kanske utveckling av optimerade tillverkningsmetoder för att minimera spill och kassation åsidosätts, vilket i slutänden kanske är mer lönsamt både ekonomiskt och miljömässigt. Naturligtvis innebär det inte att en optimering av återvinningsproceduren inte ska göras. Men det är viktigt att ha en helhetsbild av systemet. 6

7 Statiska strukturer som inte alls eller endast i liten omfattning kräver energitillförsel vid användning, har en helt annan miljöbelastningsprofil under sin livscykel. Ett exempel på livscykelanalys för transporterande struktur är jömförelse av två kompositmaterial, SMC och GMT för framstycket till Volvo 850, [6]. För hela livscykeln dominerar användningsfasen, men i olika grad beroende värderingsmodell. Resultaten visar att GMT-framstycket belastar miljön mindre beroende på 25 % lägre vikt. Volvo har i en annan studie jämfört framstycken i GMT och zinkbelagd plåt, [4]. Resultatet blev en viktminskning på ca. 40% för GMT alternativet och en total miljöbelastning hälften så stor som för plåtframstycket. Ytterligare ett exempel på jämförande LCA-studie är för en båtkonstruktion, [7], där en struktur i svetsad aluminium har jämförts med en struktur i GRP-sandwich. Inventeringsdata erhölls från befintliga LCA-databaser för samtliga material utom för kärnmaterialet, Divinycell. Resultatet domineras helt av användningsfasen, där konstruktionen i sandwich som följd av lägre vikt med bibehållen prestanda kan utrustas med en mindre motor. En besparing på ca l dieselolja under båtens användningstid erhålls LCA och återvinning För ett flertal produkter har LCA utnyttjats för att jämföra olika återvinningsalternativ ur miljösynpunkt. Dessa studier har gjorts framförallt för att analysera producentansvaret för förpackningar. En studie har utförts på uppdrag av Plastkretsen AB, med syfte att undersöka resthanteringsalternativ ur miljösynpunkt för plastförpackningar, [8]. De alternativ som undersöktes var materialåtervinning, förbränning med energiutvinning och deponi. Resultatet från studien visar att de extra transporter som uppkommer till följd av sortering och de olika återvinningsprocesserna, inte ger något stort bidrag till den totala miljöpåverkan. Vid jämförelser mellan alternativen är materialåtervinning att föredra, förutsatt att det ersätter jungfrulig råvara. En annan studie för förpackningsmaterial, [9], med avsikt att studera skillnader i miljöpåverkan vid återvinning/återanvändning och förbränning/deponi visar att resultatet är beroende av vilket energisystem som studeras och hur de sparade råvarorna används. De material som undersöktes var tidningspapper, wellpapp, stål, glas, HDPE, trä och mjölkförpackningar av olika material. I en studie har olika återvinningsalternativ för mobiltelefoner undersökts, [10]. Man jämförde två olika materialåtervinningsscenarios både miljömässigt och ekonomiskt. Miljömässigt visar sig vinsten för materialåtervinning ligga i att man elimimerar miljöskador som erhållits i tidigare processer i livscykeln, vid tillverkning av material från jungfrulig råvara. Kostnaderna för återvinning visar sig bli höga oavsett effektiv insamling. Detta kan dock till viss del avhjälpas med beskattning. Avslutningsvis konstateras att tillverkningen av jungfruligt material är undervärderad i förhållande till den miljöpåverkan som erhålls och förklarar varför materialåteråtervinningen är oekonomisk. 7

8 5. Riktlinjer för vägledning vid återvinning Riktlinjerna ska ge information, vägledning och jämföra olika möjligheter för återvinning av avfall från de kompositmaterial och sandwichkonstruktioner som ingår i projektet. Med avfall menas spill, kasserade produkter, bearbetningsspill från tillverkning och uttjänta produkter. De återvinningsmetoder som ska studeras är materialåtervinning, energiutvinning och deponi. Informationen och vägledningen kommer att bestå av följande: - Ekonomi i form av kostnader för produkttillverkaren(avfallsproducenten) avseende de olika återvinningsalternativen för de olika avfallsformerna. Dessa kostnader kan även differentieras med tanke på behov från entrepenörer och materialhanterare. Även samhällskostnader kan innefattas om uttalat intresse finns. - Yttre miljö, behandlas med LCA. En definition av studiens omfattning och mål har gjorts enligt ISO 14040,[1], se nästa avsnitt. Förenklade LCA-studier med tillgängliga data från databas visar att energiutvinning av kompositmaterial mycket väl kan jämföras med materialåtervinning om komposit ersätter icke förnyelsebara resurser som kol och olja. Vid energiutvinning tillgodoräknas den miljöbelastning som undviks genom att slippa utvinna kol och olja. För materialåtervinning tillgodoräknas den miljöbelastning som undviks då återvunnet material ersätter jungfruligt material. Miljöpåverkan för materialåtervinning kommer att beräknas fram till den färdiga råvaran innan en ny produkt tillverkas. För ett kompositavfall, tex SMC-spill, kan flera typer av materialkvaliteer från materialåtervinning erhållas, beroende på i vilken ny produkt det återvunna materialet ska ingå. Detta medför att en koppling till lämplig produkt görs från början. För energiutvinning kommer deponi av restprodukter från förbränning att ingå i den totala miljöbelastningen. - Inre miljö är en mycket viktig del vid hantering av avfall. Inom projektet har begränsningar gjorts till inverkan av damm och buller. - Avfallsströmmar(materialströmmar), för tex. materialåtervinning är det viktigt med information om materialströmmar då en viss materialvolym är nödvändig för försvarbar ekonomi. - Icke önskvärda material,(miljöfarliga, förbjudna ämnen), kan finnas i äldre strukturer och bör identifieras så att de omhändertas utanför kretsloppet. - Lagstiftning avseende både svensk och EU, nuvarande och framtida. 8

9 5-1. Målsättning och omfattning av LCA-studierna enligt ISO Enligt ISO ska ska målsättning och omfattningen av studien definieras enligt ett antal punkter. Eftersom LCA är en iterativ metod kan ändringar genomföras under pågående studie. Följande punkter ingår: - Målformulering Att till låg kostnad och miljöbelastning omhänderta spill och kasserade produkter från tillverkning samt förbrukade produkter för produktsystemet. Dessutom ska riktlinjer utarbetas för den återtagningsskyldiges teknikval, för Sverige. - Omfattning Att för produktsystemet studera och jämföra olika resthanteringssystem som materialåtervinning, energiutvinning och deponi. - Funktionell enhet Mängd producerat avfall i kg. - Studerat produktsystem SMC, GMT/naturfiber, kolfiberkomposit, fenolhartsbaserade kompositer, FRPsandwich. - Systemgränser Arbetsmiljö med fokus på exponering från damm och buller. Energisystem - kommunala. Anläggningar Transporter Kärnprocesser som krossning, malning. Utrustning för kärnprocesser. - Inventeringsparametrar CO 2, SO x, NO x och partiklar för yttre miljö. - Effekttyper och metodik för miljöpåverkansbedömning Samtliga effekttyper, ingen anledning till begränsning. Miljöpåverkansbedömning görs med de metoder som finns i LCA-verktyget, EPS-, effektkategori- och ekoknapphetsmetoden. - Datakrav Försöka erhålla kunskap om precisionen i data genom osäkerhets och känslighetsanalys. - Begränsningar Sverige nu. - Kritisk granskning 9

10 Bengt Steen. - Rapportering Delrapporter, slutrapport, samt riktlinjer på CD-rom Bedömning av arbetsmiljö av Bengt Christensson Inledningsvis övervägdes möjligheterna att sammanföra den inre och den yttre miljön. Det har föreslagits metoder där inre miljöfaktorer översätts till värden som direkt går att ta in i en livscykelanalys (LCA). Både IVF och IVL har föreslagit metoder för översättning av inre miljöbelastningar till ELU. Inom den inre miljön är kunskapsuppbyggnaden inriktad på olika kemiska, fysiska och psykologiska faktorers direkta hälsopåverkan. De försök till att få med de inre miljöfaktorer i ett ekologiskt synsätt har ännu inte slagit igenom. Ofta beror det på att tveksamhet råder till de miljövärden som sätts för de olika hälsopåverkande faktorerna. Ett problem vid sammanvägningen av inre miljön med den yttre miljön är den arbetsmetodik som används för den inre miljön. Lagstiftning och forskning bygger på att finna/definiera tröskelvärden d v s värden för den maximalt tillåtna belastningen eller risken. Den praktiska effekten är den att arbetsmiljön anses godtagbar upp till ett viss halt/ljud-tryck/etc. Miljöer med högre värden är i princip olagliga. Samtidigt vet vi att besvär och hälsopåverkan föreligger vid värden betydligt under de lagstadgade gränserna. För vissa miljöfaktorer kan hälsopåverkan avspeglas i kostnader för frånvaro, personalomsättning och maskinslitage. Hälsoeffekter vid låga exponeringar/belastningar/risker är dock mycket ofullständigt dokumenterade. Skall den inre miljön vägas in i en total miljövärdering krävs ett bättre värderingsunderlag. Vid bedömning av inre miljöns påverkan på den totala miljöbelastningen finns förslag där man i väntan på säkrare bedömningsunderlag eller bättre metoder rekommenderar att de inre miljöfaktorerna kvalitativt vägs in vid utvärderingen den totala miljöbelastningen. Metoder för att systematiskt minska den inre miljöbelastningen finns i bl a i England och Finland. Där tar man fram goda exempel för olika bearbetningar och kostnaden för dessa. Sedan försöker man sprida tillämpningen. I det finska exemplet delas milön upp i tre steg där värden nära gränsvärdet är godkänt men inte anses vara en bra arbetsmiljö och företag med låga halter anses ha en bra inre miljöprofil. I diskussionerna inom projektet har tre arbetsmiljöområden framkommit som mer angelägna än andra. De mer angelägna områdena är damm, buller och hudirritation (av glasfiber- och kolfiberdamm). Utvärderingen av arbetsmiljön kommer att huvudsakligen inriktas mot damm och buller. Hudirritation kan inte tas med eftersom det saknas enkla utvärderingsmetoder. Om dammhalterna kan hållas låga minskar andelen anställda med hudbesvär. Visar det sig i det fortsatta utvecklingsarbetet att behov föreligger att ta med andra inre miljöfaktorer kommer dessa att tas med i mån av tillgängliga resurser. Målsättningen för den inre miljön är inriktad på att dels ge goda exempel på hur en bra inre miljö vid återvinning uppnås och 10

11 -dels på den inre miljöns bidrag (med avseende på damm, buller och eventuellt tillkommande faktorer) till den totala miljöbelastningen Utformning av riktlinjer För samtliga material ingående i projektet kommer kostnadsanalyser, livscykelanalyser och bedömningar utifrån mätningar av damm och buller i arbetsmiljö att genomföras för olika energiutvinnings- och materialåtervinningsscenarios. Kostnadanalys och LCA för dessa scenarios kommer att var för sig resultera i en slutlig siffra. För att avgöra hur relevant varje siffra är måste den relateras till något. För materialåtervinning kommer kostnader och miljöpåverkan att relateras till kostnader och miljöpåverkan som skulle erhållits om jungfruligt material använts. För energiutvinning, kommer en återkoppling till det bränsle som ersätts, att göras. 11

12 6. Referenser [1]. Sundberg, J., mfl., Systems Engineering Models for Waste Management, Proceedings from the international workshop, 1998, AFR- report 229. [2]. ISO 14040, Miljöledning - Livscykelanalys - Principer och struktur. [3]. Brohammar, G., Produktekologi, Handbok om LCA i produktutveckling, Industrilitteratur, [4]. Ryding, S.O., mfl., Miljöanpassad produktutveckling, Industriförbundet, [5]. Vägledning för livscykelanalyser, sammanfattning av LCA-Norden, Rapport 4537, Naturvårdsverket. [6]. Berglund, R., IVF, Lundström, H., CIT, Livscykelanalys med arbetsmiljö, En allstudie av framstycken till Volvobilar, Delrapport I: Resultat, IVF-skrift [7]. Hedlund-Åström, A., Olsson, K.A., A Comparative LCA Study on a Boat Structure, Report 98-27, Department of Aeronautics, KTH. [8]. Öhlund, G., Eriksson E., Återvinna, förbränna eller deponera? Miljöanalys av producentansvaret för plastförpackningar CIT Ekologik, Chalmers Industriteknik. [9]. Baumann, H., mfl., Miljömässiga skillnader mellan återvinning/återanvändning och förbränning/deponering, FoU nr 79, Stiftelsen Reforsk. [10]. Clift, R., Relationship Between Environmental Impacts and Added Value Along the Supply Chain, Second International Conference on Technology, Policy and Innovation, Lisboa,