Knappa material i cirkulära flöden kräver smart design av komponenter Anne-Marie Tillman Miljösystemanalys Chalmers FFI-konferens 2016-11-23 Material production Manufactu ring Use Reuse Remanufacturing Recycling 1
Allt fler olika material tas i bruk Source: Achzet et al (2011)
I fordon drivs utvecklingen av Electrification Light weighting Safety Connectivity Comfort and infotainment Tail-pipe emission control Autonomous driving Courtesy of Maria Ljunggren Söderman, Chalmers
25 scarce metals Mg Mn Mo Nb Nd Co Ag Ce Pt Ta Au Li Pr Dy Pd Sm Ga Y Er Yb In La Gd Rh Tb (metals of limited availability due to geological rarity, geopolitical issues and technical and economic constraints on extraction) Al alloys Mg alloys Steel alloys Ni alloys Catalytic components Lubricants Electric, electronic and magnetic components Courtesy of Maria Ljunggren Söderman, Chalmers Based on Andersson, Ljunggren Söderman, Sandén (2016) and Cullbrand and Magnusson (2012)
Dagens svenska bilåtervinning 200 000 skrotade bilar per år Material 85 % (återanvändning och återvinning) Energi 6 % Deponering 9 % Courtesy of Maria Ljunggren Söderman, Chalmers Based on Andersson, Ljunggren Söderman, Sandén (2016)
Uppskattning av typ av återvinning av knappa metaller i svensk bilåtervinning Ga Mg In Dy Nd Y Au Li Nb Pt Gd La Co Ta 2000-3000 ton per år (1% of total vikt, omfattar 25 metaller) Cobalt, Molybdenum, Manganese, Palladium, Rhodium, Silver, Gold Cobalt, Molybdenum, Manganese, Palladium, Rhodium, Silver, Gold Platinum Magnesium, Niobium, Indium, Gallium, Lithium, Tantalum, Gadolinium, Neodymium, Dysprosium, Cerium, Ytterbium, Praseodymium, Samarium, Terbium, Erbium, Lanthanum, Yttrium Lost Funktionellt återvunna Grundämnet kemiska och fysiska egenskaper används igen, som metaller eller legeringsämnen Ej funktionellt återvunna I återvunna material (i metaller och i annat ÅV-material) I deponerade restmaterial Courtesy of Maria Ljunggren Söderman, Chalmers Based on Andersson, Ljunggren Söderman, Sandén (2016)
Cirkulär ekonomi och resurseffektivitet Material production Recycling Strategier Resurseffektiv produktion Resurseffektiv användning Åter-använd -tillverka -vinn Manufactur ing Use Reuse Remanufacturing Drivkrafter och möjliggörare Design Policy Affärsmodeller Utvärdering Miljö- och resurs bedömning t ex LCA Ekonomiska bedömningar. anne-marie tillman, chalmers 7
Vad är livscykelanalys, LCA? Transporter Råmaterialutvinning Naturresurser Processer Tillverkning Användning Avfalls hantering Utsläpp Avfall anne-marie tillman, chalmers Source: Nordelöf et al 2014
Styrkor och svagheter hos LCA Styrkor Svagheter Systemiskt - hela livscykeln undviker problem shifting Fångar många olika sorters miljöpåverkan Dataintensivt Kräver värdebaserade metodval Systematiskt anne-marie tillman, chalmers
Skalbara designbaserade LCA-modeller för fordonskomponenter - en princip för goda estimat Input Huvudsakliga designspecifikationer Output Grind-till-grind LCA Pekare på uppströms DB-data Output Vagga-till-grind LCA Skalbar designbaserad LCA-modell av komponent Råmaterialutvinning Råmaterialutvinning Transporter Processer Tillverkning Användning kg kopparmalm kg CO2 g NOx. kg gruvavfall Ecoinvent Transporter Processer Tillverkning Användning Avfalls hantering Avfalls hantering anne-marie tillman, chalmers Based on Nordelöf et al, forthcomingc
LCA-modell av typisk PMSM elmotor för elfordon Skalbar mellan 20-200 kw and 48-477 Nm Input Effekt eller vridmoment ANSYS Maxwell elektromagnetisk beräkning av referensdesign Intermediärt output Materialmängder (BoM) Modell av motorproduktion Output Grind-till-grind LCA Pekare på uppströms DB-data Råmaterialutvinning Specifikationer av standardkomponenter Uppskattningar från teknisk litteratur Transporter Processer Tillverkning Användning kg kopparmalm kg CO2 g NOx. kg gruvavfall Avfalls hantering anne-marie tillman, chalmers Based on Nordelöf et al, forthcoming
Tillgänglig (snart) via Svenskt livscykelcentrum http://cpmdatabase.cpm.chalmers.se anne-marie tillman, chalmers Courtesy of Anders Nordelöf
LCA- modell av typisk inverter för elfordon Skalbar mellan 20-200 kw och 250-700 V. Pågående arbete Input Effekt o/e spänning Analys av kraftmodul, kondensator och krets- kort från 2 kommersiella testenheter Specifikationer för standardkomponenter Uppskattningar från teknisk litteratur Output Grind- till- grind LCA Pekare på uppströms DB- data Intermediärt output Material- mängder (BoM) Modell av elektronik- produktion Råmaterial- utvinning Transporter Processer Tillverkning Användning Avfalls hantering anne- marie tillman, chalmers Based on Nordelöf et al, forthcoming kg kopparmalm kg CO2 g NOx. kg gruvavfall
Vart vill vi? Lättillgängliga goda uppskattningar av LCAdata för elfordonskomponenter Underlag för designriktlinjer för elfordonskomponenter som samtidigt ger: - Önskvärd teknisk prestanda - Anpassning till cirkulär ekonomi Strategiska planeringskrav för End-of-Life system (demontering, återanvändning, reman, återvinning) Material production Manufactu ring Use Reuse Remanufacturing Recycling anne-marie tillman, chalmers
Hur ser vägen dit ut? Designlösningar för olika komponenter - motor, elektronik, batteri Material production Recycling Kunskap om EoL-systemen - nu och i framtiden Manufactu ring Utvärdering - mot tekniska prestandakrav - mot miljö- och resurskrav (LCA inkl detaljerad EoL) Use Reuse Remanufacturing Þ Identifiera - win-wins och trade-offs mellan teknisk prestanda och resurseffektivitet - nyckelfaktorer för resurseffektivitet - beroenden mellan olika faser i livscykeln (t ex design, tillverkning, reman, ÅV) anne-marie tillman, chalmers
Nyttan Teknikutveckling och design med samtidig teknisk prestanda och resurseffektivitet End-of-Life system som tar tillvara redan mobiliserade reurser Hållbara materialstrategier Säkra materialtillgång - minska risktagande Material production Manufactu ring Use Reuse Remanufacturing Recycling anne-marie tillman, chalmers
Vi som jobbar Miljösystemanalys, Chalmers Elteknik, Chalmers Anders Nordelöf Maria Ljunggren Söderman Anne-Marie Tillman Emma Grunditz Sonja Lundmark Finanisering (hittills) Styrkeområde Energi, Chalmers Svenskt hybridfordonscentrum Mistra Closing the loop Torbjörn Thiringer Mikael Alatalo