Presoja okoljskih pritiskov v življenjskem krogu izdelka / procesa s
Gregor Povše Sašo Medved Presoja okoljskih pritiskov v življenjskem krogu izdelka / procesa s programskim orodjem SimaPro Vsebina Povzetek vsebine .................................................................................................................................... 2 1. Poglavje ............................................................................................................................................. 3 Okoljski pojmi – trajnostni razvoj, okolje, okoljske obremenitve in stanje okolja, okoljski pritiski 2. Poglavje ............................................................................................................................................. 4 Okoljski pritiski podrobneje – podnebne spremembe, tanjšanje ozonskega plašča 3. Poglavje ............................................................................................................................................. 6 Okoljski pritiski podrobneje – rakotvorni učinki onesnažil, vpliv organskih in anorganskih snovi na dihala, ionizirajoče sevanje 4. Poglavje ............................................................................................................................................. 9 Okoljski pritiski podrobneje - ekotoksičnost, zakisovanje, vnos hranilnih snovi, preoblikovanje naravnih površin, izčrpavanje mineralnih in fosilnih virov 5. Poglavje ........................................................................................................................................... 11 Okoljevarstvene smernice in strategije – ravnanje z odpadki, snovmi in energijo 6. Poglavje ........................................................................................................................................... 14 Okoljski cilji Slovenije – toplogredni plini, obnovljivi viri energije 7. Poglavje ........................................................................................................................................... 16 Okoljski kazalniki in metode načrtovanja – vgrajena energija, analiza življenjskega kroga, analiza materialnih tokov 8. Poglavje ........................................................................................................................................... 18 Eco Indicator 99 – okolje, okoljski pritiski in okoljska škoda po EI99; modeliranje povezave med življenjskim krogom izdelka in škodo v okolju – splošni mehanizem; krivulje doza-odziv 9. Poglavje ........................................................................................................................................... 22 Modeliranje povezav splošno; oškodovanje zdravja ljudi; modeliranje povezav v kategoriji zdravje ljudi – radioaktivno sevanje 10. Poglavje ........................................................................................................................................... 27 Modeliranje povezav v kategoriji zdravje ljudi – razgradnja stratosferskega ozona, rakotvorni učinki, podnebne spremembe; oškodovanje kakovosti ekosistema 11. Poglavje ........................................................................................................................................... 32 Modeliranje povezav v kategoriji kakovost ekosistema – ekotoksične snovi, zakisovanje in vnos hranilnih snovi, preoblikovanje naravnih površin 12. Poglavje ........................................................................................................................................... 36 Oškodovanje surovin; modeliranje povezave v kategoriji surovine – raba fosilnih goriv in mineralov 13. Poglavje ........................................................................................................................................... 39 Programska orodja za LCA metodo – program Gabi in SimaPro; potek uporabe LCA metode s programom SimaPro 14. Poglavje ........................................................................................................................................... 46 Potek uporabe LCA metode s programom SimaPro na primeru nizkoenergijske in pasivne hiše – prva, druga in tretja faza analize 15. Poglavje ........................................................................................................................................... 48 Potek uporabe LCA metode s programom SimaPro – tretja in četrta faza analize Sklep ..................................................................................................................................................... 52 Literatura in viri ................................................................................................................................... 53 Priloga A. Normalizacijske vrednosti za Evropo ................................................................................. 55 Priloga B. Utežni faktorji bolezni/poškodb po WHO .......................................................................... 56 Priloga C. LCA vprašalnik za podjetja in institucije ............................................................................ 58 Priloga D. Seznam materialov in izolacij………………………………………………………………..67 7. Poglavje Okoljski kazalniki in metode načrtovanja – vgrajena energija, analiza življenjskega kroga, analiza materialnih tokov Kazalniki stanja okolja so med najbolj uporabnimi orodji za poročanje o okolju. Temeljijo na številčnih podatkih, ki kažejo stanje, določeno lastnost ali razvoj kakšnega pojava. Na takšen način na nekaj opozarjajo. Pomagajo nam izmeriti ali določiti količino različnih in mnogovrstnih podatkov, združenih v celoto. Zato so lahko v pomoč odločevalcem pri načrtovanju in upravljanju okolja in tudi splošni javnosti pri razumevanju okoljske problematike (Brancelj et al 2005). Z bolj specifičnimi okoljskimi kazalniki pa si lahko pomagajo inženirji in ostali načrtovalci pri oblikovanju okolju prijaznih izdelkov/procesov. V nadaljevanju so predstavljene tri metode za določitev takšnih kazalnikov. Vgrajena energija Učinkovitost načrtovanja izdelkov lahko preverjamo z zelo različnimi kazalniki. Eden od njih je količina vgrajene energije (angl. embodied energy). Navaja količino energije, ki je bila potrebna za izdelavo neke snovi oziroma izdelka. Na osnovi vgrajene energije lahko ugotovimo, kdaj (in če) se nek izdelek, ki naj bi bil namenjen varčevanju z energijo, “energijsko povrne” (Medved, 2008). Slika 11. Vgrajena energija v različnih snoveh Ta enostavni kazalnik je zelo primernen za vrednotenje specifičnih izdelkov, za celovitejšo oceno o okoljski in ekonomski racionalnosti uporabljenih snovi ali izdelka pa potrebujemo kompleksnejše kazalnike, ki seštejejo različna vrednotenja v eno in primerljivo število. 16 Analiza življenjskega kroga Načrtovanje izdelkov z upoštevanjem okoljskega kriterija temelji na presoji njihovih vplivov na okolje v celotnem življenjskem krogu. Takšno presojo imenujemo LCA analiza, analiza življenjskega kroga oziroma popularno – analiza “od zibelke do groba”. V mednarodnih standardih ISO 14040/ISO 14044 življenjski krog izdelka opredeljujejo štiri faze: - faza črpanja surovin – zaloge naravnih surovin so omejene, njihove zaloge pa lahko ocenjujemo s tehničnega, ekonomskega ali ekološkega vidika; zaloge cinka, svinca in tudi gramoza bodo pri sedanji porabi izčrpane v nekaj desetletjih ali stoletjih; črpanje surovin pogosto povzroča spremembe v okolju (sekanje tropskega lesa), emisije (pridobivanje premoga) in nevarnosti ekoloških katastrof (črpanje in transport surove nafte); - faza izdelave – v tej fazi surovine predelamo v snovi in izdelke; pri tem praviloma nastajajo emisije, ki onesnažujejo tla, ozračje, vode kakor tudi odpadki – vse to ob porabi energije; - faza uporabe izdelka – z izbiro snovi vplivamo na zdravje ljudi, (povezano z emisijami, ki jih v oddajajo izdelki, barve, lepila,..) in bivalno ugodje; po drugi strani pa emisije pri uporabi izdelka nastajajo zaradi porabe vode, energije in snovi pri vzdrževanju izdelkov in odpadkov; - faza razgradnje – odpadki nastanejo tudi pri razgradnji; kakovostno vzdrževanje podaljša dobo delovanja; pri recikliranju je pomembno, da lahko ločimo posamezne snovi in jih ponovno uporabimo (Medved 2008). Z LCA metodo analiziramo vse faze življenjskega kroga izdelka in njihov vpliv na okolje. ISO standardi 14040 in 14044 podrobno urejajo potek in interpretacijo metode. LCA tako poteka po točno določenih korakih. Analiza materialnih tokov Še ena od metod za določitev okoljskih kazalnikov je analiza materialnih tokov (angl. Material Flow Analysis - MFA). Podobno kot LCA je tudi MFA pomembno orodje v industrijski ekologiji. Funkcija te analize je zagotoviti boljše razumevanje povezave med materialnimi tokovi v industriji in njihovim vplivom na okolje z namenom izračuna kazalnikov in razvoja strategij. Analizo materialnih tokov se lahko izvaja na treh nivojih: - na ravni države; analizirane so vse povezave med gospodarstvom in naravnim okoljem; - na ravni podjetja; cilj MFA znotraj podjetja je takšna optimizacija proizvodnih procesov, da so materiali in energija porabljeni čimbolj učinkovito; - na ravni življenjskega kroga izdelka; to je inventarna faza LCA metode (Materialflows). Obstajajo še druge metode in strategije, ki so kombinacije omenjenih kazalnikov, njihov glavni del pa vedno sestavlja LCA metoda. Primeri so: - Life Cycle Engineering – LCE, inženiring življenjskega kroga; - Design for Environment – DfE, oblikovanje z ozirom na okolje; - Environmental Management System – EMS, sistem okoljskega menedžmenta. Vsem tem metodam in kazalnikom je skupna težnja po izboljšanju ekoloških lastnosti izdelkov, procesov in storitev. Njihov namen je celotni tehnološki sferi zagotoviti metodologijo za trajnostno oblikovanje in razvoj. 17 8. Poglavje Eco Indicator 99 – okolje, okoljski pritiski in okoljska škoda po EI99; modeliranje povezave med življenjskim krogom izdelka in škodo v okolju – splošni mehanizem; krivulje doza-odziv LCA metoda pa ima dve glavni pomankljivosti zaradi standardiziranih pravil: - rezultate LCA analize je pogosto težko interpretirati, saj vsebujejo veliko podatkov o koriščenih snoveh, energentih, procesih in povzročenih emisijah; - metoda je časovno zelo zahtevna. V pomoč za lažjo in hitrejšo izdelavo LCA analize je skupina nizozemskih strokovnjakov razvila metodologijo Eco – Indicator 99 (nadgradnja verzije Eco – Indicator 95), ki v marsičem poenostavi uporabo LCA analiz. Razlike med izvajanjem LCA metode, kot ga določajo ISO standardi, in izvajanjem, kot ga opisuje Eco-Indicator 99, pa so kljub temu precej majhne. Glavna prispevka metode Eco-Indicator 99 (v nadaljevanju EI 99) k lažji izdelavi LCA analize sta določitev faktorjev oškodovanj za najbolj pogosto uporabljene materiale in procese in postopek tehtanja. S tehtanjem so LCA rezultati lahko predstavljeni bistveno bolj pregledno, njihova interpretacija je lažja. Postopek tehtanja je obširneje predstavljen v nadaljevanju, tudi s pomočjo praktičnega primera. Okolje, okoljski pritiski in okoljska škoda po EI 99 Definicija okolja po EI 99 je sledeča: okolje je prostor, v katerem potekajo biološki, fizikalni in kemijski procesi, ki so pogoji za delovanje človeka in narave. EI 99 določi tri komponente kakovosti okolja – zdravje ljudi, kakovost ekosistema, surovine. Zmanjšanje njihove kakovosti je posledica antropogenih okoljskih pritiskov. Te tri komponente so zato kategorije oškodovanj, ki predstavljajo škodo v okolju. Na vsako od treh kategorij učinkujejo različni okoljski pritiski – rakotvorni učinki, vnos hranilnih snovi, podnebne spremembe, tanjšanje ozonskega plašča, vplivi organskih snovi na dihala, radioaktivno sevanje, preoblikovanje naravnih poršin, črpanje mineralnih virov in fosilnih goriv... V celotni življenjski dobi izdelka/procesa se sproščajo različne snovi, ki vplivajo na intenzivnost in trajanje teh pritiskov, njihova končna posledica pa je škoda v okolju (izumrtje vrst, osiromašenost prsti, bolezni dihalnih organov...) v treh kategorijah oškodovanj. V procesu tehtanja se kategorije obteži glede pomembnost njihovega prispevka k skupni škodi na okolje. 18 Okoljski pritiski v kategorijah oškodovanj so tako sledeči: Slika 12. Okoljski pritiski in poslabšana kakovost okolja Izdelek v svojem življenjskem krogu prispeva k intenzivnosti okoljskih pritiskov (levi stolpec). Ti pritiski povzročajo škodo v okolju (desni stolpec). Zmanjšanje kakovosti zdravja ljudi merimo z DALY-ji, ki izražajo leta, preživeta v stanju invalidnosti in leta, izgubljena zaradi prezgodnje smrti. Zmanjšanje kakovosti ekosistema merimo s PDF.m 2 .leto, ki izražajo delež rastlinskih in živalskih vrst, izginulih zaradi antropogenih okoljskih pritiskov. Posledice pridobivanja mineralov in fosilnih goriv merimo z MJ energije, ki bo v prihodnosti dodatno potrebovana za pridobivanje surovin. Ekoindikatorji Končni rezultat LCA analize po EI99 je merilo za povzročeno škodo v okolju. Ta končna ocena je seštevek enot v vseh treh skupinah oškodovanj. V metodi EI99 se ta integralni kazalnik imenuje ekoindikator. Ekoindikator je merilo, ki izraža celotno okoljsko obremenitev izdelka ali procesa. Enote ekoindikatorja so ekotočke (Pt) (tudi militočke, kilotočke...). Ena ekotočka predstavlja škodo, ki jo povzroči ena tisočinka letne okoljske obremenitve povprečnega evropskega prebivalca. Absolutna vrednost ekoindikatorja ni posebej relevantna, saj je glavni namen ekoindikatorjev relativna primerjava izdelkov in procesov. Višji, kot je ekoindikator, višja je obremenitev in z njo škoda na okolje. S pomočjo ekoindikatorjev lahko izvajalec izračuna okoljsko obremenitev lastnega proizvoda in primerja različne izvedbe izdelkov po povzročeni okoljski škodi. Za najpogosteje uporabljene snovi in procese so ekoindikatorji že izračunani. Metodologija določitve teh ekoindikatorjev (imenovani tudi faktorji oškodovanj oz. kazalniki škode) je prikazana v naslednjem poglavju o povezavi med življenjskim krogom izdelka in povzročeno škodo v okolju. Seznam ekoindikatorjev za snovi in procese je sestavni del LCA knjižnic in podatkovnih zbirk, tudi programa SimaPro. Ko izvajalec analizira okoljsko obremenitev izdelka, program ne računa vrednosti ekoindikatorjev za sestavne dele izdelka – snovi in procese – ampak jih samo črpa iz knjižnice in z njihovo pomočjo določi okoljsko obremenitev računanega izdelka. Tako izračunan ekoindikator je seštevek ekoindikatorjev posameznih komponent, ki sestavljajo izdelek. Rezultat LCA analize, ki temelji na EI99, ni absolutna vrednost, temveč zgolj kazalnik, mišljen kot smernica načrtovalcem, ki hočejo analizirati in minimizirati okoljsko obremenitev produkta ali sistemov. 19 Povezava med življenjskim krogom izdelka in škodo v okolju splošni mehanizem V metodi EI 99 obstajajo za vse tri kategorije oškodovanj modeli, ki opredeljujejo povezavo med koriščenimi snovmi, procesi, energenti, sproščenimi onesnažili in ostalimi obremenitvami, ki jih povzroči izdelek ter povzročeno škodo v okolju. Krivulje doza – odziv V kategorijah zdravje ljudi in kakovost ekosistema določitev škode temelji na krivuljah doza-odziv (angl. dose-response curve). V življenjskem krogu izdelka se sproščajo snovi, ki imajo pogosto negativen učinek na okolje. Škodo, ki jo te snovi povzročajo, lahko določimo, če poznamo krivuljo doza-odziv za posamezno onesnažilo. Krivulja doza-odziv izraža odnos med intenzivnostjo obremenitve (koncentracijo onesnažila, stopnjo sevanja) in odzivom prejemnika (človeškega, rastlinskega ali živalskega organizma). Odziv je merljiv s fiziološkimi ali biokemijskimi spremembami. Krivulje so oblikovane kot rezultat epidemioloških in laboratorijskih raziskav na različnih področjih. Ključne so na primer pri določitvi pravilnih odmerkov zdravil ali pri postavljanju mej za sprejemljivo količino onesnažil in drugih človeku ter okolju škodljivih snovi. Krivulje določajo odziv biološkega organizma na različne stopnje izpostavljenosti onesnažilu. Za veliko snovi krivulje doza-odziv ne poznamo, poznamo mejo, do katere izpostavljenost onesnažilu še ne povzroča poslabšanja zdravja ljudi oziroma kakovosti ekosistema. Razlog, zakaj snov do nekega kritičnega praga nima učinka, je v tem, da imajo organizmi naravno odpornost za večino snovi, ki jim do določene meje pomaga preprečevati negativne učinke onesnažil. Slika 13. Prikaz krivulje doza-odziv V diagramu krivulje doza-odziv na absciso vnašamo količino onesnažila/obremenitve. Na ordinatni osi merimo povečevanje odziva. Krivulja je pogosto sigmoidna fuckcija (S-oblike). Zaradi naravne zaščite organizmov majhna količina onesnažila na začetku nima učinka, ko pa je kritični prag koncentracije presežen, odziv organizma hitro naraste. Pri veliki dozi pa pride do prenasičenosti v organizmu, zato se odziv ne spreminja več. Človeško tkivo lahko sprejme na primer določeno kritično količino atmosferskih onesnažil, ko pa je meja nasičenosti presežena, organizem zaradi povzročene škode ne reagira več, čeprav se koncentracija onesnažil še vedno povečuje. Ko natančna krivulja ni znana, je v bazah podatkov pogosto predpostavljen linearen odnos med izpostavljenostjo onesnažilu in odzivom, kar je seveda poenostavitev realnosti. Večina krivulj za rakotvorne snovi je kljub temu linearnih, saj so tudi poznejše epidemiološke raziskave pokazale, da je linearna aproksimacija krivulj za večino snovi še vedno primerna. 20 Krivulje oškodovanj V metodi EI 99 so krivulje doza-odziv imenovane krivulje oškodovanj. Večina izračunov, ki povezuje dejavnike okoljskih pritiskov z negativnimi spremembami v okolju, temelji na teh krivuljah. Povečanje imisije onesnažila povzroči odziv/spremembo v okolju. Ker je pri večini sproščenih snovi ta sprememba negativna, je posledica povečanja imisije zmanjšanje kakovosti okolja, okoljska škoda (poslabšanje zdravja ljudi, zmanjšanje naravne kakovosti ekosistema). Zato je na grafu krivulje na ordinatni osi merjena količina škoda v okolju, ne zgolj okoljska sprememba/reakcija. V skladu s krivuljami oškodovanja je zato povečanje imisije onesnažila sorazmerno povečanju okoljske škode. Slika 14. Krivulja oškodovanja (Vir: Goedkoop et al 2000: 3) Naklon krivulje v neki točki opredeljuje spremembo v okolju zaradi spremembe imisije onesnažila. Snovi, sproščene v življenjskem krogu izdelka, povzročijo diferencialno majhno povečanje imisije onesnažil. Z LCA metodo modeliramo ta povečanja imisij in posledično okoljsko škodo. LCA rezultati povejo, za koliko se škoda poveča zaradi prispevka onesnažil, sproščenih v življenjskem krogu izdelka. V primeru obravnavanja podnebnih sprememb krivulje oškodovanja niso primerne za določitev okoljske škode, saj povezava med okoljskim pritiskom in škodo na okolje ni tako enostavno določljiva. Po drugačnih modelih poteka tudi določevanje škode v primeru pridobivanja fosilnih goriv in mineralov. Izračun škode poteka v teh primerih po kompleksnejših modelih, ki so v diplomski nalogi nakazani splošno. 21
© Copyright 2024