Materiale ecologice

8/13/2019 Materiale ecologice

1/24

Proiectare ecologica

Materiale ecologice[dupa: I. Vida-Simiti si V. Popescu]

Prof.dr.ing. Ioan Vida-Simiti


2/24

Proiectarea ecologica - Ecodesign

• Proiectarea unui produs pe baza principiului reducerii impactului negativ

asupra mediului inconjurator pe tot parcursul ciclului de viata.• Factori importanti la proiectare:

– Alegerea si consumul optim de materiale si materii prime (ecologice)

– Analiza fluxului de materiale de-alungul fabricatiei si functionarii produsului

– Energia consumata minimizata

– Posibilitati de reciclare, reutilizare si recuperare a amterialelor sideseurilor

– Proces tehnologic ecologic


3/24

Proiectarea ecologică implică un mod de abordare strategic al

înlocuirii materialelor utilizate curent, cu materiale care să producă un

impact mai redus asupra mediului pe întreg ciclul de viaţă: elaborare,

procesare, exploatare, reciclare.

Criteriile de proiectare au denumirea generică „principiile

proiectării ecologice”.

Principiile proiectării ecologice trebuie să ţină cont de selectarea,

exploatarea, procesarea materiilor prime si materialelor, reciclarea

produselor ieşite din uz.

Proiectarea ecologica


4/24

Principiile proiectării ecologice

In proiectarea ecologica, se vor utiliza materiale cu proprietăţi specifice, care asigura impact cât mai redus asupra mediului (fig. 1).

Fig. 1. Principiile proiectării ecologice


5/24

Materiile prime si materiale

Impact cât mai redus asupra mediului, pe întregul ciclu de viaţă al produsului; Materii prime si materiale in conditiile aplicarii tehnologiilor ecologiceeficiente

Utilizarea materiilor prime si a materialelor care asigura economii deenergie; Utilizarea pe cat posibil a unor materii prime si materiale regenerabile.


6/24

Procesul tehnologic.

Trebuie astfel proiectat încât:

să implice un consum cât mai redus de materii prime;

să implice un consum cât mai redus de energie, în toate etapele,

inclusiv la reciclarea lor;

să se asigure eliminarea produşilor secundari (deşeuri).

să utilizeze tipuri de materiale, care să nu producă, în urma

descompunerii substanţe dăunătoare cu efect toxic sau ecotoxic, după

aruncare la rampele de gunoi; să se aplice metode de procesare ieftine şi ecologice.


7/24

Economia de energie este unul dintre principalele aspecte ale proiectării

ecologice.

Soluţii posibile:

- Utilizarea unor surse de energie regenerabile.

- Utilizarea energiei obţinute prin incinerarea unor deşeuri.- Aplicarea tehnologiilor care implică cel mai mic consum de

energie.

- Dotarea instalaţiilor cu sisteme de recuperare a energiei.

- Utilizarea unor produşi de fermentaţie anaerobă pentru producereaenergiei.


8/24

Exploatarea produselor finite.

Pentru produse cu durată de exploatare mare, se vor utiliza materialedurabile.

Pentru produse cu durată mică de exploatare, se vor utiliza materiale uşor reciclabile după iesirea din uz.

În cazul produselor ieşite din uz apar probleme legate de reciclare,

reprocesare, sau depozitare la rampele de gunoi. De aceea se are în vedere:

Elaborarea unor materiale cu utilizări multiple, prin intermediul unorreprocesări sau reciclări;

Elaborarea unor noi tipuri de materiale care să nu producă substanţe

dăunătoare după eliminarea lor, deci să nu conţină substanţe periculoase pentrumediu.

În cazul materialelor plastice, a materialelor compozite cu matrice organică se vor elimina aditivii pe bază de metale grele sau a altor aditivi toxici.


9/24

Reciclarea

Sortarea deşeurilor – operatie importanta in tehnologia reciclării materialelor, deoarece implică costuri mari pentru manoperă sau utilaje.Sortarea materialelor influenteaza eficienţa reciclării şi calitatea materialelorreciclate.

Reciclarea este importantă în special în cazul materialelor cu durată scurtă

de viaţă (ambalaje) sau a celor cu valoare economică mare.Există tehnologii diverse de reciclare a deşeurilor .

Alegerea tehnologiei de reciclare se face în funcţie de natura materialuluideseului si de gradul de contaminare a deşeurilor .

Se studieaza proiectarea unor tehnologii de reciclare a materialelorcompozite avansate, pentru recuperarea materialelor de armare cu valoareeconomică mare (fibre de sticlă sau fibre de carbon).


10/24

Miniaturizarea – principiu important al proiectării ecologice. Prin

miniaturizare se întelege minimizarea consumului de energie şi de materii

prime.

Se remarca strategii de reciclare a materialelor de catre unele firme

constructoare de autovehicule si producătoare de tehnică de calcul.

Există preocupări legate de proiectarea ecologică în constructia unor

cartiere de locuinţe.


11/24

Materiale ecologice- Ecomateriale

Ecomateriale sunt materiale care utilizeaza la elaborare materii prime cuimpact redus asupra mediului, provenind din resurse regenerabile, reciclabile saunaturale. Sunt materiale “ prietenoase’ cu mediul.

Reducerea toxicităţii asupra omului şi a mediului; Economie de materii prime;

Economie de energie; Reducerea poluării datorată emisiilor de gaze toxice, sau de reziduuriasociate cu producerea şi procesarea materialelor; Posibilitatea reciclării sau reprocesării pentru obţinerea altor materiale;

Un rol activ în protecţia mediului – ecomateriale funcţionale (figura 2).


12/24

Utilizarea ecomaterialelor trebuie să conducă, în condiţiile satisfacerii necesităţii

societăţii umane de confort şi progres, la o relaţie sănătoasă cu ecosistemul.

Dezvoltarea ecomaterialelor trebuie privită ca o problemă de ansamblu legată deîntreaga ecosferă implicând:

dezvoltarea materialelor în care proprietăţile fizice, chimice, mecanice, termice

şi/sau funcţionale sunt îmbunătăţite şi puse în aplicare, astfel încât acestea să vină

în sprijinul omului; coexistenta armonioasă cu ecosfera prin minimizarea efectelor negative produse

asupra mediului natural;

optimizarea tehnologiilor existente şi/sau aplicarea altor „tehnologii curate” pentru

asigurarea condiţiilor de viată sănătoasă în armonie cu natura. Materialele trebuie

să fie "prietenoase" nu numai cu mediul ci şi cu oamenii.


13/24

O clasificare a ecomaterialelor: relaţia între proprietăţi şi rolul lor în conservarea

mediului:

1. Materiale funcţionale pentru protecţia mediului.

- catalizatori pentru purificarea reziduurilor toxice,

- materialele alternative pentru înlocuirea substanţelor toxice,

- materialele absorbante pentru substanţe toxice,

- materiale utilizate pentru depoluare,

- materiale filtrante,

- materiale sau substanţe utilizate pentru tratarea apelor, etc


14/24

E

CO

M

A

T

E

R

I

A

LE

F

U

N

C

Ţ I

O

N

A

L

E

Oxidarea catalitică a VOC Dehidroclorurare

Adsorbanţi

Tratarea gazelor uzate

Adsorbanţi

Tratarea apelor uzateTratarea gazelor reziduale

Filtre

Înlăturarea solidelor din gaze Înlăturarea COV cu biofiltre

Înlăturarea solidelor din lichide Înlăturarea precipitatelor

Oxidanţi

Oxidarea cu O3 a poluanţilor Oxidarea hidrogenului sulfurat

Oxidarea avansată a CFCOxidarea cu clor a apelor uzate

Desulfurare Înlăturarea NOx

Catalizatori

Fig. 2. Exemple de ecomateriale funcţionale


15/24

2. Materiale care produc poluare redusă a mediului.

Din această categorie fac parte:

- aliajele fără plumb,

- materiale plastice care nu conţin aditivi pe bază de metale grele,

- materiale înalt reciclabile,

- materiale reprocesabile,

- polimeri biodegradabili.


16/24

3. Materiale pentru energie.

Materiale utilizate pentru economisirea energiei:- Exemple: materiale pentru celulele solare,

- filme termoreflectate utilizate pentru limitarea încălzirii autovehiculelor şi a

construcţiilor civile sau industriale,

- materialele pentru o utilizare mai eficientă a energiei termice,

- materiale utilizate pentru obţinerea unor noi surse de energie (de exemplu prin

exploatarea energie geotermale, energiei valurilor şi mareelor, energiei eoliene).


17/24

4. Materiale de substituţie.

Sunt materiale de înlocuire a celor care produc impact major asupra mediului.Exemple: - materiale polimerice ecologice (eco-plastics),

- aliaje ecologice (eco-alloys),

- materiale ceramice ecologice (eco-ceramics),

- materiale compozite ecologice (eco-composites).


18/24

Materiale plastic ecologice.

În cazul materialelor plastice includerea acestora în categoria ecomaterialelor

se realizează luându-se în considerare următoarele două aspecte majore: degradabilitatea

şi reciclabilitatea. Polimerii degradabili sunt utilizaţi în special în cazul în care aplicaţiile implică

o perioadă extrem de scurtă sau o perioadă bine definită de utilizare pentru:

ambalaje (pe bază de folii - pungi, saci, pe bază de polimeri expandaţi, - polistiren

expandat); materiale utilizate în agricultură (folii pentru solarii, ghivece biodegradabile, a căror

utilizare pe lângă efectul luat în discuţie (de reducere a poluării) implică şi un impact

economic favorabil.

Reciclarea reprezintă o opţiune din ce în ce mai agreată, în scopul reducerii

impactului materialelor polimerice asupra mediului. La ora actuală, în funcţie de

compoziţia deşeurilor de mase plastice, a gradului de contaminare, a specificului

economiei locale, materialele plastice se pot recicla printr-o mare varietate de metode

(reciclare mecanică, reciclare chimică, reciclare energetică etc).


19/24

Proiectarea materialelor plastice reciclabile

În cazul materialelor plastice pentru reciclare este necesar să se ţină cont de

următoarele aspecte:

evitarea utilizării unor aditivi pe bază de metale grele;

evitatea utilizării unor amestecuri de polimeri greu de reciclat în amestec;

limitarea utilizării materialelor plastice care în etapele de reciclare (de exemplu prin piroliză) conduc la formarea unor compuşi toxici (dioxine) sau agresivi faţa de mediu

(acid clorhidric, oxizi de azot, compuşi cu sulf);

proiectarea unor materiale plastice care se pot recicla chimic (cu recuperarea

monomerilor iniţiali), care au aceleaşi caracteristici ca ale monomerilor iniţiali şi se pot

utiliza pentru producerea aceloraşi materiale plastice.


20/24

Aliajele ecologice

Pentru includerea unor aliaje în categoria aliajelor ecologice este necesară analiza

ciclului de viaţă a acestora, pentru estimarea cantităţilor de deşeuri toxice eliminate.

Trebuie de asemenea evaluate consumurile de energie, de resurse, de combustibili şi

reciclabilitatea aliajului, ţinându-se cont de toate etapele procesului, inclusiv exploatare,

transport, etc.

Majoritatea aliajelor tradiţionale conţin multe elemente de aliere necesare pentru

îmbunătăţirea proprietăţilor . Complexitatea compoziţiei aliajelor face reciclarea

imposibilă, foarte grea sau foarte costisitoare, deci ineficientă din punct de vedereeconomic.


21/24

Abordări posibile menite să îmbunătăţească reciclabilitatea ar fi:

controlul proprietăţilor prin structură şi nu prin elemente de aliere. Conferirea

anumitor proprietăţi specifice acestor materiale, se realizează prin modificări structurale.

(Utilizarea unui oţel martensitic cu ferită conduce la îmbunătăţirea rezistentei şi atenacităţii materialului obţinut, fără adăugarea oricărui alt element. Un aliaj Al-Si tratat

termo-mecanic are o structură binară; această structură permite o reciclare uşoară);

realizarea unor aliaje din elemente uşor de separat în vederea reciclării;

scăderea la minimul necesar a numărului de elemente de aliere;

aplicarea unor tratamente superficiale pieselor metalice astfel încât să le confere

proprietăţi chimice (rezistenţă la coroziune) şi mecanice superioare;

aplicarea unor procedee de acoperire cu straturi metalice, de exemplu prin

galvanizare, imersare în metal topit, pulverizare, placare, difuziune etc;

aplicarea la suprafaţa metalelor a unor straturi peliculogene (grunduri, chituri,lacuri, vopsele, răşini, emailuri).


22/24

Ceramica ecologică

Un exemplu de ceramică ecologică este cimentul ecologic. Cimentul ecologic se

obţine pornindu-se de la cenuşă, deşeuri industriale, care nu pot fi utilizate în alte

scopuri. În procesul de obţinere a ecocimentului o mare parte din dioxidul de carbon

format este absorbit şi reţinut în materiale poroase (cărămizi, dale de pavaj, mortar, etc).


23/24

Materiale compozite ecologice

Materialele compozite sunt din ce în ce mai mult utilizate, datorită proprietăţilor mecanice superioare pe care le au. O mare parte dintre acestea sunt materiale compozite

cu matrice organică. Datorită preţului de cost scăzut, fibrele de sticlă sunt materialele de

armare cele mai utilizate. Fibrele de sticlă ridică însă unele probleme legate de mediu,

deoarece nu sunt degradabile iar în procesele de fabricaţie se consumă o cantitateimportantă de energie. Din această cauză se doreşte înlocuirea acestora cu fibre naturale

(in, cânepă, iută, paie etc) regenerabile. Materialele de matrice se pot obţine pe bază de

polimeri naturali (de exemplu pe bază de amidon, deşeuri de pene, sau obţinuţi prin

bioinginerie cu ajutorul unor microorganisme – drojdie, sau bacterii).

O altă categorie de materiale compozite ecologice implică utilizarea materialelor

plastice reciclate.


24/24

Categorii de materiale ecologice

- Materiale naturale – obtinute din compusi si substante naturale din natura: minerale, lina,

vegetale;

- Materiale cu impact scazut asupra mediului atat in procesul de productie, la utulizare (in

functionare), in procesul de reciclare cu consum redus de energie, biodegradabile;

- Materiale sanatoase- care nu dauneaza sanatatii omului.

Documents

Materiale ecologice