Проектирование промышленного продукта  с учётом

 требований окружающей среды

Создание нового промышленного продукта включает этап его проектирования, разработку технологий изготовления и рациональный выбор  материалов, проектирования тары и способа транспортирования, собственно потребления (использование или эксплуатация) и, наконец, проектирование рециклирования.

Рассмотрим эти этапы создания нового промышленного продукта.

1 этап. Проектирование промышленного продукта.

В задачу конструктора, кроме собственно инженерного проектирования, включается:

· разработка дизайна и эргономических параметров в соответствии с потребительскими свойствами;

· согласование соответствий предписаниям экологической безопасности, требованиям по маркировке, рециклированию и другим юридически обязывающим ограничениям.

2 этап. Разработка технологии производства и выбор материалов.

а) При разработке технологии выбираются эффективные, малорисковые и надёжные технологические процессы, позволяющие минимизировать трудозатраты при достижении всех требований к продукту, соответствующих техническим условиям.

Кроме этого перед разработчиками ставится ряд дополнительных экологических условий:

- предотвращение загрязнения, одним из направлений которого является «чистое производство (чистая технология)»;

- сокращение риска аварий и катастроф, приводящих к загрязнению окружающей среды;

 - осуществление проектирования с учётом окончания его ЖЦ.

б) Выбор материала.

Материалы  влияют  на  функционирование  проектируемого  продукта. В настоящее время к ним предъявляются дополнительные требования, связанные с экологическими вопросами.

В первую очередь следует обращают внимание на токсичность материала. При необходимости выбора опасного или токсичного материала нужно рассматривать возможность его замены или изменения технологического процесса  обработки и вопросы размещения получаемых вредных отходов.

Необходимо также учитывать энергозатраты при производстве материалов, связанные  с добычей и разрушением природных экологических систем. В то же время рециклирование может обеспечить адекватное количество необходимых материалов при меньших затратах и воздействиях на окружающую среду. Сегодня средний общемировой процент рециклирования некоторых материалов составляет: сталь - 64 %, Pb - 53 %, Cu - 38 %, Ni - 34 %, Al и Zn по 28 %, Sn – 13 %, W и Mo - около 11 %, Со - 2 %.

Немаловажную роль играет доступность материала и возможность его замещения другим. Например, автомобиль имеет большую номенклатуру материалов, что даёт значительный потенциал для их замены. Так использование углеродистой стали, железа, цинка существенно сократилось с их заменой на высокопрочные сплавы и композиционные материалы.

В настоящее время для выбора материала в автомобилестроении применяют многопараметрический метод. Были установлены характеристики «экоматериала», которые делают автомобиль экологически чище. Экоматериал - это материал, получение и использование которого приводит к минимальному воздействию на окружающую среду и человека, минимальному истощению природных ресурсов и минимальным регулирующим ограничениям для его использования.

Независимо от того, какой выбран материал, металлоёмкость продукта должна быть минимизирована в процессе проектирования. Суммируя вышесказанное, при выборе материалов необходимо руководствоваться следующими условиями:

1) По возможности выбирать распространённые, нетоксичные, нелимитируемые (доступные) материалы.

2) Использовать необходимые материалы из рециклированных потоков, а не из первичного сырья.

3) Решать проектную задачу с учётом минимизации использования материала в продуктах, процессах и услугах.

4) Проектировать для заданного срока жизни, возможности ремонта, обеспечивая его восстановление и рециклирования, когда использование продукта прекращается.

3 этап. Упаковка и транспортирование (доставка) продукта.

Доставка продукта осуществляется как правило в упакованном состоянии, что в дальнейшем создаёт проблему утилизации упаковки. Около 30% городских отходов составляют упаковочные материалы, из них не менее 1/3 приходится на различные полимеры. Использование типографских красок на основе токсичных металлов для надписей на упаковке способствует загрязнению окружающей среды и, безусловно, оказывает на неё вредное влияние. Поэтому многие экологические стандарты требуют использования рециклируемой упаковки, что способствует сохранению здоровья и безопасности потребителей и снижает отходы.

Упаковки принято подразделять следующим образом: первичная, вторичная (дополнительный контейнер), третичная (с внешним контейнером). Конструкция упаковки продукта должна быть экологически приемлемой. Упаковку проще рециклировать, если она сделана из одного материала, например, картона или легко отделимых материалов (банка и крышка), труднее - металлизированные пакеты. Обычно практикуется следующий подход к выбору типа упаковки (в порядке предпочтения): её отсутствие, минимальная, используемая (возвращаемая) и рециклируемая.

Основной целью при разработке твёрдой упаковки является её минимизация при выполнении других требований к ней. Например, упаковка клавиатуры для компьютера была полностью заменена на картонную, за исключением внутреннего пенопластового слоя, что сократило объём упаковки на 30 %. Она стала дешевле, удобнее в перемещении, транспортировании и хранении. А вот сложная упаковка, например, электрооборудования, состоящая из деревянного днища, пенопласта, сверху покрытого пластиковым рукавом и гофрированным картоном, скреплённая железными полосами, вызывает затруднения при утилизации.

В последнее время правилом при изготовлении упаковки стало размещение на ней информации по рециклированию. Не следует также забывать об остатках в таре химических веществ как жидких, так и порошкообразных, состав и свойства которых будут давать ограничения при переработке или захоронении.

Процесс транспортирования должен также оказывать минимальное влияние на окружающую среду. Упаковка должна обеспечивать безопасное и беспроблемное транспортирование (защита от ударов, коррозии, конденсации влаги, температурных перепадов, заражения насекомыми и т.п.). Например, хорошая противоударная защита в упаковке продукта может снизить уровень необходимой защиты всего транспортного контейнера. Для большей безопасности при транспортировании опасных продуктов  выбирается путь через малонаселённые пункты и малочувствительные в экологическом отношении местности. Таким образом, упаковка и транспортирование - это стадии, на которых производитель имеет возможность показать потребителю экологическую чистоту поставляемого продукта уже внешним видом упаковки и информацией на ней.

4 этап. Экологическое воздействие продукта во время потребления.

Другим важным моментом проектирования продукта является оценка объёма его воздействия на окружающую среду во время использования. При потреблении долговечного и рециклируемого продукта могут образоваться как твёрдые, так жидкие и газообразные отходы от расходуемых материалов. Идеальной конструкцией был бы продукт, не использующий расходные материалы или же с повторно используемыми материалами после рециклирования. Двигатель на дизельном топливе или газе даёт меньше вредных газовых выбросов (СО, СО₂ , летучие органические соединения), чем работающий на бензине.

Некоторые продукты во время использования могут ненамеренно рассеиваться (краски, лаки, удобрения, пестициды, гербициды, моторное масло) в окружающую среду. Поэтому при  их разработке необходимо принимать меры для снижения рассеивания, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду.

Конструктивные особенности продукта также имеют немаловажное значение, позволяющее снизить вредное воздействие. Это, прежде всего, связано с требованиями к обслуживанию продукта. При этом следует принимать во внимание несколько основных принципов:

· должна быть обеспечена возможность доступного ремонта, замены деталей (узлов) или отдельных модулей;

· минимальный объём отходов при обслуживании;

· производители должны удостовериться в том, что существует инфраструктура для надлежащего управления отходами эксплуатации,

6 этап. Проектирование с учётом окончания жизненного цикла продукта  и его рециклирования.

Продукт, выводимый из эксплуатации, вновь должен поступать в промышленный оборот и становиться частью новых продуктов. Эффективность повторного вовлечения ресурсов в хозяйственный оборот существенно зависит от экологического совершенства  проекта, продукта или  процесса, поэтому проектирование с учётом возможности рециклирования - это одна из наиболее важных сторон промышленной экологии.

До недавнего времени стадия  проектирования с учётом возможности рециклирования практически не принималась во внимание. Например, в ранее спроектированных компьютерах отсутствовали легко извлекаемые конструктивные модули и ежегодно подлежало захоронению около 55 млн. штук компьютеров, при этом требуемый объём полигонов составлял около 3 млн. м³ с ежегодными затратами в 150 млн. $. На самом деле отработавших своё время компьютеров ещё больше. То же можно сказать о телевизорах, холодильниках, стиральных машинах и т. п.

Система  рециклирования  особенно важна при утилизации  транспортных средств после окончания их жизненного цикла. В качестве примера на рис. 12.1 показана схема последовательности рециклирования автомобиля.

Рис. 12.1. Последовательность рециклирования автомобиля

В промышленно развитых странах рециклируется около 95 % автомашин, в то время как алюминиевых банок - 63 %, бумажных отходов - 30 %, стекла - 20 %, менее 10 % пластика.

Во всех отраслях сегодня ориентируют разработчиков на создание новых изделий с учётом их рециклирования. Непосредственная причина заключается в экономической целесообразности отдавать предпочтение продуктам, изготавливаемых из рециклируемых материалов, и поощрении поставщиков к участию в программах по утилизации отходов.

Итак, при проектировании продукта с учётом окончания жизненного цикла, проектировщики должны придерживаться следующих рекомендаций:

· Стремиться к  минимальному количеству материалов и отдельных деталей в разрабатываемой конструкции. Эта стратегия проектирования известна как стратегия простоты конструкции. При этом эффективность рециклирования возрастает с уменьшением номенклатуры материалов.

· Избегать использования экологически опасных материалов, так как их присутствие мешает демонтажу деталей, повторному использованию или безопасному сжиганию. Если необходимо применять опасные материалы, то они должны легко отделяться от других или содержащие их компоненты легко могут разделяться.

· Избегать объединения неоднородных материалов такими способами, которые усложняют их разделение. Например, наплавленный на металл пластик; стеклянная бутылка с металлической крышкой, после свинчивания которой на бутылке остаётся металлическое кольцо; приборная панель, как сложная комбинация пластика, дерева и металла.

Таким образом, приоритетами для упрощения рециклирования являются:

· сокращение номенклатуры материалов и деталей;

· рециклирование материалов  и их использование в качестве исходного сырья или компонента для получения другого продукта;

· энергетическая утилизация для получения тепла и энергии.

Рециклирование использованного продукта имеет только тогда смысл, когда получается энергетический, экологический и экономический выигрыши по сравнению с нерециклируемыми отходами.

Таким образом, проектирование продукта, технологии его производства, доставки, эксплуатации и рециклирования с учётом охраны окружающей среды  и  использования оптимальных инженерных решений, малоотходных технологий, прогнозирования и оценки возможных отрицательных последствий, позволяет минимизировать ущерб, наносимый природе и здоровью человека.