Artykuły

W XX wieku pojawiły się pierwsze problemy związane z środowiskiem na skale światową. Zaczęto coraz bardziej przyglądać się zasobom środowiska oraz wpływem obiektów technicznych na otoczenie (człowieka, środowisko). Zauważono, że zasoby środowiska są w znacznej części wyczerpywalne i nieodnawialne. Zaistniała konieczność monitorowania ekosystemu w wyniku zmian zachodzących na skutek ingerencji człowieka. Zaczęto wprowadzać regulacje prawne przypominające o poszanowaniu środowiska oraz normy z serii ISO 14000 normujące zasady budowy Systemu Zarządzania Środowiskiem. W normie 14040 przedstawiono narządzie do oceny cyklu istnienia obiektów/systemów technicznych - Life Cycle Assessment (LCA). Metodologia ta z biegiem czasu stała się efektywnym narzędziem do oceny wpływu maszyn i urządzeń na otoczenie. Metoda LCA umożliwia identyfikacje i kwantyfikacje oraz ocenę potencjalnego wpływu maszyn i urządzeń w całym cyklu istnienia na otoczenie. Opracowania oparte na metodologii LCA są stosowane w różnych dziedzinach gospodarki  i  posiadają  uznania  międzynarodowe.  Zainteresowanie  tą  techniką  jest spowodowane dużą możliwością jej wykorzystania oraz unormowania jej w normach ISO. Od wielu lat w krajach europejskich oraz USA wiele instytucji zajmuję się opracowaniem programów komputerowych ułatwiających analizę LCA [1,2,3].

METODA BADAWCZA

W artykule przeprowadzono przegląd opublikowanej literatury, w celu przygotowania niniejszej publikacji. Przegląd miał za zadanie uzyskanie istotnych informacji z zakresu oceny cyklu istnienia obiektów/systemów technicznych. Na podstawie zgromadzonych informacji udało się opisać obecny stan wiedzy na temat oceny cyklu istnienia obiektów technicznych. W tworzeniu publikacji wykorzystano metodologie historyczno-logiczną, pozwalającą opisać wiedzę z zakresu LCA poprzez logiczne uszeregowanie tworzenia struktury oceny cyklu istnienia obiektów/systemów technicznych.

GENEZA LIFE CYCLE ASSESSMENT

Metodologia oceny cyklu istnienia obiektu/systemu technicznego jest dość nowym narzędziem, opracowanym pod koniec XX wieku. Pierwsze próby przeprowadzenie oceny cyklu istnienia odbyły się na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego wieku. Stosowany w publikacji termin Life Cycle Assessment (LCA) został wprowadzony na konferencji w 1990 roku, w celu usprawnienia i unormowania zasad oceny cyklu istnienia obiektów/systemów technicznych w 1993 roku Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) zaczęła prowadzić działania w zakresie normalizacji metodologii LCA. W ten sposób w 1997 roku ustanowiono normę ISO 14040, która prezentuję ogólne zasady wykonywania analizy LCA. Kolejne normy przedstawiają sposób formułowania celu, zakresu analizy oraz zasady gromadzenia danych konieczne do przeprowadzenia analizy [2,4,5].

Przeprowadzenie analizy energetyczno-ekologicznej obiektu/systemu technicznego wiąże się z opisem zbioru wejść i wyjść produktów, surowców, energii w całym cyklu istnienia obiektu technicznego w poszczególnych fazach jego istnienia od fazy wytwarzania przez fazę eksploatacji po wyłączenie z użytku obiektu/systemu technicznego. Sposób wykonania analizy zależy od rodzaju obiektu/systemu technicznego, różnice te zależą głównie od złożoności procesów wytwarzania, eksploatacji czy zagospodarowania poużytkowego [6,8,9].

Rys. 1. Schemat wejść i wyjść względem obiektu/system technicznego

Głównym celem przeprowadzenia analizy LCA jest sprawdzenie oddziaływania obiektu/systemu technicznego na otoczenie (człowieka, środowisko) oraz zaproponowanie działań umożliwiających ograniczenie oddziaływania obiektu/systemu technicznego na otoczenie poprzez przeprowadzonej modernizacji projektu obiektu/systemu technicznego lub procesów w poszczególnych fazach istnienia wytworu.

Poprawnie przeprowadzona analiza LCA powinna składać się z czterech następujących elementów [5,8,10,11], które graficznie przedstawiono na rysunku 1 i opisano poniżej.

Rys. 2. Etapy wykonywania analizy LCA

1. Określenie celu i zakresu badań, podczas tego etapu definiowany jest cel badań, zakres analizy, określa się granice systemu, jednostkę funkcjonalną oraz wymagania co do jakości zbieranych danych. W tym etapie należy określić wstępne kategorię danych wejściowych i wyjściowych systemu.
2. Zbieranie i analiza danych (inwentaryzacja), ten etap polega na zebraniu wszystkich danych do ilościowego określenia zbioru wejść i wyjść badanego systemu technicznego. Wejście systemu składa się przede wszystkim z surowców oraz nośników energii zużytych w trakcie wytwarzania, eksploatacji i zagospodarowania poużytkowego badanego obiektu/systemu technicznego. Natomiast dane na wyjściu z systemu zawierają informacje o powstałych odpadach oraz emisji szkodliwych substancji emitowanych podczas całego cyklu istnienia obiektu/systemu technicznego. Po zebraniu danych dokonuje się analizy danych w celu określenia i kompletności, wiarygodności i dokładności
3. Ocena wpływu cyklu istnienia na otoczenie, zadaniem tego etapu jest określenie rzeczywistych skutków powodowanych przez analizowany obiekt/system techniczny w otoczeniu. Wszystkie oddziaływania zidentyfikowane podczas inwentaryzacji są grupowane zgodnie z ich wpływem na otoczenie (człowieka, środowisko).
4. Interpretacja wyników badań jest końcową fazą procedury oceny cyklu życia badanego obiektu/systemu technicznego, podczas tego etapu dokonuje się podsumowania wyników zbioru wejść i wyjść. Zadaniem ostatniego etapu analizy jest przedstawienie wyników analizy oraz sformułowanie ostatecznych wniosków. Celem tego etapu jest rozpatrzenie możliwych rozwiązań, które mogłyby przyczynić się do ograniczenia wpływu badanego obiektu/systemu technicznego na otoczenie (człowieka, środowisko).

W analizie LCA wyróżnia się kilka pomocnych metod służących do opracowania wyników badań. Metody te można podzielić na metody: ograniczające się głównie do ustalenia oddziaływania na otoczenie i dokonania porównań ze zużyciem surowców, energii, ilością powstałych odpadów oraz zanieczyszczeń, a także metody służące do określenia związków przyczynowo skutkowych oddziaływań na środowisko. Te metody dzielą się w zależności od określenia punktów pośrednich, bądź końcowych oddziaływania na otoczenie. Metoda punktów pośrednich opisuje potencjalne oddziaływania na środowisko, ograniczając się do identyfikacji wpływ powstałych zanieczyszczeń na zmianę temperatury, czy odczyn odpadów, wyłączając ocenę na zdrowie ludzkie i ekosystem. Celem metody punktów końcowych jest zaprezentowanie rzeczywistych efektów wywołanych w otoczeniu przez analizowany obiekt/system techniczny. Dzięki tej metodzie można ustalić wpływ badanego obiektu/systemu technicznego na zdrowie ludzkie, wyczerpywanie się zasobów naturalnych i jakość ekosystemu [6,8,9].

METODA IPCC   JAKO      NARZĘDZIE DO OCENY WPŁYWU BIKETU/SYSTEMU TECHNICZNEGO NA OTOCZENIE

Pojęcie ślad węglowy (carbon footprint) w literaturze naukowej funkcjonuje od kilkudziesięciu lat. Można wyróżnić następującą definicję śladu węglowego, jako całkowita ilość wyemitowanego tlenku węgla IV (CO2) oraz pozostałych gazów cieplarnianych (GHG – greenhouse gases) względem emisji, która wynika z całego cyklu życia danego produktu, z uwzględnieniem jego składowania i unieszkodliwiania. Do gazów cieplarnianych zalicza się między innymi tlenek diazotu (N2O), metan (CH4), flurowęglowodory (HCFS), sześciofluorek siarki (SF6). Na rysunku nr 3 przedstawiono udział poszczególnych gazów cieplarnianych w emisji krajowej w 2021 roku. Ślad węglowy jest wyrażony w ekwiwalencie dwutlenku węgla (CO2eq) i opera się na ocenie cyklu życia. Możliwe są dwa sposoby wyrażania śladu węglowego – kilogramy lub tony ditlenku węgla. Miarą śladu węglowego jest tona ekwiwalentu dwutlenku węgla (tCO2eq) [8,12,13,14].

Rys. 3. Udział poszczególnych gazów cieplarnianych w emisji krajowej w 2021 roku [15]

Obecnie znany jest udział poszczególnych substancji na powiększanie się efektu cieplarnianego. Niektóre zabiegi pozwoliły na wyrażanie potencjału cieplarnianego niektórych substancji w odniesieniu do jednostki masy CO2. Działania te umożliwiają określenie równoważnej emisji substancji uwzględnianych w analizie na obciążenie dla otoczenia. Do tego celu można wykorzystać następujący wzór [8,12,13,14]:

gdzie:

GWPi – równoważnik i-tej substancji w odniesieniu do ditlenku węgla IV [kg CO2 eq];

Oi – masa i-tej substancji emitowana do otoczenia [kg]

Poniżej zaprezentowano wzór który określa równoważnik poszczególnych substancji względem potencjalnego globalnego efektu cieplarnianego [8,12,13,14]:

gdzie:

ai – gęstość energii promieniowania i-tej substancji [W·(m²·kg)^-1];

ci – zmiana stężenia i-tej substancji w czasie [kg·m^-3];

𝑎𝐶𝑂2

𝑐𝐶𝑂2

• gęstość energii promieniowania CO2 [W·(m²·kg)^-1];
• zmiany stężenia CO2 w czasie [kg·m^-3];

τ – rozpatrywany horyzont czasowy oddziaływania [lata]

Jedną z metod oceny śladu węglowego jest metoda IPCC (ang. Intergovernmental Panel on Climate Change), opierająca się na standardach wyznaczonych przez Międzynarodowy Panel ds. Zmian Klimatu. Metoda ta jest znormalizowana, a jej szczegóły są zawarte w normie ISO 14067:2018. Na podstawie tej metody jest możliwe uzyskanie ilościowego wyniku odnoście emisji gazów cieplarnianych. W tej metodzie efekt cieplarniany mierzony jest za pomocą wielkości GWP, czyli potencjał tworzenia efektu cieplarnianego ( Global Warming Potential). Substancją odniesienia jest ditlenek węgla IV, dlatego wyniki są prezentowane w kg CO2eq. W IPCC można stosować różny horyzont czasowy 20, 100 albo 500 lat [8,12,13,14].

Zaletą oceny wpływu danego obiektu/systemu technicznego metodą IPCC jest możliwość podjęcia działań mających na celu minimalizację negatywnych wpływów na otoczenie (człowieka, środowisko) danego wytworu, co skutkuję poprawę efektywności ekologicznej. W niektórych przedsiębiorstwach poprawa efektywności ekologicznej może przyczynić się do redukcji kosztów wytwarzania danych obiektów oraz wizerunku firmy. Chęć podjęcia działań proekologicznych w dzisiejszych czasach prowadzi do uzyskania pewnych form dofinansowań, które można przeznaczyć na innowacje procesów w firmie. Do wyżej wymienionych zalet należy dodać zasadniczą wadę metody oceny śladu węglowego, do której należy przede wszystkim metodykę wyliczania tego wskaźnika. Z powodu kilku sposobów wyliczania śladu węglowego, nie wiadomo która z metod jest najwłaściwsza [14].

WNIOSKI

Ocena cyklu istnienia obiektów technicznych jest metodą, która umożliwia dokonanie analizy oddziaływania danego obiektu/systemu technicznego na otoczenie (człowieka, środowisko). Podczas analizy LCA można wykorzystać wiele metod, których celem jest identyfikacja i kwantyfikacja obciążeń generowanych w całym cyklu życia wytworu na otoczenie. Spośród wielu metod należy wyróżnić metodę IPCC, czyli ocenę śladu węglowego obiektu/systemu technicznego opierająca się na standardach wyznaczonych przez Międzynarodowy Panel ds. Zmian Klimatu. Dzięki tej metodzie możliwe jest szacowanie potencjalnego wpływu wytworu na kształtowanie śladu węglowego w całym cyklu jego istnienia. Wykorzystując to narzędzie do oceny wpływu obiektu/systemu technicznego na otoczenie można podjąć działania zmniejszające jego oddziaływanie w poszczególnych fazach jego istnienia.