Використання SimaPro 8 для порівняльного аналізу впливу різних типів автомобілів на довкілля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Використання SimaPro 8 для порівняльного аналізу впливу різних типів автомобілів на довкілля

Проаналізовано екологічні проблеми, котрі пов'язані із автомобільною галуззю, зокрема транспортування. Грамотному прийняттю рішень щодо покращення екологічних аспектів транспортних засобів для державного чи приватного бізнесу допомагає такий інструмент екологічного менеджменту як Оцінка Життєвого Циклу. Цей метод полягає у визначенні усіх чинників впливу на стан навколишнього природного середовища на кожному етапі виробництва продукції. Здійснено експериментальні дослідження щодо визначення впливу на довкілля автомобілів із бензиновим двигуном (ЄВРО-3 та ЄВРО-5) та електромобілем (Tesla Semi) завдяки сертифікованій комп'ютерній програмі з екологічного моделювання SimaPro 8 в режимі роботи "Invenatary". Проведено розрахунок за допомогою алгоритму LCA Wizard, який є розробкою компанії "PRe Sustainability". Результатами цього моделювання стали оцінки в Impact Points, згідно зі значеннями яких використання електричних агрегатів є ефективнішим в 1,73 раза порівняно зі стандартом палива ЄВРО-3 та в 1,53 - порівняно зі стандартом палива ЄВРО-5, навіть за умови використання ідентичного типу викопного палива. Визначення впливу на категорії, а саме: Здоров'я суспільства; Якість екосистем; Зміна клімату; Ресурси - допомагатиме здійснити оцінку загального впливу на стан навколишнього середовища на будь-якій стадії

Автомобілебудування є одним із великих ресурсомістких галузей промисловості. Користування автомобільним транспортом характеризується значним впливом на стан навколишнього середовища. Відпрацьовані гази двигуна внутрішнього згоряння автомобіля містять досить великі кількості токсичних речовин, зокрема оксиди вуглецю, азоту та сірки. Це призвело, по-перше, до збільшення парникового ефекту з подальшою незворотною зміною клімату і, по-друге, до зниження імунітету багатьох людей внаслідок порушення основ генетичної спадковості. Уряди країн на законодавчому рівні змушують виробників удосконалювати бензинові двигуни для зниження рівня токсичних вихлопів (стандарти ЄВРО 1-6), а також до необхідності пошуків альтернативних шляхів розвитку транспортних технологій та підходів їх застосування.

Одним із таких напрямків вирішення перерахованих завдань є виробництво електромобілів. Це перша технологія, яка офіційно отримала статус нульового викиду, і вона вже представлена на ринку. Поширення електромобілів стримується дефіцитом акумуляторів і їх високою ціною. Ведуть роботи над створенням акумуляторних батарей з малим часом зарядки (близько 15 хв), зокрема і зі застосуванням наноматеріалів. Розглядають також можливість використання як джерела струму не, а іоністорів (суперконденсаторів), що ма¬ють дуже малий час зарядки, високу енергоефектив- ність (понад 95 %) і набагато більший ресурс циклів "зарядка-розрядка" (до декількох сотень тисяч).

Актуальність тематики дослідження. Одним із методів попередження і зниження негативного впливу виробництва на стан довкілля є метод "Оцінки Жит-тєвого Циклу", який сформувався в період 1970-1990- тих років, пройшовши етапи стандартизації інструмен-тарію, термінології, досягнення конкретних і виразних результатів досліджень. Дослідження, присвячені засто-суванню інструментів оцінки життєвого циклу для ана-лізу стійкого розвитку та регіональних систем управ-ління відходами, виконано в працях закордонних вче-них, таких як: У. Гелбман (U. Gelbmann), Х. Горрард (H. Gorrard), Х. Клампфл-Пернольд (H. Klampfl-Per- nold), а також у роботах вітчизняних учених щодо інструментів для оцінки екологічного впливу, зокрема О. Балацького, О. Веклич, Г. Виговської, Т. Галушкіної, Л. Мельника, В. Міщенка, Н. Пахомової, І. Синякевича, П. Скрипчука та ін. (Frolov & Bilopilska, 2013).

Цей метод полягає в інвентаризації усіх можливих впливів впродовж життєвого циклу продукції ("від колиски до могили") на такі категорії як здоров'я суспільства, споживання ресурсів, якість екосистеми, зміна клімату. ОЖЦ узгоджується стандартами ISO 14040:2006 "Екологічне керування. Оцінка життєвого циклу. Принципи та структура" та ISO 14044:2006 "Екологічний менеджмент. Оцінка життєвого циклу. Вимоги та рекомендації", які в системі екологічного менеджменту серії ISO 14000 вимагають приймати управлінські рішення на кожному етапі виробництва продукції.

Управління життєвим циклом (LCM) - це збір адміністративної системи, що структурує пов'язану із продуктом інформацію від різних програм та аналітичних інструментів, які об'єднують екологічні, економічні та соціальні аспекти в життєвий цикл. До інструментів належать (Berzina et al., 2017):

• Оцінка життєвого циклу (LCA);

• Вартість життєвого циклу (LCC);

• Аналіз витрат і прибутку (CBA);

• Аналіз потоків сировини та матеріалів (SFA/MFA);

• Аналіз вхідних/вихідних потоків продукційної системи

(IOA);

• Споживання матеріалу на одиницю продукції (MIPS);

• Кумулятивний аналіз енергоспоживання (CEPA);

• Оцінка більш чистого виробництва (CPA);

• Оцінка ризику (RA).

ОЖЦ оцінює екологічну ефективність таких показників, як пряма або питома кількість використаних коштів, матеріалів та ресурсів, споживання енергії, визначає потоки викидів, скидів та відходів. Важливо усвідомити, що моделювання є спрощеним і не відтворює реальність повністю, тобто в дійсності ситуація може дещо спотворитися. Фахівець повинен розробляти модель таким способом, щоб спрощення та спотворення не мали вагомого впливу на кінцевий результат. Завдяки цьому виробник має змогу чітко визначити цілі і задачі, сформувати екологічну політику, врахувати екологічні аспекти товарів і послуг.

Мета дослідження - провести власні експериментальні дослідження щодо визначення впливу на довкілля автомобілів із бензиновим та електродвигуном завдяки моделюванню методом Оцінки Життєвого Циклу. Результатом досліджень буде підтвердження ефективності того чи іншого варіанта автомобілів. Методи дослідження: аналітичний (аналіз баз даних Ecoinvent v.3.0 за допомогою програмного забезпечення для ОЖЦ як "Umberto-LCA+", "GaBi Software LCA" та "SimaP- ro"); лабораторний. Для програмного розрахунку ОЖЦ обрано ліцензійну комп'ютерну програму з екологічного моделювання SimaPro 8. Дослідження проведено в комп'ютерній лабораторії кафедри екології та збалансованого природокористування Національного університету "Львівська політехніка".

Для порівняльної характеристики вибрано 3 екземпляри модельованих транспортних засобів однакового тоннажу та відстані пересування. Конкретні моделі тягачів ЄВРО-3 та ЄВРО-5 не потрібні, адже алгоритми, прописані в сценаріях ОЖЦ програми, дають універсальні результати, опираючись тільки на питомі показники шуканих компонентів.

У випадку бензинових агрегатів робочою одиницею вимірювання питомої енергозатратності є "тоннаж-кі- лометр" (tkm). Під цією одиницею вимірювання позначається кількість тонн, перевезених на одиницю відстані в кілометрах. Для двох бензинових представників це значення приймемо за 1000 tkm, що на практиці описуватиметься як 10 т перевезеної ваги на 100 кілометрів шляху. У виборі категорії Процесу ("Processes") вибір припадає на найпоширеніший клас перевезень - "Transport, truck 10-20 t".

За рівнем "Low Fluence" вибір припадає на категорію "80 % LF", як для найчастіше застосовуваної групи транспортних засобів цього класу. Третім транспортним засобом, для якого проводитиметься розрахунок, є Tesla Semi. Необхідними вихідними даними є питома ємність батарей та запас ходу. Вони становлять 1320 кіловат-годин та 800 кілометрів відповідно.

У розрахунку електричного агрегату використовується непряме прораховування ОЖЦ. Адже на сьогодні не існує на практиці описаних баз даних із потрібними сценаріями та алгоритмами, тому для цього розрахунку одиницею вимірювання буде постачальна електроенергія в Кіловат-годинах (kWh). Встановлене значення є результатом арифметичного розрахунку питомої ємності батарей транспортних засобів цього класу до їхнього запасу ходу. Середнім значенням, еквівалентним для 1000 tkm бензинових агрегатів, становить 165 kWh. Категорія процесу - низьковольтна випрямлена електроенергія (Electricity, low voltage) (Cardiagram, 2018).

Для розрахунків використано методику "IMPACT 2002+ V2.14 / IMPACT 2002+", яка містить на цей час найефективнішу та найширшу базу даних щодо транспорту та енергетики (Introduction, 2018). Вона дає можливість для гнучкого калібрування вихідних даних і пошуку прямих залежностей компонентів системи та вихідних результатів моделювання. Розрахунок проведено за допомогою алгоритму LCA Wizard, який є розробкою компанії "PRй Sustainability". Оскільки його написано спеціально для цього програмного забезпечення, це спрощує роботу і не потребує задіяння стороннього програмного забезпечення та його плагіну- вання до програми.

Результати дослідження та їх обговорення. Результатами проведення моделювання ОЖЦ є декілька типів. Першим і основним є так званий "Мережевий результат" (Network). У цьому режимі обрахунку ми отримуємо мережу забруднювачів, які спрямовуються до одного спільного бала в так званих Impact Points (Бали Впливу). Вони є позасистемною одиницею вимірювання, створеною і описаною розробниками методу "IMPACT 2002+ V2.14 / IMPACT 2002+". Поза межами ОЖЦ вони не мають жодного практичного застосування, але є ідеальними одиницями порівняння впливу на навколишнє середовище, процесів, продуктів та матеріалів, зводячи далекі від порівняння чинники під один знаменник.

Також за допомогою "Network" є змога побачити спрощену схему створення та розподілення викопних та енергетичних ресурсів. Ця схема має практичне застосування для опису складних і детальних технологічних, промислових чи відхідних процесів і показує залежність чинників у вигляді замкненої мережі матерії та енергії.

Результатами цього моделювання стали оцінки в Impact Points:

• 0,0735 Pt (для ЄВРО-3);

• 0,0649 Pt (для ЄВРО-5);

• та 0,0424 Pt (для стандарту низьковольтної електровитра- ти).

Згідно з результатами представленого вище дослідження, математично доведено, що менший вплив на навколишнє середовище здійснюють агрегати на електричній тязі. На практиці це означає, що за умови використання викопного палива для руху транспорту, включаючи усі стадії його перетворення і враховуючи спосіб конвертації викопного палива в електричну енергію, використання електричних агрегатів є ефективнішим в 1,73 раза порівняно зі стандартом палива ЄВРО-3 та в 1,53 - порівняно зі стандартом палива ЄВРО-5, навіть за умови використання ідентичного типу викопного палива.

У перспективі використання альтернативної енергетики ця різниця стане доконанішою, але і за теперішнього рівня технологій електротранспорт все одно залишається ефективнішим з точки зору Оцінки Життєвого Циклу.

Другий тип результату називають "Оцінка впливу" (Impact Assessment). У цьому режимі обрахунку отримуємо базу даних із такими категоріями (рис. 1): Канцерогенні неорганічні викиди та скиди; Неканцерогенні неорганічні викиди та скиди; Респіраторні органічні збудники; Респіраторні неорганічні збудники; Токсичність акваторій; Токсичність ґрунтів; Окиснення ґрунтів; Окиснення акваторій; Г лобальне потепління; Невід- новлювальні джерела енергії; Іонізуюче випромінення; Вплив на Озоновий шар; Вичерпання Мінеральних ресурсів. Ці категорії запропонували, створили і описали розробники методу "IMPACT 2002+ V2.14 / IMPACT 2002+". Поза межами ОЖЦ вони також не мають практичного застосування.

екологічний автомобіль електричний

Як видно із наведених даних, між трьома транспортними засобами перевагу має електромобіль над класичним авто стандартів ЄВРО-3 і ЄВРО-5. Він програє тільки за такими параметрами, як канцерогени, іонізуюче випромінювання та забруднення акваторій.

Ці результати мають практичне застосування, адже результати обрахунку за методом "IMPACT 2002+

V2.14 / IMPACT 2002+" конвертуються в еквіваленти системи СІ. Вибраними еквівалентами є маса, енергія чи різниця потенціалів поля для кожної із запропонованих категорій. Універсальність такого підходу полягає в можливості зіставлення результатів різних методик моделювання, таких як "Ecological Scarcity 2013 V1.05 / Ecological scarcity 2013", "ReCiPe 2016 Midpoint (I) V1.00" та інші, із наведених в програмі SimaPro 8.

Кінцевим і більш загальним результатом є "Damage Assessment" ("Оцінка небезпеки"). Тут відбувається сег-ментація за загальними категоріями, а саме: Людське здоров'я; Якість екосистем; Зміна клімату; Ресурси. Ма-тематично отримані результати наведено на рис. 2.

Рис. 2. Оцінка небезпеки за категоріями впливу

Використовуючи "Damage Assessment", можна побачити цифрове відображення та підсумувати основні висновки проведеного моделювання ОЖЦ. За всіма категоріями очевидною є перевага запропонованої електричної моделі.

Висновки

Отже, за допомогою методу Оцінки Життєвого Циклу аналітично доведено, що вплив на навколишнє середовище автомобілів з електричним приводом є значно меншим, ніж автомобілів із класичним бензиновим двигуном. Результати досліджень подано у вигляді таблиць із еквівалентними показниками за сферами впливу на різні категорії навколишнього середовища.

Їх можуть використати українські виробники автомобілів. Ця галузь має значний потенціал для впровадження новітніх технологічних рішень, які сприятимуть зниженню використання палива, енергії та створенню екологічного іміджу продукції.

Перелік використаних джерел

екологічний автомобіль електричний

1.Berzina, S. V., Yareskovska, I. I., et al. (2017). Systema ekolohichno- ho upravlinnia: suchasni tendentsii ta mizhnarodni standary. Po- sibnyk. Kyiv: Instytut ekolohichnoho upravlinnia ta zbalansovano- ho pryrodokorystuvannia. [In Ukrainian].

2.Frolov, S. M., & Bilopilska, O. O. (2013). Perspektyvy vykorystannia metodu otsinky zhyttievoho tsyklu v systemi upravlinnia vidkho- damy v Ukraini. Efektyvna ekonomika, 2. Retrieved from: http://www.economv.navka.com.ua/?op=1&z=1793. [In Ukraini¬an].

3.Introduction. (2018). Introduction to LCA with SimaPro. Introduction Main Tab. Retrieved from: https://www.pre-sustainabi-

4.lity.coin/download/SimaPro8IntroductionToLCA.pdf Cardiagram. (2018). Avtomobilnyi forum Сardiagram. Retrieved from: http://cardiagram.com.ua/gruzovik-tesla-review-11199.html. [In Russian].

Размещено на Allbest.ru