Eco-design jako nová strategie návrhu elektronických a elektrotechnických výrobků Ivan Szendiuch, Brno University of Technology, Faculty of Electrical Engineering and Communication, Department of Microelectronics, CZ- 602 00 Brno, Udolni 53 e-mail: szend@feec.vutbr.cz, szendiuch@vemer.cz Životní prostředí se v posledních desetiletích značně změnilo. Zdroje pitné vody se zhoršily, v zemědělských produktech se objevují dusičnany a další nežádoucí látky, stále častěji se setkáváme s negativními vlivy ovzduší na lidský organizmus a ve výrobcích se vyskytují toxické materiály. Každý výrobek má určitý vliv na životní prostředí, ať už při své výrobě, při užívání, nebo při likvidaci. Proto se ukazuje stále více nutnost zavádění managementu životního prostředí především ve výrobních podnicích. Cílem je nejen zdokonalit materiálové složení výrobků, ale i úspora energií, a tak omezit tak negativní dopad výrobků na životní prostředí v průběhu celého jejich životního cyklu. K této skutečnosti se váže legislativa na celém světě, v EU pak v podobě některých směrnic a zákonů, jež bude nutné respektovat jak z hlediska jednotlivých členských států, tak z hlediska firem a také spotřebitelů. Výrobní a návrhové firmy musí pochopit, proč jsou otázky životního prostředí stále důležitější a závažnější, a musí reagovat na požadavky kladené nejen legislativou, ale i trhem zahrnujícím širokou veřejnost. Promyšlený a aktivní přístup k ekologickému návrhu a konstrukci výrobků může navíc vést k mnoha tvůrčích změnám, novým nápadům a tím podpořit lidský pokrok Vývoj naznačuje, že management životního prostřed, někdy nazývaný také environmentální management, se stane nezbytnou součástí firem, tak jak je to dnes již běžné v případě managementu jakosti. Nový přístup k řešení této problematiky představuje zavedení ekologického návrhu (eco-design) do inovace a návrhu nových výrobků Ekologie a elektrotechnický sektor Elektronický průmysl je významnou součástí světové ekonomiky a dnes je prakticky využíván ve všech odvětvích průmyslu a hospodářství. Nejenom velké podniky, ale i malé a střední firmy sehrávají ve využívání elektrických a elektronických systémů značnou roli týkající se procesu proměny a inovace výrobků. Pokrok a dosahované úspěchy v tomto sektoru přináší celou řadu nových skutečností souvisejících s používáním nových materiálů a technologií, což však současně vyvolává i jisté obavy týkající se vlivů na životní prostředí. Například zařízení používaná v domácnostech a kancelářích spotřebují více než 25% celkové spotřeby elektrické energie a osvětlení domácností se podílí na spotřebě energie v bytovém sektoru jen 17%, přičemž mnohem větší část této energie se spotřebuje na topení. Navíc rychlý vývoj, inovace a dostupnost elektroniky je úzce spojená s dnes typickým chováním spotřební společnosti, jež se vyznačuje tendencí stále častěji nakupovat nové výrobky a zbavovat se starých. Sleva elektronických výrobků je dnes běžnou praxí, ale málokdo si uvědomí, že když se ocitne nějaký elektronický výrobek ve slevě, je pravděpodobné, že byl vyroben ze surovin a součástek pocházejících z různých částí světa, které s velkou pravděpodobností svět již také několikrát procestovaly. Stále větší složitost elektrických a elektronických přístrojů znamená, že obsahují celou řadu různých materiálů, které ovlivňují životní prostředí jak při své přípravě a zpracování, tak i při likvidaci. Některé jsou specifické a také nebezpečné lidem i životnímu prostředí. Toto všechno jsou důvody, proč musí v co nejkratší době elektronický průmysl sehrát zásadní roli v otázkách ochrany životního prostředí.
Lze položit otázku, jak může být elektronický průmysl životnímu prostředí prospěšný. V důsledku jeho rozšířenosti a skutečnosti, že elektronické výrobky dnes používá převážná část lidstva, může koordinovaný a systematický přístup přispět významným způsobem k pozitivnímu vývoji životního prostředí. Jako velmi obecný příklad lze uvést proces miniaturizace, která vede k nižší spotřebě materiálů a k nárůstu objemu informací soustředěných v menším objemu hmoty (výrobku). To podporuje celkový vývoj vytváření globálních databází prostřednictvím internetu, čímž se rozšiřuje možnost vzdělávání, čímž vzniká prostor pro navazování kontaktů a pro spolupráci jedinců i firem z celého světa. Zvyšuje se také výkonnost výrobních kapacit díky automatizaci procesů a zařízení. Pro pochopení všech souvislostí je nutné si uvědomit, jak to vše souvisí s životním prostředím a co vše vlastně životní prostředí znamená. Životní prostředí Z diskusí o ohrožení životního prostředí vychází obvykle jako nejožehavější problém globální oteplování. Naléhavých otázek je však mnohem více, např. vyčerpání zdrojů surovin či vysoká spotřeba a znečisťování vody. Spotřeba vody není v převážné části evropských zemích zásadní problém, ale kritická začíná být situace v mnoha regionech světa, kde se vyrábějí elektronické součástky. Znečištění vody toxickými látkami a vysušování vodních ploch rovněž značně komplikují a zhoršují celkový stav životního prostředí. Některé regiony jsou zatíženy smogem,jenž může být vyvolán výfukovými plyny, jež jsou příčinou fotochemického smogu, který způsobuje kyselé deště a další šíření toxických látek. Hluk, zápach a záření rovněž patří mezi další vážné problémy především ve velkých městech. Málokdo si však uvědomuje, že všechny tyto negativní aspekty souvisí s životním cyklem každého výrobku, jenž působí na životní prostředí, často i několikanásobně. Konkrétní výrobek se může podílet na životním prostředí v jednotlivých fázích celkového životního cyklu, které sestávají z řady dílčích kroků jimiž jsou: - získání surovin, - výroba součástek, - montáž sestav, - distribuce a prodej, - používání výrobku, - opravy a modernizace, - někdy opětovné použití, - likvidace (nebo recyklace materiálů) použitého, již nepotřebného výrobku. V průběhu životního cyklu působí řada vztahů, jako např. vztah mezi dodavateli a zákazníky, spotřebiteli a případně těmi, kdo výrobek opravují, modernizují a recyklují. To znamená, že jednotlivé subjekty mají ať už přímý či nepřímý vliv, a také odpovědnost za působení výrobku na životní prostředí během celého životního cyklu. Ekologické výrobky se lépe prodávají Ekologická uvědomělost souvisí s tvůrčím přístupem a inovací. Samotné dodržovaní legislativy je sice přínosem, ale vyžaduje určitý stupeň byrokracie přinášející spíše nevýhody. Proto musí být jedním z prvních kroků rozpoznání ekonomických přínosů spojených se zaváděním strategií návrhu ekologických výrobků na cestě k aktivnějšímu přístupu k ochraně životního prostředí. Ekologická uvědomělost a vyspělost souvisí s vytvořením dobrého image značky na trhu. Spotřebitelům, kteří chápou potřebu ochrany životního prostředí a někdy si také uvědomují, že ekologické výrobky jsou také výkonnější, se zelená prodává lépe. Existuje celá řada ekologických značení, jež
informují spotřebitele o ekologických vlastnostech výrobku. Kromě toho, že tyto výrobky jsou ekologické, jsou v mnoha případech také výkonnější, bezpečnější pro spotřebitele, spolehlivější a často i jakostnější. Častou námitkou bývá tvrzení, že strategie podpory životního prostředí je pro firmy nákladná. Ve skutečnosti je ale cílem zavedení účinného ekologického systému, tak jako v případě zavádění systému jakosti, dosáhnout naopak snížení nákladů. Například nižší spotřeba materiálů a nižší ztráty během výroby, výroba s nižší spotřebou energie jsou pro výrobce výhodné, nehledě na snížení vnitřního rizika a zvyšování motivace zaměstnanců. Strategie uplatňování ekologického návrhu a zavedení ekologického systému navíc souvisí s vývojem a modernizací výrobků a zvýšením jejich výkonnosti a tím také konkurenceschopnosti. V neposlední řadě potom ekologický návrh nových výrobků znamená aktivní přístup ke splnění legislativních požadavků. Jak ekologická uvědomělost celosvětově stoupá, právě koncoví spotřebitelé se stávají jedním z hlavních motivů pro prosazování ekologické strategie výrobků. S jistými regionálními rozdíly je prevence znečištění životního prostředí chápána jako úkol zcela zásadní. Proto mnoho spotřebitelů dokáže ocenit ekologickou šetrnost výrobků. V řadě zemí existují různé ekologické značky pro různé typy výrobků. V roce 2003 mělo více než 10 000 výrobků celoevropské či regionální ekologické značení. Např. v Německu v roce 2004 asi 83% spotřebitelů uvedlo, že znají značku Blue Angel. Z toho 49% uvedlo, že tato značka hraje roli při nákupu výrobku. Ekologické značení není důležité pouze pro soukromý sektor, ale hraje roli i ve velké části veřejných zakázek, kde ekologické vlastnosti výrobků mají svůj rozhodující význam. Cena, funkčnost a obsluha mají zásadní vliv na rozhodnutí k nákupu, nicméně přívlastek ekologický může být dalším důvodem, proč daný produkt koupit. Dle průzkumu Německé federální agentury pro životní prostředí odpovědělo na otázku, zda jsou zákazníci ochotni zaplatit více za ekologicky šetrný výrobek, 10% německých spotřebitelů určitě ano, dalších 53% spíše ano. Je třeba si uvědomit, že ekologický výrobek neznamená, že musí být nutně dražší. Ve skutečnosti ekologické výrobky často bývají levnější, zvláště když budeme uvažovat náklady na jejich životní cyklus. Obr. 1: Příklady ekologických značení výrobků Průmyslové zákazníky mohou motivovat také různé strategie firem v oblasti ekologického návrhu, především pak mezinárodní projekty s vlastní politikou v oblasti životního prostředí, což může mít zásadní vliv na dodavatele. Přinejmenším mohou požadovat, aby dodavatelé do jisté míry jednali podle zásad managementu životního prostředí. Poměrně často bývá žádána specifikace materiálního složení dodávaných výrobků, ať už detailní seznam použitých látek nebo popis materiálu. Další obchodní výhodou ekologických výrobků je změna komplexního pohledu na výrobek. Návrh výrobků s ohledem na ekologické aspekty může vést k novému, vysoce inovačnímu pojetí. Ekologická analýza výrobků vede k lepšímu porozumění složení součástek a funkcí a zároveň vztahů v rámci dodavatelského řetězce. Dobré řízení dodavatelského řetězce je nezbytným předpokladem pro vysokou jakost výrobku.
Význam a poslání návrháře nového výrobku Tradiční přístup k ochraně životního prostředí spočívá v prevenci znečištění prostředí nebo v hospodaření s odpadem. Avšak tyto činnosti se zaměřují pouze na to, jak se vyhnout nebo minimalizovat případné negativní dopady na životní prostředí, ale neřeší otázku jak předcházet těmto negativním vlivům ekologickým návrhem výrobků. Na počátku přistoupení ke strategii ekologického návrhu stojí zvážení výrobních nákladů. Jaká část výrobních nákladů souvisí se surovinami, výrobním zařízením, spotřebou vody a energie? Není snadné přesně určit tato čísla v rámci celého dodavatelského řetězce, ale je jisté, že zde existují nemalé možnosti dosáhnout úspor. Například u výrobců desek s plošnými spoji souvisí 20-40% celkových výrobních nákladů se surovinami a spotřebou energie. Minimalizací objemu materiálu použitého na jeden výrobek se sníží náklady a zároveň se zvýší jeho ekologická šetrnost. Omezení množství a různorodosti výrobních prostředků, např. chemikálií vede k nižší potřebě interní logistiky. Vyřazení nebezpečných materiálů z výroby může snížit manipulační náklady, menší rozměry výrobků souvisí se nižší spotřebou obalových materiálů a použití recyklovaných materiálů rovněž přináší úspory. Konečně jednoduchá montáž výrobků snižuje náklady na výrobu a navíc usnadňuje demontáž při opětovném použití, opravě či recyklaci. Ekologický návrh (eco-design) je zaměřen na fáze předcházející vlastní výrobě, to je především vlastní návrh a vývoj výrobků. Cílem je navržení výrobku v takové podobě, aby se minimalizoval negativní dopad na životní prostředí výrobku i výrobního procesu a aby přitom bylo dosaženo úspor. Přestože návrh samotný je z pohledu životního prostředí neškodný proces, závisí na něm většina ekologických vlivů daného výrobku. Jakmile je návrh výrobku dokončen a je rozhodnuto o výrobních technologiích, zbývají již pouze minimální možnosti, jak dodatečně ovlivnit výkonnost výrobku, jak minimalizovat emise spojené s výrobním procesem a jak všeobecně omezit působení na okolí. Navíc i ty nejmodernější technologie recyklace musí řešit to, co bylo rozhodnuto v průběhu návrhu výrobku. Přibližně 80% celkového dopadu výrobku na životní prostředí se rozhoduje v průběhu fáze jeho návrhu (obr. 2). S náklady na životní cyklus výrobku je situace podobná. Proto je nesmírně důležité zvážit ekologické a ekonomické stránky hned na samém počátku a uvažovat řešení této problematiky jako neoddělitelnou část návrhu výrobku. Obr. 2: Vliv návrhu výrobku na celkové náklady v průběhu jeho doby života
Ekologický návrh (eco-design) tedy spočívá v začlenění ekologických aspektů do fáze návrhu takovým způsobem aby byl minimalizován dopad na celý životní cyklus výrobku, od získání surovin až po konečnou likvidaci. Slabika eco resp. eko charakterizuje v přeneseném smyslu působnost jak pro ekonomické tak i pro ekologické dopady výrobku na své okolí. Ekologický návrh a legislativa Dodržování zákonů je nezbytné a nevyhnutelné, což je samo o sobě motivace pro ekologické aktivity. Nicméně legislativa není jediným důvodem ekologických aktivit, protože sama o sobě nevede k inovačním strategiím. V posledních letech podnikla Evropská Unie několik legislativních aktivit v oblasti životního prostředí, což se nejvíce týká elektrotechnického a elektronického průmyslu. Mezi nejdůležitější směrnice a usnesení týkající se oblasti životního prostředí patří: Integrovaná výrobková politika (IPP Integrated Product Policy) Směrnice o omezení používání některých nebezpečných látek - OPNL (RoHS - Restriction of the use of certain Hazardous Substances) Směrnice o odpadu a likvidaci elektronických a elektrotechnických zařízení OEEZ (WEEE - Waste Electrical and Electronic Equipment) Směrnice o ekologickém návrhu elektrických spotřebičů a zařízení (EuP Eco-Design of Energyusing Products) Zatímco IPP je rámcové usnesení, které vymezuje prostor a filosofii legislativě v oblasti ochrany životního prostředí vztahující se k výrobkům na úrovni EU, další tři uvedené směrnice definují konkrétní požadavky na podnikatelský sektor. V tabulce I je přehled rozsahu, hlavní náplně a významu těchto tří směrnic, především z pohledu malých a středních firem v elektrotechnickém a elektronickém sektoru. Kromě těchto tří směrnic existuje několik dalších směrnic či předpisů vztahujících se k ekologickému návrhu výrobků. Důležitá je např. směrnice o ukončení životnosti vozidel (ELV), jež omezuje použití určitých materiálů ve vozidlech, avšak pro olovo v elektronice vozidel je v současné době udělena výjimka. Cílem směrnice ELV je zvýšit do roku 2006 míru opětovného použití a obnovy dílů až na 85% z průměrné váhy vozidla, a až na 95% do roku 2015. Tato směrnice je v platnosti ještě před uvedením směrnic OEEZ a OPNL. Automobilový průmysl na tyto směrnice zareagoval vytvořením rozsáhlého Mezinárodního systému materiálových dat (IMDS), který se stal také srovnávacím testem pro elektroniku a elektrický sektor jako celek. Existují tři další směrnice vztahující se k výrobkům, které mohou být chápány jako předchůdce směrnice o ekologickém návrhu elektrotechnických výrobků EuP: Směrnice Evropské komise pro požadavky na energetickou účinnost předřadníků pro zářivkové osvětlení (2000/55/EC) Směrnice Evropské komise pro požadavky na energetickou účinnost elektrických chladniček, mrazniček a jejich kombinací v domácnosti (96/57/EC) Směrnice Evropské komise pro požadavky na výkonnost nových kotlů na tekuté či plynné palivo (92/42/EEC)
Tabulka I: Přehled legislativy EU: směrnice EuP, OEEZ, OPNL EuP OEEZ (WEEE) OPNL (RoHS) Cíl Optimalizace celého životního cyklu výrobku Posouzení dopadů na životní prostředí ve všech fázích životního cyklu Zlepšení hospodaření s použitými výrobky v oblasti elektroniky Implementace rozšířené zodpovědnosti výrobce Omezení používání nebezpečných látek v elektrických a elektronických zařízeních (olovo, rtuť, kadmium, chróm-vi, polybromované bifenyly PBB, polybromované bifenylétery PBDE)
EuP OEEZ (WEEE) OPNL (RoHS) Rozsah / Skupiny produktů Velké i malé přístroje pro Velké i malé přístroje pro domácnost domácnost Obecně: produkty s vysokým objemem prodeje souvisí se značným dopadem na životní prostředí a v této oblasti je značný prostor ke zlepšení Skupiny produktů, kterých se týkají prováděcí opatření: vytápěcí zařízení a zařízení na ohřev vody elektromotory osvětlení domácností a terciárního sektoru domácí spotřebiče kancelářská zařízení spotřební elektronika systémy HVAC (vytápění a vzduchotechnika) Informační technologie a telekomunikační přístroje Spotřebitelská zařízení Osvětlovací zařízení Elektrické a elektronické nástroje (kromě velkých stabilních průmyslových strojů) Hračky a vybavení pro sport a volný čas Lékařské přístroje Nástroje pro monitoring a řízení Automatické dávkovače Informační technologie a telekomunikační přístroje Spotřebitelská zařízení Osvětlovací zařízení Elektrické a elektronické nástroje (kromě velkých stabilních průmyslových strojů) Hračky a vybavení pro sport a volný čas Automatické dávkovače (V současné existuje výjimka pro: lékařské přístroje, nástroje pro monitoring a řízení, viz. OEEZ) Rámcová směrnice přijatá Radou a Evropským parlamentem v dubnu 2005 Na základě EuP budou přijaty specifické směrnice pro jednotlivé skupiny produktů Za jistých podmínek mohou být jako alternativy přijaty dobrovolné dohody v různými průmyslovými odvětvími Vytvoření ekologického profilu výrobku může být požadováno prováděcími předpisy Systém řízení návrhu nebo odpovídající environmentální management Status a termíny Směrnice 2002/96/EC z 27. ledna 2003 Publikována v Úředním věstníku EU 13. února 2003 Členské státy EU transponují OEEZ (WEEE) do 13. srpna 2005 (duben 2005: tento termín většina členských států nesplní) Logistika výběru použitých výrobků bude stanovena do srpna 2005 (v některých zemích odložena) Recyklační kvóty mají být splněny do konce roku 2006 Požadavky Distributor nebo výrobce jsou povinování řídit se požadavky pro dodavatele (součástek) Tříděný sběr z domácností 4 kg na obyvatele a rok (na zem) Specifické kvóty obnovy/ recyklace/ Směrnice 2002/95/EC z 27. ledna 2003 Rozhodnutí Komise 2004/249/EC z 11. března 2004 Členské státy EU transponují OEEZ (WEEE) do 13. srpna 2005 (duben 2005: tento termín většina členských států nesplní) Omezení nabudou platnosti 1.července 2006 Evropská Komise provádí revizi výjimek Omezení látek uvedených ve směrnici RoHS-6 ve všech výrobcích uvedených na trh po 30. červnu 2006 (možné výjimky)
Značení CE vyžaduje soulad s EuP Obecné ( zlepšení ) a specifické ( limitní hodnoty/ hraniční hodnoty ) požadavky budou definovány dalšími směrnicemi (prováděcími předpisy) opětovného použití v jednotlivých kategoriích výrobků Výrobci financují recyklaci Výrobci musí nabídnout odpovídající řešení výběru použitých výrobků pro B2B zákazníky (firmy) Výrobci jsou povinování firmám, které recyklují jejich výrobky, odevzdat všechny relevantní informace pro správnou recyklaci EuP OEEZ (WEEE) OPNL (RoHS) Význam ekologického návrhu Směrnice EuP realizuje politiku IPP Návrh produktů musí být vylepšen s ohledem na celý životní cyklus výrobku Konstrukce výrobků by neměla znemožňovat demontáž, obnovu a opětovné použití (priorita se klade na opětovné použití a recyklaci elektrošrotu, jeho součástek a materiálů) Výrobky by měly být navrženy tak, aby bylo možné snad demontovat důležité součástky (desky s plošnými spoji, baterie, bromované ohnivzdorné prostředky obsahující plasty,...) Nutná znalost materiálů obsažených ve výrobku, alespoň látek uvedených v RoHS-6 Potřeba komunikace v rámci dodavatelského řetězce s ohledem na dodržení právních předpisů Omezení/ eliminace nebezpečných látek Výrobce musí zaplatit za recyklaci, takže recyklovatelnost se stává ekonomickou otázkou Současně vznikají nová rámcová pravidla Evropské unie pro používání chemikálií, jež jsou známa pod označením REACH (Registration, Evaluation and Autorisation of Chemicals - Registrace, vyhodnocení a autorizace chemikálií). Podle tohoto návrhu firmy, které vyrábějí či dovážejí více než jednu tunu chemických látek za rok, se budou muset zaregistrovat do centrální databáze. Tato skutečnost se nepřímo dotkne elektrotechnického a elektronického průmyslu jako jednoho z hlavních uživatelů chemikálií. Prolínání EMAS s ekologickým návrhem Podle Evropského Environmentálního Manažerského a Auditového Schématu (EMAS) nebo také dle ISO 14001 se manažerské systémy pro životní prostředí zpravidla zaměřují na dosažení čistější výroby, nicméně prolínají se částečně také s ekologickým návrhem (viz obr. 3).
Obr. 3: Přehled legislativních aktivit v elektrotechnickém průmyslu Je zřejmé, že dosavadní systémy zaměřené na sledování a regulaci ekologických vlivů jsou vhodným výchozím bodem pro aplikaci ekologického návrhu výrobků. Rozdíl je v zaměření aktivit, jež je u ekologického návrhu směrováno na výrobek (EuP), na rozdíl od zaměření předcházejících systémů na firmu nebo v konkrétnějším případě na výrobu (obr. 4). Obr. 4: Znázornění hlavního poslání směrnice EuP Abychom byli schopni průběžně srovnávat výkonnost podniků z pohledu životního prostředí, musíme stanovit nějaký typ výrobní jednotky, jež bude sledovat klíčové parametry. Takovými klíčovými parametry mohou být energie nebo spotřeba vody, spotřeba určitých chemikálií nebo produkce (rizikového) odpadu vztažený na jednotkový výrobek, jako například:
metr čtvereční plochy PCB (odpovídající klíčový parametr pro výrobce PCB) metr čtvereční plochy křemíku nebo metr čtvereční plochy křemíku na vrstvu masky nebo velikost či objem pouzder atd. součástka (např. výrobce pasivních komponent) výrobek (konečný nebo dílčí, např. PC nebo vypínač) apod. Na základě takových klíčových parametrů můžeme provést srovnávací testy jednotlivých výrobků dané kategorie. Abychom dosáhli zlepšení jakýkoliv výrobku, musíme stanovit v rámci manažerského systému životního prostředí konkrétní cíle, což je většinou první krok k vylepšení výrobku a k aplikaci ekologického návrhu. Součástí cíle by mělo být rovněž stanovení a vyčíslení ekonomického přínosu, tedy úspor, které nové řešení přinese. Základní přístup a strategie pro ekologický návrh Prvním krokem k ekologickému návrhu je vnímavý a zkoumavý přístup k inovaci a k návrhu nových výrobků. Pokud jste schopni definovat základní parametry vašeho výrobku a máte rámcovou představu o problematice životního prostředí z pohledu elektroniky, budete schopni přibližně odhadnout důležité faktory stanovící vliv vašeho výrobku na životní prostředí, na něž musí být zaměřena strategie návrhu z pohledu ekologie. Klíčové otázky obyčejně jsou: Jaký je hlavní záměr nebo použití vašeho výrobku? Jaké jsou nejpravděpodobnější oblasti využití? Jaká je zamýšlená a obvyklá délka životnosti? Pro kterou oblast je výrobek určen? Pro průmyslové (B2B) či spotřebitelské (B2C) využití? Jaká je velikost výrobku a jaký má význam? Uveďme si několik příkladů jak postupovat v počátku a jak využít odpovědi: a) Má výrobek životnost několika let, bude zapnutý několik hodin denně nebo dokonce celých 24 hodin? Pokud ano, spotřeba energie a výkonnost během uživatelské fáze bude jistě hlavním bodem který musí být brán v úvahu. Vyšší energetická účinnost snadno vynahradí další spotřebu energie během výrobních procesů (např. efektivnější nebo inteligentnější komponenty, úspora energie pro napájení během použití atd.). b) Pokud je výrobek malý a určený pro koncového spotřebitele, je pravděpodobné, že skončí v městském odpadu (navzdory normám OEEZ). Důsledkem bude, že drahé materiály nebudou znovu použity a nebezpečné látky nebudou likvidovány. Ekologický návrh by měl být zaměřen na minimalizaci obsahu nešetrných materiálů, a také veškerých rizikových materiálů, které vyžadují další náklady na zpracování. c) Pokud je výrobek velký, jako např. elektrické spotřebiče a vybavení pro domácnost, nebo se prodává průmyslovým zákazníkům, existuje větší pravděpodobnost, že výrobek bude znovu recyklován nebo v určité míře používán. Jeho konstrukce by tudíž měla vzít v úvahu snadnou opravu, demontáž a recyklaci.
Obr. 5: Základní postup při ekologickém návrhu výrobku Aplikace ekologického návrhu souvisí, tak jako v případě jakosti, s osobní odpovědností. Ve firmě nemusí být žádný samostatný ekologický návrhář (eco-designer), neboť tato oblast vyžaduje interdisciplinární spolupráci a koordinaci. Na ekologickém návrhu výrobku se ve firmě podílí celá řada oddělení, jako: Nákupní oddělení je zodpovědné za výběr dodavatele a zdrojových komponent, které mohou obsahovat méně nebezpečných látek. Marketing může využít strategie zelená se prodává lépe a zveřejnit zelené úspěchy podniku. Výzkum a vývoj by mohl využít požadavky na životní prostředí jako tvůrčí program k vytvoření inovací a nalezení potenciálních rezerv pro vylepšení výkonu. Pokud tradiční návrhář výrobků nebo vývojový tým již využívá interdisciplinární spolupráce, zohlednění požadavků na životní prostředí je jen dalším kritériem zahrnutým do jejich každodenní práce. Management jakosti se zaměřuje na to, aby výrobky byly jakostnější a v rámci dosažení úspor se ztotožňuje s ekologickým návrhem. Životní prostředí, zdraví a bezpečnost (EHS) se svými expertizami problémů spojených s životním prostředím může podat jasné návrhy ze strany ekologů a celou činnost koordinuje. Z uvedených skutečností je patrné, že ekologický návrh je nedílná součást návrhu výrobku a nemůže existovat jako samostatná činnost. Podobně jako v případě jakosti se na ní podílí ve větší či menší míře všechny složky firmy. Obecný přístup a postup při ekologickém návrhu výrobku je naznačen na obr. 5. Nástroje a metodologie pro ekologický návrh Existuje kuchařka pro ekologický návrh výrobku? Bohužel ne, neboť tato oblast úzce souvisí především s tvořivostí a s inovací. Nicméně norma ISO/TR 14062:2002 podává určitý návod pro integraci ekologického návrhu do procesu vývoje výrobku. Tabulka II shrnuje fáze návrhového procesu a stručné pokyny pro jeho uskutečňování (převzato z ISO/TR 14062).
Tabulka II: Proces vývoje výrobku a s ním související aktivity ekologického návrhu Fáze Aktivity ekologického návrhu (1) Plánování Objasnit: jaká je náplň výrobku? Jaké jsou priority (ekonomické, technologické, ekologické) tohoto výrobku? Jedná se o úplně nový výrobek nebo o jeho vylepšení (když se plánuje vylepšení, jeho původní řada může fungovat jako vhodný srovnávací test) Jaká je celková a environmentální strategie podniku? Současný stav: na jakých ekologických aktivitách můžete stavět? využijte prolínání s environmentálními manažerskými systémy Uvažte obchodní prostředí: potřeby zákazníka/trhu, legislativu, plánované ekologické značky, mezery na trhu, výrobky konkurence, (2) Koncepce Zakomponujte ekologické aspekty a požadavky do návrhu přesného popisu (pevná a flexibilní kritéria) Ověřte proveditelnost (technickou, finanční) Využijte směrnic, seznamů důležitých bodů apod., abyste vylepšili přesný popis Komunikujte se svým řetězcem dodavatelů (3) Detailní Použijte nástroje ekologického návrhu a k němu se vztahující databáze návrh Najděte alternativy k problematickým materiálům Vytvořte scénáře pro životní cyklus kvůli lepšímu porozumění výrobku Vytvořte návrh pro sestavení a rozebrání (4) Testování/ Prototyp (5) Uvedení na trh (6) Zhodnocení výrobku Srovnávací test s předchozí řadou výrobku Je dosaženo cílů? Informujte o environmentální dokonalosti vašeho výrobku (specifika skupiny zákazníků) Informujte o dalších souvisejících charakteristikách: kvalita, náklady na životní cyklus, atd. Zvyšujte uvědomělost zákazníků Vyhodnoťte úspěch výrobku (které argumenty zákazníka přesvědčily?) Objevte další možnosti pro zlepšení příští řady výrobků Které inovace budou následovat (interní a na trhu)? Co dělá konkurence? Základním nástrojem pro ekologický návrh je sestavení seznamu klíčových bodů. Tyto vypovídají, na co se máme zaměřit a co musíme udělat. Pomáhají ujasnit si nově vzniklé environmentální faktory a na druhé straně neopomenout ty důležité a neméně významné. Opakovaná kontrola vede k vyšší dokonalosti návrhu a je obyčejně také zdrojem nových informací pro vylepšování. Některé otázky tvořící součást seznamu stěžejních bodů mohou působit velmi jednoduše, avšak v celkovém přístupu k návrhu jsou užitečné z pohledu návaznosti na základní prvky ekologicky šetrných výrobků. Jsou to např.: Má váš výrobek systém vedoucí k úspoře energie? Motivujete zákazníka, aby zkrátil nadbytečnou dobu pohotovostního režimu? Máte prostředky k úspoře energie u současných výrobků a dají se snadno používat? Schopnost nalézt řešení pro ekologický návrh či inovaci nespočívá pouze v odpovědi ano či ne, ale v tom, jak odpovědi ne příště změnit v ano.
Úspora energie a materiálů Údaje týkající se materiálového složení výrobku jsou jedním ze základních vodítek pro analýzu výrobku samotného. Čím dokonalejší a hlubší údaje o materiálovém složení výrobku máme k dispozici, tím větší možnosti vznikají pro inovaci a vývoj nových výrobků, a tím se vytváří také předpoklady pro zvyšování jakosti. Deklarace materiálů se v poslední době stává stále běžnějším požadavkem. Existují různé úrovně deklarace materiálů, od seznamů nedoporučovaných materiálů, označované také jako černé seznamy ( black list ), až po podrobné nebo i úplné seznamy ( full list ). Dodavatelé materiálů pro elektrotechnický a elektronický průmysl, zvláště ti kteří zásobují koncové dodavatele, budou muset tyto seznamy materiálů zpracovat. Právě tyto seznamy materiálů lze využívat jako základ pro ekologický návrh výrobku a tím dosáhnout souběžného efektu. Základní výchozí strategií ekologického návrhu je vytvořit na základě vhodných environmentálních ukazatelů soupis látek (Bill of Substances - BOS), jenž je obyčejně odvozen ze soupisu materiálů (Bill of Materials - BOM), jak je patrné z tab. III. Takovými ukazateli mohou být např. spotřeba primární energie na získání surovin, údaje o životním cyklu materiálů (např. ekologický ukazatel 99 který vyhodnocuje konečné environmentální dopady jako jednotný výsledek), nebo ukazatelé toxicity. Podle toho, jakého cíle má být dosaženo při inovaci nebo v procesu ekologického návrhu (resp. jaká environmentální hlediska jsou nejdůležitější), se návrh výrobku zaměří na tento příslušný ukazatel. Zatímco samotné seznamy materiálů poskytují pouze srovnání jejich váhy, monitorovací environmentální ukazatel nabízí možnost je srovnávat podle jejich potenciálních dopadů na životní prostředí. V důsledku toho, a to je mnohem důležitější než zjišťovat jak využívat ukazatele, je možné výrobek posuzovat z jiného úhlu pohledu, a navíc není nutné za účelem zjištění dopadu na životní prostředí monitorovat celý jeho životní cyklus. Tabulka III: Seznam materiálů s jejich vlivem na životní prostředí Toxicita materiálů Důležitým ukazatelem z pohledu životního prostředí je toxicita materiálů, jež vyjadřuje míru negativního působení na okolí. Proto je snaha zavést ukazatele, kterými lze jednotlivé materiály posuzovat. Jedním z takových ukazatelů je TPI (Toxicity Potential Indicator), jenž vyhodnocuje a porovnává toxicitu materiálů. Hodnocení je založeno na snadno přístupných informacích ze
Seznamu údajů o bezpečnosti materiálů (Material Safety Data Sheets - MSDS) a legislativy Evropské unie: R-phrases, jež stanovuje povolené koncentrace škodlivin na pracovišti (např. v Německu MAK) a klasifikace znečištění vod (WGK). Tyto tři legislativní klasifikace mají jednotný společný index specifikace materiálů od 0 (žádný rizikový potenciál) do 100 (nejvyšší rizikový potenciál), na jeden miligram látky. Díky těmto hodnotám a ze soupisu látek (BOS) je možné klasifikovat jednotlivé materiály a analyzovat problematické části, které by měly být přednostně zlepšeny nebo nahrazeny. a) b) Obr. 6: Stanovení toxicity materiálů prostřednictvím ukazatele potenciální toxicity TPI a) metodika stanovení TPI b) softwarový nástroj pro výpočet TPI Kalkulačku na vypočítání TPI je dostupná zdarma a můžete si ji stáhnout na adrese: http://www.pb.izm.fhg.de/ee/070_services/75_toolbox/index.html.
Tabulka IV: Matice MET Odlišný přístup, který je založen na vyhodnocování vztahů mezi jednotlivými fázemi životního cyklu, environmentálními aspekty a dalšími požadavky (např. obchodními nebo zákaznickými), lze získat sestavením tzv. matice MET (materiál, energie, toxicita - viz Tab. IV). Ve své podstatě je to tabulka s jednotlivými fázemi životního cyklu ve svislém sloupci (dodávky materiálů nebo součástek, finální zpracování výrobku, distribuce zákazníkům, využití výrobku a ukončení jeho životnosti). Každá fáze je samostatně vyhodnocována z hlediska materiálu (M), spotřeba energie (E), a toxické zplodiny (T). Jakmile jsou tímto způsobem v procesu návrhu výrobku vyhodnoceny environmentální aspekty včetně alternativních možností, provede se srovnání těchto výsledků s ostatními základními parametry včetně obchodních a zákaznických přínosů, společenských, technických a finančních aspektů a pod. Závěr Důležitým krokem pro zahájení jakékoliv činnosti je začátek, který vyžaduje pochopení dané problematiky a také patřičnou dávku motivace. Hlavní motivačním aspektem je dosažení vlastních úspor a tím získání určitých výhod oproti konkurenci Jako podnět pro inovaci, optimalizaci a progresivní přístup k návrhu nových ekologických výrobků může posloužit dnes již všeobecně známá filozofie šesti RE, jež shrnuje základní pravidla v následujících šesti krocích: 1) Stále promýšlejte (Re-think) návrh výrobku a jeho funkce, především jak ho vyrobit a využít efektivněji. 2) Snižte (Re-duce) spotřebu energie a materiálů během celého životního cyklu výrobku. 3) Nahraďte (Re-place) škodlivé látky látkami méně zatěžujícími životní prostředí. 4) Umožněte recyklaci (Re-cycle). Vybírejte materiály, které je možné recyklovat, a navrhněte takový výrobek, který se dá snadno rozebrat a recyklovat. 5) Znovu použijte (Re-use). Navrhněte výrobek tak, aby se jeho části daly znovu použít při výrobě a servisu. 6) Opravujte (Re-pair). Vytvořte takový výrobek, aby se dal snadno opravit a nemusel být nahrazen co nejdříve novým.
Důležitým momentem je strategické rozhodnutí pro zavedení ekologického návrhu výrobků. Existuje zde určitá analogie se zaváděním systému jakosti, a proto v blízké budoucnosti bude pro firmy nutné zavést management životního prostředí. První kroky tvořící praktický počátek zavádění této strategie mohou být sestaveny následujícím způsobem: 1) Prozkoumejte současný stav ve vašem oboru: co si žádá trh, co zákazník, a co už jste pro tyto požadavky udělali? 2) Seznamte se současnými problémy a požadavky životního prostředí: v čem může váš výrobek uplatnit relevantní aspekty životního prostředí? 3) Stanovte si své cíle a tyto nadále rozvíjejte. 4) Kontaktujte příslušná oddělení a řetězec dodavatelů, využívejte možnosti srovnávacích testů. 5) Vybírejte odpovídající nástroje, nařízení, normy a směrnice, spojte ekologické argumenty s argumenty na dosahování snižování nákladů. 6) Analyzujte váš výrobek a objevte potenciál na jeho vylepšení. Nezapomínejte, že ekologický návrh (eco-design) se týká především inovace a zlepšení výrobků. Tato problematika je jednou z oblastí řešení na Ústavu mikroelektroniky FEKT, Vysokého učení technického v Brně v rámci výzkumného záměru MŠČR MSM 262200022 MIKROSYT a grantu GAČR 102/04/0590 Vývoj mikroelektronických montážních technologií pro 3D obvody a systémy. Příspěvek vznikl za podpory tendru EU MAP ENTR/04/04 Promoting eco-design activities in the SME s of the EE sector. Literatura [1] Electronics goes Green 2004+, International Congress and Exhibition Proceedings, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, September 6-8, 2004, Berlin, Germany [2] Promoting Eco-Design Activities in the SME s of Electric/Electronics Sector, Workshop Series on Eco-Design for small and medium sized enterprises in the electronics sector, EU MAP project ENTR/04/04, 2005, Brussels