LCA sběru a recyklace drobného elektroodpadu Mgr. et Mgr. Miloš Polák; RETELA, s.r.o. Doc. Ing. Vladimír Kočí, PhD.; Ústav chemie ochrany prostředí, VŠCHT Praha, vlad.koci@vscht.cz Souhrn V příspěvku jsou shrnuty výsledky posouzení životního cyklu kolektivního sběru elektroodpadu realizovaného firmou RETELA, s.r.o. Jsou vyčísleny hodnoty indikátorů kategorií dopadu pro systém sběru a recyklace elektroodpadu a jsou srovnány s výsledky environmentálních dopadů skládkování těchto typů odpadů. Klíčová slova: life cycle assessment, electro waste, Waste electrical and electronic equipment (WEEE); Nonmetallic fractions (NMFs); Recycling; Environmental assessment Úvod Odpad z elektrických a elektronických zařízení (OEEZ) byl identifikován Evropskou Unií jako jeden z prioritních odpadních toků (Crowe, Elser et al. 2003). Hlavním důvodem zvýšeného zájmu o tento odpadní tok je velmi rychlý růst množství OEEZ, který vzniká asi 3x rychleji než běžný komunální odpad a lze ho považovat za nejrychleji rostoucí druh odpadu (Cui and Forssberg 2003). OEEZ je také velmi komplexní a heterogenní odpad, který obsahuje velké množství jak recyklovatelných materiálů, tak toxických látek. Moderní elektronika může obsahovat více než 60 chemických prvků, přičemž většina jak toxických, tak vzácných prvků, se nachází na deskách plošných spojů (Hagelüken and Corti 2010). Z výše zmíněných důvodů proto evropská legislativa od roku 2003 zakazuje používání některých nebezpečných látek v elektrických a elektronických zařízení (EEZ) na jedné straně (Evropská Komise 2003) a na straně druhé stanovuje cíle sběru OEEZ (Evropská Komise 2003). Přesto, že směrnice stanovuje také recyklační cíle pro OEEZ, nezakazuje přímo skládkování nebo spalování OEEZ (FoEE 2009). Podle United Nations University (UNU 2007), čtyři roky po přijetí směrnice bylo průměrně v Evropě dosaženo asi 40% podílů sběru u velkých OEEZ (lednice, pračky, sporáky, myčky, ), 25% podílu u středně velkých OEEZ (mikrovlnná trouba, tiskárny, ) a velmi nízkého podílu sběru blížícího se nule i malých OEEZ. Tato situace je způsobená i tím, že současný cíl sběru platný pro všechny členské státy EU 4 kg OEEZ/osoba/rok není dostatečně motivující ke sběru malých OEEZ (m-oeez), jelikož cíle lze dosáhnout sběrem pouze velkých (a tedy těžkých) OEEZ. Evropský parlament přijal 19. ledna 2012 novelu směrnice, která sice mění cíl sběru OEEZ, nicméně samostatné cíle sběru m-oeez nejsou uvažovány (Evropský Parlament 2012). V této práci jsou stručně uvedeny výsledky studie posuzování životního cyklu sběru drobných elektrospotřebičů. Předmět zkoumání a použitá metodika LCA Navrhovaná studie je zaměřena na poslední fázi životního cyklu, tedy na fázi po skončení životnosti ( end of life nebo-li EoL ) EEZ. Pomocí tzv. kategorií dopadu byly vyjádřeny dopady na životní prostředí jednotlivých procesů v systému sběru, svozu a recyklace OEEZ. Posuzování životního cyklu (Life Cycle Assessment dále jen LCA) je metoda porovnávání environmentálních dopadů produktů, ať již hmatatelných výrobků či služeb, s ohledem na celý jejich životní cyklus, tak zvaně od kolébky do hrobu (Kočí 2009). Cílem studie je analýza potenciálních environmentálních dopadů EEZ po skončení životnosti na příkladu konkrétního systému svozu, sběru a recyklace v ČR v našem případě kolektivního systému RETELA. Analýza je založena na metodě posuzování životního cyklu LCA (Life Cycle Assessment). Metoda LCA přistupuje k hodnocení dopadů na životní prostředí s ohledem na jejich celý životní cyklus, zahrnuje tedy environmentální dopady od stádia získávání výchozích materiálů k výrobě, přes fázi výroby daných materiálů a kompletního produktu, fázi užívání až po fázi odstranění či opětovného použití. Podobné studie byly vypracovány např. na příkladu švýcarských sytému SENS a SWICO (Hischier, Wäger et al. 2005, Wager, Hischier et al. 2011).
Klasické hodnocení LCA obsahuje celý životní cyklus výrobku, procesu nebo činnosti, zahrnuje těžbu a zpracování surovin, výrobu, dopravu a distribuci, užití, opětné užití, údržbu, recyklaci a konečné zneškodnění. Porovnáním s tradiční LCA, která je zaměřena na určitý produkt, a někdy je pojmenovávána také od kolébky do hrobu (cradle to grave), je hodnocení environmentálního dopadu OEEZ zaměřeno na od hrobu ke kolébce (grave to cradle). Hranice námi uvažovaného systému tedy nezahrnují předchozí stádia životního cyklu EEZ, ale začínají bodem, kdy se z EEZ stává odpad. Tento startovní bod ilustruje následující obrázek 1. Obr 1 - Hodnocení environmentálního dopadu OEEZ od hrobu ke kolébce (upraveno dle (Huisman, Magalini et al. 2007) Zadavatelem studie LCA byl kolektivní systém pro zpětný odběr elektrozařízení RETELA. Hlavním cílem bylo srovnání různých scénářů nakládání s OEEZ tedy recyklace, skládkování a spalování. Výsledkem studie byly kvantifikované environmentální přínosy systému sběru a recyklace OEEZ oproti nesběru a nerecyklaci, tedy že by OEEZ končila v netříděném směsném komunálním odpadu, tedy na skládkách a ve spalovnách. Funkcí systému (či funkcí produktu OEEZ ) se rozumí zbavení se nepotřebné věci, tedy odpadu z EEZ. Za funkční jednotku byla zvolena 1 tuna OEEZ a referenčním tokem množství sebraného a zpracovaného OEEZ za roky 2008-2011 v rámci KS RETELA, což bylo přibližně 19 500 tun OEEZ. Referenční toky pro jednotlivé scénáře (recyklace, skládka, spalovna, případně kombinace skládky a spalovny) jsou stejně velké. Hranice systému a výběr procesů jsou totožné jako u analýzy materiálových toků. Tyto hranice nelze omezit pouze na Českou republiku, jelikož značná část materiálových frakcí zpracovávána v zahraničí a to i mimo Evropu (zejména plasty v Číně).
Obr 2 - Hranice systému zpětného odběru EEZ Obr. 3 - Hranice systému nesběru OEEZ
V oblasti svozu, sběru a zejména zpracování existuje velká řada procesů. Lze říci, co materiálová frakce, to samostatný proces s konkrétními dopady (případně úspory) na životní prostředí. Takových materiálových frakcí může být až 400. Takové množství procesů nelze reálně zahrnout do jedné studie, proto je třeba učinit některé předpoklady, které jsou v souladu s metodikami LCA. Tabulka 1 uvádí hlavní předpoklady použité při posuzování dopadů daných scénářů na životní prostředí. Proces Tab 1 Předpoklady použité pro posouzení dopadů na životní prostředí v případě KS RETELA Data, předpoklady a poznámky Doprava OEEZ z domácností na místo zpětného odběru Místo zpětného odběru je reprezentováno nejčastějším typem sběrným dvorem (MZO) Průměrná vzdálenost domácnost - MZO je 3 138 m (Markent 2010) Průměrná hmotnost jednoho kusu OEEZ vážená procentuálním zastoupením jednotlivých skupin OEEZ ve sběru KS Retela v letech 2008-2011 je 6,08 kg, přičemž průměrné hmotnosti jednotlivých skupin OEEZ byly převzaty dle Huismana et al. (2007) Počet kusů na jeden odvoz na MZO jsou 4 kusy (vlastní předpoklad) Doprava 129 km/t: osobní automobil Doprava z MZO ke zpracovateli Ze sběrných dvorů 47 km/t (Iveco Eurocargo, kapacita 5 t, spotřeba nafty 9l/t) Z ostatních MZO (obchody, školy, ) 147 km/t (Iveco Daily, kapacita 2,5 t, spotřeba nafty 21,9l/t) MZO Environmentální zátěž lze zanedbat, jedná se pouze o dočasné skladování Zpracování OEEZ a separace na jednotlivé materiály Spotřeba elektrické energie manuální demontáže 30,6 kwh/t, mechanického zpracování 41,3 kwh/t Spotřeba tepla 0,21 GJ/t Spotřeba pitné vody 0,31 m 3 /t Spotřeba nafty 4,9l/t (vysokozdvižný vozík) Spotřeba benzínu 1,99 l/t (osobní auto) Podíl manuální demontáže resp. mechanického zpracování je 64% resp. 36 % Emise do ovzduší (Bigum, Brogaard et al. 2011) Desky plošných spojů 30% recyklace mědi v hutích, 40% energetické využití plastů, 30% keramika - spálení bez využití energie (WEEEForum 2011) Doprava: vzdálenost ke konečnému zpracovateli 272 km, nákladní automobil (19 km/t) Kabely 30% výroba sekundární mědi v hutích, energetické využití 70% plastů (PVC), (WEEE Forum 2011) Kabelový drtič 66 kwh/t Doprava: Nákladní automobil Mix neželezné kovy a plasty 25% neželezné kovy, 75 % plastů (WEEEForum 2011) 25% výroba sekundární mědi v hutích, 75% plastů energetické využití Složení plastů dle Dimitrakakis et al.(2009) Doprava: Nákladní automobil
Nebezpečné odpady 92% veškerého odpadu je CRT sklo, proto byl učiněn zjednodušený předpoklad, že veškeré nebezpečné odpady jsou CRT sklo 47,6% recyklace CRT skla 36,4% skládkování CRT skla 16,0% uložení CRT skla na skládku jako technologický materiál na zajištění skládky náhrada štěrku Doprava: recyklace 550 km, skládka 40 km, uložení jako technologický materiál, nákladní automobil Neželezné kovy Výroba sekundární mědi v hutích Doprava: 350 km, typ dopravy nákladní automobil OEEZ jako celek Bez dopadů, pouze vystupuje ze systému Plasty Složení zjednodušeno dle Dimitrakakis et al.(2009) 40% ABS, 30% PP, 20% PS, 10% ostatní (bráno jako PE granulát) Energetické využití plastů 12,7% - průměrná spalovna v EU-27 Skládkování plastů 2,3% Recyklace 85% Čína předpoklad proces jako v Evropě Doprava : Energetické využití 200 km, Skládkování 128 km, Recyklace 860km, nákladní automobil + 17 935 km lodní přeprava Rezidua 42,5% energetické využití 57,5% skládkování Složení jako SKO Doprava: Nákladní automobil Sklo 88,8% recyklace jako bílé sklo 11,2% skládkování Doprava: Nákladní automobil Mix železné a neželezné Ocel a železo 56,3% kovy Hliník 14,1% Měď 32,6% Hliník a měď jako výroba sekundární mědi Ocel a železo jako výroba sekundárního železa Doprava: 250 km železo a ocel, 350 km hliník a měď, typ dopravy nákladní automobil Ostatní 44,7% energetické využití 55,3% skládka Složení jako SKO Doprava: nákladní automobil Podkladem pro inventarizaci životního cyklu byly použity zejména roční hlášení smluvních zpracovatelů od roku 2008 do roku 2011. Také byli osloveni 2 největší smluvní zpracovatelé (tvořící asi 65% hmotnostních sběru a zpracování OEEZ) v rámci systému RETELA s žádostí o poskytnutí konkrétních dat k procesům svozu a zpracování OEEZ. I přesto, že namodelováním vybraných procesů došlo ke značenému zjednodušení reálné situace, není prakticky možné získat všechny vstupní i výstupní data pro dané procesy. Zejména pro finální technologie, jako je recyklace železa, mědi, atd. či pro finální technologie odstranění odpadu (skládka, spalovna) byly využiti již namodelované procesy z LCA databáze Ecoinvent za pomoci LCA softwaru GABi. Výsledky indikátorů environmentálních dopadů
V této fázi dochází k převedení množství celkových elementárních toků na hodnoty jiných veličin vystihující míru zasažení jednotlivých problémů životního prostředí, jako je např. globální oteplování, acidifikace (okyselování), atd. Pro popis kategorií dopadu se užívají indikátory kategorií dopadu, které jsou dvojího druhu: midpointové a endpointové. V této studii byly vybrány midpointové indikátory metodiky CML 2001, zejména z důvodu častého použití těchto indikátorů a metodiky ve srovnatelné odborné literatuře (Hischier, Wäger et al. 2005, Huisman, Magalini et al. 2007, Wager, Hischier et al. 2011). Např. typickým midpointovým indikátorem je vyjadřování míry účinku skleníkových plynů na kategorii dopadu globální oteplování pomocí schopnosti zadržovat energii v atmosféře (Kočí 2009). Endpointem by pak mohl být indikátor zvyšování hladiny oceánu. Tabulka 2 uvádí indikátory vybraných kategorií dopadu v rámci této studie. Následující tabulka ukazuje srovnání jednotlivých kategorií dopadu dle fází zpětného odběru OEEZ. Tab 2 Porovnání významu jednotlivých stádií životního cyklu na výsledky environmentálních indikátorů. % Sběr a svoz Zpracování OEEZ Finální zpracování Abiotické suroviny, ADP element, kg Sb-ekv. 0,02 0 99,98 Acidifikační potenciál, AP, kg SO2-ekv. 15,96 4,22 79,82 Eutrofizační potenciál, EP, kg Phosphate-ekv. 9,87 2,27 87,86 Sladkovodní ekotoxicita, FAETP inf., kg DCB-ekv. 0,07 0,11 99,83 Potenciál globálního oteplování, GWP 100, kg CO2-ekv. 5,71 2,59 91,69 Potenciál humánní toxicity, kg DCB-ekv. 3,31 1,82 94,87 Potenciál marinní ekotoxicity, kg DCB-ekv. 0,05 0,17 99,78 Potenciál úbytku ozonové vrstvy, ODP, steady state), kg R11-0,00 0,00 100 ekv. Potenciál vzniku fotooxidantů, POCP, kg C2H4-ekv. 32,82 3,03 64,15 Potenciál terestrické ekotoxicity, TETP inf., kg DCB-ekv. 7,06 4,3 88,64 Z tabulky a také z detailní analýzy jednotlivých procesů v rámci systému RETELA vyplývá, že největší dopady na životní prostředí má vždy fáze finálního zpracování a to konkrétně recyklace kovů, jako je měď a železo a dále recyklace skla. Dopady svozu a sběru se podílejí od 0% až do 33% a nejmenší dopady má samotné mechanické či manuální zpracování (separace a drcení) OEEZ, které se podílí méně než 5% na všech kategoriích dopadu. Zajímavý určitě fakt, že v namodelovaném systému má větší dopad na životní prostředí doprava OEEZ autem do sběrného dvora než doprava plastů lodními kontejnery do Číny. Jde samozřejmě o teoretickou úvahu, kdy uvažujeme průměrnou hmotnost jednoho kusu OEEZ 6,08 kg (Huisman, Magalini et al. 2007), místo zpětného odběru je reprezentováno sběrným dvorem, kde průměrná vzdálenost z domácnosti je 3 138 m (Markent 2010). Počet kusů na jeden odvoz na sběrný dvůr jsou 4 kusy (vlastní předpoklad). Doprava je osobním automobilem a je za účelem pouze odvozu OEEZ na sběrný dvůr, nedochází tedy k alokaci (kdežto u dopravy plastů k alokaci dochází tedy uvažují se jen poměrné dopady 96,8 kg plastů, které z každé jedné tuny odplouvají do Číny). Další výsledky ukazují tabulka 3 srovnávající různé scénáře způsobů nakládání s OEEZ. Pokud spotřebitel neodevzdá elektrospotřebič k recyklaci, pak ho nejčastěji vyhodí do směsného komunálního odpadu (SKO). V České republice se stále více než 90% SKO skládkuje.
CML 2001 - Nov. 2010 TVIP 2015, 18. 20. 3. 2015, HUSTOPEČE - HOTEL CENTRO Tab 3 Porovnání environmentálních dopadů jednotlivých scénářů nakládání s 1 tunou OEEZ Skládka bez Skládka s kogenerací kogenerace Spalovna s kogenerací a využitím tepla Spalovna s kogenerací bez využití tepla Retela (recyklace včetně materiálového využití) Abiotické suroviny, ADP element, kg Sb-ekv. 0,0051 0,0051-0,0255-0,0253-0,5133 Fosilní suroviny, ADP fossil, MJ 10897 10787-84 2713-13739 Acidifikační potenciál, AP, kg SO2-ekv. 4,078 4,065 2,312 2,410-0,585 Eutrofizační potenciál, EP, kg Phosphate-ekv. 0,459 0,457 0,135 0,142 0,871 Sladkovodní ekotoxicita, FAETP inf., kg DCB-ekv. 23,50 23,49 1,41 1,47 229,07 Potenciál globálního oteplování, GWP 100, kg 1039 1031 720 891 274 CO2-ekv. Potenciál humánní toxicity, kg DCB-ekv. 297 296 284 285 191 Potenciál marinní ekotoxicity, kg DCB-ekv. 863985 863148 857277 858685 526089 Potenciál úbytku ozonové vrstvy, ODP, kg R11-2,67E-04 2,67E-04 2,88E-04 2,88E-04 5,96E-05 ekv. Potenciál vzniku fotooxidantů, POCP, kg C2H4-0,5346 0,5336 0,2035 0,2285 0,1283 ekv. Potenciál terestrické ekotoxicity, TETP inf., kg DCB-ekv. 2,549 2,535 1,916 1,949 1,475
Závěr V naší studii jsme určili hodnoty výsledků indikátorů životního cyklu nakládání s OEEZ v kolektivním systému Retela, s.r.o. Výsledky potvrzují oprávněnost materiálového využití drobných elektrospotřebičů na konci jejich užitné fáze. Kromě výhodnosti z pohledu úspory primárních surovin má recyklace rovněž pozitivní dopad na jiné kategorie dopadu, jako je například globální oteplování či acidifikace. Seznam použité literatury: Bigum, M., et al. (2011). "Metal recovery from high-grade WEEE: a life cycle assessment." J Hazard Mater 207-208: 8-14. Crowe, M., et al. (2003). Waste from electrical and electronic equipment (WEEE) - quantities, dangerous substances and treatment methods. Copenhagen, European Environment Agency. Cui, J. and E. Forssberg (2003). "Mechanical recycling of waste electric and electronic equipment: a review." J Hazard Mater 99(3): 243-263. Dimitrakakis, E., et al. (2009). "Small WEEE: determining recyclables and hazardous substances in plastics." J Hazard Mater 161(2-3): 913-919. Evropská Komise (2003). Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2002/96/ES ze dne 27. ledna 2003 o odpadních elektrických a elektronických zařízeních (OEEZ) Evropský Parlament (2012). Legislativní usnesení Evropského parlamentu ze dne 19. ledna 2012 k postoji Rady v prvním čtení k přijetí směrnice Evropského parlamentu a Rady o odpadních elektrických a elektronických zařízeních (OEEZ) (přepracované znění) (07906/2/2011 C7-0250/2011 2008/0241(COD)). FoEE (2009). Gone to Waste. The valuable resources that European countries bury and burn. http://www.foeeurope.org/publications/2009/foee_gone_to_waste_oct09.pdf (přístup dne 10.5.2012). Brussels, Friends of the Earth Europe. Hagelüken, C. and C. Corti, W. (2010). "Recycling of gold from electronics:cost-effective use through Design for Recycling." Gold Bulletin 43(3): 209-2019. Hischier, R., et al. (2005). "Does WEEE recycling make sense from an environmental perspective? The environmental impacts of the Swiss take-back and recycling systems for waste electrical and electronic equipment (WEEE)." Environmental Impact Assessment Review 25: 525-539. Huisman, J., et al. (2007). 2008 Review of Directive 2002/96 on Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE). Final Report. Bonn, Germany. Kočí, V. (2009). Posuzování životního cyklu. Life Cycle Assessment - LCA. Chrudim, Vodní zdroje Ekomonitor spol. s r.o. Markent (2010). Způsoby nakládání s nefunkčními elektrozařízeními (domácnosti v ČR). Závěrečná zpráva. Wager, P. A., et al. (2011). "Environmental impacts of the Swiss collection and recovery systems for Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE): a follow-up." Sci Total Environ 409(10): 1746-1756. WEEE Forum (2011). WEEELABEX normative document on Treatment V9.0.