Urban Mining zaczyna się od projektowania produktów → Giełda odpadów

Miasta, budynki, pojazdy, urządzenia i infrastruktura tworzą ogromne zasoby metali, tworzyw sztucznych, szkła oraz innych materiałów. Ich odzyskanie nie zależy jednak wyłącznie od technologii recyklingu. O tym, czy produkt stanie się źródłem wartościowych surowców, w dużej mierze decyduje sposób jego zaprojektowania.

Urban Mining, czyli pozyskiwanie surowców z zasobów zgromadzonych w środowisku zurbanizowanym, często kojarzy się z demontażem budynków, przetwarzaniem zużytego sprzętu elektrycznego lub odzyskiem metali z pojazdów. Proces ten zaczyna się jednak znacznie wcześniej – na etapie wyboru materiałów, konstrukcji produktu oraz sposobu łączenia jego elementów.

Produkt zaprojektowany z myślą o demontażu, naprawie i odzysku może po zakończeniu użytkowania stać się cennym źródłem surowców. Produkt wykonany z trudnych do rozdzielenia mieszanin materiałowych może natomiast utracić znaczną część swojej wartości.

Czym jest Urban Mining?

Urban Mining oznacza odzyskiwanie surowców z istniejących zasobów zgromadzonych w miastach, przemyśle i infrastrukturze. Zamiast wydobywać kolejne surowce ze złóż naturalnych, wykorzystuje się materiały znajdujące się już w obiegu gospodarczym.

Źródłami takich surowców mogą być między innymi:

budynki przeznaczone do rozbiórki,
instalacje przemysłowe,
sieci energetyczne i telekomunikacyjne,
zużyte pojazdy,
sprzęt elektryczny i elektroniczny,
maszyny oraz urządzenia,
infrastruktura transportowa,
wycofane z użytkowania instalacje odnawialnych źródeł energii,
odpady powstające podczas modernizacji obiektów.

W takich zasobach znajdują się między innymi stal, aluminium, miedź, cynk, szkło, tworzywa sztuczne, metale szlachetne oraz pierwiastki wykorzystywane w nowoczesnych technologiach.

Produkt jako magazyn surowców

W gospodarce o obiegu zamkniętym produkt nie powinien być traktowany wyłącznie jako gotowy wyrób. Jest również czasowym magazynem materiałów, które po zakończeniu pierwszego cyklu użytkowania mogą zostać wykorzystane ponownie.

Samochód jest magazynem stali, aluminium, miedzi, tworzyw sztucznych, szkła i wielu innych materiałów. Budynek gromadzi beton, stal zbrojeniową, drewno, szkło, przewody, izolacje oraz instalacje techniczne. Urządzenie elektroniczne zawiera metale, tworzywa, szkło, baterie i podzespoły, które mogą mieć znaczną wartość.

Wartość tych zasobów nie jest jednak automatyczna. Zależy od możliwości ich identyfikacji, rozdzielenia, oczyszczenia i ponownego wykorzystania.

Dlaczego projektowanie decyduje o możliwości odzysku?

Technologie recyklingu rozwijają się, ale nawet zaawansowany zakład przetwarzania nie zawsze jest w stanie efektywnie rozdzielić materiały trwale połączone podczas produkcji.

O możliwości odzysku decydują między innymi:

liczba różnych materiałów zastosowanych w produkcie,
rodzaj połączeń między elementami,
obecność klejów, powłok i laminatów,
możliwość szybkiego demontażu,
stopień zanieczyszczenia materiałów,
obecność substancji utrudniających recykling,
dostępność informacji o składzie produktu,
możliwość oddzielenia elementów niebezpiecznych.

Jeżeli projektant nie uwzględni tych kwestii, produkt może zawierać cenne surowce, których odzyskanie będzie technicznie trudne lub ekonomicznie nieopłacalne.

Dobór materiałów a wartość surowcowa produktu

Jednym z najważniejszych elementów projektowania dla Urban Mining jest właściwy dobór materiałów.

Materiały powinny być oceniane nie tylko pod względem ceny, masy, wytrzymałości i wyglądu, lecz również z uwzględnieniem ich dalszego obiegu. Znaczenie ma to, czy materiał:

może zostać poddany recyklingowi,
ma stabilny rynek surowców wtórnych,
zachowuje jakość po przetworzeniu,
może być łatwo oddzielony od innych materiałów,
zawiera dodatki utrudniające odzysk,
jest dostępny w postaci pochodzącej z recyklingu.

Z punktu widzenia odzysku bardziej korzystne może być zastosowanie mniejszej liczby dobrze rozpoznanych materiałów niż tworzenie złożonych struktur składających się z wielu warstw i dodatków.

Monomateriały i ograniczanie mieszanin

Produkty wykonane z jednego materiału lub z niewielkiej liczby łatwych do rozdzielenia materiałów są zazwyczaj prostsze do przetworzenia.

Problemem stają się natomiast:

tworzywa wielowarstwowe,
trwale zespolone laminaty,
materiały kompozytowe,
połączenia metalu z tworzywem bez możliwości rozdzielenia,
powłoki utrudniające oczyszczanie surowca,
dodatki obniżające jakość recyklatu.

Nie oznacza to, że materiały kompozytowe powinny zostać całkowicie wyeliminowane. W niektórych zastosowaniach zapewniają właściwości, których nie można uzyskać przy użyciu prostszych materiałów. Ich zastosowanie powinno być jednak uzasadnione, a możliwość późniejszego odzysku uwzględniona już na etapie projektu.

Projektowanie pod demontaż

Urban Mining wymaga dostępu do materiałów znajdujących się wewnątrz produktów, budynków i urządzeń. Dlatego jednym z podstawowych założeń powinno być projektowanie pod demontaż.

Dobre praktyki obejmują:

stosowanie połączeń rozłącznych,
ograniczanie liczby typów mocowań,
unikanie trwałego klejenia,
ułatwianie dostępu do wartościowych komponentów,
oddzielanie elementów zawierających substancje niebezpieczne,
projektowanie modułowe,
oznaczanie kolejności demontażu.

Szybkość i bezpieczeństwo demontażu mają bezpośredni wpływ na koszty odzysku. Jeżeli rozłożenie produktu wymaga wielu godzin pracy lub prowadzi do uszkodzenia materiałów, jego wartość surowcowa może znacząco spaść.

Połączenia rozłączne i nierozłączne

Sposób łączenia elementów może przesądzić o dalszym losie całego produktu.

Śruby, zatrzaski, zamki mechaniczne i inne połączenia rozłączne pozwalają oddzielić części bez ich niszczenia. Kleje, zgrzewanie, zalewanie żywicą czy trwałe laminowanie mogą natomiast utrudniać odzysk.

Nie każde połączenie nierozłączne jest błędem. Czasami jest konieczne ze względu na bezpieczeństwo, szczelność lub trwałość produktu. W takich przypadkach warto jednak ograniczyć jego zastosowanie do miejsc, w których jest rzeczywiście niezbędne.

Znaczenie identyfikacji materiałów

Odzysk surowców jest znacznie trudniejszy, jeżeli nie wiadomo, z czego wykonano produkt.

Identyfikację materiałów ułatwiają:

trwałe oznaczenia tworzyw sztucznych,
oznaczenia stopów metali,
dokumentacja materiałowa,
karty produktu,
schematy konstrukcyjne,
informacje o zastosowanych powłokach i dodatkach,
cyfrowe bazy danych.

Informacja o składzie materiałowym może zmniejszyć koszty sortowania oraz ograniczyć ryzyko wymieszania materiałów o różnych właściwościach.

Cyfrowy paszport produktu a Urban Mining

W przyszłości coraz większe znaczenie będzie miała cyfrowa informacja przypisana do konkretnego produktu, komponentu lub materiału.

Cyfrowy paszport produktu może zawierać dane dotyczące:

składu materiałowego,
pochodzenia surowców,
zawartości materiałów z recyklingu,
możliwości naprawy,
sposobu demontażu,
obecności substancji wymagających szczególnego postępowania,
możliwości ponownego użycia komponentów,
zalecanych metod odzysku.

Dzięki takim informacjom zakład demontażu lub recyklingu może szybciej ocenić wartość produktu i wybrać właściwy sposób jego zagospodarowania.

Projektowanie elektroniki jako przykład

Sprzęt elektryczny i elektroniczny pokazuje, jak silnie sposób projektowania wpływa na możliwości Urban Mining.

Urządzenia elektroniczne mogą zawierać:

miedź,
aluminium,
złoto,
srebro,
pallad,
cynę,
kobalt,
lit,
tworzywa sztuczne,
szkło.

Jednocześnie niewielkie rozmiary komponentów, trwałe klejenie, miniaturyzacja i złożona konstrukcja mogą utrudniać odzysk poszczególnych materiałów.

Projektowanie urządzeń z wymiennymi bateriami, modułowymi podzespołami oraz łatwo zdejmowanymi obudowami może zwiększyć możliwość ponownego użycia części i odzysku surowców.

Budynki jako miejskie kopalnie

Urban Mining dotyczy także budownictwa. Budynki magazynują ogromne ilości materiałów przez dziesiątki lat.

Można w nich znaleźć między innymi:

stal konstrukcyjną,
aluminium,
miedź,
beton,
cegły,
drewno,
szkło,
materiały izolacyjne,
elementy instalacji technicznych.

Tradycyjna rozbiórka często prowadzi do wymieszania tych materiałów. Selektywny demontaż pozwala natomiast odzyskać całe elementy budowlane oraz uzyskać frakcje o wyższej jakości.

Projektowanie budynków pod przyszły demontaż może obejmować stosowanie prefabrykowanych elementów, połączeń mechanicznych, modułowych instalacji oraz dokumentacji materiałowej obiektu.

Paszporty materiałowe budynków

W przypadku budynków przydatnym narzędziem mogą być paszporty materiałowe zawierające informacje o rodzaju, ilości i lokalizacji zastosowanych materiałów.

Dzięki nim właściciel, wykonawca lub firma prowadząca demontaż może ustalić:

jakie materiały znajdują się w obiekcie,
gdzie zostały zastosowane,
w jaki sposób zostały połączone,
czy mogą zostać ponownie użyte,
czy zawierają substancje problematyczne,
jaką potencjalną wartość mogą mieć po demontażu.

Budynek staje się wówczas rozpoznanym magazynem materiałów, a nie nieznaną mieszaniną odpadów budowlanych.

Pojazdy i maszyny jako źródła surowców

Pojazdy, maszyny budowlane oraz urządzenia przemysłowe zawierają dużą ilość wartościowych metali i komponentów.

Projektowanie pod odzysk może obejmować:

łatwy demontaż silników i przekładni,
oddzielanie akumulatorów,
oznaczanie tworzyw sztucznych,
stosowanie powtarzalnych połączeń,
projektowanie modułów przeznaczonych do regeneracji,
ograniczanie mieszanin materiałowych,
zapewnienie dostępu do dokumentacji serwisowej.

Wartość odzyskanego podzespołu może być wielokrotnie większa niż wartość samego metalu uzyskanego po jego rozdrobnieniu.

Urban Mining a ponowne użycie komponentów

Odzysk materiałów nie zawsze powinien oznaczać natychmiastowy recykling. Jeżeli element nadal zachowuje swoją funkcję, bardziej korzystne może być jego ponowne użycie lub regeneracja.

Dotyczy to między innymi:

silników,
pomp,
przekładni,
elementów konstrukcyjnych,
modułów elektronicznych,
części budowlanych,
profili metalowych,
elementów wyposażenia.

Projektowanie powinno więc wspierać nie tylko recykling materiałowy, lecz również zachowanie całych komponentów na możliwie wysokim poziomie wartości.

Jakość odzyskiwanych surowców

Urban Mining jest opłacalny wtedy, gdy odzyskane materiały mają odpowiednią jakość i mogą zastąpić surowce pierwotne.

Jakość surowca wtórnego może obniżać:

wymieszanie różnych gatunków materiałów,
obecność zanieczyszczeń,
nieznany skład chemiczny,
trudne do usunięcia powłoki,
domieszki substancji problematycznych,
wielokrotne przetwarzanie obniżające właściwości materiału.

Projektowanie pod odzysk powinno więc uwzględniać nie tylko możliwość technicznego przetworzenia produktu, lecz także jakość końcowego materiału.

Współpraca projektantów z branżą recyklingową

Projektanci często nie mają pełnej wiedzy o tym, co dzieje się z produktem po zakończeniu użytkowania. Z kolei firmy zajmujące się demontażem i recyklingiem regularnie spotykają się z konstrukcjami, które znacząco utrudniają odzysk.

Współpraca obu środowisk może pomóc w identyfikacji takich problemów jak:

zbyt duża liczba materiałów,
trudne do usunięcia elementy,
nieczytelne oznaczenia,
niebezpieczne komponenty,
nieopłacalny czas demontażu,
materiały bez realnego rynku recyklingu.

Informacje z zakładów przetwarzania powinny wracać do działów projektowych i wpływać na kolejne generacje produktów.

Najczęstsze błędy projektowe

Do błędów ograniczających wartość surowcową produktów należą:

stosowanie wielu trudnych do rozdzielenia materiałów,
trwałe łączenie wartościowych komponentów z materiałami niskiej jakości,
brak oznaczeń materiałowych,
zalewanie podzespołów żywicą,
stosowanie klejów w miejscach możliwych do połączenia mechanicznego,
brak dostępu do baterii i elementów niebezpiecznych,
brak dokumentacji demontażu,
projektowanie bez konsultacji z recyklerami.

Takie decyzje mogą prowadzić do sytuacji, w której produkt zawiera cenne materiały, ale ich odzysk jest zbyt kosztowny.

Dobre praktyki projektowania dla Urban Mining

Projektując produkt, warto odpowiedzieć na kilka podstawowych pytań:

jakie materiały zawiera produkt,
czy można je łatwo zidentyfikować,
czy poszczególne frakcje można oddzielić,
które komponenty mogą zostać wykorzystane ponownie,
czy demontaż jest możliwy przy użyciu standardowych narzędzi,
czy zastosowane materiały mają realny rynek odzysku,
czy produkt zawiera substancje utrudniające przetwarzanie,
jak dane o produkcie zostaną udostępnione w przyszłości.

Warto także przeprowadzać próbny demontaż prototypu oraz konsultować projekt z podmiotami zajmującymi się naprawą, regeneracją i recyklingiem.

Korzyści dla przedsiębiorstw

Projektowanie produktów jako przyszłych źródeł surowców może przynieść przedsiębiorstwom wymierne korzyści.

Należą do nich:

odzysk wartościowych materiałów,
ponowne wykorzystanie komponentów,
zmniejszenie zależności od surowców pierwotnych,
ograniczenie kosztów gospodarki odpadami,
rozwój systemów zwrotu produktów,
większa odporność na niedobory surowców,
lepsze przygotowanie do wymagań środowiskowych,
możliwość tworzenia nowych modeli biznesowych.

Producent, który utrzymuje kontrolę nad materiałami po zakończeniu użytkowania produktu, może wykorzystać je w kolejnych procesach produkcyjnych.

Urban Mining a bezpieczeństwo surowcowe

Rosnące zapotrzebowanie na metale, baterie, elektronikę i technologie energetyczne zwiększa znaczenie dostępu do stabilnych źródeł surowców.

Materiały zgromadzone w produktach, budynkach i infrastrukturze mogą stanowić lokalne źródło zasobów. Ich wykorzystanie ogranicza zależność od wydobycia oraz dostaw z odległych rynków.

Aby jednak zasoby te mogły zostać efektywnie wykorzystane, muszą być projektowane jako przyszłe źródła surowców, a nie jako trudne do rozdzielenia odpady.

Urban Mining zaczyna się przed produkcją

Odzysk surowców zwykle kojarzy się z końcem życia produktu. W rzeczywistości jego skuteczność jest określana jeszcze przed rozpoczęciem produkcji.

To projektant decyduje:

jakie materiały zostaną użyte,
jak zostaną połączone,
czy będzie można je rozdzielić,
czy zachowają wartość po przetworzeniu,
czy informacje o nich będą dostępne w przyszłości.

Urban Mining nie powinien więc być traktowany wyłącznie jako zadanie dla zakładów recyklingu. Jest również wyzwaniem dla projektantów, producentów, architektów, konstruktorów i dostawców materiałów.

Podsumowanie

Miasta i infrastruktura są ogromnymi magazynami surowców, ale możliwość ich odzyskania zależy od decyzji podejmowanych podczas projektowania produktów i obiektów.

Dobór materiałów, konstrukcja modułowa, połączenia rozłączne, oznakowanie surowców oraz dokumentacja techniczna mogą sprawić, że produkt po zakończeniu użytkowania zachowa wysoką wartość materiałową.

Urban Mining zaczyna się więc nie w chwili rozbiórki budynku, demontażu pojazdu czy przetwarzania elektroniki. Zaczyna się przy stole projektowym, gdy określane są materiały, konstrukcja i przyszły sposób odzysku zawartych w produkcie zasobów.

Author: Wojtek

Urban Mining zaczyna się od projektowania produktów