Volumetric Method for the Determining kg CO2 eq. and Energy Requirements for the Production of Power Tools at an Early Stage of Product Design
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Emise kg CO2 eq. vznikají v různých fázích životního cyklu výrobku a mají významný vliv na globální oteplování. K posouzení těchto negativních vlivů slouží metoda Life Cycle Assessment (LCA), která umožňuje určit uhlíkovou stopu, energetické nároky na výrobu materiálů, výrobní procesy, transport, užití a konec životního cyklu. Tyto analýzy jsou časově náročné, nákladné na zaškolení a vyžadují hmotnostní a materiálové charakteristiky výrobků. Navržená metoda VEME (Objemová hodnotící metoda ecodesignu) využívá objemových vlastností výrobku a jeho strukturálního a materiálového složení. Pro dosažení cíle bylo analyzováno 134 kusů nářadí (vyrobeno 1989 až 2018) se začleněním do 10 typových skupin podle druhu nářadí. 3D skenováním byl určen objem výrobku s následnou materiálovou analýzou a po té byla použita metoda Oil Point Method (OPM), která je založena na LCA. Nářadí bylo posuzováno ve třech možných variantách konce životního cyklu (skládkování, spalování a recyklace 90 %). Ze získaných dat byla provedena simulace Monte Carlo pro každý vzorek nářadí n = 1 000 s 95% spolehlivostí. Byly stanoveny rovnice pro určení energetických požadavků na výrobu nářadí, emisí kg CO2 eq. (pro 11 světových zemí), údajů na balení a transport zboží. S 90% recyklací je možné uspořit až 32,4 % energie oproti skládkování. Ze všech 134 vzorků bylo 9,7 %, u kterých byla recyklace až o 6,2 % energeticky náročnější než skládkování. Důvodem jsou vysoké energetické nároky na recyklace materiálů. Nová metoda najde využití při navrhování výrobků v průmyslovém designu, ale i v oblastech ekonomického zhodnocení způsobu a místa výroby. Lze jej využít i pro rozšíření energetického štítkování výrobků, které by zahrnovalo energetickou náročnost výroby, transport a balení.
Emissions of kg CO2 eq. occur at different stages of the product life cycle and have a significant impact on global warming. The method used to assess these negative impacts is Life Cycle Assessment (LCA), which enables the determination of the carbon footprint, energy requirements of materials production, manufacturing processes, transport, use, and end of life (EoL). These analyses are time-consuming, costly to train, and require mass and material characterisation of products. The proposed VEME (Volumetric Evaluating Method of Ecodesign) method uses the volumetric properties of the product and its structural and material compositions. To achieve the objective, 134 power tools (manufactured from 1989 to 2018) were analysed with the inclusion of 10 types of categories based on the type of tool. 3D scanning was used to determine the volume of the product followed by material analysis and then the Oil Point Method (OPM), which is based on LCA. Tools were evaluated in three possible EoL variants (Landfilling, Combustion, and Recycling 90%). From the data obtained, a Monte Carlo simulation was performed for each tool sample of n = 1,000 with 95% confidence. Equations were established to determine the energy requirements for tool production, emissions of kg CO2 eq. (for 11 world countries), packaging and transport data. With 90% recycling, energy savings of up to 32.4% are possible compared to landfill. Of the 134 samples, 9.7% were recycled, where recycling was up to 6.2% more energy intensive than landfilling. This is due to the high energy requirements of the recycling materials. The new method will find applications in product design in industrial design, but also in the areas of the economic evaluation of production method and location. It can also be used to extend the energy labelling of products to include the energy intensity of production, transport, and packaging.
Emissions of kg CO2 eq. occur at different stages of the product life cycle and have a significant impact on global warming. The method used to assess these negative impacts is Life Cycle Assessment (LCA), which enables the determination of the carbon footprint, energy requirements of materials production, manufacturing processes, transport, use, and end of life (EoL). These analyses are time-consuming, costly to train, and require mass and material characterisation of products. The proposed VEME (Volumetric Evaluating Method of Ecodesign) method uses the volumetric properties of the product and its structural and material compositions. To achieve the objective, 134 power tools (manufactured from 1989 to 2018) were analysed with the inclusion of 10 types of categories based on the type of tool. 3D scanning was used to determine the volume of the product followed by material analysis and then the Oil Point Method (OPM), which is based on LCA. Tools were evaluated in three possible EoL variants (Landfilling, Combustion, and Recycling 90%). From the data obtained, a Monte Carlo simulation was performed for each tool sample of n = 1,000 with 95% confidence. Equations were established to determine the energy requirements for tool production, emissions of kg CO2 eq. (for 11 world countries), packaging and transport data. With 90% recycling, energy savings of up to 32.4% are possible compared to landfill. Of the 134 samples, 9.7% were recycled, where recycling was up to 6.2% more energy intensive than landfilling. This is due to the high energy requirements of the recycling materials. The new method will find applications in product design in industrial design, but also in the areas of the economic evaluation of production method and location. It can also be used to extend the energy labelling of products to include the energy intensity of production, transport, and packaging.
Description
Keywords
Citation
SOVJÁK, R. Volumetric Method for the Determining kg CO2 eq. and Energy Requirements for the Production of Power Tools at an Early Stage of Product Design [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (předseda)
FH-Prof. Mag. Dr. Günther Grall (člen)
doc. Ing. Lydia Sobotová, PhD. (člen)
doc. MgA. Martin Surman, ArtD. (člen)
doc. Ing. Branislav Jelenčík, ArtD. (člen)
Date of acceptance
2022-10-13
Defence
Dizertační práce splňuje požadavky plynoucí z § 47 Zákona č. 111/1998 Sb., Zákona o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů a z článku 42 Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně. Obsahuje původní výsledky uveřejněné mj. v jednom článku v impaktovaném časopise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení