Unit 12. Eco-selection and the Eco-audit tool Introducing ...

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Unit 12. LEco-slection: loutil Eco-audit Introduire aux tudiants une rflexion sur le cycle de fin de vie des produits Mike Ashby Department of Engineering University of Cambridge M. F. Ashby, 2011 For reproduction guidance see back page This lecture unit is part of a set created by Mike Ashby to help introduce students to materials, processes and rational selection. The Teaching Resources website aims to support teaching of materials-related courses in Design, Engineering and Science. Resources come in various formats and are aimed primarily at undergraduate education. www.grantadesign.com/education/resources Sommaire Consommation de matriaux et cycle de vie ACV problmes et solutions Eco-audits et loutil daudit Stratgie pour la slection de matriaux Dmo Exercices Ressources Livre: Materials and the Environment, Chapitres 1 - 9 Livre: Materials: engineering, science, processing and design, 2 me Edition, Chapitre 20 Livre: Materials Selection in Mechanical Design, 4me Edition, Chapitre 16 Logiciel: CES EduPack avec loutil Eco-Audit Poster: Graphiques des Eco-proprits des matriaux Production annuelle de matriaux Production mondiale annuelle (tonnes/an) Proccupation 1: Consommation des ressources, dpendance Production par an 96% de lutilisation de matriaux =

20% de lnergie globale Rejet de Carbone dans latmosphre Proccupation 2: Consommation dnergie, Emission de CO2 Rejet annuel de CO2 (tonnes/an) Rejet CO2 atmosphre / an 20% de tous les rejets dans latmosphre Le Cycle de Vie du produit Ressources Analyse du Cycle de Vie (ACV) Energie Matire premires Fabrication Production Transport Ressources naturelle Emissions et dchets CO2 , NOx , SOx Dchets liquides Dchets solides Production de matire Incinration Rnovation Amlioration Elimination du produit Utilisation du produit Enfouissement des dchets Analyse du Cycle de Vie (ACV) Sries ISO 14040 PAS 2050 Consommation de ressources Inventaires des missions Estimation des

impactes Rsultat typique dune ACV Canette dAluminium, 1000 units Bauxite Ptrole Electricit Energie en matire premire Utilisation deau Emissions: CO2 59 148 1572 512 1149 211 kg MJ MJ MJ kg kg Emissions: CO Emissions: NOx 0.2 1.1 kg kg Emissions: SOx 1.8 kg 2.47 kg Particules Potentiel de rduction de la couche dozone Potentiel de rchauffement climatique Potentiel dacidification Potentiel de toxicit pour lhomme Regrouper autour dun co-indicateur ?

0.2 X 10-9 1.1 X 10-9 0.8 X 10-9 0.3 X 10-9 Une ACV complte cote cher , require beaucoup de dtail et de comptences mme avec tout cela reste, elle reste sujette lincertitude. Comment un designer peut-il utiliser ces donnes ? Orientation de Conception & Evaluation du Produit Besoins du march Enonc du Problme Projets alternatifs Agencement et Matriaux CAO, Mthode des lments finis, optimisation, cots de production Concept Mode de cration Comptence Eco audit Particularits Spcification du produit Production Analyse du Cycle de Vie (ACV) Eco-audit pour la conception Besoin: Un Eco-audit rapide et suffisamment prcis pour aider la prise de dcision. Ressource nergie Emission Lquivalent CO2 Distinguer les phases de vie du produit is at io n Ut il 0 -2 Ces graphiques prsentent lnergie et le CO2 consomm durant la vie du produit. Ces parties reprsentent les bnfices potentiels en fin de vie du produit. (Comme prescrit dans lISO 14040 & la PAS 2050) (Ce qui peut tre potentiellement rcuprable)

Fd V Cr d it 2 El im in at io n 4 or t 6 Tr an sp 8 at io n 10 M at r 12 Fa br ic is at io n Ut il po rt -100 Equivalent C02 (kg) ria ux EEl l im im inin

aat t ioio nn Cr d it Fd V 0 Tr an s 100 tio n 200 M at 300 14 Fa br ic a Energie (MJ) 400 ia ux 16 600 LEco-conscience pour la conception: La stratgie (1) Les tapes Et si ... Conception initiale Diffrent matriaux? ria ux -100 -100 po rt

El im in at io n Cr d it Fd V 0 Tr an s 100 ria ux at io n 200 M at 300 Fa br ic Fd V Cr d it po rt io n El im in at 0 Tr an s 100 tio n

200 Energie (MJ) Ut il 400 300 Fa br ic a Energie (MJ) M at 400 600 is at io n 600 is at io n Exploration des nouvelles options Ut il Eco-audit rapide Analyse des rsultats, Identification des priorit Eco-aware design: the strategy (2) Les tapes Exploration des nouvelles options Slection de nouveaux matriaux et/ou de nouveaux procds avec CES is

at io n Ut il M at 400 100 Tr an sp or t 200 io n 300 Fa br ic at Energie (MJ) Utiliser lco-audit pour identifier les objectifs de conception ria ux 600 Recommender de nouvelles actionet valuer les gains potentiels 0 El im in at io n Cr d it Fd V Eco-audit rapide Analyse des

rsultats, Identification des priorit -100 Matriaux Fabrication Transport Minimiser: les matriaux lnergie grise CO2 / kg Minimiser: lnergie de fabrication CO2/kg Minimiser: poid distance modes de transport Utilisation Fin de vie Minimiser: poid pertes thermiques et lectriaques Selectionner: matriaux nontoxic matriaux recyclables Loutil Eco-audit du CES EduPack Donnes Utilisateur Donnes du CES Base Basede dedonne donneEco Eco Interface InterfaceUtilisateur Utilisateur Energie EnergieGrise Grise Energie de Energie deFabrication Fabrication Empreintes EmpreintesCO

CO22 Energie Energiede deTransport Transport Recyclage / Recyclage /combustion combustion Cot Cotdes desmatriaux matriaux Procds de Procds defabrication fabrication Transport Transport Utilisation Utilisation Choix Choixde defin finde devie vie x n dV Cr d it F na tio mi E li sp o rt Tra n Fa bri ca tio n ia u Ma tr dV Cr d it F tio

n na mi Eli sp o rt Tra n on ca ti Fa bri (Incluant les donnes tabulaires) Emission de Carbone (kg) Rsultats x ia u Ma tr Energie (MJ) Uti li sa ti Uti li s ati o n on Modle Modle Eco Ecoaudit audit Fiche montrant des co-proprits Loutil co-audit: Niveaux 1, 2 et 3 Add record Eco Audit Synthesizer Options. ^ 1. Material, manufacture and end of life ? 1 Component 1

1 Component 2 Quantit? Nom v 2. Transport ? v 3. Use ? v 4. Report ? Cast iron Polypropylene Choix de matriaux dans la base de donnes du CES AIDE pour chacune des tapes 30% 2.4 Casting Recycle 0% 0.35 Molding Landfill Fixer le contenu recycl 0 100% Entrer la masse Choix du mode de fin de vie Slectionner le procd Transport Phase de transport Transport type Distance (km)

Phase 1 32 tonne truck Phase 2 Sea freight 350 12000 Transport nergie Transport CO2 dV n Cr d it F na tio mi E li po rt Tra ns Fa b ric a tio n ux Ma tr ia Energie (MJ) Uti li sa tio n Table des types de transports: MJ / tonne.km CO2 / tonne.km Matriaux et Energies de fabrication / CO2 Landfill Moulage de verre 3.7

Reuse Energie totale de Fabrication Energie totale de fin de vie dV Cr d it F mi E li rt na tio n Uti li s ati o n Masse totale sp o Energie Grise totale 1.85 Tra n Verre Moulage de polymre n Composant 3 Recycle ca tio Polypropylne 2.3 Moulage Fa bri Composant 2

Masse (kg) Fin de Vie ia u x Alliages dAluminium Procd Ma tr Composant 1 Matriaux Energie (MJ) Nom du Composant Utilisation du mode statique (static mode) Energie en entr et en sortie Energie fossile fuel -> Elec. Evaluation de la puissance 1.2 Utilisation 365 Utilisation kW Energy conversion path W days per year kW MW hours hpper day 0.5 Energie et CO2 Fossil fuel to electric Electric to mechanical (electric motor) sa tio n Uti li Energie

Electric to chemical (lead-acid battery) Electric to chemical (Lithium-ion battery) dV Cr d it F tio n na mi Eli po rt Tra ns ca tio n Fa bri Fossil fuel to heat, vented system ft.lb/sec Fossil fuel to mechanical kCal/yr total pourElectric lutilisation to heat BTU/yr ux Ma tr ia Energie (MJ) Fossil fuel to heat, enclosed system Electric to light (incandescent lamp Electric to light (LED) Bouteille deau (100 units) Bouteille de 1 litre en PET Bouchon en PP Moulage par soufflage Remplie en France, transport par camion 550 km Refrigr 2 jours avant dtre bu Number 100 100 100 Name

Material Process Bouteille PET Moulage 0.04 Recycle Capsule Polyprop Moulage 0.001 Recycle Eau Mass (kg) 1.0 Transport France -> UK 14 tonne truck 550 km Use - refrigeration Fossile -> Elec. 0.12 kW 2 jours 24 h/jour End of life Le rsultat: Rcipient pour boisson 400 Laudit rvle les tapes consommant le plus dnergie et de carbone Energie(MJ) (MJ) Energy 300 200 100 0

-100 -200 Fin de vie Matriaux Fabrication Transport Utilisation et permet ensuite de voir rapidement Que se passerait il si ? PET 100% brut avec recyclage en fin de vie 12 Emission de Carbone Carbon (kg) (kg) 10 8 6 4 2 Fin de End of vie life 0 -2 -4 -6 Matriaux Manufacture Fabrication Transport Material Transport Utilisation Use PET 100% brut avec recyclage en fin de vie PET Verre ? Changement de matriaux Bouteille de 1 litre en verre Bouchon en aluminium Verre moul Remplie en France, transport par camion 550 km Rfrigre 2 jours avant dtre bu Number Name 100 Bottles 100

Caps 100 Water Material Verre PET Aluminium Polyprop Process Mass (kg) Verre moul Molding 0.45 0.04 Recycle Laminage Molding 0.002 0.0001 Recycle 1.0 Transport France -> UK 14 tonne truck 550 km Use - refrigeration Fossile -> Elec. 0.12 kW End of life 2 jours 24 h/jour Remplacement du PET par du verre Changement dchelle 200 400 100 0 -200

Fin de End of vie life Matriaux Manufacture Fabrication Transport Material Transport Utilisation Use PET 100% brut avec recyclage en fin de vie 10 8 6 4 2 Fin de End of vie life -4 -6 Matriaux Manufacture Fabrication Transport Material Transport Utilisation Use PET 100% brut avec recyclage en fin de vie 0 -400 Changement dchelle 0 200 -200 12 -2 Energy Energie (MJ) (MJ) 600 -100 (kg)(kg) EmissionCarbon de Carbone 800

300 EmissionCarbon de Carbone (kg)(kg) Energy Energie (MJ) (MJ) 400 Fin de End of vie life Matriaux Fabrication Transport Material Manufacture TransportUtilisation Use Verre 100% brut avec recyclage en fin de vie 60 50 40 30 20 10 Fin de End ofvie life 0 -10 -20 -30 Matriaux Fabrication Transport Material Manufacture Transport Utilisation Use Verre 100% brut avec recyclage en fin de vie 400 300 300 200 200 100 0 -100 Carbon (kg)

-200 Fin de End of vie life Matriaux Fabrication Transport Material Manufacture Transport Utilisation Use Energy (MJ) 400 100 0 -100 PET 100% brut avec recyclage en fin de vie -200 12 12 10 10 8 8 6 6 4 2 Fin de End ofvie life 0 -2 -4 -6 Matriaux Fabrication Transport Material Manufacture Transport Utilisation Use Carbon (kg) Energy (MJ) Utilisation de PET recycl au lieu du brut?

PET 100% recycl avec recyclage en fin de vie 4 2 0 -2 -4 PET 100% brut avec recyclage en fin de vie Matriaux Manufacture Fabrication Transport Material Transport Utilisation Use Fin de End of vie life -6 Matriaux Manufacture Fabrication Transport Finof delife vie End Material Transport Utilisation Use PET 100% recycl avec recyclage en fin de vie Est-il pragmatique dutiliser du PET recycl? 400 300 300 200 200 100 0 -100 (kg)(kg) EmissionCarbon de Carbone -200 Fin of de life vie End Matriaux Manufacture Fabrication Transport Material

Transport Utilisation Use Energy Energie (MJ) (MJ) 400 100 0 -100 PET 100% brut avec recyclage en fin de vie -200 12 12 10 10 8 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 Fin de End ofvie life Matriaux Manufacture Fabrication Transport Material Transport Utilisation Use PET 100% brut avec recyclage en fin de vie EmissionCarbon de Carbone (kg)(kg) Energy Energie (MJ) (MJ) Incinrer au lieu de recycler Fin de End of vie life

Material Manufacture Transport Utilisation Use Matriaux Fabrication Transport PET 100% brut avec incinration en fin de vie 6 4 2 0 -2 -4 -6 Matriaux Transport Utilisation Material Fabrication Manufacture Transport Use Fin Enddeofvie life PET 100% brut avec incinration en fin de vie Transport par fret arien, rfrigrer 10 jours Changement dchelle 400 1000 800 600 100 0 -100 -200 Fin de vie Disposal Matriaux Manufacture Fabrication Transport Material Transport Utilisation Use PET 100% brut avec transport par poids lourd 10 8 6 4 2 -2 -4

-6 200 0 -400 Changement dchelle Fin de vie Disposal 0 400 -200 12 (kg)(kg) EmissionCarbon de Carbone Energy (MJ) Energie (MJ) 200 Matriaux Fabrication Transport Material Manufacture TransportUtilisation Use PET 100% brut avec transport par poids lourd Fin Findedevie vie Disposal Matriaux Fabrication Transport Utilisation PET 100% brut avec transport par fret arien 60 50 (kg)(kg) EmissionCarbon de Carbone Energy Energie (MJ) (MJ) 300 40

30 20 10 0 -10 -20 -30 Fin de vie Matriaux Fabrication Transport Utilisation PET 100% brut avec transport par fret arien Bouilloire Matriaux et procds utiliss Bouilloire 2 kW Fabrique en Asie Transporte en avion en Angleterre Dure de vie: 3 ans Transport Utilisation 12,000 km, transport en avion 6 minutes par jours 250 km en camion 14 tonnes 300 days par an 3 ans Eco audit: La bouilloire Energie (MJ) Energie, Equivalent ptrole MJ/unit Matriaux Fabrication Transport Utilisation Elimination Fin de vie Quapprenons nous? Gain minime pour un changement de matriaux Gain important pour une isolation parois doubles avec mousse isolante ou mise sous vide Ou, chauffer leau sur le moment et juste ce qui est ncessaire

Lco-audit avanc dans ldition Eco Design Add record Eco Audit Identique au model standard Synthesizer Options. ^ 1. Material, manufacture and end of life 1 Composant 1 ? Fonte 30% 2.4 Coule Usinage 10% Recycl 95% Joining and finishing Composant 1 Composant 2 Painture Soudage v 2. Transport ? Slectionnez des procds dassemblage v 3. Use ? (adhsifs, fixations, soudages) v 4. Report ? et de finitions (painture, enductions de surface, traitements thermiques et de surfaces) 0.55

0.7 m2 m Usinage, polissage, % enlev % rcupr en fin de vie Paramtres dfinis Pour les enseignements plus pousss lOutil Eco Audit Avanc est disponible dans les Editions Eco Design et Post-Bac EDD (pour les Lyces) du CES EduPack. Et ensuite ? CES possde deux ensembles doutils aidant a explorer lco-conception dans la dimension des matriaux. Outil 1. LEco-audits permet aux tudiants dapproximer et mettre en uvre rapidement le portrait nergie / CO2 des produits. Outil 2. Les stratgies de slections permettent de choisir de nouveaux matriaux afin de reconcevoir les produits et les faire rpondre aux critres environnementaux, utilisant la mthode de slection rationnelle des matriaux. Ils permettent des audits rapides et une slection rationnel des matriaux pour reconcevoir les produits. Diffrentes prsentations Ces PowerPoint de prsentations sont disponibles sur le site Web des Ressources dEnseignement Toutes les images de chacune des units possdent des notes explicatives (en anglais). Vous pouvez les visionner en ouvrant la prsentation PowerPoint en vue Notes (View Notes pages) ou en cliquant sur licne en bas de la barre doutil de PowerPoint. Aussi disponible pour le Dveloppement Durable Sur les sujets de: Eco Design & Eco Audits Low Carbon Power Systems Exercices avec solutions dtailles Liens vers dautres ressources Dautres units de cours Papiers Blancs Cas dtudes interactifs Enregistrement de Webinar Posters Fichier exemples pour les projets

Eco Audit Base de donnes Eco Indicator http://teaching.grantadesign.com/open/eco.htm Reproduction Author This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License. Professor Mike Ashby University of Cambridge, Granta Design Ltd. www.grantadesign.com/education www.eng.cam.ac.uk Please make sure that Mike Ashby and Granta Design are credited on any reproductions. You cannot use this resource for any commercial purpose. The Granta logo, the Teaching Resources logo and laptop image and the logo for the University of Cambridge are not covered by the creative commons license. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Accuracy We try hard to make sure these resources are of a high quality. If you have any suggestions for improvements, please contact us by email at [email protected] M. F. Ashby, 2011 Grantas Teaching Resources Website aims to support teaching of materials-related courses in Engineering, Science and Design. The resources come in various formats and are primarily aimed at undergraduate students. This resource is one of 23 lecture units created by Professor Mike Ashby. The website also contains resources donated by faculty at the 800+ universities and colleges worldwide using Grantas CES EduPack. The teaching resource website contains both resources that require the use of CES EduPack and those that dont. Some of the resources, like this one, are open access. www.grantadesign.com/education/resources

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