DFE : Design For Environment

Wprowadzenie

Design for Environment (DFE) to podejście, które koncentruje się na minimalizowaniu wpływu produktu na środowisko w całym jego cyklu życia, od fazy koncepcyjnej do utylizacji. Jego celem jest tworzenie przyjaznych dla środowiska, zrównoważonych i wydajnych produktów. DFE jest kluczowym aspektem szerszej filozofii Design for Excellence (DFX), która obejmuje różne metodologie projektowania w celu poprawy jakości, niezawodności i ogólnej wydajności produktu.

Ecodesign

Projektanci mogą spotkać się z terminem ekoprojekt lub ekodesign (ang. ecodesign). Norma ISO 14006:2020 w punkcie 3.2.2 definiuje go jako "Systematic approach that considers environmental aspects in design and development with the aim to reduce adverse environmental impacts throughout the life cycle of a product"[1]. Inne powszechnie używane terminy to:

• Projektowanie świadome środowiskowo (ECD)
• Projektowanie zrównoważone środowiskowo.
• Zielony projekt.
• Projektowanie dla środowiska (DFE) / Design for Environment.

Tak więc ekoprojekt i projektowanie dla środowiska (DFE) mają te same cele.

Life Cycle Assessment (LCA)

Life Cycle Assessment (LCA) (pol. Ocena cyklu życia) to koncepcja, która ocenia wpływ na środowisko związany ze wszystkimi fazami życia produktu, od wydobycia surowców, poprzez produkcję, użytkowanie i utylizację po zakończeniu eksploatacji. LCA zazwyczaj ocenia istniejące projekty i uwzględnia zestawienie materiałów (BoM) jako część tych projektów. W przeciwieństwie do tego, Design for Environment (DFE) zapewnia zalecenia techniczne dla projektantów, aby tworzyć produkty przyjazne dla środowiska na początkowym etapie koncepcji, zanim jeszcze zostanie ustalony BoM. Dlatego DFE może być postrzegane jako prekursor LCA i pokrywa się z LCA na etapie "szczegółowego projektu"[2].

Ekoprojekt / wytyczne DFE

Wytyczne dotyczące projektowania dla środowiska (DFE) powinny uwzględniać cały cykl życia produktu, od surowców po produkcję, eksploatację w terenie oraz utylizację.

Uwaga: Inne metody z zestawu narzędzi Design for X (DFX) również zapewniają znaczące korzyści dla środowiska i często pokrywają się z niektórymi aspektami DFE. Na przykład:

• Design for Manufacturing (DFM) oraz Design for Assembly (DFA): Metody te promują redukcję lub uproszczenie procesu produkcji i montażu oraz standaryzację komponentów. Takie rozwiązania zmniejszają wykorzystywane zasoby, a tym samym pokrywają się z zasadami DFE.
• Design for Reliability (DFR): Metoda ta koncentruje się na niezawodności produktu, prowadząc do mniejszej liczby awarii i mniejszej ilości odpadów. Zmniejszając zapotrzebowanie na wymianę produktów, DFR oszczędza zasoby naturalne, co stanowi kolejną zbieżność z DFE.
• Design for Test (DFT): Uproszczenie procesu testowania zmniejsza zużycie energii (poprzez zminimalizowanie niepotrzebnych ponownych testów), obniża wskaźniki awaryjności i zmniejsza poziom odpadów. Skutkuje to mniejszym zużyciem zasobów, co jest zgodne z celami DFE.

Poniżej przedstawiono aspekty, które zazwyczaj nie są ujęte w DFM, DFA, DFR lub DFT, ale są typowe dla DFE. Warto wykorzystać te aspekty podczas tworzenia wytycznych DFE dla swoich produktu lub własnej branży.

Proekologiczne materiały

Wybierz materiały, które są bardziej przyjazne dla środowiska. Przykłady:

• Używaj biomateriałów: Korek, włókna naturalne, polimery roślinne itp.
• Dodaj materiały z recyklingu: Opakowania papierowe, tworzywa sztuczne z recyklingu (granulaty) itp.
• Wybieraj nietoksyczne materiały:: Części zgodne z RoHS, laminaty niezawierające halogenków, tworzywa sztuczne o niskiej zawartości halogenków, topniki niezawierające VOC itp.
• Zredukuj ilość pierwiastków ziem rzadkich (REE): Zastąp REE alternatywnymi stopami, używaj magnesów ferrytowych zamiast neodymowych itp.

Produkcja przyjazna dla środowiska

Projektowanie produktów z uwzględnieniem redukcji odpadów lub zanieczyszczeń podczas procesu produkcyjnego. Przykłady:

• Wybieraj materiały przyjazne dla środowiska: Wybieraj topniki lutownicze niezawierające lotnych związków organicznych (LZO / VOC) i halogenków, powłoki konforemne utwardzane promieniami UV, farby na bazie wody itp. Zmniejszy to lub nawet wyeliminuje emisję związków LZO (VOC) do atmosfery.
• Zezwalaj na przeróbkę lub naprawę produktu: Niektóre produkty, które są złomowane z powodu niezgodności, można stosunkowo łatwo przerobić lub naprawić. Rozważ przeróbkę lub naprawę tam, gdzie jest to wykonalne.
• Zezwalaj na ponowne użycie komponentów: Rozważ ponowne wykorzystanie określonych części (ze złomu wewnętrznego u producenta). Czasami całe produkty są złomowane z powodu awarii (np. awarii płytki elektronicznej), ale niektóre części mechaniczne można bardzo łatwo usunąć i ponownie wykorzystać, np. duże radiatory, obudowę, okablowanie itp.

Efektywność energetyczna

Zaprojektuj produkt tak, aby był jak najbardziej energooszczędny. Należy uwzględnić cały czas działania produktu. Przykłady:

• Stosuj wysokosprawne zasilacze: Wdrażaj przetwornice rezonansowe lub urządzenia zasilane energią fotowoltaiczną.
• Stosowanie trybu niskiego zużycia energii: Zastosuj funkcje takie jak przyciemnianie wyświetlacza, tryb uśpienia i możliwość pełnego wyłączenia zasilania.
• Używaj komponentów o niższych stratach mocy: Rozważ komponenty mocy oparte na azotku galu (GaN) lub węgliku krzemu (SiC) w elektronice. Stosuj tranzystory MOSFET o niskim współczynniku Rds(on) itp.

Redukcja odpadów i zanieczyszczeń

Projektuj produkty tak, aby minimalizować ilość odpadów i zanieczyszczeń podczas użytkowania. Minimalizacja szkodliwych emisji i zanieczyszczeń w całym cyklu życia produktu.Zmniejszenie ilości materiałów, które użytkownicy najprawdopodobniej wyrzucą wkrótce po zakupie. Przykłady:

• Używaj opakowań przyjaznych dla środowiska: Używaj biodegradowalnych, nadających się do recyklingu lub wielokrotnego użytku materiałów opakowaniowych.
• Minimalizuj opakowania: Zaprojektuj opakowanie, które zużywa jak najmniej materiałów, jednocześnie chroniąc produkt podczas transportu i przechowywania.
• Minimalizacja emisji gazów: Zastosuj rozwiązania projektowe ograniczające emisję gazów do atmosfery. Na przykład należy zapewnić całkowite spalanie paliwa, w stosownych przypadkach stosować katalizatory w produktach i wybierać materiały, które emitują mniej gazów podczas użytkowania. Stosowanie trybu elektrycznego zamiast trybu spalinowego itp.
• Minimalizacja emisji cząstek stałych: Używaj skutecznych systemów filtrowania lub wybieraj materiały o niższych właściwościach emisji cząstek stałych itp.
• Minimalizuj zanieczyszczenie wody lub gleby: Wybieraj materiały i metody działania, aby zminimalizować zużycie wody. Usuwaj metale ciężkie z kontaktu z wodą lub glebą. Jeśli ma to zastosowanie, należy używać systemów o obiegu zamkniętym do oczyszczania i ponownego wykorzystania wody itp.
• Minimalizuj EMC: Projektuj produkty tak, aby zminimalizować niepożądane emisje elektromagnetyczne. Staraj się ograniczać emisje do poziomów niższych niż wymagają tego przepisy

Możliwość naprawy

Zaprojektuj produkt w sposób umożliwiający jego naprawę tam, gdzie jest to możliwe. Przykłady:

• Konstrukcja modułowa: Zaprojektuj produkt jako zestaw połączonych ze sobą modułów. Pozwala to na wymianę uszkodzonych części bez konieczności złomowania całego produktu.
• Standaryzowane komponenty: Standaryzuj części lub moduły. Zmniejszy to koszty części zamiennych i poprawi dostępność.
• Instrukcje naprawy: Zapewnij instrukcje napraw, w tym diagnostykę, demontaż i ponowny montaż.

Demontaż

Podczas projektowania produktu kluczowe jest uwzględnienie funkcji ułatwiających demontaż i separację materiałów. Takie podejście wspiera wysiłki na rzecz recyklingu i zapewnia bezpieczne obchodzenie się z materiałami niebezpiecznymi. Oto podstawowe wytyczne, które należy wziąć pod uwagę:

• Konstrukcja zapewniająca dostęp narzędzi: Zapewnij odpowiedni kształt produktu, aby umożliwić dostęp narzędzi podczas demontażu. Zmniejsza to czas i wysiłek wymagany do demontażu produktu.
• Stosowanie standardowych części mocujących: Używaj standardowych śrub i mocowań, które można łatwo usunąć za pomocą standardowych narzędzi. Unikaj stosowania klejów lub trwałych połączeń, które utrudniają demontaż.
• Używaj modułowych komponentów: Zaprojektuj produkt w postaci modułów, które mogą być niezależnie demontowane i serwisowane. Ułatwia to wymianę lub modernizację bez konieczności wyrzucania całego produktu.
• Instrukcje demontażu: Zapewnij szczegółowe instrukcje podkreślające potrzebne narzędzia i etapy demontażu. Może to pomóc ,zakładom recyklingu w bardziej efektywnym obchodzeniu się z produktem.
• Oddzielenie niebezpiecznych części: Zaprojektuj produkt tak, aby odizolować niebezpieczne materiały od innych elementów. Upraszcza to ich usuwanie i zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia podczas demontażu.
• Instrukcje bezpiecznego użytku: Wyraźnie oznacz niebezpieczne materiały i zapewnij instrukcje dotyczące ich bezpiecznej obsługi i utylizacji.

Recykling

Recykling jest kluczowym aspektem Design for Environment (DFE). Ma on na celu zmniejszenie ilości odpadów i ochronę zasobów poprzez zapewnienie, że materiały mogą być skutecznie odzyskiwane i ponownie wykorzystywane po zakończeniu okresu użytkowania produktu. Oto kilka wskazówek i rozważań dotyczących zwiększenia wysiłków na rzecz recyklingu w ramach DFE:

• Czytelna identyfikacja materiałów: Oznaczaj wyraźnie różne materiały, aby ułatwić sortowanie i recykling. Przestrzegaj przepisów dotyczących oznaczania części, takich jak "kod identyfikacyjny żywicy" itp.
• Unikaj stosowania materiałów kompozytowych: W miarę możliwości projektuj komponenty wykonane z pojedynczych rodzajów materiałów.
• Wybieraj materiały nadające się do recyklingu: Wybieraj materiały, które są powszechnie akceptowane przez zakłady recyklingu, takie jak niektóre tworzywa sztuczne (np. PET, HDPE), metale (np. aluminium, stal) i szkło.

Zalety DFE

• Korzyści dla środowiska: Zmniejszony ślad ekologiczny, ochrona zasobów naturalnych i niższe poziomy zanieczyszczeń.
• Korzyści ekonomiczne: Potencjalne oszczędności wynikające z efektywnego wykorzystania zasobów, oszczędności energii i niższych kosztów gospodarki odpadami.
• Zgodność z przepisami: Łatwiejsze przestrzeganie przepisów i norm środowiskowych, potencjalnie pozwalające uniknąć grzywien i kar.
• Wyróżnienie na rynku: Lepsza reputacja marki i przewaga konkurencyjna dzięki oferowaniu produktów przyjaznych dla środowiska.

Wady DFE

• Wyższe koszty początkowe: Potencjalnie wyższe koszty początkowe zrównoważonych materiałów i nowych technologii.
• Trudność wdrożenia: Wymaga kompleksowego projektu produktu, procesu produkcyjnego i zmian w łańcuchu dostaw.
• Akceptacja rynku: Niektórzy konsumenci mogą być sceptyczni wobec zmian lub niechętni do płacenia wyższej ceny za produkty przyjazne dla środowiska.

Normy i zalecenia

Opracowano szereg norm i zaleceń wspierających projektantów we wdrażaniu praktyk DFE z punktu widzenia systemu zarządzania. Kluczowe standardy obejmują:

• ISO 14006. Systemy zarządzania środowiskowego -- Wytyczne do wdrażania ekoprojektowania
• ISO/TR 14062. Zarządzanie środowiskowe -- Włączanie aspektów środowiskowych do projektowania i rozwoju wyrobu
• EN 16524. Mechanical products - Methodology for reducing the environmental impacts in product design and development.
• ISO 14040. Zarządzanie środowiskowe -- Ocena cyklu życia -- Zasady i struktura
• ISO 14044. Zarządzanie środowiskowe -- Ocena cyklu życia -- Wymagania i wytyczne
• EPEAT. Electronic Product Environmental Assessment Tool to wartościowy system oceny wpływu projektowanych produktów elektronicznych na środowisko.[3].

Przepisy

Istnieje wiele przepisów związanych z wpływem produktów na środowisko. Poniżej znajduje się kilka przykładów dyrektyw UE:

• 2009/125/EC. Ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią.
• 2010/30/EU. Wytyczne dotyczące etykietowania energetycznego.
• 2011/65/EU. Dyrektywa RoHS, pierwsza wersja to 2002/95/WE
• 2012/19/EU. Waste electrical and electronic equipment (WEEE).
• 2019/424/EU. Wymogi dotyczące ekoprojektu dla serwerów i produktów do przechowywania danych.
• 2019/1782/EU. Wymogi dotyczące ekoprojektu dla zewnętrznych zasilaczy.
• 2019/2021/EU. Wymogi dotyczące ekoprojektu dla wyświetlaczy elektronicznych.
• ESPR. Ecodesign for Sustainable Products Regulation (ESPR) - a new upcoming UE directive that will replace 2009/125/EC[4]

Istnieje wiele przepisów związanych z ekoprojektem. Więcej informacji można znaleźć na stronie internetowej EU Lex[5].

Podsumowanie

Design for Environment (DFE) to kluczowe podejście do opracowywania zrównoważonych produktów, które minimalizują wpływ na środowisko w całym ich cyklu życia. Koncentrując się na zrównoważonym doborze materiałów, efektywności energetycznej, redukcji odpadów i zapobieganiu zanieczyszczeniom, DFE zapewnia kompleksowe ramy dla tworzenia produktów przyjaznych dla środowiska. Standardy branżowe, wytyczne i wiele wymogów prawnych związanych z ekoprojektowaniem są niezbędnymi danymi wejściowymi podczas projektowania produktu. Projektanci powinni rozumieć ogólną koncepcję projektowania dla środowiska i stosować ją we wczesnej fazie projektowania produktu.