Eco-conceção de um apoio de braço para automóvel produzido na CIE Plasfil: uma abordagem de ciclo de vida

Abstract

O objetivo global da presente dissertação consistiu na realização de uma Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) para apoiar o ecodesign de componentes de automóvel, mais especificamente, componentes de apoios de braço (armrest). O estudo centrou-se no desempenho ambiental de apoios de braço para automóveis produzidos na CIE Plasfil (uma unidade industrial transformadora de plásticos por injeção): o apoio de braço B, constituído maioritariamente por aço, e o apoio de braço J, constituído na quase totalidade por plástico. No âmbito da colaboração existente entre o Centro para a Ecologia Industrial da Universidade de Coimbra e a empresa CIE Plasfil (Projeto EDIL), surgiu a oportunidade de melhoria do desempenho ambiental do apoio de braço B, desenvolvendo modelos que, desempenhando a mesma função, seriam constituídos maioritariamente por plástico, no sentido de verificar as variações ocorridas ao substituir o aço por plástico. Consideraram-se três novos modelos de melhoria ao apoio de braço B: B1 (novo design B1), B2 (novo design B2), e B3 (novo design B3). Estas novas alternativas, que diferem na quantidade e tipo de matéria-prima utilizada, foram desenvolvidas pela empresa CIE Plasfil, tendo sido assegurada a componente estrutural e funcional dos modelos através dos softwares “Simdesigner” e “MOLDEX 3D”. O estudo realizado abrangeu todas as etapas do ciclo de vida, desde a extração da matéria-prima, ao transporte, tratamento, produção e destino final. A unidade funcional utilizada foi um apoio de braço como componente de um veículo ligeiro de passageiros, com uma vida funcional de 200 000 km. Analisaram-se cenários de melhoria das fases de ciclo de vida, como a alteração do tipo de tecnologia utilizada na fase de injeção do plástico, substituindo as máquinas injetoras hidráulicas por máquinas elétricas. Adicionalmente consideraram-se diferentes destinos finais para os apoios de braço, analisando destinos relevantes e uma média ponderada de todos os destinos possíveis. Neste estudo analisou-se também a alteração do tipo de transporte, considerando a hipótese de transporte marítimo relativamente ao transporte rodoviário do cenário base. Por fim, estudou-se um cenário de reciclagem, onde foram analisadas hipóteses relativamente à distância de recolha do resíduo plástico até à central de reciclagem, onde é separado consoante a sua composição e reciclado, e à distância desde a central até à CIE Plasfil. Analisou-se também a alteração da percentagem de material reciclado que é introduzido no apoio de braço (5% e 10%). Para quantificar os impactes ambientais foram utilizados os métodos ReCiPe Midpoint (H) - Europe (H), CML (Institute of Environmental Sciences) baseline 2001 (World, 1995) e Cumulative Energy Demand (CED), dos quais foram seleccionadas nove categorias de impacte ambiental relevantes para o estudo de componentes plásticos de automóvel. Relativamente aos resultados apresentados na fase de produção, verifica-se que o apoio de braço mais pesado (B) não foi o que apresentava maior impacte ambiental na maioria das categorias, mas sim o apoio de braço J, devido à produção do seu plástico constituinte, PBT PET GF30, que contribui com um peso relativo entre 62 e 85% dos impactes totais da produção. Quanto ao desempenho ambiental dos modelos alternativos, constatou-se que estes apresentavam reduções em relação aos apoios de braço B e J em quase todas as categorias de impacte ambiental. De todos os modelos analisados, constatou-se que o apoio de braço B3, constituído por PP GF30 e sendo o modelo mais leve, possui menores impactes ambientais em todas as categorias analisadas. Na fase de utilização, analisou-se o desempenho ambiental dos diferentes apoios de braço num veículo ligeiro com uma vida útil de 200 000 km, através de uma fórmula que permite determinar o consumo de combustível do veículo associado ao peso de um dos seus componentes, tendo sido posteriormente quantificados os impactes referentes a esse consumo. Verificou-se que o apoio de braço J apresenta, na fase de produção, um maior impacte ambiental que o apoio de braço B, mas com a introdução da fase de utilização, o apoio de braço J acaba por apresentar menores impactes ambientais totais que o apoio de braço B. Finalmente na análise ao desempenho ambiental do ciclo de vida dos apoios de braço, constata-se que a maioria dos impactes ambientais decorre na fase de utilização, apresentando esta fase um peso médio entre 76 a 95%. Relativamente à fase de transporte, esta tem um contributo pouco significativo para os impactes ambientais totais de ciclo de vida na maioria das categorias. Conclui-se que, dos cinco modelos analisados, o apoio de braço B3 possui menores impactes ambientais em todas as categorias. Verifica-se também que um estudo centrado apenas na fase de produção pode gerar resultados distintos dos de um estudo que considera todas as fases de ciclo de vida, o que reitera a necessidade de conjugação da metodologia do ecodesign com a abrangência da ACV. Relativamente aos cenários alternativos considerados, verificou-se que há uma redução dos impactes ambientais em relação ao cenário base no processo de injeção com máquinas elétricas em todas as categorias, sendo a mais relevante a categoria de Eutrofização da água doce, com uma redução média de 11%. No cenário alternativo de transportes, verificou-se que à medida que a distância ao destino final aumenta, os consequentes impactes também aumentam. Relativamente ao tipo de transporte, conclui-se que o transporte marítimo é ambientalmente favorável em relação ao transporte rodoviário, pelo que deve ser preferido dada a possibilidade de escolha. Por fim, analisou-se a possibilidade de incorporar 5 ou 10% de material reciclado no apoio de braço B3 (pois possuiu o melhor desempenho ambiental no cenário base), verificando-se que com a incorporação de 10% de material reciclado, os impactes são menores. O cenário M10% (10% de material reciclado, da central da Marinha Grande) possui o melhor desempenho ambiental dos cenários analisados, pois houve uma maior redução dos impactes ambientais relativamente à fase de produção, excetuando na categoria da Depleção da camada de ozono, concluindo-se que, dada a possibilidade de escolha, a incorporação de 10% de material reciclado proveniente da Marinha Grande será a melhor hipótese, desde que sejam asseguradas as características funcionais e estruturais do apoio de braço.

The overall goal of this dissertation is to perform a comparative Life Cycle Assessment (LCA) to support an ecodesign analysis of automobile components, specifically armrest components. The study focused on the environmental performance of armrests for automobiles produced at CIE Plasfil (a plant that transforms plastics through injection moulding): armrest B, consisting mainly of steel, and armrest J, formed mainly by plastic. As part of the collaboration between the Center for Industrial Ecology of the University of Coimbra and the company CIE Plasfil (project EDIL), came the opportunity to improve the environmental performance of armrest B, developing models that, having the same function, would be mostly made of plastic, in order to attest the differences that occur by replacing steel with plastic. Three improvement models were considered for the armrest B: B1 (new design B1), B2 (new design B2) and B3 (new design B3). These new alternatives, that differ from armrest B in the quantity and type of raw material used, were developed by CIE Plasfil, being the structural and functional capabilities of the component guaranteed through the software “Simdesigner” and “MOLDEX 3D”. The study covered all stages of the life cycle, from extraction of raw materials, to transport, processing, production and final disposal. The functional unit was an armrest as a component of a passenger car, with a functional life of 200 000 kilometers. Improvement scenarios of the life cycle phases were assessed, namely an alternative to the type of technology used in the injection phase of the plastic, replacing hydraulic injection machines for electric machines. Moreover, different final destinations for the armrests were considered, analyzing relevant destinations and the weighted mean of all possible destinations. The type of transport was also assessed, with a scenario of shipping instead of the road transport in the base scenario. Finally, a scenario of recycling was studied, which included the variation of the percentage of recycled material that is incorporated in the armrest (5% and 10%), as well as different distances between plastic residue recovery and CIE Plasfil. To quantify the environmental impacts, ReCiPe Midpoint (H) - Europe (H), CML (Institute of Environmental Sciences) baseline 2001 (World, 1995) and Cumulative Energy Demand (CED) were used, from which nine environmental impact categories relevant to the study of automobile plastic components were selected. In the production phase, it was concluded that the heaviest armrest (B) was not the one who presented the biggest environmental impact in most of the categories, but armrest J instead, due to the production of its constituent plastic, PBT PET GF30, which contributes between 62 to 85% to the total impacts of the production phase. As for the environmental performance of the alternative models, it was found that they presented improvement relatively to armrest B and J, in almost all the environmental impact categories. Of the analysed models, it was found that armrest B3, constituted by PP GF30, and being the lightest model, had the best environmental performance in all impact categories. In the use phase, the environmental impacts of the armrests were quantified for a passenger vehicle with a service life of 200 000 km, through a formula that allowed to determine the consumption of fuel associated to the weight of one of its components, from which the impacts due to this consumption were determined. It was found that armrest J had in the production phase a bigger environmental impact than armrest B, but when the use phase was taken into account, armrest J presented lower environmental impacts than armrest B. Considering the overall life cycle, the majority of the environmental impacts occurred in the use phase (76 to 95% of the life cycle impacts), followed by the production and transport phases. From the five models analysed, armrest B3 had smaller environmental impacts in all the categories. It was also concluded that a study focused solely in the production phase can generate different results from a study that considers all life cycle phases, which reaffirms the need to combine the ecodesign methodology with the scope of ACV. From the alternative scenarios considered, it was concluded that there is a decrease of the environmental impacts regarding the base scenario in the injection with electric machines in all categories (most relevant was Freshwater Eutrophication, with an average decrease of 11%). In the alternative scenarios of transport, it was verified that as the distance to the final destination increases, the impacts also increased. In terms of type of transport, it was concluded that maritime transport has lower environmental impacts, whereby it should be preferred over road transport when possible. Finally, in the recycling scenario, it was analysed the possibility of incorporating 5% or 10% of recycled material in the armrest with better environmental performance in the life cycle of the base scenario (armrest B3), verifying that incorporating 10% of recycled material, the impacts are lower. Scenario M10% (10% recycled material; origin: Marinha Grande) has the best environmental performance from the analysed scenarios because there was a bigger decrease of environmental impacts relatively to the production phase, except in the category of Ozone layer depletion, concluding that, given the possibility of choice, the incorporation of 10% recycled material is the best option, although it must be guaranteed the functional and structural characteristics of the armrest.