Fényforrások környezetvédelmi értékelése életciklus-elemzés segítségével I.

2013/12. lapszám | Gröller György Vágó Dorottya | 5938 |

Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Amikor fényforrások környezeti hatásairól beszélünk, szinte egyedül csak azt vizsgáljuk, mennyire energiatakarékos az adott lámpa. Nem vitatható, hogy ez a legfontosabb jellemző, de ezen kívül még sok olyan hatás, környezeti mutató van, amelyek ismerete fontos ahhoz, hogy árnyaltabb és megalapozottabb véleményt mondhassunk. Más szavakkal, (talán kissé filozofikusabb megközelítésben) ha a világ bonyolult, egyszerűsítsük, amennyire feltétlen szükséges, de ne akarjuk egy adattal értékelni, egy mondattal megválaszolni, egy percnyi szellemi munkával megérteni a körülöttünk levő világot.

Különösen fontos az árnyalt érvelés az olyan esetekben, mint pl. az izzólámpák kivonása, amikor a beszerzési árak közötti látványos különbséget lehet szembeállítani a környezetvédelmi érvekkel. Hasonló jellegű viták más területeken is zajlottak, jellemzően akkor, amikor ugyanarra a feladatra többféle megoldás is létezett. Pl. műanyag vagy papír bevásárlótáska, üveges vagy dobozos sör, benzines vagy villanyautó. Mindegyikben közös volt, hogy keveredtek gazdasági, műszaki és környezetvédelmi érvek, és az utóbbiak sem voltak mindig egyértelműek. Pl. a villanyautónak ugyan nincs kipufogógáza, de a szükséges villamos energia előállítása során az erőművek bocsátanak ki hasonló mennyiségű káros anyagot, és még az elhasznált akkumulátorok kezelése is komoly terhelést jelent.

A fenti példák is azt mutatják, hogy kellene egy olyan értékelési rendszer, amelyben figyelembe vesszük a választott termék minden (vagy minden fontos) környezetterhelését, előnyét. Az így alátámasztott érvrendszer meggyőzőbb eszköz lehet a döntések során a környezeti értékek érvényesítésére. Ilyen módszer az életciklus-elemzés (Life Cycle Assessment, LCA), a ’90-es évektől terjedt el és azóta egyre több területen alkalmazzák. Így több, kisebb – nagyobb tanulmány készült fényforrások elemzéséről, különböző lámpák összehasonlításáról.

Cikkünkben röviden bemutatnánk az LCA lényegét, módszereit, majd az „életciklus gondolkodás” alapján sorra vennénk a lámpák jelentősebb környezetterheléseit, végül pedig az említett tanulmányok néhány fontosabb eredményét ismertetnénk.

Az életciklus elemzés fogalma, módszerei

Az LCA nemzetközileg elfogadott módszertan szerint végzi az elemzéseket, amelyet az ISO 14040, 14044:2006, szabványok írnak le. Ebből idézzük a definíciót: „Az életciklus-elemzés egy termék, folyamat vagy szolgáltatás életútja során vizsgálja a környezeti szempontokat és a potenciális hatásokat. Egy termék életútjának nevezzük a szükséges nyersanyag bányászattól és előkészítéstől a termék gyártásán keresztül a termék használatáig és a használat után keletkező hulladék elhelyezéséig terjedő szakaszt.”

A környezeti hatások közé soroljuk a természeti erőforrások felhasználását, valamint az emberi egészséget és az ökoszisztémák állapotát befolyásoló tényezőket egyaránt. Az elemzések menetét jól szemlélteti az 1. ábra.

Előkészítő lépések: A termék, a technológiák, a használati szokások elég alapos megismerése után az életutat jól kezelhető modulokra osztjuk. Meghatározunk egy viszonyítási alapot (funkcionális egység), pl: 100 liter üdítő fogyasztóhoz való eljuttatásához szükséges csomagolóanyag.
Leltár-elemzés: Minden modulnál összegyűjtjük az összes bemenő és kimenő áramot (be: anyag, energia, ki: termék, hulladék, kibocsátás levegőbe, vizekbe, talajba). Az adatok származhatnak közvetlen mérésből, adatbázisokból, szakirodalomból.
Csoportosítás: „Rendet rakunk” az adathalmazban: egy csoportba gyűjtjük az azonos környezeti hatású anyagokat (egy excel tábla azonos oszlopába) Az LCA szoftverek nagyon sok kategóriát ismernek és kezelnek, végül a felhasználó dönthet, hogy ezek közül miket választ a bemutatáshoz.
Hatáselemzés: Egy hatáskategórián belül, a hatás erőssége szerint súlyozva összeadjuk az összes kibocsátást (pl. az üvegházhatást azzal a széndioxid mennyiséggel jellemezzük, ami a felmelegítési potenciáljában megegyezik a kibocsátott összes CO2, CH4, N2O stb. hatásával.)
Súlyozás: El lehet jutni oda, hogy az összes terhelést egyetlen számmal, egy „ökoponttal” jellemezhessük. Ehhez viszont tudni kell, hogy pl. egy kg ózonkárosító anyag kibocsátása hány kg vízi ökoszisztémára toxikus anyag kibocsátásával egyenértékű, azaz almát a krumplival hasonlítunk. Léteznek modellek, amelyek ezeket az átszámításokat megalapozzák, de nem olyan egyértelmű az elfogadottságuk, mint a hatáskategóriákon belüli súlyozásnak.

A fenti eléggé elnagyolt bemutatást azért tartottuk fontosnak, hogy segítsük az olvasót a későbbi eredmények értelmezésében, továbbá, hogy bizonyítsuk: az LCA valóban tudományosan megalapozott, a műszaki gondolkodásba jól beilleszthető módszer, megállapításai elfogadhatók. Mellékesen talán sikerült elültetni az életciklus-gondolkodás csíráit: azt, hogy minden tevékenységünkhöz, döntésünkhöz tartozik valamilyen környezeti hatás (kicsi, nagy, káros, pozitív), és ezeket rendszer-szerűen, összességükben kell kezelni, keresni a megoldásokat.

A lámpák életciklusa

Az életciklus általában a következő szakaszokra osztható:

Nyersanyagok előállítása

Az alapanyagok előállítása egyrészt a bányászattal járó környezetterhelést jelent (területhasználat, szálló por, foglalkozási ártalmak stb.), továbbá nem megújuló természeti erőforrások fogyasztását.

Az 1. táblázatban összefoglaltuk a háztartási lámpák legfontosabb alapanyagait. Összességében az alapanyagok előállítása nem túl nagy rész a lámpák összes környezetterhelésében, mert ami kritikus lenne, az csak nagyon kis mennyiségben fordul elő, a többi, ha nem is kifejezetten környezetbarát, de problémamentes (később ezt látjuk a 9. ábrán).

Tekintsük át röviden a kritikus anyagokat:

Nehézfémek: W, Mo, Ni, Cu a leggyakoribbak, de mind nagyon kis tömegben vannak a lámpákban. Első kettő az előállítási, utóbbi kettő a hulladék fázisban jelenti a nagyobb terhelést. A higanyt külön tárgyaljuk.
Ritkaföldfémek: A fénycsövek, nagynyomású Hg-gőz lámpák és a LED-ek nagy része fényporok segítségével alakítja át az UV (vagy kék) sugárzást fehér fényé. Ezekben Yttrium (Y), Európium (Eu), Cerium (Ce), Terbium (Tb) a fő alkotó. Továbbá a fémhalogén lámpák adalékai között is gyakori a Diszprózium (Dy), Holmium (Ho), Indium (In), és még néhány további ritkaföldfém. Ezek ismert földi készlete még nem kritikusan kevés (kivétel az In), de működő bányák gyakorlatilag csak Kínában vannak, és az ország ki is használja a monopolhelyzet. Mellesleg a bányák is távol vannak a környezetbarát munkahely esélyes pályázóitól.
Alumínium: Főképp a LED-ek hűtésére használják, ahogy nő a teljesítményük, a szükséges alumínium mennyisége is nő. Az életút mindkét végén problémás, az előállítása nagyon energiaigényes, a hulladékba került Al pedig könnyen feloldódik, bekerül a talajvízbe, onnan a táplálékláncba. Újabb vizsgálatok szerint a táplálékkal bevitt Al növeli az Alzheimer-kór kialakulásának esélyét. Az újrahasznosítás mindkét területen javít: sokkal kevesebb energiát igényel az előállítás, és ha nem kerül a lerakóba, nem kerül az élelmiszerünkbe.
NYÁK, elektronikai egységek: Természetesen ez nem egy alapanyag, ide tartoznak a fojtók, gyújtók elektronikus előtétek, a LED-ek tápegységei. Anyagaikat nézve nagyon összetettek, funkció szerint valamennyire elkülöníthetők a lámpáktól. LCA szempontból nézve: külön munkában elkészítik azok elemzését, és azt illesztik be a fényforrások életútjába.
Higany: a legvitatottabb anyag a fényforrásokban, kicsit hasonlóan, mint az ólom az elektronikában. Csak míg van használható ólommentes forrasz, sőt „ólommentes ólomüveg” is, sajnos higanymentes higanygőz lámpát még nem sikerült alkotni. A kisülés fenntartásához igen kis mennyiség elég lenne, de a lámpa élete során a Hg inaktívvá válik, megkötődik a fényporon, üveg felületen, részben be is épül a szerkezetbe. Ezért a kívánt élettartam biztosítására jelentősen túladagolják. A megkötődési folyamatot lehet lassítani, ha a Hg amalgám formájában van a csőben, továbbá, ha a fényporrétegre egy védő alumíniumoxid filmet visznek fel. Így jutott el a technológia és az RoHS direktíva az 5 mg/lámpa adaghoz.

Mégis, ez a Hg-tartalom a legfőbb érv a kompakt fénycső ellenzői szerint.

Az LCA itt is hozott új szempontokat a vitába. Ugyanis ha az energia előállítása során kibocsátott higanyt is figyelembe vesszük, kiderül, hogy a normál izzó nagyobb emisszióért felelős, mint az azonos fényenergiát szolgáltató (kompakt) fénycső. A hálózati villamos energia bizonyos része fosszilis energiahordozók elégetéséből származik. Ezek nem tiszta anyagok szennyezőként nehézfémeket, közte higanyt is tartalmaznak. Jobb helyeken természetesen tisztítják a füstgázokat, de sajnos ezek hatásfoka Hg esetében nem a legjobb, 50 maximum 70%-ban tudják megfogni ezt a fémet. A 2. ábra egy LCA szoftver 2006-os adatbázisa alapján készült. Azt mutatja, hogy 1 kWh villamos energia előállítása mennyi Hg kibocsátással jár. Ahol nagy a megújuló és az atomenergia aránya, ott kisebb az emisszió. (Az országok kiválasztása nem volt teljesen sportszerű, inkább a jobb példákat mutattuk meg, természetesen bőven van hazánknál rosszabb mutatójú ország.) Már a 90-es évektől számolták a teljes életútra vonatkozó Hg kibocsátást, egy frissebb látható a 3. ábrán. Ez a számítás a kompakt fénycsövek 70-80%-os visszagyűjtését veszi figyelembe.

Lámpagyártás

Röviden összefoglalva: a gyártási fázisban nincsenek kiugró terhelések, a hagyományos lámpagyártási eljárások általában nagy energiafogyasztással jártak (pl. üveggyártás) és a füstgázokon kívül nem túl nagy emisszióval. Az egy lámpára jutó terhelés így elég kicsi maradt, de ne feledjük, naponta millió-számra készülnek ezek a fényforrások, együttesen az egész fényforrásipar jelentős környezetterhelő. Teljesen más technológiák jelentek meg a LED gyártásával. A nagy tisztaságú félvezető alapanyagok előállítása rendkívül sok energiát, különleges, gyakran igen veszélyes anyagok alkalmazását igényli. Végül azonban egy pár wattos chip tömege kevesebb, mint 1 g, tehát a fajlagos terhelés ez esetben is nagyon kicsi marad.

Csomagolás, szállítás

Ez a fázis szinte észrevehetetlen a többi terhelés mellett. Többnyire egyszer használható papírdobozba csomagolnak, ennek egy része még szelektív gyűjtés során hasznosul is. A lámpák nagy része kb. 10-12 ezer km hajózás és ezer km kamionozás után érkezik a felhasználóhoz, ami pontosan úgy van, mint sok más tömegáruval. Ez is következménye a globalizációnak. Az egy lámpára jutó terhelés így is egészen kicsi.

Használat

Gyakorlatilag csak az energiafogyasztás számít, a lámpatestek, kiegészítők, szerelési elemek terhelését nem szokás a fényforrások életciklusához hozzávenni. A meghajtó, szabályozó elektronikát igen, ezek fogyasztása is számítandó. Tehát a döntő tényező a fényhasznosítás, a fejlesztések nagy része is ennek javítását célozza. A következő fejezetben erre még visszatérünk. A 2. táblázat mutatja a leggyakoribb lámpatípusok hatásfokát.

Életút vége

Az e-hulladékokra vonatkozó WEEE direktíva a fényforrásokra is kitér. Ezek szerint a normál és halogén izzók szabadon eldobhatók a többire elég szigorú (70-80%-os) visszagyűjtési és újrahasznosítási kvótát ír elő. Itt is új helyzetet hozott a LED, a 2012-es új direktíva már említi a LED-et is. Az un. retrofit lámpákra és más LED-es lámpatestekre lehetséges a visszagyűjtés és bizonyos újrahasznosítás, magára a chip-re nem. Újabban néhány portálon kering egy cikk arról, hogy a LED-ek mérgező anyagokat tartalmaznak. Más, kicsit hitelesebbnek tűnő források szerint az Egyesült Államokban szokásos vizsgálat, az un. kilúgozási teszt során a minták elenyésző százalékában nehézfémeket; ólmot, rezet, nikkelt találtak, speciálisan a kis teljesítményű piros és sárga LED-ekben. A tét az, hogy veszélyes hulladéknak minősül-e. Természetesen innen nem tudjuk megmondani az okosságot, de az biztos, hogy félni nem kell a „LED mérgezéstől”. Mire ezek a lámpák is jelentős arányban megjelennek a hulladékban, biztosan lesz elegendő megbízható mérési eredmény is.

A hazai begyűjtési és feldolgozási rendszer elsősorban a közületek fénycsöveinek újrahasznosítását végzi. Kinyerhető és újrahasználható az üveg, a különböző fémek, desztillációval elkülöníthető a higany. Megoldható, de bonyolult és költséges a fényporok reciklálása, ezért azokat egyelőre lerakóba viszik. A lakossági kompakt csövek kis hányada kerül vissza, ezeket külföldön dolgozzák fel.

A fogyasztókat tájékoztatni kell a fénycsövek ártalmatlanításának módszereiről. Az újrafeldolgozó és veszélyes hulladékkezelő telepek listáját interneten el lehet érni, valamint több vállalat is felajánl ingyenes visszavételi programot az elhasznált lámpák gyűjtésére. Az újrahasznosítás, újrafeldolgozás megakadályozza, hogy az összes higany a környezetbe kerüljön és csökkenti a primer nyersanyagok iránti igényt.

Folytatjuk!

Villanyszerelők Lapja