Geri Dön

Environmental hotspots in cataphoresis process of automotive industry

Otomotiv endüstrisinde kataforez prosesinin önemli çevresel etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 507520
  2. Yazar: PELİN NUR KARAÇAL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. FATMA FATOŞ BABUNA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 138

Özet

Sanayileşmenin hızlı bir şekilde büyümesi, artan nüfus, değişen iklim şartları ve dünya koşulları nedeniyle endüstriden kaynaklanan çevresel etkiler her geçen gün büyümektedir. Son dönemde çevre ile ilgili konularda toplumsal duyarlılığın artmasıyla birlikte, proje geliştirme ve uygulama süreçlerinde verilen tüm kararların çevresel boyutu daha da önem kazanmıştır. Ürün yaşam döngüsü analizi karar verme süreçlerinde gittikçe daha sık başvurulan ve sürekli geliştirilen bir yöntemdir. Ürün yaşam döngüsü, bir ürün ya da hizmet üretiminde kullanılan hammaddelerin elde edilmesinden başlayarak, ilgili tüm üretim, sevkiyat, tüketici tarafından kullanım ve kullanım sonrası atık bertarafını ve tüm bunların çevresel etkilerinin analizini kapsamaktadır. Bu nedenle, gelişmiş ülkeler su tüketimi, kimyasal ve enerji sarfiyatını azaltmak ve sürdürülebilirlik etkinliğini arttırmaya çalışmaktadırlar. Son yıllarda, kataforez sistemi otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kapsamda, bu çalışmanın ana amacı, otomotiv endüstrisinde kullanılan kataforez prosesinin çevresel etkilerinin ürün yaşam döngüsü değerlendirmesi yaklaşımı kullanılarak ortaya koyulmasıdır. Bu çalışma, otomotiv endüstrisinin yaygın olarak kullanılan kataforez sürecini, su, kimyasal ve enerji tüketimi bakımından yıllık 6109 araç (kamyon, otobüs) üretimi ile değerlendirmekte ve söz konusu sürecin sürdürülebilirlik durumunu yaşam döngüsü değerlendirme yaklaşımı ile incelemektedir. Çalışmada öncelikle bir otomotiv fabrikasının su yönetim sistemi incelenmiştir ve geri kazanılabilirlik oranları belirlenmiştir. Sonrasında aynı tesiste kataforez sistemi çevresel etkileri yaşam döngüsü ile araştırılmıştır. Sistem sınırları kataforezin ön işlem ve elektrokaplama proseslerinden oluşmaktadır. Su girdi ve çıktıları kesikli ve sürekli akışları, enerji girdileri, kimyasal girdileri, kimyasalların tesise taşınması süreçleri tesiste ele alınan ana süreçlerdir. Bunların yanısıra tesisten çıkan atıksuların arıtılması ve fosfat çamurunun susuzlaştırılıp uzaklaştırılması prosesleri de süreçlerde yer almaktadır. Otomotiv endüstrisinde çeşitli proseslerde kullanılmak üzere çeşitli kimyasallarla birlikte önemli miktarda su girişi gerekmektedir. Kataforez işlemi iki ana alt süreçten oluşur. Bunlar, ön işlem ve elektrokaplama (ED) prosesleridir. Ön işlem veya yüzey hazırlama işlemi, sıcak suyla durulama, yağ giderme, durulama, yüzey aktivasyonu ve fosfat kaplamasını ve ardından birkaç durulama aşamasını içeren bir dizi işlemden oluşur. Bu işlemlerden sonra elektrokaplama gerçekleşir. Sonuç olarak, kataforez işleminde, korozyona dayanıklı ve diğer yüzey uygulamalarına karşı dirençli bir metal yüzey elde edilir. Bu süreçte atık suyun geri dönüştürülmesi ve yeniden kullanılması, bu proseste önemli miktarlarda su tüketildiğinden ve atık su üretildiğinden, sürdürülebilirlik çalışmaları için büyük önem taşımaktadır. Öte yandan, literatürde kataforez durulama havuzlarından üretilen atık suların yeniden kullanımı hakkında sınırlı bilgi bulunmaktadır. Kataforez işleminden kaynaklanan atık su, ağır metal iyonları içermektedir. Ağır metal iyonlarını bu atık sulardan uzaklaştırmak için, kimyasal çökeltme, adsorpsiyon, oksidasyon azaltma, elektrokimyasal arıtma, membran teknolojileri gibi çeşitli arıtma yöntemleri günümüzde kullanılmaktadır. Söz konusu yöntemlerin uygulanmasından kaynaklanan ekonomik ve teknik sınırlamalar, gelecek vaat eden teknolojilere odaklanmak için araştırma faaliyetlerini tetiklemektedir. Bu çalışma kapsamında, otomotiv endüstrisinin su tüketimi ve yaygın olarak kullanılan kataforez sürecini kirlilik yükleri açısından değerlendirilmiş ve bu süreçten kaynaklanan atık suların yeniden kazanım ve yeniden kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Otomotiv sektörünün kataforez süreci su tüketimi yoğun bir prosestir. İncelenen tesiste kataforez işlemleri için araç başına 0.68 m3 su tüketilmektedir. Sonuçlar kataforez işleminden kaynaklanan atık suların % 43' ünün doğada yeniden kullanılabilir olduğunu göstermektedir. Tekrar kullanılabilen atık su miktarı, soğutma sistemi ve kızgın su sistemlerinin atık sularının deşarjları da eklenerek yükseltilebilir. Sistemden çıkan bütün atık suların% 20'si dahil edilerek, uygun bir arıtmaya tabi tutulduktan sonra yeniden kullanılabilir kaynak olarak tanımlanabilir. Bu çalışmada ayrıca otomotiv endüstrisinde kataforez sürecinin su, kimyasal ve enerji tüketimi açısından değerlendirilmesi ve söz konusu sürecin sürdürülebilirlik sürecini yaşam döngüsü yaklaşımı incelenmiştir. Araştırmada kullanılan tüm veriler gerçek üretimden alınmıştır. Envanter verileri GaBi 7.3 yazılımı ile analiz edilmiştir. Veriler, sistemdeki her bir işlem için girdilere ve çıktılara dayanarak toplanmıştır. Girdi verileri enerji ve malzemeleri (kimyasal, su ve kimyasal taşınmasını) içerir. Çıktılar, atık su ve atık miktarlarını içerir. Etki kategorileri GaBi yazılımı tarafından, iklim değişikliği (CC), asitleşme potansiyeli (AP), partikül madde ve solunum inorganizması (PM), fotokimyasal ozon formasyonu (POF), ekotoksisite tatlı su potansiyeli (EP), ötrofikasyon (karasal, tatlı su ve deniz), insan toksisite potansiyeli (HTP), ozon tükenme potansiyeli (ODP) ve kaynak tükenmesi (su) açısından değerlendirilmektedir. Çalışmada, LCA yaklaşımıyla otomotiv endüstrisinin kataforez sürecinin çevresel etkileri hesaplamıştır. İncelenen tesisin çevresel etkilerinin literatür değerleri ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Çevresel etkilerin en yüksek payları ED ve UF su durulama tanklarından oluşmaktadır. Bunun başlıca sebebinin enerji kullanımından kaynaklandığı ortaya çıkmıştır. İncelenen fabrikanın kataforez işlemindeki toplam enerji tüketimi yaklaşık 12.5 kWh/m2' dir. Bu enerji tüketim değeri, literatürden büyük ölçüde yüksektir. Fakat, incelenen tesis eğer tüm üretim kapasitesini kullanırsa, bu tüketim değerlerinin literatür değerleri ile örtüştüğü görülmektedir. Literatür çalışmalarında binek araç üretimi söz konusu iken, bu çalışmada ticari araç grubuna giren kamyon ve otobüs üretimi yapılmaktadır. Üretilen ürünün tipi, ürün üretme kapasitesini etkilediğinden farklılığa neden olan etkenlerden biri olarak söylenebilir. Bu çalışmada ayrıca kimyasalların tesise taşınmasının sonuçlara etkisi de incelenmiştir. Kimyasalların taşınmasında, miktar, mesafe ve taşıma rotasının etkili olduğu fakat kimyasalların taşınmasının toplam sonuçlara etkisinin %1.60 değerinden az olduğu görülmüştür. Sonuçlar kataforez işlemlerinin neredeyse tüm çevresel etki kategorilerinin enerji tüketiminden etkilendiğini göstermektedir. Bu çalışmada, kataforez sistemi enerji kaynağı olarak Türkiye elektrik şebekesinden alınan elektriği kullanmaktadır. Bu nedenle, çevresel etkilerdeki elektrik kaynağına bağlı değişimi göstermek için Avrupa elektrik şebekesi ile yenilenebilir enerji kaynakları kullanıldığında sonuçların nasıl değiştiğine bakılmıştır. Sonuçlar, rüzgar enerjisi kullanımının çevresel etkileri en aza indirdiğini, güneş enerjisinin sonuçları düşürdüğünü fakat etkilerinin olduğunu, fosil yakıt kullanımının ise en fazla etkiye yol açtığını göstermiştir. Çevresel yükü en aza indirgemek için rüzgar veya güneş enerjisi kullanımının iyi bir çözüm olduğu gözükmektedir.

Özet (Çeviri)

Due to the rapid growth of the industrial population, increasing population, changing climate conditions and world conditions, the environmental effects of industrial growth are increasing day by day. For this reason, developed countries are trying to reduce water consumption, chemical and energy consumption, and increase the effectiveness of sustainability. In recent years, the cataphoresis system is widely used in the automotive industry. In this context, the main purpose of this study is to demonstrate the environmental impact of the cataphoresis process used in the automotive industry using the product life cycle assessment approach. This study evaluates the widely used cataphoresis process of automotive industry, with an annual production of 6109 vehicles (trucks, busses), in terms of its water, chemical and energy consumption and investigates the sustainability of the mentioned process by the life cycle assessment approach. First of all, the water management system of an automotive factory was examined and the recoverability ratios were determined. Later, the cataphoresis system was investigated by the life cycle of environmental effects. Data were collected for one year after the system limits and functional unit were defined. The materials used and the electricity consumption are measured for cataphoresis coated metal surface of 1m2 vehicle. System boundaries consist of cataphoresis pretreatment and electrocracking processes. Water inputs and outputs are the main processes that are examined in terms of the continuous and continuous flows, energy inputs, chemical inputs, and the transport processes of chemicals. In addition to these, the processes of wastewater treatment and dehydration and removal of phosphate mud are also included in the processes. Extensive amount of water input together with various chemicals are required by automotive industry. The cataphoresis process is composed of two main sub-processes: pretreatment and electrodeposion (ED) coating. The retreatment or surface preparation process consists of a series of operations, which includes the hot water rinsing, degreasing, rinsing, surface activation and phosphate coating followed by several rinsing steps. After these operations, electrodeposition coating takes place. As a result, of the cataphoresis process, a metal surface resistant to corrosion and ready to further surface applications is obtained. Recycling and reuse of wastewater in this process is of great importance for sustainability studies as substantial amounts of water is consumed and wastewater is generated out of it. On the other hand, there is limited information in the literature on the reuse of wastewaters produced from cataphoresis rinse pools. The wastewater originating from the cataphoresis process contains heavy metal ions. In order to remove heavy metal ions from these effluents various treatment methods ie. chemical precipitation, adsorption, oxidation-reduction, electrochemical treatment, membrane technologies etc. can be used. The economic and technical limitations resulting from applying the mentioned methods trigger research activities to focus on promising emerging technologies. In this context the objective of this study is to evaluate the widely used cataphoresis process of automotive industry in terms of its water consumption and pollution loads, and to investigate the reclamation and reuse potential of segregated effluents arising from this process. The cataphoresis process of automotive sector is a water intensive industry. 0.68 m3 water is required for the cataphoresis operations per vehicle in the investigated facility. The results indicate that 43 % of the continuous effluents arising from cataphoresis process is reusable in nature. The amount of reusable wastewater streams can also be elevated by adding discharges from cooling system and boiler to the mentioned segregated wastewaters. By doing so 20 % of the whole wastewaters can be designated as reusable effluents after being subjected to an appropriate treatment. Besides, evaluation of cataphoresis process of automotive industry in terms of its water, chemical and energy consumption and investigate the sustainability of the mentioned process by the life cycle assessment approach is researched through this study. All data that have been used in the study was taken from the actual production. The inventory data was analyzed by GaBi 7.3 software. Data was collected based on the inputs and outputs for each process in the system. The inputs data include energy (electricity) and materials (chemicals, water, and others with various qualities). The outputs include the amounts of wastewater, co-products and wastes. The impacts categories are evaluated by GaBi software in terms of climate change (CC), acidification potential (AP), particulate matter and respiratory inorganics (PM), photochemical ozone formation (POF), ecotoxicity freshwater potential (EP), eutrophication (terrestrial, freshwater and marine), human toxicity potential (HTP), ozone depletion potential (ODP), and resource depletion (water). It was calculated the environmental impacts of a cataphoresis process of automotive industry via LCA approach. The environmental impacts of the investigated facility are in accordance with the literature values. The highest shares to the environmental impacts come form ED and UF water rinse tanks and the main contributors for this can be enlisted as energy usage. The total energy consumption in cataphoresis process of the investigated factory is approximately 12.5 kWh/m2. This energy consumption value is significantly higher than the literature. However, if the plant under study uses the full production capacity, it corresponds to the literature values of these consumption values. Literature studies are generally about production of passenger cars, while in our work we produce trucks and buses that enter commercial vehicle groups. The type of product produced can be said to be one of the factors that cause the difference because it does not affect the product production capacity. In this study, also effects of transportation is investigated in two parts: chemicals transportation and sludge transportation to cement factory. It has been found that the transport of chemicals, quantity, distance and transport route is effective, but the transport of chemicals is less than 1.60% of the total effect. The results shows that almost all environmental impact categories of cataphoresis processes are affected due to energy consumption. Therefore, four different scenarios are applied in this study to show the effect of renewable energy (wind turbine and photovoltaic), electricity from hard coal and grid mix electricity instead of grid mix of Turkey electricity on environmental impacts. The results show if wind energy is consumed as electricity source all of the impact categories decrease more than solar panels, grid mix and hard coal electricity. Whereas the hard coal power consumption increases most impact categories.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    715702

    Resource and environmental profile evaluation of personal care and cosmetic products with life cycle assessment methodology

    Kişisel bakım ve kozmetik ürünlerinin yaşam döngüsü metodolojisi ile kaynak ve çevresel profilinin analizi

    CENNET DEĞİRMEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilim ve TeknolojiBoğaziçi Üniversitesi

    Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN CILIZ

  2. Tez No

    884182

    Konya ilinde trafik kaza kara noktalarının belirlenmesi ve geoistatiksel analizi

    Determination and geostatistical analysis of traffic accident hotspots in Konya city

    ABDULLAH MOHAMMAD AHMAD NAWAFLEH

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik BilimleriKonya Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ATİYE BİLİM

  3. Tez No

    517442

    Sustainable developments in textile industry

    Tekstil sektöründeki sürdürülebilirlik gelişmeleri

    EBRU AKDUMAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALE KARAKAŞ

  4. Tez No

    847168

    Gıda sistemlerinde WEF Nexus yaklaşımının kentsel sürdürülebilirlik kapsamında değerlendirilmesi

    Evaluation of WEF Nexus approach in food systems within the scope of urban sustainability

    EBRU ALA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜLDEN DEMET ORUÇ

  5. Tez No

    664676

    Application of geographic information system (GIS) and neural networking in identification and prediction of tourist hot spots: Case of Aegean region of Turkey

    Turizm cazibe merkezlerinin tanımlanması ve tahmin edilmesine yönelik coğrafi bilgi sistemi ve yapay sinir ağları uygulaması: Ege bölgesi örneği

    ASMA RAFIQUE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKarabük Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL RAKIP KARAŞ

Geri Dön