Environmental life cycle assessment of zinc phosphating chemicals
Çinko fosfatlama kimyasallarının çevresel yaşam analiz değerlendirmesi
- Tez No: 629363
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA FATOŞ BABUNA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Hızla artan dünya nüfusu ile birlikte sanayileşme önem kazanmıştır. Zaman içerisinde üretimler beden gücünden makina gücüne evrilmekle birlikte nitelik ve nicelik açısından çeşitlilik kazanmıştır. Daha çok üretim ihtiyacının duyulması ile birlikte sanayileşme artık doğurduğu çevresel problemlerle de anılmaya başlanmıştır. Sanayi devriminden günümüze kadar geçen süre içerisinde özellikle son dönemlerde sürdürülebilirlik herkes tarafından yakından takip edilen bir konu haline gelmiştir. Toplumsal duyarlılığın artması, yeni başlanacak projelerde ya da mevcutda bulunan üretim sistemlerinde gerekli iyileştirmeler yapılması gerekliliğini yapılan ürün yaşam döngüsü analizleri ile ortaya çıkartmaya başlamıştır. Ürün yaşam döngüsü, bir ürünün veya hizmetin hammadde elde edilmesi, üretim, kullanım, bertaraf ve bu aşamalar arasındaki tüm aşamalarının her birinin süre boyunca yol açtığı çevresel etkileri değerlendirmek için kullanılan yaygın bir yöntemdir (Journal of Environmental Management,2010). Doğal kaynakların hızlıca yok olması ve doğadaki sanayi kaynaklı çevresel etkilerin artması gelişmiş ülkeleri ürün yaşam analizi çalışmalarını arttırılmalarını ve gerekli önlemlerin alınmasına neden olmuştur. Metal yüzey işlem kaplama kimyasalları metal kullanımının süregelen artımı ile doğru orantılı olarak arttığı görülmektedir. Bu çalışmanın ana amacı, metal endüstrisinde yaygın olarak kullanılan metal yüzey işlem kimyasallarının üretimi esnasında oluşan çevresel etkilerinin ürün yaşam döngüsü değerlendirmesi yaklaşımı kullanılarak sonuçların değerlendirilmesidir. Metal, eski zamanlardan beri birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Metal, çevresel koşullardan etkilenir ve zamanla hasar görür. Hasarı önlemek ve malzeme ömrünü uzatmak için çeşitli ek kimyasallar kullanılmalıdır. Bu kimyasallara metal ön işlem kimyasalları denir ve bu bir tür yüzey işlemidir. Yüzey işlemi, malzemenin yüzeyine uygulanarak değişik amaçlarla daha iyi hale getirmek için uygulanan bir işlemdir. Bu kimyasallar, farklı uygulamalarda ve çeşittli amaçlarla kullanılabilir. Bu kimyasallar geniş alanlarda ve farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Otomotiv, elektronik, inşaat ve ambalajlama metal ön işlem kimyasallarının yaygın olarak kullanıldığı sektörlerdir. Metal ön işlem kimyasal kullanımı doğrudan metal kullanımından etkilenir ve artar. Metal ön işlem kimyasalları genellikle üç kategoride sınıflandırılır: çinko fosfatlama kimyasalları, mangan fosfatlama kimyasalları ve demir fosfatlama kimyasalları. Bu çalışmada çinko fosfatlama kimyasal üretimi çevresel etkileri kapsamında incelenmiştir. Bu kimyasal, endüstrilerde korozyon koruması, yağlama, dekorasyon ve yalıtım amaçları için kullanılır. Bu çalışma içerisinde, metal endüstrisinin vazgeçilmez bir parçası olan yüzey işlem kimyasallarının üretimi aşamasında kullanılan hammadde, su, malzeme ve enerji tüketimi açısından değerlendirmesi bulunmaktadır. Bu amaçla, çalışmada farklı formülasyonlara sahip iki çinko fosfatlama kimyasalı kullanılmıştır. Bu kimyasallar birbirlerinin yerine kullanılabilinmektedir. Ürünler arasında iki fark vardır, bunlar ürünlerdeki hammadde türü ve hammadde miktarıdır. Bu çalışmada, bu ürünler A ürünü ve B ürünü olarak adlandırılmaktadır. Üretim sürecinin sürdürülebilirlik açısından mevcut durumu çevresel yaşam analizi yaklaşımı ile analiz edilmektedir. Çalışma içerisinde, metal yüzey işlem kimyasalı üretimi yapan bir fabrikanın farklı iki çinko yüzey kaplama kimyasallarının tüm üretim aşamaları incelenmektedir. Sistem sınırları hammadde temininden başlayarak, ürünün fabrikadan çıktığı ana kadar geçirdiği işlemleri süreyi kapsamaktadır. Ayrıca çalışmada ulaşımın etkileri araştırılmıştır. Kimyasalların ve malzemelerin taşınması ve atıkların tehlikeli atık yakma tesisine taşınıma ait bilgiler dahil edilmiştir. Tedarikçi ve üretim tesisi arasındaki mesafe, nakliye tipi, araç ve yakıt tipine ait bilgiler analiz içerisinde yer almaktadır. Ek olarak, üretim tesisi için enerji optimizasyon senaryosu bulunmaktadır. Elektrik tüketimi her iki ürün için de çevresel etki kategorileri içerisinde baskın kaynak değildir. Ancak, fabrikada üretilen tüm ürünler icin gerekli olan enerji şebekeden sağlanmaktadır. Şebekeden elde edilen elektriğin çevresel etki sonuçları ile karşılaştırmak üzere üzgar tribünü ve güneş paneli kullanılmıştır. Enerji temin senaryoları 1 kW/h elektrik tüketimi sırasında oluşan çevresel etkileri göstermektedir. Yüzey işlem kimyasallarının üretimi esnasında kimyasallar ve deiyonize suyu ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Deiyonize su her iki üründe de ortak olarak kullanılan hammaddelerden biridir. Fabrikada su hazırlama sistemi bulunmaktadır. Sistem musluk suyunun deiyonize suya dönüştürülmesini sağlar. Üretim genel anlamda, reçete içerisinde oranlar ile belirtilen hammadelerin mikser içerisinde belirli bir süre karışması ve otomatik dolum makinasında ambalaja doldurulmasını kapsamaktadır. Araştırmada kullanılan tüm veriler gerçek üretim tesisinden 2019 yılı ilk altı ayı için alınmıştır. Envanter verilerini analiz edebilmek için Ganzheitliche Bilanz (GaBi) 7.3 yazılımı kullanılmıştır. Veriler, üretim akış şeması içerisinde her bir işlem için girdilere ve çıktılara bağlı olarak toplanmıştır. Üretim girdi verileri enerji ve kimyasal, su vb malzemelerin teminini ve sevkiyatını içermektedir. Çalışma sonucunda elde edilen sonuçlar, GaBi yazılımı içerisinde etki kategorisi başlığı altığında çeşitli etki kategorilerine bölünerek bellirtilmiştir. Bu etki kategoriler, küresel ısınma potansiyeli (GWP), abiyotik tükenme (ADP fosilleri ve elementleri), asitleşme potansiyeli (AP), ötrofikasyon potansiyeli (EP), tatlı su sucul toksisitesi (FAETP), insan toksisite potansiyeli (HTP), ozon tabakası incelme potansiyeli (ODP), fotokimyasal ozon tüketme potansiyeli (ODP), arazi ekotoksisite potansiyeli (TETP) seçilmiş ve gerekli değerlendirmeler yapılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarına göre, B ürününün çevresel etki kategorileri üzerinde A ürününden daha olumsuz etkileri olduğu belirlenmiştir. Yalnızca GWP etki kategorisinde A ürününün çevre üzerinde B ürününden daha fazla etkisi vardır. Sonuçlar, çinko fosfatlama kimyasal üretiminden kaynaklanan hemen hemen tüm çevresel etki kategorilerinin hem A hem de B ürününde hammadde tüketimi nedeniyle olduğunu göstermektedir. Nitrik asit üretimi ve fosforik asit üretimi, her iki ürüne de tüm etki kategorileriyle ilgili önemli katkılarda bulunmaktadır. Sadece iki kimyasalın birbiriyle çevresel etkileri açısından karşılaştırması değil, literatürde yer alan benzer kimyasallar ait yaşam döngüsü değerlendirme çalışmalarının sonuçları da ürün A ve B'nin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma için üç çevresel ürün bildirimi (EPD) kullanılmıştır. Bu ürünler farklı endüstrilerde farklı amaçlar için kullanılan kaplama kimyasallarıdır. Çevresel ürün beyanları ve iki ürünün sonuçları etki kategorileri açısından birbirinden farklıdır. Sonuçların hammadde türü ve miktarından doğrudan etkilendiği görülmektedir. Buna ek olarak, şebekeden ve yenilenebilir kaynaklardan 1 kW/s elektrik üretmenin çevresel etkisini göstermek için rüzgar türbini, güneş enerjisi ve şebekenin sonuçları birbirleriyle karşılaştırıldı. Güneş enerjsi ve şebeke ile karşılaştırıldığında rüzgar türbininden elektrik üretmek daha çevre dostu bir seçenektir.
Özet (Çeviri)
The industrialization has gained importance with the rapidly increasing world population. Over time, productions have evolved from physical strength to machine power, and have diversified in terms of quality and quantity. With the need for more production, industrialization has started to be mentioned with the environmental problems that it causes. In the period from the industrial revolution to the present day, sustainability has become a subject that is closely followed by everyone, especially in the last period. Increasing social sensitivity has started to reveal the necessity of making necessary improvements in new projects or existing production systems with product life cycle analyses. The product lifecycle is a common method that provides to evaluate product or service the environmental impacts that each of the stages of raw material extraction, production, use, disposal, and all other stages have over the duration. The rapid disappearance of natural resources and the increase of environmental impacts arising from industry in nature caused the developed countries to increase their product life analysis studies and take necessary measures. Metal has been widely used in many industries since ancient times. Metal is damaged depending on environmental conditions and over time. In order to prevent damage and prolong material life, various additional chemicals must be used. These chemicals are called metal pretreatment chemicals and, it is a type of surface treatment. The surface treatment is a process applied to the surface of a material to make it better in some way. It can be used in different applications and purposes. These chemicals are used in wide areas and different applications. Automotive, electronics, construction, and packaging are common application areas in the industry. The metal pretreatment chemical usage is directly affected and increases with the ever-growing of metal usage. The metal pretreatment chemicals are generally classified into three categories, zinc phosphating chemicals, mangan phosphating chemicals, and iron phosphating chemicals. In this study, zinc phosphating chemical production is examined in the scope of environmental impacts. This chemical is used for corrosion protection, lubrication, decoration, and insulation purposes in industries. The main purpose of this study is to evaluate the results of the environmental effects that occur during the production of metal surface treatment chemicals that commonly used in the metal industry by using the product life cycle assessment approach. For this purpose, two zinc phosphating chemicals are used with different formulations in the study. These chemicals can be used substitutes for each other. There are two differences between the products. These are the type of raw material, and raw material amount in products. In this study, these products are called as product A and product B. In this study, there is an evaluation in terms of raw material, water, material, and energy consumption used in the production of surface treatment chemicals, which is an indispensable part of the metal industry. The current state of the production process in terms of sustainability is analyzed with an environmental life analysis approach. In the study, all production stages of two different zinc surface coating chemicals of a factory producing metal surface treatment chemicals are examined. The system limits cover the duration of the processes from the supply of raw materials to the moment the product leaves the factory. Also, the effects of transportation are investigated in the study. Chemicals and materials transportation, and waste transportation to the hazardous waste incineration plant datas are included. Distances between supplier and production plant, transportation type, vehicle, and fuel type are included in transportation analyses. In addition to that, energy optimization scenarios applied for the production plant. Electricity consumption is not a major source of environmental impact categories for two products. But the required electricity is only provided from the grid mix for all products in the factory. Wind turbine and photovoltaic systems are used for environmental impact comparison with grid mix. Energy supply scenarios show their contribution to the environment while producing 1 kW/h. Chemicals and deionised water are widely used during the production of surface treatment chemicals. Deionized water is one of the common raw material in both products. There is a water preparation system in the factory. The system provides to convert tap water to deionized water. Production includes the mixing of the raw materials specified in the instructions with the rates for a specific time in the mixer and filling in the packaging in an automatic filling machine. All data used in the research were taken from the real production facility for the first six months of 2019. Ganzheitliche Bilanz (GaBi) 7.3 software and Ecoinvent database were used to analyze inventory data. The data were collected based on inputs and outputs for each process within the production flow chart. Production input data includes supply and shipment of materials and chemicals, water, etc. and consumption of energy. The results obtained of the study are determined by dividing into various CML impact categories that are located in the GaBi software program. These impact categories include global warming potential (GWP), abiotic depletion potential (ADP fossils and elements), acidification potential (AP), eutrophication potential (EP), freshwater aquatic toxicity (FAETP), human toxicity potential (HTP), ozone layer depletion potential (ODP), photochemical ozone depletion potential (ODP), terrestic ecotoxicity potential (TETP) were selected and necessary evaluations were completed. According to the results of the comparison, it is determined that product B had more negative effects on the environmental impact categories than product A. Only in the GWP impact category, product A has a more impact on the environment than product B. The results show that almost all environmental impact categories of zinc phosphating chemical production both products A and B are affected due to raw material consumptions. Nitric acid production and phosphoric acid production are the major contributors to both products about all impact categories. Not only the environmental impact comparison of the two chemicals with each other but also the results of similar chemicals life cycle assessment studies are compared in the literature with product A and B. Three environmental product declarations(EPD) are used for comparison. These products are used as coating chemicals for different purposes in different industries. Results of EPD's and two products are different from each other in impact categories. It is seen that, the results are directly affected by type and amount of raw materials. In addition to that, to show the environmental impact of producing 1 kW/h electricity from grid mix and renewable sources, wind turbine, photovoltaic, and grid mix results were compared to each other. Producing electricity from the wind turbine is a more environmentally friendly option when it's compared with photovoltaic and grid mix.
Benzer Tezler
- Atık su arıtma tesislerinde su ayak izi hesaplama yöntem önerisi ve haddeleme-galvanizleme tesisinde uygulama örneği
A method proposal for water footprint calculations in wastewater treatment plants and application example in rolling-galvanising plant
TAMER ÇANKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Yapıda malzeme seçimi için bir yaklaşım: Metal esaslı cephe kaplama malzemesi örneği
An approach to material selection in construction: A review of metal facade cladding material
ŞAFAK GÖKTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEYLA TANAÇAN
- Environmental life cycle assessment of hot mix asphalt boulevard road
Sıcak karışım asfalt bulvar yolunun çevresel yaşam döngüsü değerlendirmesi
HIBA QUROOT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA FATOŞ BABUNA
DOÇ. DR. BİLGE BAŞ
- Life cycle assessment of combined bioheat and biopower production and cost: Simulated case studies based on combustion utilizing turkish oak (Quercus cerris L.) coppices
Birlikte biyoısı ve biyogüç üretimi yaşam döngüsü değerlendirmesi ve maliyeti: Türkiye meşe (Quercus cerris L.) baltalıklarını kullanan yanma temelli benzetilmiş durum çalışmaları
GÜNER EKŞİ
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- Determination of biogas potential of banana harvestingwaste and environmental life cycle assessment of utilizingstem waste for banana production in greenhouses in Türkiye
Muz atıklarının biyogaz potansiyelinin belirlenmesi ve Türkiye'deki muz üretimi için kullanılmasının çevreselyaşam döngüsü değerlendirmesi
KARDELEN AFRODİT ADSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN
DOÇ. DR. FEHMİ GÖRKEM ÜÇTUĞ