Ipari. Ökológia ősz. 3. évfolyam 1. szám. Klasszikusok. A tartalomból A Szerkesztőktől. Népszerű ipari ökológia

Ipari Ökológia A MAGYAR I PARI ÖKOLÓGIAI TÁRSASÁG FOLYÓIRATA A tartalomból A Szerkesztőktől Bevezető

Kutatás Kell-e aggódnunk, ha ráfolyik a benzin az autógumira? (Cséfalvai E. – Benkő T. – Valentíni N. – Tóth A.J. – Tukacs J.M. – Gresits I. – Kovács A. – Rácz L. – Solti Sz. – Mizsey P.) Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nemideális elegyekre (Tóth A.J. – Szanyi Á. – Haáz E. – Mizsey P.) Frissen préselt narancslé eltarthatóságának növelése HHPtechnológia alkalmazásával (Tóth A. – Friedrich L. – Jónás G. – Salamon B. – Németh Cs.)

2015. ősz 3. évfolyam 1. szám

Népszerű ipari ökológia Exergia- és energiahatékonyság (Bezegh A. – Bezeghné Jelinek K. – Bezegh B.)

Klasszikusok A termék-élettartam tényező (W. R. Stahel)

Tartalom

Bevezető

A Szerkesztőségtől Bevezető

Kedves Olvasó!

Kutatás Kell-e aggódnunk, ha ráfolyik a benzin az autógumira? (Cséfalvay E. – Benkő T. – Valentíni N. – Tóth A.J. – Tukacs J.M. – Gresits I.- Kovács A. – Rácz L.- Solti Sz. – Mizsey P.) Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nemideális elegyekre (Tóth A.J. – Szanyi Á. – Haáz E. – Mizsey P.) Frissen préselt narancslé eltarthatóságának növelése (Tóth A. – Friedrich L. – Jónás G.- Salamon B. – Németh Cs.) Népszerű ipari ökológia Exergia- és energiahatékonyság (Bezegh A. – Bezeghné Jelinek K. – Bezegh B.) Az ipari ökológia klasszikusai A termék-élettartam tényező (W.R. Stahel)

IpariÖkológia a Magyar Ipari Ökológiai Társaság szakmai folyóirata 3. évfolyam, 1. szám Megjelenik időszakosan. Főszerkesztő: Rácz László Felelős szerkesztő: Mizsey Péter Szerkeszti a Szerkesztő Bizottság Kiadja: a Magyar Ipari Ökológiai Társaság (MIPOET), 1221 Budapest Honfoglalás út 24. Felelős kiadó: Bezegh András, a Magyar Ipari Ökológiai Társaság elnöke A szerkesztőség e-mail címe: [email protected] ISSN 2416-3538 ©MIPOET- Minden jog fenntartva

Kiadványunk internetes kiadását olvashatja; erre szándékunk szerint a jobb elérhetőség és a szélesebb körű olvasottság érdekében, valamint környezetvédelmi (papírtakarékossági) okokból tértünk át. Jelen kiadványunkban néhány, az ipari ökológiát érintő kutatásról tájékoztatunk, bevezetést adunk az exergia fogalmába és az exergiaelemzésbe, és egy klasszikus nyomán ismertetjük a termék-élettartam tényezőket. Cséfalvai Edit és munkatársai gumiabroncs őrlemények szerves oldószeres vizsgálatának eredményeiről számolnak be. Tóth András József és kollégái extraktív heteroazeotróp desztillációt használtak nem ideális szerves folyadékelegyek költséghatékony szétválasztására. Tóth Adrienn és társai rámutatnak arra, hogy egyes élelmiszeripari termékek eltarthatósága jelentősen növelhető nagy hidrosztatikus nyomású kezeléssel. Bezegh András szerzőtársaival az exergiahatékonyság fogalmát ismerteti, összeveti azt az energiahatékonyságéval és rámutat az exergiaelemzés fontosságára az energiátalakító rendszerek elemzésében. Az ipari ökológia klasszikusai közül most Walter R. Stahel 1982-ben megjelent ’Termék-élettartam tényező’ című közleményének fordítását adjuk közre. Korai gondolatai hozzájárultak a termékek újrafelhasználása, javítása, felújítása és újrahasznosítása elterjedéséhez, az ipari ökológia fontos irányzata, a „körkörös gazdaság” kialakulásához. Hasznos időtöltést kívánunk. Budapest, 2015 ősze Mizsey Péter

Rácz László

Ipari Ökológia pp. 3−16. (2015) 3. évfolyam, 1. szám

Magyar Ipari Ökológiai Társaság © MIPOET 2015

Kell-e aggódnunk, ha ráfolyik a benzin az autógumira? Cséfalvay Edit1,2, Benkő Tamás2, Valentínyi Nóra2, Tóth András József2, Tukacs József Márk2, Gresits Iván2, Kovács András2, Rácz László, Solti Szabolcs, Mizsey Péter2,3 2Budapesti

Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék 3Pannon Egyetem, Műszaki Kémiai Kutatóintézet

KIVONAT Használt gumiabroncs-őrlemények oldószeres vizsgálatát végeztük el a vegyiparban legnagyobb volumenben alkalmazott oldószerekkel és 95-ös kutatási oktánszámú benzinnel. Az áztatási kísérletek során információt nyertünk arról, hogy az egyes oldószerek diffundálnak-e a gumi polimerbe, kioldanak-e valamilyen komponenst továbbá, hogy reakcióba lépnek-e vele. Kísérleteink eredményeként megállapítottuk, hogy a diklórmetánnak, ciklohexánnak és a benzinnek (95) is jelentős szerepe van a gumi duzzadásában, mind térfogat-, mind tömegnövekedés tekintetében a vizsgált időintervallumban (10 perc−24 óra) és hőmérséklet-tartományban (20−50°C). Az oldószerek extrakciós képességét vizsgálva megállapítottuk, hogy alkalmasak gumiabroncsokban lévő textilhez kötődő műgyantákból nitrogéntartalmú vegyület kivonására. Az oldószerek színváltozása és XRF vizsgálatok is igazolják a gumi polimerben lévő kén-kén és kén-hidrogén kötések felbontását, és a kén oldószerben való megjelenését. Kísérleti eredményeinket hétköznapi életben előforduló eseményekre kivetítve megállapítottuk, hogy a kis érintkezési felület és a rövid érintkezési idő miatt nem kell aggódnunk, hogy az oldószerek jelentős változást okoznának gumiabroncsunkban. Kulcsszavak: oldószerek, benzin (95), duzzadás, extrakció, oldószer regenerálás

1

Levelezés: [email protected]

4 Ipari Ökológia 3−16 ___________________________________________________________________________

ABSTRACT Edit Csefalvay, Tamas Benko, Nora Valentínyi, András Jozsef Toth, Jozsef Mark Tukacs, Ivan Gresits, Andras Kovacs, Laszlo Racz, Szabolcs Solti, Peter Mizsey: Should we worry about pouring petrol on the tyres? We report here the dipping experiments of shreds into solvents used in large volume in the chemical industry and petrol having a research octane number of 95, as well. The results of the dipping experiments, such as mass- and volume increase are measured and the extracted organic and inorganic compounds are identified and presented. Swelling of shreds in both volumetric- and mass point-of-view verifies the existence of solvents’ diffusion into the rubber matrix. Both colour change of solvents and XRF measurements proved the capability of solvents in breaking sulphur-sulphur- and sulphur-hydrogen cross bonds, and efficient extraction of sulphur and nitrogen-containing organic molecules of textile-rubber-bond-origin. Visioning our experiments to average life and whole tyres we can state that due to the small contact area and short contact time solvents and petrol (95) will not affect our car tyres. Keywords: solvents, petrol (RON 95), swelling, extraction, solvent regeneration BEVEZETÉS Biztosan mindenkivel előfordult már, hogy tankolás után a benzinadagoló pisztoly csövéből ráfolyt a benzin az autógumira, esetleg a tankolás után a tankból kivéve az adagolót véletlenül megnyomtuk és kifröccsent a benzin. Arra is volt már példa, hogy elromlott a tankoló pisztoly folyadékérzékelője, és dőlt ki a benzin az autóra és a hátsó kerékre. Ezek nem egyedi esetek, rendszeres tankolóként többször láthatunk, illetve tapasztalhatunk ehhez hasonlót. Felmerül a kérdés, hogy vajon az autógumira fröccsenő benzin okoz-e valamilyen kárt a gumiban. Kioldhat-e belőle valamilyen komponenst, vagy befolyásolja-e a kopásállóságát, esetleg lerövidíti-e élettartamát? Van-e különbség akkor, ha különböző időjárási körülmények között történik mindez? Vegyi gyár területén autózva óhatatlanul előfordul, hogy valamilyen ismeretlen eredetű tócsában állunk meg. Természetes a gyárak mindent elkövetnek a biztonságos munkahely megteremtése érdekében, továbbá a munkavédelmi és biztonsági előírásokat betartva működnek, azonban ennek ellenére például egy oldószeres tartálykocsi feltöltésekor szintén előfordulhat kifröccsenés. Ilyenkor is felmerül a kérdés, hogy ezek az oldószerek, hogyan befolyásolják a gumi összetételét, öregedését, vagy élettartamát. Ezen kérdéseknek utánajárva kísérleteket végeztünk: megvizsgáltuk különböző oldószerek (köztük a benzin) hatását a használt gumiabroncsokra és azt, hogy az oldószerbe áztatás okoz-e, és ha igen, akkor milyen mértékű duzzadást, továbbá kioldódik-e valami a gumiból? Az oldószer visszanyerés szempontjából pedig a használt oldószerek regenerálását is elvégeztük.

Cséfalvay Edit, Benkő Tamás, Valentinyi Nóra, Tóth András József, Tukacs József Márk, Gresits Iván, Kovács András, Rácz László, Solti Szabolcs, Mizsey Péter

(2015) 3. évfolyam, 1. szám 5 _______________________________________________________________________________

A GUMIABRONCSOK ÖSSZETÉTELE Ahhoz, hogy megértsük, milyen változást okozhatnak az oldószerek a gumiabroncsban, ismernünk kell annak alkotóelemeit. A gumiabroncs arányaiban 45% gumit (különböző arányban természetes és mesterséges kaucsukgumit) tartalmaz. A plasztikus viselkedésű kaucsukot vulkanizálással alakítják térhálós szerkezetű, rugalmas gumivá, azaz elasztomerré. További alkotórészeit tekintve 20−28% kormot, 13−25% acélt és 10−14% textilkordot tartalmaz. A gumi öregedésének gátlásához adalékanyagokat, mechanikai tulajdonságának javításához pedig töltőanyagokat használnak. A kívánt képlékenységet lágyítók adagolásával állítják be. Természetesen égésgátlókat, többnyire bróm-tartalmú vegyületeket is adagolnak, elsősorban biztonságtechnikai szempontból (Pálfi, L 2010). Alapanyagok, tömeg % Természetes gumi Szintetikus gumi Korom Acél Textil, töltő anyag, gyorsítók, öregedésgátlók stb.

Európai Unió

22 23 28 13

Nehézgépjármű 30 15 20 25

14

10

Személyautó

1. táblázat. A gumiabroncsok átlagos összetétele az EU-ban (Sienkiewicz, M & Kucinska-Lipka, J & Janik, H & Balas, A 2012) A gumi valójában makromolekuláris hálózat, amely hosszú szénhidrogén-láncokból épül fel. Egy makromolekula 1000−5000 izoprénegységből is állhat. A makromolekulák lehetnek lineárisak, elágazóak, de az autógumikban a vulkanizálásnak köszönhetően többnyire keresztkötéseket tartalmazóakat találunk. OLDÓSZEREK HATÁSA A GUMIRA – AZ ELMÉLET Lineáris és elágazó láncú polimerek esetében találhatók olyan folyadékok, melyek teljes mértékben feloldják a polimert, homogén oldatot képezve, azonban a gumi keresztkötéses, térhálós rendszerében − oldószerekkel való érintkezésükkor − csak duzzadás jelentkezik. A duzzadás során az oldószer molekulák diffúzióval behatolnak a térhálóba, ahol a láncok távolodását, tágulását okozzák. Ezen tágulás, térfogatnövekedés ellen hat a láncok felcsavarodása, így végül beáll egy egyensúlyi duzzadás, mely az oldószer típusától és a térháló sűrűségétől függ. Minél nagyobb a térháló sűrűsége, annál kisebb mértékű a duzzadás (Cowie, JMG 1973). Különböző oldószerek eltérő hatással lehetnek a gumira. A folyadékok elasztomerekben való abszorpciója során különböző változások következnek be az elasztomerek fizikai tulajdonságaiban, mint például az elasztomer méretének növekedése. Ezen méretnövekedés nyomon követhető a minta tömegnövekedésében az oldószerrel történt érintkezés időtartamának függvényében. A méret növekedése jelentheti az

Kell-e aggódnunk, ha ráfolyik a benzin az autógumira?

6 Ipari Ökológia 3−16 ___________________________________________________________________________

elasztomer eredeti funkciójának változását, elvesztését is (Fedors, RF 1979). A duzzadás nagyobb mértékben függ a gumi és az oldószer kémiai összetételétől, kevésbé a gumi térháló-sűrűségétől. A nem térhálós polimer a duzzadás során oldatba megy, a térhálós azonban nem oldódik, hanem több-kevesebb oldószert vesz fel, és ezáltal megduzzad (Czvikovszky, T & Nagy, P & Gaál, J 2007). A gumi oldószerekkel történő érintkezéskor háromféle hatást különböztetünk meg: - a leggyakoribb hatás a duzzadás, melyet a folyadékok gumi főtömegbe történő abszorpciója okoz - kevésbé gyakori az extrakció jelensége, amely során a gumi vulkanizátum bizonyos komponensei kioldódnak és eltávoznak, ezzel a gumi térfogata csökken - a harmadik lehetséges hatás az oldószer kémiai reakciója a gumival. Ez ugyan térfogatváltozást nem okoz, viszont a fizikai paraméterek jelentős változását eredményezheti. Jellemzően bizonyos mértékig mindhárom hatás előfordul, de gumi esetében a duzzadás a meghatározó folyamat. A változások gravimetrikusan, illetve volumetrikusan követhetők nyomon (Dick, JS 2001). KÍSÉRLETI RÉSZ A gumiabroncsok nagy méretére való tekintettel a laboratóriumi oldószeres vizsgálatokhoz 1−2 mm átmérőjű, a használt gumiabroncsból shreddeléssel (aprítással) előállított őrleményt használtunk (l. 1. ábra), amely acélmentes elasztomernek tekinthető. A vizsgált gumiőrlemény néhány fizikai jellemzőjét a 2. táblázat mutatja.

1. ábra. A vizsgált gumiőrlemények


(2015) 3. évfolyam, 1. szám 7 _______________________________________________________________________________

Szemcseátmérő

1−2 mm

Halomsűrűség

Hézagtérfogat

0,49 g/cm3 (szórás 0,008)

0,704 cm3/cm3 (szórás 0,019)

Gumiőrlemény sűrűség

Fajlagos felület

1,67 g/cm3

40 m2/m3

2. táblázat. A vizsgált gumiőrlemény jellemzői Korábban kimutattuk, hogy a különböző gyártmányú abroncsok anyagukat tekintve lényegesen nem különböznek egymástól, ezért az oldószeres vizsgálatokat márkától függetlenül használt gumiabroncsok keverékéből előállított gumiőrleményekkel végeztük el. A gumiőrleményben a hazai forgalomban lévő összes abroncstípus fellelhető: különböző gyártók használt személy- és teherautó, targonca, babakocsi és mezőgazdasági járművekhez készült gumiabroncsai. A vegyipar legnagyobb volumenben, illetve gyakorisággal használt oldószereit vizsgáltuk, kiegészítve a 95-ös kutatási oktánszámú benzinnel: ezek a diklórmetán (DKM), ciklohexán, normál-hexán (továbbiakban n-hexán), aceton, etil-acetát, normál-heptán (továbbiakban n-heptán), gamma-valerolakton (GVL) és benzin (kutatási oktánszáma 95). Az időjárás hatását az áztatási hőmérséklet változtatásával modelleztük, figyelembe véve az oldószerek forráspontját. A duzzasztási kísérletekhez alkalmazott oldószerek által különböző hőmérsékleten előidézett gumitömeg- és térfogat-növekedéseket a 3. táblázat foglalja össze. A megadott értékek párhuzamos kísérletek átlagai, amelyek kezdetben ugrásszerű növekedést mutatnak, majd első 15−30 perc elteltével ez a növekedés lassul, és egy adott értékhez tart (l. 2. ábra). Az oldószerek diffúziója jelentős mértékű volt a kísérletek első 15−20 percében, majd lassulást követően a duzzadás megállt. A benzinnel, mint keverék oldószerrel végzett kísérleteknél is megfigyelhetjük a kezdeti jelentős, ugrásszerű tömeg- és térfogatnövekedést, majd a további növekedést egy korábban tapasztaltakhoz hasonló tendenciájú görbével jellemezhetjük (l. 2. ábra). A 20, 30 és 50°C-on végzett kísérletek során mért tömeg- és térfogatnövekedésértékek nem térnek el jelentősen egymástól, így azt mondhatjuk, benzin esetében a hőmérsékletnek nem volt jelentős hatása a gumiőrlemények térfogat-növekedésére. A legnagyobb mértékű térfogati duzzadást ciklohexán oldószerrel értük el. A vizsgált oldószerek térfogatnövekedést okozó hatása csökkenő sorrendben a következő: ciklohexán > benzin (95) > DKM > n-heptán>n-hexán > GVL > etil-acetát > aceton. Tömegnövekedés tekintetében a vizsgált oldószerek hatása csökkenő sorrendben a következő: DKM > ciklohexán > benzin (95) > n-heptán > n-hexán > etil-acetát > GVL > aceton.


8 Ipari Ökológia 3−16 ___________________________________________________________________________

Oldószer forráspont, °C

Oldószer

Diklór-metán (DKM)

40

Ciklo-hexán

81

n-hexán

69

Aceton

56

Etil-acetát

77

n-heptán

98,4

gammavalerolakton (GVL)

208

Benzin (95)

54−186

Oldószer sűrűség, g/cm3

Tömegnövekedés, %

Térfogatnövekedés, %

Oldószer színvált. színtelenről

20°C

30°C

50°C

20°C

30°C

50°C

1,325

181,08

181,95

-

105,53

103,75

-

0,779

121,13

126,90

121,86

139,17

133,33

134,43

halványbarna

0,659

44,46

52,11

48,80

52,78

66,53

65,69

halványbarna

0,791

5,32

5,17

-

11,25

11,69

-

0,901

27,93

21,79

30,62

23,80

15,13

18,33

0,684

-

61,16

-

-

82,33

-

halványbarna

1,050

-

17,35

-

-

37,78

-

színtelen

0,72− 0,77

112,62

110,69

108,63

130,74

125,63

126,05

fekete

vörösesbarna halványsárga

sötétbarna

3. táblázat. A választott oldószerekkel különböző hőmérsékleten végzett duzzasztási kísérletek során kapott tömeg- és térfogatnövekedés

Jól láthatjuk, hogy a térfogat-, illetve a tömegnövekedés sorrendje változik, amelynek oka az egyes oldószerek sűrűség-különbségében keresendő. Amíg a diklórmetán (DKM) csak a harmadik a térfogatnövekedést tekintve, addig első helyre került a tömegnövekedést figyelembe véve, hiszen sűrűsége 1,325 g/cm3 (25°C-on és atmoszférikus nyomáson) (Molar 2013). Az oldószerek sűrűségét tekintve a GVL-t várnánk a következő helyre a sorban, ellenben a ciklohexán következik, köszönhetően annak, hogy a GVL-hez képest jelentősebb mértékű a gumi polimerbe történő diffúziója, és ebből következően jelentősebb az általa okozott tömeg- és térfogatnövekedés. Míg GVL-t alkalmazva mindössze közel 38% térfogat- és 17% tömegnövekedést mértünk, addig ezek az értékek messze elmaradnak a ciklohexán által okozott 133 és 127%-os térfogat- és tömegnövekedéstől. Látható, hogy csak azonos mértékű térfogatnövekedés esetén vizsgálhatók csak a sűrűségkülönbség miatt adódó tömegnövekedési sorrendben kapott eltérések.


(2015) 3. évfolyam, 1. szám 9 _______________________________________________________________________________

2. ábra. A benzinbe történő áztatás hatása a gumigranulátumra A diklórmetán, és az aceton esetében a hőmérsékletnek nincs lényeges hatása a tömegnövekedés mértékére, azonban ciklohexán, n-hexán esetében egy maximumos, vagyis 30°C-on volt a legnagyobb mértékű a duzzadás, míg etil-acetát esetében egy minimumos görbét kapunk, vagyis 30°C-on volt a legkisebb mértékű a duzzadás (l. 3. táblázat). Az oldószer színének változása arra enged következtetni, hogy nemcsak duzzadás, hanem extrakció is történik az áztatás során. Szembetűnő változást okozott a diklórmetánban történő áztatás, amely esetben a színtelen oldószer feketére változott. Jelentős színbeli változás okozott még a benzin, amely a kísérleteket követően sötétbarna lett. Aceton oldószerrel végzett kísérleteket tekintve jelentős térfogati, vagy tömeget érintő változást nem tapasztaltunk, de az oldószer vörösesbarnára színeződött. Ciklohexán, n-hexán és n-heptán esetén halvány barna, etil-acetát esetén halványsárga elszíneződést tapasztaltunk, míg a GVL oldószer nem színeződött el (l. 2. ábra). A KÍSÉRLETEK EREDMÉNYEINEK KIVETÍTÉSE GUMIABRONCSRA Laboratóriumi kísérleteket 1−2 mm tartományba eső átmérőjű, 0,49 g/cm3 halomsűrűségű, 0,704 cm3/cm3 hézagtérfogatú gumiőrleménnyel végeztük, melynek részecske sűrűsége 1,67 g/cm3 volt. A gumiőrlemény szemcsék viszonylag nagy, 1,5 mm-es átlagos átmérővel számolva 40 m2/m3 fajlagos felületűek. Egy jó viszonyszámot kaphatunk akkor, ha a gumiőrlemény minták által felvett oldószermennyiséget a minták összfelületére vonatkoztatjuk a jellemző időtartományban. Az oldószerbe történő áztatást több óráig, egyes esetekben egy napig is elvégeztük, azonban a legintenzívebb méretnövekedés a mintákon, vagyis a maximális oldószer felvétel a kísérletek elején ugrásszerűen ment végbe. A 4. táblázatban foglaltuk össze az egyes oldószerekhez és áztatási hőmérsékletekhez tartozó legnagyobb duzzadást jelentő időintervallumokat és a felvett oldószer mennyiségét g/m2 gumifelület/min mértékegységben.


10 Ipari Ökológia 3−16 ___________________________________________________________________________

Maximális oldószer felvétel, g/m2 gumifelület/min (különböző hőmérsékleteken a jellemző időtartományokban)

Oldószer

20°C Diklórmetán 140,92 (DKM) Ciklohexán n-hexán

Oldószerfelvétel sebessége tenyérnyi (0,02 m2) gumiabroncs felületre 30°C-on, g/min

5,61 13,56

idő, min 5−10 között 5−90 között 0−10 között 0−5 között 0−15 között

30°C 132,49 9,09 20,45

Aceton

3,55

4,23

Etil-acetát

8,75

n-heptán

na

na

15,24

gammavalerolakton (GVL)

na

na

1,76

6,48

idő, min 5−10 között 5−60 között 0−10 között 0−5 között 0−16 között

50°C

idő, min

na

na

32,69 18,80

15−30 között 0−10 között

2,65 0,18 0,41

na

na

0,08

8,55

0−15 között

0,13

0−15 között

na

na

0,30

0−30 között

na

na

0,04

0−16 0−15 0−15 28,81 30,97 0,58 között között között 4. táblázat. Gumiőrlemény 1 m2 felületére eső maximális oldószer áram a jellemző érintkezési idők figyelembevételével, továbbá a gumiabroncs talajjal történő érintkezési felületére számolt oldószerfelvétel (na: nincs adat)

Benzin (95)

27,38

Habár a gumiabroncs felülete nagynak tekinthető különösen a sokféle futófelületi mintának köszönhetően, a talajjal történő érintkezés mindössze tenyérnyi felületen történik abroncsonként. Ha feltételezzük, hogy oldószer tócsában állunk meg, akkor ez a tenyérnyi felület fog érintkezni az oldószerrel. A tenyérnyi felületet 10 cm × 20 cm =0,02 m2nek véve ezen felületen felvett oldószer mennyisége egy percre vonatkoztatva diklórmetán esetében a legnagyobb 2,65 g/min. Jelentős továbbá a benzinre kapott 0,58 g/min-es érték is. Ezen oldószerek gumiabroncsba történő diffúziójának sebességét azonban nem tekinthetjük kizárólagos adatnak, hiszen jelentős mértékben befolyásolják a felszívódást az aktuális időjárási körülmények, továbbá az egyes oldószerek gőztenzió értékei is, amelyek a párolgással vannak szoros kapcsolatban. Azért, hogy megvizsgáljuk az egyes oldószerek illékonyságát, a ChemCAD 6.1. szimulációs szoftver adatbázisában található konstansok felhasználásával és az Antoine-egyenlet segítségével kiszámoltuk azok gőznyomását különböző hőmérsékleteken


(2015) 3. évfolyam, 1. szám 11 _______________________________________________________________________________

B   p 0  exp  A   C  ln T   D  T E  T  

(1),

ahol p0 a tiszta oldószer gőznyomása (Pa), A, B, C, D, E az Antoineegyenlet konstansai, T a hőmérséklet (K). A képlet szerint kiszámoltuk a vizsgált oldószer vegyületek gőznyomásait 20, 30, 38, és 50°C hőmérsékleteken; a szénhidrogének elegyéből álló motorbenzinre az EN 13016-1-ben térségünkre előírt − 38 °C melletti − (Reid) gőznyomás-tartományt (nyáron 45−60 kPa, télen 60−90 kPa) vettünk figyelembe. Az 5. táblázatból látható, hogy 38°C-on a diklórmetán gőznyomása a legnagyobb (95 kPa), ezt követi a benziné (nyáron 45−60, télen 60−90 kPa).

Gőznyomás, kPa 20°C 30°C 38°C 50°C

DKM 48 71 95 144

Ciklohexán 10 16 23 36

nhexán 16 25 35 54

Aceton 25 38 52 82

Etilacetát 10 16 23 38

nheptán 5 8 11 19

GVL 0 0 0 0

Benzin (95) Reid-féle gőznyomás*

45−90

5. táblázat. A vizsgált oldószerek Antoine-egyenlettel számolt gőznyomásai különböző hőmérsékleten * Irodalmi adat MOL 95-s oktánszámú benzinének biztonsági adatlapjáról Mindezek alapján megállapítható, hogy a gumi jelentős mértékű duzzadását okozó oldószerek közül a diklórmetán és a benzin a legillékonyabbak, így duzzadás csak abban az esetben jön létre, ha az egész gumifelületet ezekbe az oldószerbe áztatjuk (a ciklohexán kevésbé illékony). Ha diklórmetánt vagy benzint öntünk a gumiabroncsra, abban jelentős változást nem fog okozni, mert ezen vegyületek párologási sebessége nagyobb, mint a gumiabroncsba történő diffúziójuk sebessége. A párolgást gyorsítja, ha fúj a szél, de kedvezően hat a nyári meleg is, mivel a felmelegedett gumiabroncsról gyorsabban párolog el a benzin. Az elpárolgott oldószerek illékony szerves anyagként jelennek meg a levegőben, egészségügyi és környezetvédelmi problémát okozva, de ez nem képezi tárgyát vizsgálatainknak. AZ OLDÓSZEREK ELEMZÉSE Az oldószerek tömegspektrométerrel kapcsolt gázkromatográfos (GCMS) elemzését Agilent 6890 Plus gázkromatográffal (kolonna HP-5MS (30 m x 0,25 mm x 0,25 μm, injektor hőmérséklete 300°C, kolonna hőmérséklete 80°C, detektor hőmérséklete 300°C, vivőgáz: hélium 1 ml/min) végeztük. Az elemzés során egyértelmű bizonyítékot kaptunk arra, hogy nemcsak duzzadás és extrakció, hanem kémiai reakció is történt a gumi mátrixban. A GVL kivételével az összes oldószerben megjelent egy amin vegyület, amelyet a GC-MS készülék NIST MS nevű


12 Ipari Ökológia 3−16 ___________________________________________________________________________

szoftvere 78%-os biztonsággal azonosított be: 1,4-benzoldiamin-N-(1,3dimetilbutil)-N'-fenil. A GC-MS analízis alapján elmondhatjuk, hogy ezt a vegyületet normál-hexán, etil-acetát, ciklohexán, normál-heptán, aceton és diklórmetán oldószerekkel is elő tudtuk állítani. Ez a nitrogéntartalmú vegyület a textilhez kötődő műgyantákból vagy izocianátokból keletkezik, illetve vonható ki. Mivel a gumikeverékekbe gyakran rezorcint és formaldehid-donort (hexametilén-tetramin, hexa-metoxi-metilmelamin, pl. Cohedur® A) tesznek, a megjelenő nitrogéntartalmú vegyület a formaldehid-donor vegyületekből is adódhat. AZ OLDÓSZEREK REGENERÁLÁSA A kísérletekhez használt oldószereket desztillációs eljárással regeneráltuk, újbóli felhasználás céljából. A többszörös elpárologtatáson és kondenzáción alapuló rektifikálást szakaszos és folyamatos üzemmódban is lehet végezni. Ennek kiválasztásakor két szempontot vettünk figyelembe: a feldolgozandó anyagmennyiséget és azt, hogy szükség van-e szegényítő oszloprészre. Tekintettel arra, hogy a laboratóriumi kísérletek során minden oldószerrel és hőmérsékleten egységesen 2 × 50 ml mennyiséggel dolgoztunk, majd elemzés után az azonos oldószereket összeöntöttük, így is kevés volt az oldószer mennyisége, emiatt szakaszos desztillációt választottunk a regeneráláshoz. A szakaszos desztilláció ugyanis kis anyagmennyiségek szétválasztására is alkalmas és jelen esetben eredményesebben alkalmazható a folyamatos desztillációnál. A szakaszos desztilláció kivitelezésekor az oszlop teljes egésze dúsító / rektifikáló feladatot végzett, és nem tartalmazott szegényítő részt. A kísérleti berendezés felépítése a 3. ábrán látható. A nagy mennyiségben illékony szerves komponenseket (VOC) tartalmazó hulladékoldószer elegyek regenerálására kidolgozott metodika (Koczka, K & Mizsey, P 2010; Tóth, AJ & Gergely, F & Mizsey, P 2011) középpontjában a desztilláció áll. Ezzel a módszerrel a nagy kémiai oxigénigényű (KOI) és nagy adszorbeálható szerves halogéntartalmú (AOX) technológiai hulladékvizeket lehet kezelni úgy, hogy a bennük lévő szerves anyag kinyerhető és oldószerként akár más iparágban újrahasznosítható (Mizsey, P & Tóth, AJ 2012). Ez a hulladékvízre kidolgozott kezelési módszer tökéletesen megfelel a kísérleteink során használt oldószerek regenerálására, mivel az oldószerek illékonyságuknak köszönhetően lepárolhatók, és a gumiból kioldott színanyagok pedig a fenéktermékben koncentrálhatóak. A regenerálást frakcionált szakaszos desztillációval végeztük el atmoszférikus nyomáson, vagyis a fejterméket frakciónként vettük el és elemeztük. A desztilláció maradékát megszárítottuk, majd a fekete színű kocsonyás anyagot röntgenfluoreszcens spektrometria (XRF) segítségével analizáltuk. Az alkalmazott műszer: röntgen-fluoreszcenciás mérőfej (sugárforrás és Canberra SSL 8016 Si(Li) félvezető detektor), továbbá Canberra DSA-1000 digitális spektrum analizátor volt.


(2015) 3. évfolyam, 1. szám 13 _______________________________________________________________________________

3. ábra. A kísérleti rektifikáló oszlop sematikus felépítése (Tóth, AJ 2011) A maradék tartalmazta a gumi mátrixból kioldott szervetlen komponenseket, amelyek közül kiemelkedő mennyiségben a kén van jelen. Az etil-acetáttal 30°C-on végzett kísérletnél volt a legmagasabb a kioldott kén mennyisége: 7,90 m% a kioldott szárazanyag tömegre vonatkoztatva. A kén megjelenése az extraktumokban (oldószer-regenerálás után a szárított desztillációs maradékban) egyértelműen igazolja a kén-hidrogén keresztkötések, továbbá a gumi elasztomerben a keresztkötést jelentő diszulfid hidak felbomlását. Habár az oldószer gumi mátrixba történő diffúzióját intenzifikálja a hőmérséklet emelése, az általunk kapott


14 Ipari Ökológia 3−16 ___________________________________________________________________________

eredmények ellentmondanak ennek, hiszen az áztatás hőmérsékletének növekedésével a kioldódott kén mennyisége csökkent. Ez alapján azt feltételezzük, hogy magasabb hőmérsékleten az oldószer reagált a gumielasztomerrel, míg alacsonyabb hőmérsékleten „csak” a keresztkötéseket bontotta meg. A desztillációs maradékok nyomelemek vizsgálatát tekintve kiemelkedő mennyiségű cinket és brómot tudtunk kimutatni a (l. 4. ábra). A 4. ábrán feltüntetett koncentráció értékek a megszárított desztillációs maradék tömegére vonatkoztatott értékek. Valószínűsíthetően a cink a gumigyártási technológiából adódik, a bróm jelenléte pedig az égésgátlók adagolására vezethető vissza.

4. ábra. Megszárított desztillációs maradékok száraz tömegére vonatkoztatott cink- és bróm tartalmak ÖSSZEFOGLALÁS Laboratóriumi kísérleteket végeztünk annak bizonyítására, hogy a benzin és a vegyiparban leggyakrabban vagy legnagyobb volumenben alkalmazott oldószerek milyen mértékben befolyásolják az autógumit. A kísérletekhez fémmentes 1−2 mm átmérőjű gumiőrleményt használtunk, amelyből ismert mennyiséget 8 különböző oldószerbe áztattunk. Kísérleteink alapján megállapítottuk, hogy az áztatással duzzadás, extrakció és kémiai reakció is történt a gumi mátrixban. Megállapítottuk, hogy az áztatási időnek jelentős szerepe van, azonban az áztatás hőmérséklete (20−50°C) jelentősen nem befolyásolja a gumi által felvett oldószer mennyiségét. Az oldószerek GC-MS elemzése alapján megállapítható, hogy a gumiabroncsban a textilhez kötődő műgyanták vagy izocianátok a vizsgált oldószerekkel reagálva amin vegyületet képeznek, amely illékony szerves komponensként jelenik meg az oldószerben. Nyomelem vizsgálat tekintetében megállapítottuk, hogy az égésgátlóként használt bróm, továbbá csúsztató, formaleválasztó anyagként cink-sztearát formájában adagolt cink az oldószer regenerálás maradékaként megszárított fenéktermékben akár 3 m% koncentrációban is jelen lehet.


(2015) 3. évfolyam, 1. szám 15 _______________________________________________________________________________

KÖVETKEZTETÉSEK Vizsgálataink során körbejártuk azt a kérdést, hogy vajon az autógumira fröccsenő benzin okoz-e valamilyen változást a gumiban. Kutatásunk alapján megnyugtató eredmények születtek: a gumiabroncsra ráfröccsenő benzin és diklórmetán nagy illékonysága miatt gyorsan párolog, és ez a párolgás intenzívebb, mint a gumiba történő diffúziójuk. Emiatt a gumiabroncs jelentős mértékű duzzadására számíthatunk akkor, ha a teljes gumiabroncs teljes felületét benzinbe, vagy diklórmetánba áztatjuk. Mivel a hétköznapi életben vegyszerek maximum egy tenyérnyi felületen (0,02 m2) lépnek érintkezésbe a gumiabronccsal (pl. megállunk egy oldószeres tócsában, vagy a benzin ráfröccsen az abroncsra), a kis felület és a rövid érintkezési idő miatt nem kell aggódnunk, hogy az oldószerek jelentős változást okoznának gumiabroncsunkban. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A kutatócsoport köszönetét fejezi ki KMR - 12-1-2012-0066 számú „Hulladék gumiabroncs összetevőinek szelektív és teljeskörű újrahasznosítása” című pályázat anyagi támogatásáért. FELHASZNÁLT IRODALOM Cowie, JMG 1973, Polymers: chemistry and physics of modern materials, International Textbook Co. Ltd, London, p. 258. Czvikovszky, T & Nagy, P & Gaál, J 2007, A polimertechnika alapjai, Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ, Budapest. Dick, JS 2001, Rubber Technology, Compounding and Testing for Performance, Carl Hanser Verlag, Munich. Fedors, RF 1979, ’Absorption of liquids by rubber vulcanizates’, Polymer, vol. 20, issue 9, 1045−1172. Koczka, K & Mizsey, P 2010, ’New area for distillation: wastewater treatment’, Periodica Polytechnica Chemical Engineering, vol. 54, no. 1, 41−45. Mizsey, P & Tóth, AJ 2012, ’Ipari ökológiai elvek alkalmazása technológiai hulladékvizek fizikokémiai módszerekkel történő kezelésénél’, Ipari Ökológia, vol. 1, no. 1, 101−125. Molar 2013, Diklórmetán biztonsági adatlapja, Molar, megtekintve 2013. április 30, www.molar.hu/pdf/bt02590.pdf. Pálfi, L, 2010, ’A súrlódás hiszterézis komponensének végeselemes modellezése gumi-érdes felület csúszó pár esetén’, PhD értekezés, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Gép- és Terméktervezés Tanszék, megtekintve 2013. április 30, 30 , , p. 13.) Sienkiewicz, M & Kucinska-Lipka, J & Janik, H & Balas, A 2012, ’Progress in used tyres management in the European Union: A review’, Waste Management, vol. 32, no. 10, 1742−1751. Tóth, AJ 2011, ’Gyógyszergyári hulladékvizek fiziko-kémiai kezelése’, MSc diplomamunka, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék, Budapest.


16 Ipari Ökológia 3−16 ___________________________________________________________________________

Tóth, AJ & Gergely, F & Mizsey, P 2011, ’Physicochemical treatment of pharmaceutical process wastewater: distillation and membrane processes’, Periodica Polytechnica-Chemical Engineering, vol. 55, no. 2, 59−67.




Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nemideális elegyekre* Tóth András József2, Szanyi Ágnes, Haáz Enikő, Mizsey Péter Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék KIVONAT Erősen nem-ideális elegyek desztillációval történő elválasztása összetett és komplex folyamat. Munkánk során egy új eljárást, az extraktív heteroazeotróp desztillációt (EHAD) mutatjuk be három- (etilacetát, metanol, víz) és négykomponensű (etil-acetát, etanol, metil-etilketon, víz) hulladék oldószerelegyek elválasztásán keresztül. Ez a technika az extraktív- és a heteroazeotróp desztilláció kombinációja: extraktív ágensként vizet adagolunk a kolonna legfelső tányérjára és fázisszeparátor segítségével választjuk el a fejtermékben keletkező heteroazeotrópot. Számítógépes modellezéseket, laboratóriumi kísérleteket és költségszámításokat is végeztünk, majd összehasonlítottuk az EHAD-ot a hagyományos, kétkolonnás elválasztó rendszerrel. A módszer követi az ipari ökológia alapelveit, miszerint lehetőséget biztosít erősen nem-ideális elegyek elválasztására, a komponensek recirkulációval történő újrahasznosítására, és mindezt az adott feladathoz szükséges minimális eszköz- és energiaráfordítással. Kulcsszavak: erősen nem-ideális elegyek, desztilláció, ChemCAD, költségszámítás

extraktív

heteroazeotróp

ABSTRACT Andras Jozsef Toth, Agnes Szanyi, Eniko Haaz, Peter Mizsey: Extractive heterogeneous-azeotropic distillation: ecological separation method for non-ideal mixtures The distillation based separation can be extremely complex if highly non-ideal mixtures are to be separated. A new improvement in this area is the development of the extractive heterogeneous-azeotropic distillation (EHAD). Ternary mixture (ethyl-acetate, methanol, and water) and quaternary mixture (ethyl-acetate, ethanol, methyl ethyl ketone and water) are selected. This unit operation includes the merits of extractiveand heterogeneous-azeotropic distillations in one unit without extra

*A munka egyes részei már publikálásra kerültek a II. Gazdálkodás és Menedzsment Tudományos Konferencián (Kecskemét, Separation Science and Technology folyóiratban (DOI: 10.1080/01496395.2015.1107099) 2

Levelezési cím: [email protected]

2015.08.27)

és

a

18

Ipari Ökológia 17−22

material addition: water (as extractive agent) is pumped in the top of the column and the heteroazeotropic distillate is separated in phase separator. Our work supports EHAD features with successful experiments compared with modelling and comparison with traditional, two column distillation system. The method is in agreement of the basic principles of the industrial ecology, that is, it enables the recovery and recycling of different chemicals using the minimal energy. Keywords: highly non-ideal mixtures, extractive azeotropic distillation, ChemCAD, cost estimation

heterogeneous-

BEVEZETÉS A vegyipar több ágazatában megfigyelhető, hogy az adott technológia nagyon sok szerves oldószert igényel. Ez leginkább a festék-, a nyomdaés a gyógyszeriparra jellemző. Utóbbi ágazatra különösen igaz, hogy az alkalmazott oldószerekből nagy mennyiségű hulladék képződik. A másik probléma a nagy melléktermék mennyiség mellett az, hogy a vegyipari szennyvizek általában rendkívül tömény és azeotrópot képező elegyek (Mizsey, P & Tóth, AJ 2012; Tóth, AJ 2009; Tóth, AJ & Gergely, F & Mizsey, P 2011). Az extraktív heteroazeotróp desztilláció (EHAD) reális alternatíva lehet az erősen nem-ideális, több komponensű oldószer elegyek elválasztására (Benko, T et al., 2006; Berbekár, É 2009; Szanyi, Á 2005; Tóth, AJ & Szanyi, Á & Mizsey, P 2014). Az EHAD hatékonyságát két, finomkémiai iparban keletkező terner (etil-acetát (EtAc)–metanol (MeOH)–víz) és kvaterner (etil-acetát (EtAc)– etanol (EtOH)–metil-etil-keton (MEK)–víz) elegy elválasztásán keresztül mutatjuk be. Az elválasztás során a céljaink a következőek: a desztillátum alkoholtartalma lehetőleg minimális legyen és a fenéktermékben alkohol-víz elegyet kapjunk. Az eljárás során víz extraktív ágensként történő alkalmazása több szempontból is megfelelő: megváltoztatja a rendszer gőz-folyadék egyensúlyát és a forráspontja sokkal magasabb, mint a szétválasztandó komponenseké. A kvaterner elegy hagyományos, kétkolonnás rendszerrel (TCDS) történő elválasztását is vizsgáljuk. A két rendszer felépítése az 1. ábrán látható.

1. ábra. Az EHAD-rendszer (balra) (Szanyi, Á 2005) és a kétkolonnás rendszer sémája (jobbra) (Mizsey, P 1991) ___________________________________________________________________________ Tóth András József, Szanyi Ágnes, Haáz Enikő, Mizsey Péter

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

19

ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK A laboratóriumi kísérletek előtt ChemCAD professzionális folyamatszimulátorral, UNIQUAC rutint (Egner, K & Gaube, J & Pfennig, A 1999; Wiśniewska-Goclowska, B & Malanowski, SK 2001) használva modelleztük az elválasztásokat. Az optimalizálás során az adott tányérszám(ok)hoz kerestük azt a legkisebb extraktív ágens mennyiséget, amivel teljesíthetőek az előzetesen kitűzött célok. A 2. ábrán láthatóak laboratóriumi kolonnák. Etanol-víz eleggyel kimérve az oszlopok tányérszáma 9-nek adódott. Az elválasztás hatékonyságának növelése érdekében rendezett töltetet raktunk a kolonnákba. A fűtést 300 W teljesítményű fűtőkosárral szabályoztuk. Az oldószert a kolonna közepébe, a vizet pedig a kolonna legfelső tányérjára tápláltuk be (EHAD esetén), illetve a fázisszeparátorhoz adtuk hozzá (TCDS esetén). A kísérletek során a szerves komponenseket Shimadzu GC-14B típusú gázkromatográffal, a víztartalmat pedig Hanna HI 904 típusú coulometrikus Karl Fischer titrátorral mértük.

2. ábra. Laboratóriumi kolonnák: EHAD-rendszer (balra) és kétkolonnás rendszer (jobbra) (Tóth, AJ et al., 2015)

EREDMÉNYEK Az 1. és 2. táblázatokban találhatóak az EHAD szimulációs és kísérleti eredményei. A táblázatokban a jelölések a következőek: D: desztillátum, W: fenéktermék és m/m%: tömegszázalék.

Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nem-ideális elegyekre

20


1. táblázat. A terner elegy szimulációs és kísérleti eredményei (EHAD) (Tóth, AJ 2009)

2. táblázat. A kvaterner elegy szimulációs és kísérleti eredményei (EHAD) (Szanyi, Á 2005) A 3. táblázatban találhatóak a kvaterner elegy kétkolonnás desztillációs rendszerrel történő feldolgozásának szimulációs és kísérleti eredményei.

3. táblázat. A kvaterner elegy szimulációs és kísérleti eredményei (TCDS) (Stefankovics, Zs 1994) Mindhárom esetben jó egyezés figyelhető meg a folyamat-szimulátorral és a laboratóriumi kolonnával kapott eredmény között. A 4. táblázatban a kvaterner elegy kezelésének költségeit hasonlítottuk össze a különböző eljárásokban (Douglas, JM 1988).

___________________________________________________________________________ Tóth András József, Szanyi Ágnes, Haáz Enikő, Mizsey Péter

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

21

4. táblázat. A két desztillációs eljárás költségeinek összehasonlítása (Tóth, AJ 2015; Tóth, AJ et al., 2015) Számításaink alapján az EHAD-eljárás teljes költsége csupán 6%-a a kétkolonnás desztillációs rendszerének. ÖSSZEFOGLALÁS A terner és a kvaterner elegy is elválasztható az extraktív heteroazeotróp desztillációval. Az EHAD szerves folyadékelegyek elválasztására egy nagyságrenddel költséghatékonyabban használható, mint más klasszikus elválasztási módszer (TCDS). Következő lépések lehetnek a kutatásban a terület folytatásánál: félüzemi kísérletek végzése, illetve maximális forráspontú azeotrópok vizsgálata a technikákkal. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Köszönjük az OTKA 112699-es számú projekt támogatását.

FELHASZNÁLT IRODALOM Benkő, T & Szanyi, Á & Mizsey, P & Fonyó, Zs 2006, ’Environmental and economic comparison of waste solvent treatment options’, Central European Journal of Chemistry, vol. 4, issue 1, pp. 92−110. Berbekár, É 2009, ’Hulladék oldószerelegyek elválasztási alternatíváinak vizsgálata és összehasonlítása’, BSc. Szakdolgozat, BME, Budapest. Douglas, JM 1988, Conceptual design of chemical processes, McGrawHill, New York. Egner, K & Gaube, J & Pfennig, A 1999, ’GEQUAC, an excess Gibbs energy model describing associating and nonassociating liquid mixtures by a new model concept for functional groups’, Fluid Phase Equilibria, vol. 158–160, pp. 381−389. Mizsey, P 1991, A global approach to the synthesis of entire chemical processes, PhD értekezés, ETH, Zürich. Mizsey, P & Tóth, AJ 2012, ’Ipari ökológiai elvek alkalmazása technológiai hulladékvizek fiziko-kémiai módszerekkel történő kezelésénél’, Ipari Ökológia, vol. 1, no. 1, pp. 101−125. Stefankovics, Zs 1994, ’Regeneration of azeotropic solvent mixture with distillation’, MSc. Diplomamunka, BME, Budapest.

Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nem-ideális elegyekre

22


Szanyi, Á 2005, ’Separation of non-ideal quaternary mixtures with novel hybrid processes based on extractive heterogeneous-azeotropic distillation’, PhD értekezés, BME, Budapest. Tóth, AJ 2009, ’Az extraktív- és az extraktív heteroazeotróp desztilláció kísérleti vizsgálata – oldószer újrahasznosítási célból’, BSc. Szakdolgozat, BME, Budapest. Tóth, AJ 2015, ’Szerves folyadékvegyületek kinyerése víz mellől: rektifikálás, pervaporáció’, előadás a Műszaki Kémiai Napokon, Veszprém, április 21−23. Tóth, AJ & Gergely, F & Mizsey, P 2011, ’Physicochemical treatment of pharmaceutical wastewater: distillation and membrane processes’, Periodica Polytechnica: Chemical Engineering, vol. 55, no. 2, pp. 59– 67. Tóth, AJ & Szanyi, Á & Angyal-Koczka, K & Mizsey, P 2015, ’Enhanced Separation of Highly Non-ideal Mixtures with Extractive Heterogeneous-azeotropic Distillation’, Separation Science and Technology, DOI: 10.1080/01496395.2015.1107099. Tóth, AJ & Szanyi, Á & Mizsey, P 2014, ’Complexities of design of distillation based separation: extractive heterogeneous-azeotropic distillation’, 10th International Conference on Distillation & Absorption, Dechema, Friedrichshafen, pp. 416−421. Wiśniewska-Goclowska, B & Malanowski, SK 2001, ’A new modification of the UNIQUAC equation including temperature dependent parameters’, Fluid Phase Equilibria, vol. 180, pp. 103−113.

___________________________________________________________________________ Tóth András József, Szanyi Ágnes, Haáz Enikő, Mizsey Péter

Ipari Ökológia pp. 23−35. (2015) 3 évfolyam, 1. szám


Frissen préselt narancslé eltarthatóságának növelése HHPtechnológia alkalmazásával Tóth Adrienn3, Friedrich László, Jónás Gábor, Salamon Bertold, Németh Csaba Budapesti Corvinus Egyetem, Élelmiszertudományi Kar, Hűtő- és Állatitermék Technológiai Tanszék KIVONAT A nagy hidrosztatikus nyomás (HHP) alatti kezelés olyan korszerű, kíméletes élelmiszer-tartósítási technológia, amely igen ígéretesnek mutatkozik a nagy vízaktivitású termékek eltarthatóságának növelésében. A frissen préselt zöldség- és gyümölcslevek olyan magas hozzáadott értékkel rendelkező, kiemelkedő ásványianyagés vitaminforrásként funkcionáló termékek, amelyek tartósítására ígéretesnek mutatkozik ez a technológia. A nemzetközi élelmiszertermelésben már ipari szinten alkalmazzák számos termékcsoport esetében, azonban hazánkban ipari bevezetése csak most kezdődik. Kísérleteinkben frissen préselt vegyes gyümölcslevek, valamint narancslé eltarthatóságának növelésével foglalkoztuk. A tartósításhoz a konvencionális hőkezelési technológiákat a nagy hidrosztatikus nyomás alkalmazásával váltottuk ki. Eredményeink azt mutatják, hogy a 400−600 MPa 120, illetve 180 s kezelési paraméterek minden esetben elegendőnek bizonyultak az eltarthatósági idő meghosszabbítására. A frissen préselt narancslé esetében a stabil pH-érték mellett a mikrobiológiai állapot végig biztosítható volt, miközben a termék színe ugyan változott, de az érzékszervi bírálat alapján organoleptikus tulajdonságaiban csupán minimális változás lépett fel. 500 MPa és 120 s kezelési paraméterek, illetve 8°C-on történő tárolás mellett 16 hét eltarthatóságot sikerült elérnünk. Kulcsszavak: nagy hidrosztatikus nyomás, frissen présel narancslé, eltarthatóság növelés ABSTRACT Adrienn Toth, Laszlo Friedrich, Gabor Jonas, Bertold Salamon, Csaba Németh: Extended shelf life of freshly squeezed orange juice by the application of HHP-technology In this work the effects of HHP (High hydrostatic pressure) technology on the quality of freshly squeezed juices were studied. Apple-grape (60-

3

Levelezési cím: [email protected]

24


40%) and orange-pineapple-mango (60-30-10%) juices were processed under different pressures combined with different holding times (400 MPa/180 s; 500 MPa/120 s; 600 MPa/120 s). After the processing stage the samples were stored at refrigerated temperature (8°C). The best sensory results were found in the case of 500 MPa pressure combined with 120 s treating time. The target of experiment was to provide increasing shelf life at least for 8 weeks at refrigerated storage at 8°C. It was found that the untreated control sample, which was stored under the same conditions was deteriorated after 28 days, while the processed orange juice was stable, deterioration free for 112 days. The pH value of processed juice was fixed about pH 3.85. The changes in colour were slight, but calculated difference (colour stimulus, ∆Eab*) was relatively high. Keywords: high hydrostatic pressure processing, freshly squeezed orange juice, extended shelf life

BEVEZETÉS Az élelmiszerek eltarthatósága alatt a minőségmegőrzési idejét értjük, amelyet az Európai Parlament és Tanács 1169/2011/EU rendelete a következő módon definiál: „az élelmiszer minőségmegőrzési ideje az az időpont, ameddig az élelmiszer megfelelő tárolás mellett megőrzi egyedi tulajdonságait” (EU 2011). Tehát az eltarthatósági idő célja, hogy segítse a fogyasztókat az élelmiszerek biztonságos és körültekintő felhasználásában. Azonban az élelmiszerek eltarthatósági ideje csak akkor tekinthető valóban relevánsnak, ha a termék bontatlan és sértetlen. Emellett mindig követni kell a gyártók tárolásra vonatkozó utasításait, különösen a hőmérséklettel és a termék felbontás utáni felhasználásával kapcsolatban. Az élelmiszerhulladék-képződés elkerülése érdekében a fogyasztóknak ajánlatos vásárláskor is figyelembe venni az eltarthatósági időt. Az EUban közel 100 millió tonna élelmiszert dobnak ki évente (EC 2015) (az adat 2012-re vonatkozik, de a hulladék mennyisége napjainkig egyre növekvő), amely nem csak jelentős gazdasági, de környezetvédelmi problémákat is maga után von. Ez is indokolja, hogy hosszabb eltarthatósági idejű termékeket hozzunk létre, hiszen a hosszabb szavatosság hosszabb időt jelent a fogyasztó számára is az elfogyasztáshoz. Napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt fektetünk az egészségtudatos táplálkozásra, a XXI. század fogyasztói már nem csak az élelmiszerek élvezeti értékét keresik, hanem tudatosan törekednek a megfelelő táplálkozási értékű élelmiszerek fogyasztására is. A növényi alapanyagok biológiailag értékes vegyületei a konvencionális (hőkezeléses) feldolgozási technológiák hatására az esetek többségében nagymértékben károsodnak. Ennek okán a kutatások az utóbbi időben a táplálkozásbiológiai érték és az organoleptikus tulajdonságok egyidejű megóvására, kíméletes eljárások, úgynevezett „minimal processing” technológiák fejlesztésére irányultak. A nagy hidrosztatikus nyomáskezelés (high hydrostatic pressure HHP, vagy high pressure processing HPP) egyike ezen tartósítási módoknak.

___________________________________________________________________________ Tóth Adrienn, Friedrich László, Jónás Gábor, Salamon Bertold, Németh Csaba

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

25

A HHP technológia egyszerre kínálja az eltarthatósági idő növelését és a nagy táplálkozási értékkel rendelkező vegyületek megóvását. Ökológiai szempontból ezen felül fontos érv a technológia mellett, hogy a konvencionális eljárásoknál kisebb energia igénnyel rendelkezik, illetve lényegében nem keletkezik kezelendő melléktermék (Koncz, K-né & Pásztorné Huszár, K & Dalmadi, I 2007). A nagy hidrosztatikus nyomás alkalmazásával kapcsolatban már számos alapkutatást publikáltak különböző élelmiszeripari termékekre. Az alkalmazott és ipari kísérleteket azonban a legtöbb esetben még csak most valósítják meg, így nincs kellő tapasztalatunk arról, hogy az egyes élelmiszerek hogyan viselkednek az ipari kezelési körülmények hatására. Ez teszi indokolttá és fontossá a további kísérleteket. ANYAG ÉS MÓDSZER Próbakezelés A kísérlet-sorozatok első lépéseként 600 MPa nyomáson, 300 s kezelési idővel kétféle frissen préselt gyümölcslevet kezeltünk. A kezeléseket a BCE ÉTK Hűtő- és Állatitermék Technológiai Tanszékén található RESATO FPU 100-2000 típusú laboratóriumi HHP berendezéssel végeztük. A viszonylag nagy nyomásérték és hosszú kezelési idő megválasztásával az volt a célunk, hogy megvizsgáljuk, okoze jelentős érzékszervi tulajdonság-változást a HHP kezelés. Az egyik lé összetétele narancs-ananász-mangó (60-30-10%) volt, míg a másik almaszőlő (60-40%) frissen préselt levéből készült; ezeket előre elkészítve, lepalackozva kaptuk a Getpack Kft.-től. A kezelést 0,2 l-es PET palackba töltve végeztük. A kezelt és kontroll mintákat 8°C-on tároltuk, majd két nappal később leíró érzékszervi bírálatnak vetettük alá. Első kísérlet A próbakezelés eredménye alapján a kétféle mintát különböző nyomásértékek és kezelési idők mellett kezeltük (l. 1. táblázat). Az előzővel megegyező csomagolásban, illetve a PET palack mellett 400 MPa, 180 s és 500 MPa, 120 s kezelésnél használtunk polietilén tasakos mintát is, annak a kérdésnek a megválaszolására, hogy a korábban tapasztalt illat- és íz-elváltozást a palack, vagy a kezelés okozta-e. Az eltérő kezelési időket a Getpack Kft. kérésére alkalmaztuk; ez ugyan a nyomásérték hatásának elemzését nehezíti, de az ipari alkalmazásban a kisebb kezelési nyomásértékekhez hosszabb kezelési időt alkalmaznak. A kezelést követően a mintákat 8°C-on tároltuk. Minta Narancsananász-mangó

kontroll

Alma-szőlő

kontroll

Kezelési idő, s 180 120 120 180 120 120

Nyomás, MPa 400 500 600 400 500 600

1. táblázat. Az első kísérlet HHP kezelésének paraméterei

Frissen préselt narancslé eltarthatóságának növelése HHP-technológia alkalmazásával

26


Második kísérlet: frissen préselt narancslé A második mérési sorozatot frissen facsart narancslével végeztük. Ennek többek közt oka, hogy az alapanyag egész évben kapható, a fogyasztói kereslet és az eladási ár viszonylag egyenletes az év során. Mivel a vegyes levek kezelésénél az érzékszervi tulajdonságok alapján az 500 MPa-on kezelt minták bizonyultak a legjobbnak, ebben az esetben is 500 MPa, 120 s HHP kezelést alkalmaztunk. A nyomás növelése 100 MPa / 60 s sebességgel történt, amíg a nyomás elengedése pillanatszerű volt. A kísérlet arra irányult, hogy meghatározzuk a nagy hidrosztatikus nyomással kezelt lé eltarthatósági idejét. A tárolási kísérlet összesen 16 hétig tartott, amely alatt a mintákat 8°C-on tároltuk. A kísérlethez szükséges narancslevet a BCE ÉTK Hűtő- és Állatitermék Technológiai Tanszékén állítottuk elő. A lénarancsot Zummo Z14 típusú narancsfacsaró géppel préseltük ki, majd polietilén tasakokba töltöttük. Összesen 96 darab 200 ml-es mintát és 96 db 25 ml-es felülfertőzött mintát készítettünk. A mintaszám felét kezeltük, a mintaszám másik fele pedig kontrollként szolgált. Az így nyert mintaszámból visszamérésenként 3-3 darabot használtunk fel. Módszerek A pH-vizsgálatot szúróelektródás Testo 206 típusú pH-mérővel végeztük. Az egyes méréseknél 3*3 párhuzamos mérést végeztünk, az eredmények átlagát és szórását oszlopdiagramokon ábrázoltuk. A minták színét Minolta CR-200 tristimulusos színmérővel mértük a CIELab színrendszerben, amelyben L* világossági tényező, a* vörös-zöld színezet, b* sárga-kék színezet. A mért adatokból ∆Eab* színingerkülönbséget számítottuk. A színmérés eredményeinek statisztikai értékelését az IBM SPSS Statistics 20.0 statisztikai szoftverrel végeztük. A frissen préselt szőlő-almalé, illetve mangó-ananász-narancslé L*, a* és b* várható értékére kéttényezős varianciaanalízist (ANOVA-t) alkalmaztunk, ahol a két tényező a kezelés, illetve a tárolás volt. A frissen préselt narancslé L*, a* és b* eredményeinek várható értékét egytényezős varianciaanalízissel (ANOVA) vizsgáltuk. A statisztikai vizsgálatot különkülön futtattuk le L*, a* és b* színtényezők várható értékeire. Az elsőfajú hiba, α=0,05 volt mindkét esetben. A mikrobiológiai stabilitás vizsgálatánál a HHP kezelés élesztő- és penészcsíra pusztító hatásának vizsgálatára felülfertőzési kísérletet végeztünk a frissen préselt narancslé esetében. Aspergillus niger penésztörzs ferde agaros tenyészetével oltottunk be 2,5 l narancslevet, amelynek így a kezelés előtti penészszáma 105 TKE/ml volt. A felülfertőzéshez felhasznált frissen préselt narancslevet nem sterileztük, vagyis a természetes mikroflóra mellé történt a felülfertőzés. Saccharomyces uvarum élesztőtörzs szuszpenzióval 105 TKE/ml élesztősejt-számot értünk el a penésztörzzsel is beoltott 2,5 l narancslében. Az így előkészített penész- és élesztőgombával felülfertőzött narancsléből 96 darab, egyenként 25 ml-es mintát készítettünk, amelyeket szintén polietiléntasakokba csomagoltunk, majd a mintaszám felét kezeltünk. A penész- és élesztőpusztító hatás mellett a kezelés aerob mezofil összes csíraszám csökkentő hatását is vizsgáltuk. A kísérletsorozat kialakításában a legfontosabb eredményeket az organoleptikus tulajdonságok nyomon követése adta, hiszen ezek alapján ___________________________________________________________________________ Tóth Adrienn, Friedrich László, Jónás Gábor, Salamon Bertold, Németh Csaba

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

27

változtattuk a kezelési paramétereket. A bírálatokat minden esetben 3 fős laikus bírálócsoport végezte, a bírálók egymástól függetlenül végezték bírálataikat, amelyekhez leíró értékelést alkalmaztunk. Amennyiben a kontroll minta a bírálat időpontjában még nem mutatott romlási folyamatokat, ahhoz hasonlítottuk a kezelt mintákat. Az érzékszervi bírálatok és mérések kezeléseket követő időpontjait a 2. táblázatban foglaltuk össze. Érzékszervi bírálat napja a kezelést követően Vegyes levek próbakezelése 0.; 2. Vegyes levek kezelése 0.; 7. Narancslé kezelése 0.; 14.; 28.; 42.; 56.; 70.; 84.; 98.; 112. 2. táblázat. Az érzékszervi bírálatok napjai a kezeléseket követően Kísérlet

EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK Első kísérlet A HHP kezelés hatására mind az alma-szőlő, mind a narancs-ananászmangó összetételű minták pH-értéke csökkent a kezelést követően, míg az egy hét tárolás során növekedett (1. ábra). Azt tapasztaltuk, hogy a léösszetétel befolyásolta a változás nagyságát, míg a különböző kezelési idők és a nyomás nagysága nem voltak lényeges hatással a változás mértékére.

a

b 5. ábra. A pH változása alma-szőlőlénél (a), mangó-ananász-narancslénél (b)


28


Ezzel ellentétben a két frissen préselt lé színének változása a minták összetételétől és a kezelési paraméterektől is függően változott. A világossági tényező, L* esetében azt tapasztaltuk, hogy sem a kezelés, sem az egy héten át tartó tárolás nem hatott jelentős mértékben a mintákra (2. ábra). Az alma-szőlőlevek színe először a vörös, majd a zöld árnyalat felé tolódott el (3. a ábra). Minél nagyobb volt az alkalmazott nyomás, annál kisebb a* értéket mértünk a hetedik napon. A hetedik napra minden narancs-ananász-mangólé mintánál nőtt a* értéke (3. b ábra), más szóval a levek színe a zöldes árnyalatból a vöröses felé tolódott el. Az alma-szőlőlével összevetve megállapítható, hogy az alma-szőlőlé a* értékeire kisebb mértékben volt hatással az alkalmazott kezelés, mint a narancs-mangó-ananász esetében. A b*, sárga-kék színtényezőnél az alma-szőlőlé esetében igen minimális változásokat láthatunk (4. a ábra), de minél nagyobb volt az alkalmazott nyomás, annál nagyobb a változás, míg a hetedik napra gyakorlatilag minden narancs-ananász-mangó minta (az 500 MPa-on kezeltet leszámítva) közel azonos b* értéket vett fel (4. b ábra). A kezelés és tárolás hatására bekövetkező viszonylag kismértékű, ám léösszetételenként különböző változás oka abban is keresendő, hogy a szőlő és az alma oxidációra igen érzékeny, nem úgy, mint a narancs, ananász, vagy mangó, amelyeknek magasabb az antioxidáns kapacitásuk, így kevésbé oxidálódnak. ∆Eab* színkülönbséget számolva a szőlő-almalé esetében kisebb különbségeket kaptunk az egyes minták színe között, mint a mangóananász-narancslénél. Az eredmények döntő hányada a jól látható kategóriába esett. A kéttényezős varianciaanalízis alapján összegezve mindkét frissen préselt vegyes gyümölcslé mintánál statisztikailag alátámasztott szignifikáns különbségek alakultak ki az egyes színtényezőkben. Ez egybevág a ∆Eab*-nál tapasztaltakkal. A statisztikai elemzés azonban rámutat arra is, hogy elsősorban nem a kezelés, hanem a tárolás, valamint a tárolás és kezelés interakciójából fakadnak a különbségek.


(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

29

a

b 6. ábra. A világossági tényező L* változása alma-szőlőlénél (a), mangóananász-narancslénél (b)

a

b 7. ábra. A vörös-zöld színtényező, a* változása alma-szőlőlénél (a), mangó-ananász-narancslénél (b)


30


a

b 8. ábra. A sárga-kék színtényező, b* változása alma-szőlőlénél (a), mangó-ananász-narancslénél (b) Az érzékszervi bírálat alapján megállapítottuk, hogy mindkét gyümölcslé esetében az 500 MPa-on, 120 s-ig kezelt minták őrizték meg leginkább a frissen préselt levekre jellemző organoleptikus tulajdonságokat. A csomagolás tekintetében a polietilén tasakban kezelt és tárolt minták tulajdonságai bizonyultak jobbnak. Ennek oka abban keresendő, hogy a nagynyomású kezelés hatására a PET ugyan lényeges mechanikai tulajdonságaiban nem változik (Caner, C et al. 2003), ellenben szén-dioxid, oxigén- és vízgőzáteresztő képessége mintegy 150%kal is emelkedhet (Bull, MK et al. 2010; Caner, C & Hernandez, RJ & Pascall, MA 2010). Második kísérlet A frissen préselt narancslé eltarthatósági idejének növeléséhez a fentebb bemutatott eredmények alapján választottuk az 500 MPa, 120 s kezelési paramétereket. Az 5. a ábrán látható, hogy a frissen préselt, HHP kezelt narancslé pH-értéke végig stabil maradt. A színmérés eredményeiből is látható (5. b, 6. a és 6. b ábrák), hogy a kezelést követően a minta stabil maradt, míg a kontroll minta már a 28. napra romlási jelenségeket mutatott. ∆Eab* színkülönbség ellenben az egyes mérési időpontok eredményeinek összevetésekor azt mutatta, hogy van érzékelhető színváltozás. A statisztikai elemzés szintén azt mutatta, hogy szignifikáns különbség adódik a tárolás során a kezelt minták színében.


(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

31

Az érzékszervi bírálat során − képzett bírálópanelhez hasonlóan (l. Matser, A et al. 2012) − azt tapasztaltuk, hogy a nyomáskezelt minták mindvégig megőrizték a frissen préselt narancslére jellemző érzékszervi tulajdonságokat, színben, illatban és ízben egyaránt. Az ízben viszont változást véltünk felfedezni: a harsány, keserű és savanyú íz-karakter tompulását tapasztaltuk, amely pozitívnak hatott, ugyanis így „kerekebb”, „összesimultabb” íz hatását keltette a bírálókban.

a

b 9. ábra. A narancslé pH-értékének változása a tárolás során (a), az L* világossági tényező változása a tárolás során (b)


32


a

b 10. ábra. A vörös-zöld színtényező, a* (a) és a sárga-kék színtényező, b* változása narancslénél a tárolás alatt (b) A kezelés hatására a felülfertőzött mintákban a mezofil aerob (7. a ábra), penész (7. b ábra) és élesztő (8. ábra) csíraszámot egyaránt sikerült csökkentenünk és a tárolás során végig biztonságos szinten tartanunk. A legalább 16 hét eltarthatóság ilyen hőmérsékleten tárolva megfelel az eddigi laboratóriumi kísérletek publikált eredményeinek, amelyek azt mutatják, hogy az eltarthatósági idő jelentősen megnövelhető a kis tárolási hőmérséklet megválasztásával (Polydera, AC & Stoforos, NG & Taoukis, PS 2005).


(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

33

a

b 11. ábra. A frissen préselt narancslé mezofil aerob csíraszámának változása (a), és penész szennyezettségének alakulása a tárolási idő alatt (b)

12. ábra. A frissen préselt narancslé élesztő szennyezettségének alakulása a tárolási idő alatt

ÖSSZEFOGLALÁS A nagy hidrosztatikus nyomás (HHP) a nagy vízaktivitású növényi alapanyagok tartósítására igen ígéretes, a hőkezeléses technológiák alternatívája. A HHP különböző nyomás és kezelési idővel történő alkalmazását vizsgáltuk szőlő-alma, valamint mangó-ananász-narancs frissen préselt levekre. A kísérlet eredményei azt mutatják, hogy a kezelés sikeresen alkalmazható a frissen facsart levek tartósító kezelésére. Az


34


500 MPa nyomásérték és 120 s kezelési idő kombinálásával őrizte meg leginkább, mind az alma-szőlő-, mind a mangó-ananász-narancslé, a frissen préselt jellegét. Az első kísérlet eredményeiből kiindulva egy lehetséges ipari kezelési nyomás-idő kombinációt alkalmaztunk a frissen préselt narancslé kezelésére, amelyet az alma-szőlő és mangó-ananász-narancslevek tulajdonságaira gyakorolt hatásainak alapján választottunk meg. Az 500 MPa-on, 120 s-ig nyomáskezelt frissen préselt narancslé fizikai tulajdonságainak vizsgálatánál azt tapasztaltuk, hogy a kezelés után a szín stabilnak tekinthető. A pH-érték azonos marad a tárolási idő során. A mikrobiológiai stabilitás mellett az érzékszervi tulajdonságok, amelyek a frissen facsart narancslére végig jellemzőek maradtak, együttesen lehetővé teszik a termék legalább 112 napos eltarthatóságát 8°C tárolási hőmérsékleten. A nagy hidrosztatikus nyomású technológia létjogosultságát nem csak a kedvező termék paraméterek, de a hosszabb eltarthatósága is indokolja. A HHP kezelés emellett a konvencionális konzerválási eljárásokhoz viszonyítva lényegesen kisebb ökológiai lábnyommal rendelkezik, így egyszerre teljesíthetőek a fogyasztói és ökológiai elvárások. FELHASZNÁLT IRODALOM Bull, MK & Steele, RJ & Kelly, M & Olivier, SA & Chapman, B 2010, ’Packing under pressure: Effects of high pressure, high temperature processing on the barrier properties of commonly available packing materials’, Innovative Food Science and Emerging Technologies, vol. 11, issue 4, pp. 533−537. Caner, C & Hernandez, RJ & Pascall, MA & Riemer, J 2003, ’The use of mechanical analyses, scanning electron microscopy and ultrasonic imaging to study the effects of high-pressure processing on multilayer films’, Journal of the Science of Food and Agriculture, vol. 83, issue 11, pp. 1095−1103. Caner, C & Hernandez, RJ & Pascall, MA 2010, ’Effect of high-pressure processing on the permeance of selected high-barrier laminated films’, Packaging Technology and Science, vol. 13, issue 5, pp. 183– 195. EC 2015, Food Waste, European Commission, megtekintve 2015. július 30, . EU 2011, Regulation (EU) No 1169/2011 of the European Parliament and of the Council of 25 October 2011 on the provision of food information to consumers, …, Strasbourg, megtekintve 2015, március 21, . Koncz, K-né & Pásztorné Huszár, K & Dalmadi, I 2007, ’Nagyhidrosztatikus nyomás nyomás élelmiszer-ipari alkalmazása’, in Balla Cs (szerk.) Élelmiszer-biztonság és -minőség II. Élelmiszertechnológiák, Mezőgazda Kiadó, Budapest, pp. 128−132. Matser, A & Mastwijk, H & Bánáti, D & Vervoort, L & Hendrickx, M 2012, ’How to compare novel and conventional processing methods in new product development: A case study on orange juice’, New Food magazine, issue 5, pp. 35−38.


(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

35

Polydera, AC & Stoforos, NG & Taoukis, PS 2005, ’Quality degradation kinetics of pasteurised and high pressure processed fresh Navel orange juice: Nutritional parameters and shelf life’, Innovative Food Science and Emerging Technologies, vol. 6, issue 1, pp. 1−9.




Exergia- és energiahatékonyság4 Dr. Bezegh András5, Dr. Bezeghné Dr. Jelinek Klára és Bezegh Barbara Bezekon Kft., Budapest KIVONAT A mérnöki feladatoknak fontos osztálya, amikor két vagy több rendszer nincs egyensúlyban. Az exergia mennyiség a rendszerek egy tulajdonsága, amit úgy határozzák meg, mint azt a maximális munkát, amely rendelkezésre áll az egyensúly elérésének folyamatában. Az exergia rendszerek azon képessége, hogy változásokat okozzanak az egyensúlyhoz vezető folyamat során, vagyis ez az az energia, ami felhasználható. Az exergia nulla, amikor rendszerek egyensúlyban vannak, azaz, ha nem lehet őket egymástól megkülönböztetni. Az ipari ökológiában is fontos szerepet játszik az exergia és az exergia elemzés, például központi fogalmak az energia-átalakító rendszerek termodinamikai értékelésénél, az irreverzibilitások meghatározásához, és az exergia hatékonyság nyújt mélyebb betekintést az ilyen folyamatok gazdaságosságába. Kulcsszavak: exergia, energia hatásfok, energiaminőség, exergia fajták, exergiahatékonyság, referencia környezet, exergia elemzés ABSTRACT It is an important class of engineering problems where two or more systems are not in equilibrium. The quantity exergy is a property of systems and are defined as the maximum work available while they reach equilibrium. Exergy is the potential of systems to cause changes during the equilibration process, i.e. it is the energy available for use. Exergy is zero, when systems are in equilibrium, i.e. when they are indistinguishable. Exergy is a concept in the first and second laws of thermodynamics, however, both these laws have sustainability significance as well and can Exergy and exergy analysis play central role in in thermodynamic evaluation of energy conversion systems, e.g. in localisation of irreversibilities, and exergy efficiency provide deeper insight to the economics of such processes.

4

5

Közleményünk megírásakor támaszkodtunk a Pannon Egyetem TÁMOP-4.2.2.A11/1/KONV-2012-0072 számú projektje számára készült tanulmányunkra. Levelezési cím: [email protected]

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

37

Keywords: exergy, energy efficiency, energy quality, types of exergy, exergy efficiency, reference environment, exergy analysis

BEVEZETÉS Az ipari ökológia három súlyponti területe (Bezegh, A 2012) 1) az anyagáramok, 2) az energiaáramok és 3) e kettő vállalatközi kapcsolódásai. Célja mindezek optimalizálása, a fenntarthatóság (UNWCED 1987), mint célfüggvény szerint. Így az energia ellátás és felhasználás az utóbbi néhány évtizedben a különösen fontos kérdések listájának legtetejére került. Az energiaellátás biztonságát az országok vezetése stratégia kérdésként kezeli (Obama, B 2014), mert a gazdaság számára nélkülözhetetlen input és a társadalom számos aggálya szintén vele kapcsolatos. A környezetszennyezés, a klímaváltozás és az erőforrások kimerülése fokozódó mértékben foglalkoztatja a szakembereket és laikusokat egyaránt. Az energiahatékonyság javítása folyamatosan aktuális mérnöki feladat, állandó és kiemelt témája a hazai és európai uniós energetikai szakpolitikáknak, amit egyidejűleg több motiváció támaszt alá. Ezek    

az energiabiztonság, az energiaforrások korlátozott mennyisége és a kimerülőben lévő készletek, az energiaárak, mint a gazdaságosság és versenyképesség tényezői, továbbá a környezet- ill. klímavédelem problémái.

Magyarország az évtizedeken keresztül kialakult nagy tehetetlenségű energetikai rendszere következtében igen jelentős kihívásokkal szembesül, energiaimport-függősége egyike legnagyobbaknak Európában, az energiaforrások szűkösen állnak rendelkezésre, a gazdaság energiaintenzitása többszöröse a legfejlettebb EU tagállamokénak, jelentősek az éghajlatváltozás mérséklése érdekében az országra rótt korlátozások és vállalt kötelezettségek, miközben ki kell lábalnia a gazdasági válságból és fel kell zárkóznia a szerencsésebb országokhoz. A fenti problémák kezelésének értékes eszköze lehet az energiahatékonyság javítása. Az energiahatékonyságnak köszönhetően ugyanis csökken a primerenergia-fogyasztás és az energiaimport, ami javítja az ország ellátásbiztonságát. Az energiahatékonyság javítása hozzájárul továbbá az üvegházhatású gáz (ÜHG) kibocsátás költséghatékony csökkentéséhez és ezáltal az éghajlatváltozás hatásainak enyhítéséhez is. Az energiahatékonyabb gazdaságra való áttérés várhatóan felgyorsítja az innovatív technológiai megoldások elterjedését és javítja az ipar versenyképességét, ezáltal előmozdítja a gazdaság növekedését, és munkahelyeket teremt az energiahatékonysághoz kapcsolódó ágazatokban.

Exergia- és energiahatékonyság

38


AZ EXERGIA- ÉS EXERGIAHATÉKONYSÁG ELMÉLETI ALAPJAI „… nem ismerünk egy dolgot, amíg a miértjét meg nem értettük, vagyis hogy mi az oka.” Arisztotelész A mérnöki termodinamikai problémák nagyon fontos osztályát képezik azok a rendszerek és anyagok, amelyek nincsenek a környezetükkel kölcsönösen stabil egyensúlyban. Például, a Földön a tüzelőanyag készletek nincsenek kölcsönösen stabil egyensúlyban a légkörrel és az óceánokkal. A kölcsönös kémiai egyensúly követelményei nem teljesülnek. Bármely rendszer környezete feletti vagy alatti hőmérsékleten nincs a környezettel kölcsönösen stabil egyensúlyban. Ezekben az esetekben a kölcsönös termikus egyensúly követelményei sem teljesülnek. Bármilyen kölcsönösen stabil egyensúly hiánya egy rendszer és környezete között alkalmas hasznos munka előállításához, mint például a 2009 óta Oslo közelében működő ozmózis-erőmű az édesvíz és a sós tengervíz koncentrációkülönbségéből termel villamosságot (New Scientist 2009). Az exergia az a mennyiség, amely segítségével lehet a maximális nyerhető munkát meghatározni, amely a termodinamika második főtételén nyugszik, és segít az energetikai és egyéb rendszerek folyamatai elemzésében. Az exergia bemutatásához az energiához kapcsolódó fogalmak áttekintése és pontosítása szükséges. Az energia mennyisége és minősége Tudott, hogy az energia a világ összes mozgásának, változásának, történésének és kölcsönhatásának forrása. Az energia általános értelemben a változtató képességet jelenti, fizikai értelemben a dolgok olyan tulajdonsága, amelyet egymás közti kölcsönhatások révén átadhatnak. Az energia számos, különböző formában jelentkezhet. A főbb energiaformák: mechanikai, villamos, sugárzási, nukleáris és hő energia. Richard Feynman, amerikai fizikus a neki világhírnevet szerző Feynman Lectures in Physics könyvükben (Feynman, RP & Leighton, RB & Sands, M 1970) az energia legjellemzőbb és szinte egyetlen vonásaként a megmaradását írja le, amely az ott szereplő számpéldájában éppen 28 (nem 42): „Fontos, hogy felismerjük: a fizika mai állása mellett valójában nem tudjuk, mi is az energia. Nincs szemléletes képünk arról, hogy az energia kicsiny, meghatározott adagokban terjedne. Nem is ez a helyzet. Ellenben van néhány számszerű mennyiség kiszámítására szolgáló képletünk, melyeknek összege 28 – mindig ugyanaz a szám. Ez pedig elvont dolog annyiban, hogy nem mond semmit a képlet mechanizmusáról, sem a különböző tagok megjelenésének okairól." Az energia mennyisége: az első főtétel Az energia sok megjelenési formáját ismerjük: mozgási, helyzeti, nukleáris energia, fény, hő stb. A mozgási energia a gyakorlat számára közvetlenül használható energiaforma. ___________________________________________________________________________ Bezegh András, Bezeghné Jelinek Klára, Bezegh Barbara

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

39

Az energiának az a tulajdonsága, hogy egyik energiaformából átalakítható másik energiaformává, de nem hozható létre, és nem is semmisíthető meg, az energia-megmaradás törvénye, a fizika egyik alapvető állítása és a termodinamika első főtételeként is ismert. Bármikor, amikor tudósok az energia-megmaradás törvényének megsértését vélték felfedezni, végül mindig új energiaformát azonosítottak és azzal korrigálták az eltérést. Az energia mennyiségének SI rendszerbeli mértékegysége a joule, amely definíciója szerint az a mechanikai munkamennyiség, amit 1 newton erő 1 méter úton végez. A munka eredetileg a mechanikai munkát jelentette. Később az energia-megmaradás tételének felismerése, majd az 1840-es években a munka és a hő egyenértékűségének felismerése után a hő is bevonult az energia elismert megjelenési formái közé. Fontos lényegi különbséget azonban a termodinamika második főtételének felismerése tárt fel. Az energia minősége: a második főtétel Az energiaformák közötti átalakulásra az energia-megmaradás törvénye mindig érvényes, de ez nem azt jelenti, hogy minden energiaforma korlátlanul átalakítható másik energiaformává. Az energia különböző formái nem alakíthatók át korlátlanul másik energiaformává. Ez különösen a termikus energiára érvényes, a hő soha nem alakítható át teljes mértékben mechanikai munkává. A termodinamika második főtétele (hő magától a melegebb testből a hidegebb felé áramlik) korlátozza azt a munkamennyiséget, amely a hőenergiából hasznosítható. A másik irányban, a mechanikai munka és több más energiaforma korlátlanul alakítható át hővé. Korszakalkotó közleményében Z. Rant írja (Rant, Z 1955): „Az energia értéket csak akkor jelent, ha átalakítható egyik formájából a másikba, …raktározott formájából technikai célokat szolgáló energiaárammá alakítható.” A mechanikai munka és az elektromos energia – mivel egyenértékűek – a leghasznosabb energiatípusok. Az energiafajták mechanikai munkává alakíthatóságuk alapján értékelhetők. Hőnek munkává alakítása során, amikor az egy hőmérsékletű hőforrásból származik, azt egy alacsonyabb hőmérsékletű rendszer felé kell továbbítani. Az erre a célra rendelkezésre álló legalacsonyabb hőmérséklet a környezet hőmérséklete, . Adott mennyiségű hőből reverzibilis folyamatban nyerhető maximális munka:

A

hányadost Carnot hatásfoknak nevezik. A folyamat során a környezetbe

hasznosítatlanul juttatott hő:


40


Amennyiben az energia minőségét úgy értelmezzük, mint a képességét változás létrehozására (Kotas, TJ 1995), a hőenergia esetében ez egyaránt függ a hőmérséklettől, amelyen rendelkezésre áll, és a környezeti hőmérséklettől.

Az exergia „Az energia leggyakrabban csak egy zavaros elképzelés, míg az exergia sokkal szabatosabb” G. Wall (Wall, G 1997) A Gibbs által „hozzáférhetőségi függvény”-nek (availability function) nevezett mennyiség további finomítások után vezetett az exergia modern fogalmához: Az exergia definíció szerint az az elméleti maximális hasznos munka, amely akkor nyerhető, ha egy rendszert egy olyan folyamatban hoznak termodinamikai egyensúlyba a környezettel, amelyben kölcsönhatás csak a tekintett rendszer és a környezet között van (Sciubba, E & Wall, G 2007). Az anyag exergiájának és energiájának aránya úgy tekinthető, mint az energia minőségének mértéke. Egyes energiafajták, mint a mozgási energia, az elektromos energia és a Gibbs szabadenergia (G) 100%-ban munkává alakíthatók, vagyis exergiájuk megegyezik az energiájukkal. Az olyan energia fajtáknál, mint pl. a sugárzó vagy a hőenergia esetében az energia nem alakítható 100%-ban munkává, vagyis exergiájuk alacsonyabb, mint az energiájuk. Az exergia pontos értéke a rendszernek a környezetéhez viszonyított nem-egyensúlyi (disequilibrium) állapotától függ. Az exergia meghatározásához meg kell adni a rendszer bizonyos paramétereit (hőmérséklet, nyomás, kémiai összetétel, entrópia, entalpia). Az exergia annak függvényében adható meg, hogy mely paramétereket tekintjük állandónak. Egy áramlás specifikus exergiája (B) az alábbiak szerint számítható ki:

ahol H az entalpia, S az entrópia és a 0 index a rendszer kiindulási állapotára utal. Egy példa a „hasznos energia” értelmezésére: 100 kg gőz 400ºC-os hőmérsékleten, 40 bar nyomáson ugyanannyi, azaz ~300 kJ-nyi energiával rendelkezik (azonos referencia hőmérséklet mellett), mint 2 tonna 40ºC-os víz. A 40 bar nyomású gőzzel hasznos munka végezhető (pl. áramtermelés, mechanikai szerkezetek mozgatása, fűtés stb.), míg a 40ºC-os víz felhasználhatósága korlátozott. A kis hőmérsékletű áramok exergiája növelhető, de ez energia-befektetéssel jár. Például hőszivattyú használatával az exergia növelhető, de ezek működéséhez energia, mechanikai munka kell. Számos szerző (pl. Szagut) említi az exergiát egyszerűen az energia minőségét kifejező tulajdonságként.

___________________________________________________________________________ Bezegh András, Bezeghné Jelinek Klára, Bezegh Barbara

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

41

Az exergia – ahogy R. U. Ayres megjegyzi (Ayres, RU 1998) – az energia hasznos része és az, amit a legtöbb ember felelőtlenül energiának nevez, és ugyanígy tesznek a közgazdaságtanban. R. U. Ayres ugyanitt leírja, hogy négy fajta exergiát különböztetnek meg. Ezek: 1. kinetikus exergia, ami a mozgással kapcsolatos, 2. a potenciál tér exergiája, ami a gravitációs és elektromágneses erőtér különbségével kapcsolatos, 3. fizikai exergia, ami a nyomás és a hőmérséklet eltéréseiből származik, és 4. kémiai exergia, ami a kémiai összetételbeli eltérésekből ered. Más szerzők más felosztásban tárgyalják az exergia fajtákat, esetleg más csoportosításban ismernek fel közös vonásokat. Az 1. ábrán D. Marmolejo-Correa et al. (Marmolejo-Correa, D & Gundersen, T 2012) több szerző különböző osztályozási szempontjait összegzi.

1. ábra. Az exergia osztályozása és felbontása (Marmolejo-Correa, D & Gundersen, T 2012) Elvileg az osztályozásnak és a felosztásnak a nyílt és zárt rendszerekre (áramló, illetve nem-áramló exergia) azonosnak kellene lenni, azonban a komponensekben különböző termodinamikai elemek vesznek részt. Amint az 1. ábra mutatja, a besorolás első szintje a hordozó típusán alapszik: (i) az energia áramok, vagy (ii) az anyagáramok. A második besorolási szint az energia úgynevezett exergia arányára utal, és ez, mint az energia szintje is ismert (exergia / energia). Itt különbséget kell tenni a jelenségek vagy a rendszerek között, ahol az exergia egyenlő az energiatartalommal, és ahol az exergia kisebb, mint az energia-tartalom. A harmadik szint a besorolás szerint az exergia eredete. Az anyagáramok az


42


exergiát az összetételükből, a nyomás, a hőmérséklet, a pozíció, a relatív sebesség és az elektromos, valamint az atomi energia értékeiből kapják. A kémiai exergia az anyagáram összetételéhez kapcsolódik. A termomechanikus exergia, amit fizikai exergiának is hívnak, az áram hőmérsékletével és nyomásával van kapcsolatban. A kémiai és a termomechanikus exergia összegét termikus exergiának nevezik. Lényeges az, hogy minden fizikai és kémiai jelenséghez (fűtés, hűtés, reakció, kiterjedés, kompresszió, sugárzás, hőenergia-termelés, elválasztás vagy keverés) társul egy exergia áram, és ha több mint egy áram vesz részt a folyamatban, akkor összeadhatóak. Különböző energiaformákat is hozzá lehet adni úgy, ahogyan az energiamérlegek esetén, ahol az energia megmarad. Azonban egy ilyen összegzés figyelmen kívül hagyja azt a tényt, hogy a különböző energiaforrások energia minősége különböző. Ha a vizsgált rendszer továbbra is egyensúlyban van a környezettel és a villamos vagy a nukleáris energia nem vesz részt, a teljes anyagáram exergiája felbontható termomechanikai exergiára és kémiai exergiára : . A

fajlagos termomechanikus exergia:

. A fajlagos termomechanikus exergia tovább bontható két komponensre, az egyik a hőmérsékleten és a másik a nyomáson alapszik, a következő egyenlet szerint:

. Ezt a felbontást több szerző használja, azonban a két komponens különböző nevek alatt található. A és komponenseket is termikus és mechanikai exergiának is nevezik, illetve nyomás vagy termikus komponenseknek. Fontos megjegyezni, hogy a felbontás nem egyértelmű és ezért nincs is alapvető értelme, azonban növeli a tervezési folyamat lehetőségeinek megértését. Általános és közös megegyezés a szakirodalomban, ahogyan a termomechanikus exergia két komponensét leírják a következő egyenletekkel:

A hőárammal járó exergia áram különösen fontos. Modelljét a 2. ábra. mutatja, ahol a hőáram hőmérséleten lép be a reverzibilis hőerőgépbe, és a referencia rendszer hőmérsékletén lép ki, miközben ez a T-S diagramon láthatóan mechanikai munkát (ferdén satírozott részt) eredményezett. A Carnot összefüggésnek megfelelően hő ___________________________________________________________________________ Bezegh András, Bezeghné Jelinek Klára, Bezegh Barbara

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

43

(vízszintesen satírozott rész) nem hasznosítható. A 3. ábra. a valós folyamatot mutatja, amikor a hőáram hajtóereje , és ennek megfelelően kisebb a hasznos munka, vagyis valós folyamatokban mindig: .

2. ábra. Reverzibilis exergia áram

3. ábra. Valós exergia áram Az anergia, mint az energia haszontalan része Az exergiát néha az energia átalakítható részeként definiálják, pl. Z. Rant és H. D. Baehr (Gaggioli, RA (ed.) 1980). Ez a meghatározás többek közt azért is kifogásolható, mivel az energiának és az exergiának lényegesen különböző vonásai vannak. Az energia tetszőleges vonatkoztatási szint alapján kiszámítható, míg az exergia vonatkoztatási szintje mindig a meghatározott referencia környezet által adott. Az említett szerzők kialakították az anergia fogalmát. Az energiát az exergia és az anergia összegeként határozták meg. Az anergia vonatkoztatási szintje tetszőleges, emiatt nehéz megmagyarázni, hogy mi lenne az anergia negatív értékeinek fizikai jelentése, különösen azokban az esetekben, amikor a hőmérséklet a környezeti hőmérsékletnél


44


alacsonyabb. Ugyancsak nehezen értelmezhető az anergia a hővel nem kapcsolatos exergiák, így pl. a kémiai exergia tárgyalása során. Bár az

összefüggés hasznos lehet a környezeti, illetve a referencia hőmérsékletnél minden esetben magasabb hőmérsékletű rendszerek tárgyalásának megértéséhez és vizsgálatához, mégsem ajánlható általános érvénnyel. Az exergia jellemzői Az exergia néhány fontos jellemzője:  Egy rendszer és környezete közötti teljes egyensúly nem rendelkezik exergiával. Nincs különbség a hőmérsékletben, nyomásban, koncentrációban stb., így semmilyen folyamatnak nincs hajtóereje.  A rendszer exergiája növekszik, minél inkább különbözik jellemzőiben a környezetétől. Például egy meghatározott mennyiségű meleg víz magasabb exergia tartalommal rendelkezik télen, mint egy forró nyári napon. Egy jégkocka télen kevés exergiát hordoz, míg nyáron jelentős exergiát.  Amikor az energia veszít minőségéből, az exergia megsemmisül. Az exergia az energia hasznos része, és ezért van gazdasági értéke, és ezért érdemes figyelemmel gazdálkodni vele.  Az exergia definíció szerint nem csak a rendszer vagy áramlás állapotától, hanem a környezet állapotától is függ. Ezért, ha egy rendszer változatlan, de környezete változik, az exergia is változik.  Az exergiahatékonyság az ideális (vagy reverzibilis) folyamat megközelítésének mértéke. Ez nem feltétlenül igaz az energiahatékonyságra, amely gyakran félrevezető.  Az exergia általában az, ami az értékes erőforrásnak tekinthető. Vannak mind energetikai, mind nem-energetikai erőforrások, értékmérőjük mindkét esetben az exergia. Az energiahordozók ára is inkább az elraktározott exergiával arányos. Például azonos energiával jellemzett szén és villamos áram ára ezért (is) különbözik, az előbbié jóval alacsonyabb.  Az energiaformákat, amelyek nagy exergia tartalommal rendelkeznek, jellemzően többre értékelik és hasznosabbnak tekintik, mint az alacsony exergiájú energiaformákat. Például a fosszilis tüzelőanyagok magas energia és exergia tartalmúak. A hulladékhőnek a környezeti állapothoz közeli állapotban kevés az exergiája, annak ellenére, hogy igen sok energiát tartalmazhat, és így értéke korlátozott. A napenergia, ami hősugárzás, kibocsátási hőmérséklete a Nap felszíni hőmérséklete (körülbelül 5 800 K), egyaránt sok energiát és exergiát tartalmaz.  A koncentrált ásványi készletek erősen elkülönülnek a környezettől, és így van exergiájuk. Az ásvány koncentrációja növekedésével ez az éles különbség és egyúttal az exergia növekszik. Amikor az ásványt kibányásszák, az ásvány exergia tartalma megmarad, és ha dúsítják vagy tisztítják, az exergia tartalom növekszik. Gyenge minőségű ásványi rétegeknek kevesebb az exergiája, és azokat ennek ___________________________________________________________________________ Bezegh András, Bezeghné Jelinek Klára, Bezegh Barbara

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

45

megfelelően csak a nagyobb külső exergia input révén lehet felhasználni. Amikor egy koncentrált ásványt diszpergálnak, exergia tartalma csökken.

•

Energia

•

Exergia

• Tulajdonságai csak az anyag-, vagy energiaáramlástól függnek, és nem függnek a környezeti tulajdonságoktól.

• Tulajdonságai egyaránt függenek az anyag-, vagy energiaáramlásától és a környezettől.

• Értéke a környezettel egyensúlyban eltér a nullától (többek között, hogy egyenlő mc2tel, az Einstein féle egyenlettel összhangban).

• Nullával egyenlő, amikor "holt állapotban" van, mivel ekkor a környezettel teljes egyensúlyban van.

• Megmarad minden folyamatban, a termodinamika első főtétele szerint.

• Csak reverzibilis folyamatokban marad meg, és nem marad meg valós folyamatokban (amelyekben részben vagy teljesen megsemmisül az irreverzibilitások miatt), a termodinamika második főtétele alapján.

• Nem lehet sem megsemmisíteni, sem termelni.

• Reverzibilis folyamatban nem lehet sem megsemmisíteni, sem termelni, de mindig megsemmisül (elfogy) irreverzibilis folyamatban.

• Számos formája van (például mozgási energia, potenciális energia, munka, hő), és ezekben a formákban mérik.

• Számos formája van (például mozgási exergia, potenciális exergia, munka és hő exergia) és mérhető a munka alapján, illetve, hogy mennyire képes munkát előállítani.

• Csak mint mennyiség szerepel.

• Mennyiségi és minőségi mérték.

1. táblázat. Az energia és az exergia főbb tulajdonságainak összehasonlítása (Dincer, I & Rosen, MA; 2007)


46


A referencia környezet Tekintve, hogy egy rendszer exergiája függvénye a környezete állapotának, ezért igen fontos definiálni és rögzíteni a referencia környezetet. A referencia környezetről feltételezzük, hogy végtelen, egyensúlyban van minden kapcsolódó más rendszerrel. Jellemzően a környezetet meghatározza a hőmérséklete, nyomása és kémiai összetétele. Az exergia nem egyszerűen termodinamikai tulajdonság, hanem a rendszer és a referencia környezet együttes tulajdonsága. Egy rendszer exergiáját lehet növelni, ha exergiát bevisznek, például munkát végeznek rajta. Az exergia lényegéhez tartozik az a vonása, hogy nem értelmezhető önmagában, hanem kizárólag a környezetével együtt. Ebből következik, hogy egy változatlan rendszer exergiája különböző körülmények között különböző. A környezetével egyensúlyban lévő rendszer nem képes munkavégzésre, ezért ezt “holt állapot”-nak nevezik. A referencia környezettel kapcsolatosan kétféle egyensúlyt különböztetnek meg. Az egyiket korlátos egyensúlynak (restricted equilibrium) nevezik, amelyben a mechanikai és a termikus egyensúly kritériumai teljesülnek, de a kémiai egyensúlyé nem. Vagyis egy rendszerben, amely korlátos egyensúlyban van környezetével, a környezetével azonos a hőmérséklete és a nyomása. Sok szerző ezt nevezi környezeti állapotnak. A másik, a korlátlan egyensúly, vagy holt állapot (unrestricted equilibrium, dead state), amely fennállása esetén a korlátos egyensúly feltételei mellett a kémiai egyensúly is fennáll. Ez azt jelenti, hogy valamennyi komponens kémiai potenciálja is megegyezik. A kémiai exergia és referencia környezet Kémiai exergia az a maximális munka, amely akkor nyerhető, amikor a tekintett anyag reverzibilisen a referencia környezetben jelenlévő anyag állapotába kerül. Három fajta referencia anyag-rendszert alkalmaznak: -

a levegő gázösszetevői, a Föld kérgének külső rétege szilárd összetevői, a tengervíz ionos és molekuláris összetevői.

A standard kémia exergiák alapjai megegyezés szerint a standard nyomású és hőmérsékletű anyagok, a természetben előforduló standard koncentrációban. Ezek táblázatokban megtalálhatóak. Bármely anyag standard kémiai exergiája, a képlet szerint számítható a reverzibilis képződési reakcióra felírt mérleg alapján:

ahol a képződési szabadenergia, elem standard kémiai exergiája.

az e elem moljainak száma, az e


(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

47

Az exergia elemzés Az exergiára az a jellemző, hogy csak akkor marad meg, ha az összes, a rendszer és a környezete között előforduló folyamat visszafordítható. Az exergia megsemmisül, ha egy visszafordíthatatlan folyamat játszódik le. Egy erőmű, vegyi üzem, vagy hűtő-létesítmény exergia elemzése során a termodinamikai hiányosságok számszerűsíthetők, amelyekre az exergia megsemmisülése utal, mint energia minőségi- vagy hasznossági veszteség, például elpazarolt hasznos munka vagy elpazarolt lehetőség hasznos munka termelésére. Ugyanúgy, mint az energia, az exergia is átvihető vagy szállítható egy rendszer határán keresztül. Mindenfajta energia átadásnak vagy szállításnak megfelel adott exergia átadás vagy szállítás. Az exergia elemzés figyelembe veszi a különböző energiafajták és mennyiségek különböző termodinamikai értékeit, a munkát és a hőt. Az exergia átvitelhez kapcsolódó hasznos munka megegyezik a hasznos munkával. A hőátadáshoz kapcsolódó exergia átvitel azonban attól függ, hogy mekkora a hőmérséklet, amelynél ez végbemegy, viszonyítva a környezet hőmérsékletéhez. Egy mérnök, amikor egy rendszert tervez, kompromisszumokat köt versengő tényezők között. A mérnök célja várhatóan a legmagasabb ésszerű technikai hatékonyság, a legalacsonyabb elfogadható költség a fennálló műszaki, gazdasági és jogi körülmények között, számba véve az etikai, ökológiai és társadalmi következményeket és célokat. Az exergia analízis olyan eszköz, amely megkönnyíti ezt a munkát. Az exergia módszerekkel egyedülálló betekintést lehet nyerni a veszteségek típusaiba, helyeire és okaira, és ezáltal azok segítik azonosítani a lehetséges fejlesztéseket. Az exergia analízis különösen hatékony módszer és eszköz az alábbiakhoz: • Ötvözi és alkalmazza a tömeg- és energiamegmaradás elveit és a termodinamika második főtételét az energetikai rendszerek tervezése és elemzése során. • Az energia-hatékonyságot és egyéb erőforrás-felhasználást javítja a hatékonyság azonosításával, azzal hogy mindig szolgáltatja az ideális folyamat megközelítésének mértékét, valamint a veszteségek és hulladékok keletkezési helyét, típusát és valódi nagyságát. • Feltárja, hogy lehet-e vagy sem, illetve, hogy mennyire lehet hatékonyabb rendszereket tervezni a meglévő rendszerekben a hiányosságok csökkentésével. • Bemutatja az energia és egyéb erőforrás-felhasználás környezetre gyakorolt hatását, és azt, hogy hogyan csökkenthetik vagy enyhíthetik ezt a hatást. • Értékelhető teszi, hogy egy rendszer illeszkedik-e a fenntartható fejlődéshez vagy fenntarthatatlan. Mivel a rendszer vagy áramlás exergiájának értéke függ a rendszer vagy az áramlás és a referencia-környezet állapotától, egy referenciakörnyezetet meg kell adni, mielőtt exergia elemzést végeznének.


48


Energiahatékonyság – hatásfok A hatásfok vagy hatékonyság – adott korlátok közötti – lehető legmagasabb értékének elérése kitüntetett szempontja a mérnöki tervezésnek, üzemeltetésnek. A hatékonyságot úgy határozzák meg (Dincer, I & Rosen, MA 2011), „mint a képességet, hogy a kívánt hatást elérjék minimális energia, idő, erőforrás stb. ráfordításával…[és vizsgálják, hogy] az milyen mértékben közelíti meg az ideális módon végrehajtott feladatot.” Egy egyszerűbb, de nem túl pontos meghatározás szerint a kívánt hatás és a ráfordítás hányadosa. Természetesen különkülön értelmezendő a számláló és a nevező, bár a végeredmény attól függ, hogy egyenként mennyire pontosan definiáltak, és maguk a meghatározások összhangban vannak-e a rendszer-céllal, illetve célokkal, figyelembe veszik-e a különböző típusú (jogi, pénzügyi, fizikai) korlátokat vagy sem. Lényeges továbbá, hogy kellően egyszerű, átlátható, vagyis (köz)érthető, vagy legalább nem-félrevezető legyen a hatásfok definíció. A vegyipari műveleti egységekre alkalmazott exergia vizsgálatok vezettek a vegyipar hatalmas XX. századi fejlődéséhez. Ebben az időben az exergiát „hozzáférhető munka (available work)” néven említették. Az energia és exergia mérnöki alkalmazásának egyik célja meghatározni az ésszerű egyensúlyt a készülő létesítmény számos lehetséges inputja és outputja között, mielőtt a létesítményt megépítenék. Miután ez megtörtént, a következő mérnöki feladat a leghatékonyabb folyamat kiválasztása. Ez nem egyszerű és rögtön értetődő feladat, ugyanis -

-

az energiahatékonyság, vagyis az első főtétel szerint számolt hatásfok azon az alapon adja meg a legjobb folyamatot, hogy melyiknek a lehetséges legkisebb az energiavesztesége a bevitt energiához képest, az exergiahatékonyság, vagyis a második főtétel szerint számolt hatásfok azon az alapon adja meg a legjobb folyamatot, hogy melyiknek a legkisebb a hozzáférhető munkában kifejezett vesztesége, vagyis megsemmisült exergiája a bevitt hozzáférhető munkához képest.

A magasabb exergiahatékonyságú létesítmény általában drágább üzem megépítését igényli, ebből következik, hogy a tőkeigény és a működési hatékonyság egyensúlyát kell megtalálni. Az exergiahatásfok különböző célokat szolgáló meghatározásai egy rendszerbeli exergia átviteli, átalakulási és megsemmisülési folyamatai számbavételén, és a belőlük képzett megfelelő hányadosokból állnak. Ezt szolgálják az exergia mérlegek. Az exergia mérlegek Az exergia kivétel a megmaradási törvények alól, ezért az exergia mérleget ki kell egészíteni egy taggal, amelyik kifejezi az exergia megsemmisülést (internal exergy loss):


(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

49

ahol a rendszerbe juttatott exergia, a rendszer exergia növekménye, a rendszerbe a vele kapcsolatban álló hőforrásokból származó exergia, a rendszerből származó hasznos termékek és a a hulladékok exergiája, a rendszerből származó munka és a rendszer belsejében az irreverzibilitásokból eredő belső exergia veszteség (megsemmisülés). A hőforrásokból származó exergia növekedést a Carnot faktor határozza meg:

ahol a külső hőforrásból származó hő, a hőforrás hőmérséklete (a rendszer határán mérve). Állandósult állapotú folyamatban – amelyben az áramlási sebesség, a kémiai összetétel és a termikus paraméterek a rendszer összes pontjára nézve állandóak – a rendszer exergiája is állandó marad. Mint időegységre vonatkoztatott mennyiségek írhatók le:

A reális folyamatok esetében a bemenő exergia mindig meghaladja a kimenő exergia értékét, ennek az az oka, hogy irreverzibilitások vannak, amelyeket általában az exergia megsemmisülésének neveznek. Nagyon fontos különbséget tenni az irreverzibilitás okozta exergia megsemmisülés és a fel nem használt exergia miatti exergia hulladék, azaz környezetbe áramló exergia között. Mindkettő exergia veszteségeket jelent, de az irreverzibilitásból származó nagy exergia veszteségek miatt még több exergiát kell használni, hogy kompenzálja ezt a veszteséget. Az exergia megsemmisülés** – a Gouy-Stodola tétel szerint – a következő módon kapcsolódik az entrópia termeléshez:

ahol

a teljes exergia input,

a teljes exergia output,

a

**

A szakirodalomban az exergia megsemmisülésnek más nevei is vannak: „rendelkezésre állás megsemmisülés”, „irreverzibilitás” és „elveszett munka” („the availability destruction, the irreversibility and the lost work” -A. Bejan et al. 1995, Thermal Design and Optimization, John Wiley and Sons Inc., New York, p. 123).


50


környezeti hőmérséklet, a teljes entrópia növekedés és az exergia megsemmisülés az i folyamatban. A definíció szerint exergia egyensúly csak reverzibilis folyamatokra létezik. Így reális folyamatok, azaz visszafordíthatatlan folyamatok ( ) esetén az exergia soha nincs egyensúlyban, mert a teljes exergia input mindig meghaladja a teljes exergia outputot, azaz a . Exergia veszteségek Az exergia veszteség – azaz a megsemmisülés és a hulladék – kiszámításával meghatározhatóak a lehetséges folyamatfejlesztések. Általában, amikor az exergia veszteség nagy, megfontolják, hogy azt a részt javítsák először. Azonban ez a "legnagyobb veszteség kezelése az első" megközelítés nem mindig megfelelő. Ennek az az oka, hogy minden rendszer rész összefügg egymással, és a javulás az egyik részben a javulásnál nagyobb veszteségeket okozhat a többi részben. Mint ilyen, a teljes veszteség a módosított eljárásban valójában azonos vagy még nagyobb, mint az eredeti műveleti konfigurációban volt. Azt is figyelembe kell venni, hogy megújuló vagy nem megújuló az erőforrás. Ezért a problémát kellő óvatossággal kell megközelíteni. Az exergiahatékonyság Az exergia hatásfok vagy exergiahatékonyság, amely más néven a második főtétel szerinti hatékonyság, eredményesség, vagy racionális hatékonyság, általános definíciója szerint a hasznosított exergia osztva az exergiával. Ez egy 0 és 1 közötti szám lehet, mivel minden reális folyamat tartalmaz exergia megsemmisülést. Ez megkülönbözteti az energiahatékonyságtól, ami jóval meghaladhatja az 1-t. Azonban többféle módon is meghatározható a hasznosított exergia és a felhasznált exergia, ami bizonytalanságot teremt e fogalom használatában. Szintén érdemes megjegyezni, hogy exergiahatékonyságot gyakran úgy határozzák meg, mint a hasznosított exergia és az elméletileg lehetséges hasznosított exergia hányadosát, például az időbeli korlátok miatt. A hatékonyság (Wall, G 2002) egyszerű meghatározása kifejez minden exergia inputot, mint felhasznált exergiát, és minden exergia outputot, mint hasznosított exergiát. Így az exergia hatásfok, a következő lesz:

Azonban ez a hatékonyság nem minden esetben nyújt megfelelő jellemzést a termodinamikai folyamatok hatékonyságát illetően, például a hőátadás, elválasztás stb. esetén. Gyakran létezik az output exergiának egy fel nem használt része, vagyis egy exergia hulladék a környezetbe jut. Így a hasznosított exergia a különbség, ezt hívják a termék exergiájának, .


(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

51

A kimenet két részből áll:

Ekkor az exergia hatásfok

az előbbi helyett a következő lesz:

. Néha az exergia egy része csak keresztülmegy, és a rendszer nem változik. Ezt az exergia részt nevezik tranzit exergiának, . (l. 4. ábra.).

4. ábra. Egy rendszer bemeneti és kimeneti exergiái Ha a tranzit exergiát levonják az input és az output exergiából is, (vagy inkább a termék exergiából), az exergia lesz η(ex,3)=(Bki-Bwaste-Btr)/(Bbe-Btr )=(Bpr-Btr)/(Bbe-Btr) Az átmenő (tranzit) exergia számítási nehézségei és elismertségének hiánya miatt általában az exergia hatásfokot, -t használják, azaz ηex=η(ex,2)=(Bki-Bwaste)/Bbe =Bpr/Bbe. Az utóbbi definíciók összehasonlíthatók az 5. ábra. alkalmazásával a rendszer két különböző A és B folyamatára. Az exergia hatékonysága az A folyamatra = 91 százalék és = 10 százalék, míg a B folyamatra = = 50 százaléknak adódik. Így annak eldöntése, hogy melyik a leghatékonyabb eljárás, az a hatékonyság meghatározásának kérdése. Ha azonban ehelyett a diagramokat használják, látható, hogy az exergia megsemmisülés az A folyamatban nagyobb, mint a B folyamatban, 9 és 5, így igazán az A folyamatot kell először javítani.


52


5. ábra. Két folyamat exergia hatékonyságának összehasonlítása exergia áramlási diagrammal Ebből az összehasonlításból kitűnik, hogy jobb belelátást biztosítanak az exergia áramlás diagramok. Egy ilyen exergia áramlás ábrából meg lehet ismerni a következőket: • • • • •

a rendszer különböző részeinek exergia hatékonyságát, a különböző exergia inputokat és outputokat, a különböző exergia áramok honnan jönnek és hová mennek, az átmenő exergia nagyságát, és mennyi exergia semmisül meg az egyes folyamatokban.

Ez gyakran a rendszer és jellemzői jobb megértését teszi lehetővé, ami azt jelenti, hogy jobb alapot biztosít a javítására vonatkozó elképzelésekhez.

ÖSSZEFOGLALÁS Az energia ellátás és felhasználás az utóbbi néhány évtizedben a különösen fontos kérdések listájának legtetejére került. Ezért az energiahatékonyság javítása folyamatosan aktuális mérnöki feladat. Az exergia az a mennyiség, amely segítségével lehet a maximális nyerhető munkát meghatározni, amely a termodinamika második főtételén nyugszik, és segít az energetikai és egyéb rendszerek folyamatai elemzésében. Az exergia és energia aránya úgy tekinthető, mint az energia minőségének mértéke. Az exergia értéke a rendszernek a környezetéhez viszonyított nem-egyensúlyi állapotától függ. Egy rendszer exergiája függvénye a környezete állapotának, ezért igen fontos definiálni és rögzíteni egy ún. referencia környezetet. Általában négy fajta exergiát különböztetnek meg. Ezek: 1. kinetikus exergia, ami a mozgással kapcsolatos, 2. potenciál tér exergiája, ami a gravitációs és elektromágneses erőtér különbségével kapcsolatos, 3. fizikai exergia, ami a nyomás és a hőmérséklet eltéréseiből származik, 4. kémiai exergia, ami a kémiai összetételbeli eltérésekből ered. ___________________________________________________________________________ Bezegh András, Bezeghné Jelinek Klára, Bezegh Barbara

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

53

Az exergia általában az, ami az értékes erőforrásnak tekinthető. Vannak mind energetikai, mind nem-energetikai erőforrások, értékmérőjük mindkét esetben az exergia. Az exergia elemzés figyelembe veszi a különböző energiafajták és mennyiségek különböző termodinamikai értékeit, a munkát és a hőt. Az exergia hatásfok különböző meghatározásai egy rendszerbeli exergia átviteli, átalakulási és megsemmisülési folyamatai számbavételén, és belőlük képzett megfelelő hányadosokból állnak. A hő exergia különleges viselkedést mutat a kriogén tartományban. Az utóbbi fél évszázadban az exergia tárgyú szakcikkek száma exponenciálisan növekedett, az exergia alkalmazási ugyanígy számos műszaki és természettudományos területre terjedt ki.

FELHASZNÁLT IRODALOM Ayres, RU 1998, ’Eco-themodynamics: economics and the second law’, Ecological Economics, vol. 26, no. 2, pp. 189−209. Bezegh, A 2012, ’Az ipari ökológia keretei’, Ipari Ökológia, vol. 1, issue 1, pp. 5−20. Dincer, I & Rosen, MA 2007, Exergy: Energy, Environment and Sustainable Development, Elsevier, Oxford (UK), p. 13. Dincer, I & Rosen, MA 2011, ’Exergy Analysis of Green Energy Systems’, Green Energy, Series of Progress in Green Energy, vol. 1, pp. 17−65. Feynman, RP & Leighton, RB & Sands, M 1970, Mai fizika, 1. kötet: A modern természettudomány alapjai – A mechanika törvényei, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, p. 51. Gaggioli, RA (ed.) 1980, Thermodynamics: Second Law Analysis, American Chemical Society, Washington, D. C. Kotas, TJ 1995, The Exergy Method of Thermal Plant Analysis, Krieger Publishing, USA, p. 31. Marmolejo-Correa, D & Gundersen, T 2012, ’A comparison of energy efficiency definitions with focus on low temperature processes’, Energy, vol. 44, no. 1, pp. 477−489. New Scientist 2009, First osmosis power plant goes on stream in Norway, megtekintve 2015. november 12, http://www.newscientist.com/article/dn18204-first-osmosis-powerplant-goes-on-stream-in-norway. Obama, B 2014, Remarks by the President on American Energy, megtekintve 2015. november 12, http://www.whitehouse.gov/photos-andvideo/video/2014/05/09/president-obama-speaks-americanenergy#transcript. Rant, Z 1955, ’Energy Value and Pricing’, Strojniški Vestnik, no. 1, pp. 4−7. Sciubba, E & Wall, G 2007, ’A brief Commented History of Exergy Form the Beginning to 2004’, International Journal of Thermodynamics, vol. 10, no. 1, pp. 1−26.


54


UN-WCED 1987, Report of the World Commission on Environment and Development: Our common future, megtekintve 2015. november 12, http://www.un-documents.net/our-common-future.pdf. Wall, G 1997, ’Energy, Society and Morals’, Journal of Human Values, vol. 3, no. 2, pp. 193−206. Wall, G 2002, ’Conditions and tools in the design of energy conversion and management systems of a sustainable society’, Energy Conversion and Management, vol. 43, issues 9−12, pp. 1235–1248.




A termék-élettartam tényező* Walter R. Stahel** KIVONAT Jelen tanulmány célja annak bemutatása, hogy a termékek hasznos élettartamának kiterjesztése fontos építőeleme egyfelől egy olyan, fenntarthatóbb társadalom felé vezető átmenetnek, ahol a haladás összeegyeztethető a világ erőforrásainak végességével, másfelől pedig egy olyan stratégia, ami összhangban áll a magánszektor aktív és független szerepével. A termék-élettartam, vagyis az az időszak, amíg az egyes termékek és javak használatban vannak, meghatározza azok cserélődési sebességét, és ezáltal az előállításukhoz szükséges természeti erőforrások fogyasztását, illetve a belőlük keletkező hulladék mennyiségét. A termékélettartam csökkenése, ahol ennek más korlátja nincsen, növeli az adott termék iránti keresletet. A termék-élettartam kiterjesztése azonban optimalizálja a termékek teljes élettartamát, csökkenti a természeti erőforrások kiszipolyozásának mértékét, és ebből következően a keletkező hulladék mennyiségét is; a jólétre épül, és azt gyarapítja. A termékek hosszabb használata tehát hozzájárul az átmenethez a fenntarthatóbb társadalomba. Összevetve a rövid cserélődési periódussal, a termékélettartam kiterjesztése a kitermelőés a feldolgozóiparnak szolgáltatásokkal történő helyettesítését jelenti, illetve a nagyméretű, tőke intenzív vállalatoknak, kisebb, munka intenzívebb, helyileg integrált egységekre történő cseréjét. A termék-élettartam kiterjesztéséből adódó tevékenységek – ÚJRAFELHASZNÁLÁS, JAVÍTÁS, FELÚJÍTÁS és ÚJRAHASZNOSÍTÁS – a magánszektor számára is számtalan üzleti lehetőséget kínálnak, legyen szó akár K+F-ben, feldolgozóiparban, vagy pénzügyi területen érdekelt vállalkozásokról. Lényegében a képzettséget igénylő álláshelyek számának növekedése és a stratégiai anyagoktól való függésünk csökkentése mellett ezek a tevékenységek új lendületet is biztosítanak a magánszektor számára, hogy olcsóbb termékeket állítsanak elő egy olyan, a spirál-hurok mintára felépülő önfeltöltő gazdaság részeként, ahol az energiafelhasználás emberi munkával helyettesíthető. Ily módon lényegesen csökkenthető a szegénység és a munkanélküliség, amelyek *

A közlemény eredetileg „Product-Life Factor” címen a HARC Houston Area Resarch Center publikációjaként jelent meg 1982-ben, és elnyerte a Mitchell Prize Competition díját.

A fordítás és jelen közlés W.R. Stahel engedélyével. ©Magyar Ipari Ökológiai Társaság **

Fordította és az ábrákat újrarajzolta Perényi András, lektorálta Bezegh András.

56


jelentősen hozzájárulnak a világgazdaság alapvető instabilitásához. Ezen túlmenően, a magánszektor rendelkezik mindazon erőforrásokkal és képességekkel, amelyek egyedülálló módon teszik képessé arra, hogy kezdeményezzék az átmenetet a fenntartható társadalom felé, ahol az összes erőforrás kiegyensúlyozott használata, és egyéb társadalmi célok egyaránt teljesülnek. A lehetséges nehézségek és az ellenállás, úgy gondoljuk, elhárítható megfelelő képzéssel, pénzügyi és politikai intézkedésekkel. ABSTRACT This paper attempts to show that the extension of the use-life of goods is, first, a sensible point at which to start a gradual transition towards a sustainable society in which progress is made consistent with the world’s finite resource base and, second, a strategy consistent with an active and independent role for the private sector. Product-life, or the period over which products and goods are used, governs their replacement speed and thus the consumption of natural resources required for their manufacture and the amount of waste they create. Shortening product-life increases demand for replacement goods where these can be afforded. Extending product-life optimizes the total life-span of goods and reduces depletion of natural resources and consequently waste; it builds on and increases wealth. Longer use of products will thus contribute to the transition towards a sustainable society. Compared to fast-replacement, product-life extension is a substitution of service activities for extractive and manufacturing Industries, and a replacement of large-scale capital-intensive companies by smaller, labour-intensive, locally integrated work units. The private sector, whether R&D, manufacturing or finance, will find innumerable business opportunities in product-life extension activities − REUSE, REPAIR, RECONDITIONING and RECYCLING. Indeed, while increasing the number of skilled jobs available and reducing our dependence on strategic materials, such activities will provide the private sector with fresh impetus to make cheaper goods available as part of a self-replenishing economy built on a spiral-loop pattern which allows a substitution of manpower for energy. In this way, unemployment and poverty which certainly aggravate the fundamental instability of the world economy might be substantially reduced. The private sector has, moreover, resources and skills that uniquely qualify it to initiate this transition towards a sustainable society where a balanced use of resources and other societal goals are achieved. Potential disincentives and obstacles can, we believe, be overcome with appropriate education and fiscal and policy measures. TERMÉK-ÉLET ALTERNATÍVÁK Három alapvető megközelítés Napjainkban az ipari tevékenység egy lineáris termelési-fogyasztási rendszer, amely elkerülhetetlenül mindkét végén környezeti rombolással jár:

___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

57

A gyors lecserélés rendszere Miközben a közgazdászok a termelésoptimalizálással, a méretgazdaságossággal, a gyors értékcsökkenéssel és utánpótlással voltak elfoglalva, a gyors lecserélés a gazdálkodás jellemző trendjévé vált, és mindez divat alapú fogyasztói társadalmunktól („nagyobb – jobb – gyorsabb izgalmas új termékek”) csak nagyobb lendületet kapott. Az eredmény: rövid élettartamú, inkompatibilis javak és termékek, amelyek jellemző vonása a javíthatóság hiánya. Ez egyben azt is jelentette, hogy jövedelmünk egy növekvő hányadát nem vagyonunk gyarapítására, hanem egyre inkább termékek pótlására, karbantartására áldoztuk. Stagnáló hazai és export piacok mellett növekedés, azaz magasabb termelési volumen csak a tervezett élettartam rövidítése, ezáltal az lecserélés gyorsítása révén érhető el. Léteznek azonban alternatívái ennek a gyors-lecserélésen alapuló rendszernek, amelyek segítségével a nyersanyag- és erőforrásfelhasználás, illetve a keletkezett hulladék mennyisége egyaránt a felére csökkenthető.

A lassú lecserélés rendszere A lassú lecserélés rendszere feldolgozóipari termékek tervezett élettartamát megduplázza (pl. autók, amelyek korrózióálló anyagok felhasználásával, megfelelő módszerekkel, és rendszeres karbantartással 10 helyett 20 évig használhatók maradnak).

A termék-élettartam tényező

58


Az önfeltöltő gazdaság (termék-élettartam kiterjesztés) Az önfeltöltő gazdaság (termék-élettartam kiterjesztés) egy olyan spirál – hurok mintára felépülő gazdaság, amely anélkül minimalizálja az anyag-, és eneriaáramokat, hogy korlátozná a gazdasági növekedést vagy társadalmi és technológiai haladást: ÚJRAFELHASZNÁLÁS (1-es hurok), JAVÍTÁS (2-es hurok) és FELÚJÍTÁS (3-as hurok) révén az egyes termékek, vagy alkatrészek újabbak forrásaként hasznosulnak, míg az ÚJRAHASZNOSÍTÁS (4-es hurok) a maradványokra, mint helyben elérhető nyersanyagokra tekint (John Davis erre úgy hivatkozik, mint az „egyes technológiák négy R rendszere”*). Erre az önfeltöltő gazdaságra támaszkodó társadalom a meglévő vagyonra épül és a közgazdaságtant az egyes termékek teljes élettartamának optimalizálására használja fel. Ebben az esetben pénzügyi és erőforrás menedzsment célja a hosszú-távú hasznosítás költségeinek csökkentése. Itt a spirál-hurok rendszer hatékonysága nagymértékben fokozható egy beépített inerciával, ami olyan kicsire szorítja vissza az egyes hurkokat, amennyire lehet: ne újítsunk fel olyasmit, amit lehet javítani, ne hasznosítsunk újra olyan terméket, ami gazdaságosan felújítható. Ez az inercia egyaránt alkalmazható alkatrészekre, termékekre és a magára a rendszerre, vagyis mindig a lehető legkisebb egységgel foglalkozzunk, azt cseréljük. Jelen írás azonban főleg a C változatra, a termék-élettartam kiterjesztésére koncentrál, mivel:  A C változat bármely vállalkozó, vagy vállalat számára elérhető, amelyik képes megragadni a lehetőséget, a szükséges tőkebefektetés mérsékelt és a kibocsátás is minimális. Ezzel szemben a B változat függ a kialakult üzleti és közgazdasági gondolkodás megváltozásától, aminek bekövetkezése valószínűtlen, mivel így azoknak a vállalatoknak a gyártókapacitás

*

Az angol Reuse, Repair, Reconditioning, Recycling szavak kezdőbetűi szerint (a lektor megjegyzése)

___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________







59

kihasználtságát csökkentené tovább, amelyek a leginkább alkalmazhatnák azt. A felújított termékek ára feltehetően alatta marad az újonnan előállítottakénak (több mint 40%-kal), ami megkönnyíti piacra dobásukat, míg a hosszú élettartamú termékek kezdeti költsége enyhén felülmúlja a jelenlegi rövid életűekét. Az eladás helyett a hosszú távú bérlet megfordíthatja ezt a helyzetet. A felújítás során lehet műszaki fejlesztés is, teret enged az innovációnak, miközben a hosszú élettartamú termékek aggodalomra adhatnak okot amiatt, hogy hátráltatják a műszaki haladást. A gyors lecserélésen alapuló (A) rendszerrel összehasonlítva a C változat átalakító és szolgáltató jellegű tevékenységekkel helyettesítené a kitermelés és alapanyag előállítást, kiváltva ezzel a nagyléptékű, tőke-intenzív vállalatokat, kisebb volumenű, munkaintenzív, független, helyileg integrált vállalkozásokra. Vagyis ez nem más, mint váltás a szekunder szektorról a tercierre.

A termék-élettartam kiterjesztés túl jónak hangzik ahhoz, hogy igaz legyen? Vessünk egy pillantást néhány alapvető adatra: a teljes ipari energiafogyasztásnak nagyjából háromnegyede acél, cement és hasonló alapanyagok előállításával vagy kitermelésével hozható összefüggésbe, miközben ezen anyagok gépekké, épületekké vagy hasonló végtermékekké átalakítása csupán egynegyed részt tesz ki. A munkára viszont ennek a fordítottja igaz: a végtermékké alakítás körülbelül háromszor olyan mértékben használja, mint az alapanyaggyártás.


60


Növekedés az olyan feldolgozás-jellegű iparágakban, mint a felújítás, egyben az energiának munkával történő helyettesítését is eredményezi. A javító és felújító tevékenységek képzett és tapasztalt szakembereket igényelnek, ráadásul viszonylag kis műhelyekben végezhetőek, amelyek az országban elszórtan bárhol megjelenhetnek, ahol felújítás igénylő eszközök és megrendelők találhatóak. Ezek a vállalkozások falun vagy városban egyaránt elhelyezkedhetnek, ahol magas a munkanélküliség, kétszeresen vonzó alternatívává téve ezzel a felújítást a munkahelyteremtésre. A decentralizált struktúra alacsony szállítás igényéből további energia megtakarítás (és szennyezés csökkenés) adódik. „Nem olcsóbb új termékeket előállítani?” Néhány példa segíthet megválaszolni ezt a kérdést:  A Chicago Elmhurst nevű elővárosában található Caterpillar kereskedő, a Patten Industries Inc. rendelkezik egy gyártósorral, amin Caterpillar motorokat és egyéb traktor alkatrészek javításával foglalkozik. A vásárlók itt olyan felújított alkatrészekhez juthatnak hozzá, amelyek hasznos élettartama az újonnan gyártottakénak 80%-át is eléri, míg áruk azoknak a fele. A Caterpillar támogatja ezt a gyakorlatot, mivel termékeik így hosszú távon jóval gazdaságosabbak a vásárlók számára.  Egy átlagos lakóépület felújításának költsége egy új építésének nagyjából 42%-át teszi ki.  A holland Fokker cég egy ejtőernyő rendszert fejlesztett ki az európai Ariane rakéta számára, annak érdekében, hogy a 16 000 kg súlyú első modult újrafelhasználható állapotba lehessen hozni. Ez indításonként több millió USD megtakarítást eredményezett. De mi lesz a technológiai haladással? A NASA űrsikló-programja végre szakított azzal a téves elképzeléssel, miszerint a felújítási tevékenységhez és az újrahasznált javakhoz másodosztályú technológia, vagy a legjobbnál gyengébb megoldások kapcsolódnak. Éppen ellenkezőleg, a program megmutatta, hogy ezek a folyamatok képesek friss technológiai és kutatás-fejlesztési lendületet adni. A használati idő kiterjesztését elterjedtebbé és olcsóbbá fogják tenni az olyan megoldások, mint a szabványosítás és az alkatrészalapú terméktervezés. Az új WE motorkerékpár esetében is ez történt, a tulajdonosnak oly módon van lehetősége „magasabb kategóriába lépni”, hogy az egész gép helyett, csupán annak motorját cseréli le. A váz öt cserélhető elemből épül fel, amit az űrtechnológia befolyásolt. Mindezen túlmenően a termék-élettartam kiterjesztés nagyban ösztönözni fogja az olyan új technológiákra irányuló kreatív gondolkodást, mint amilyen a fémfelületek pormentes tisztítása, az anyagkapcsolás (újabb anyag hozzáépítése a kopott felületekhez) és edzés, de ugyanígy az olyan alapvető kutatási területekre is ösztönzőleg hat, mint például az anyagfáradás vagy a használat során bekövetkező alkatrészkopás, illetve anyagfáradás.

___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

61

„Divatos termékek mindenáron!” Ez egy állandó kifogás az „olcsó és kevésbé elegáns” alternatívák figyelmen kívül hagyására. A Szovjetunióban gyártott és a 10 éves Fiat 124-esen alapuló ormótlan, de szívós Lada 40%-kal olcsóbban kapható, mint legolcsóbb riválisa, a GM által gyártott Opel Kadett. Így tehát imázs és ár tekintetében összevethető egy felújított autóval. 1981-ben a Lada 141 000 db autót értékesített nyugat Európában, 34%-kal többet, mint az azt megelőző évben. Belgiumban, a más európai országokba irányuló re export egyik kiinduló pontjában a Lada már megelőzi a Hondát és a Mitsubishi-t. Az egyesült államokbeli „Rent-A-Wreck”* sikeres példája annak, mit is nevezhetünk „szelektív felújításnak”, „ár a szépség előtt” megközelítésnek. A „Rent-A-Wreck” olyan, tíz évnél öregebb autók bérbeadásával foglalkozik, amik műszakilag ugyan épek és egészségesek, de egy vagy két horpadás azért itt-ott akad rajtuk. A napi díjaik 1981-ben 12-15 dollár között mozogtak, míg az Avis vadonatúj modelljeiért ugyanekkor több mint 65 dollárt is elkértek. A Rent-A-Wreck országszerte 150 franchise rendszerben üzemeltetett képviselettel rendelkezik és folyamatosan bővül. A technológiai ráncfelvarrás legfrissebb példái közé tartozik egy, a még mindig 2 500 példányban repülő DC-3-as repülőgépekhez végzett 1 millió dolláros turbópropelleressé alakítás, valamint a típushoz kapcsolódó egyéb felújítási szolgáltatás. Mi van a biztonsággal? Mi lehet biztonságosabb egy azonos időközönként karbantartott és felújított rendszernél, amelynek teljesítményét rendszeresen ellenőrzik és megfigyelik? „A Delta és a United Airlines modernizálta és új, csendes és üzemanyag-gazdaságos motorokra állította át DC-8-asokból álló flottáját. Az átalakított repülőgépek ülésszámra vetített ára 45 000 és 65 000 dollár között mozog, szemben az új repülőgépek 100 és 150 ezer dolláros áraival.” Az amerikai haditengerészet annak érdekében, hogy nagyjából 10−15 évvel meghosszabbítsa főbb hajóinak, köztük az atommeghajtású repülőgéphordozóinak élettartamát, az ún. SLEP-et (Service Life Extension Program**), egy két évig tartó komplett nagyjavítási és ráncfelvarrási folyamatot alkalmaz. Kritériumok termék-élettartam kiterjesztés kiválasztására A múltban számos tevékenységbe vágtak bele bennfentesek, mint az eredeti felszerelés gyártói (ipari dízel motorok), vagy értékesítői, akik ismerték az árakat, ügyfeleiket, illetve a használt termékek piaci lehetőségeit. C.L. Schalenbrand is egy volt ezek közül. 1975-ben kezdett felújított IBM word processorok árusításába azok új árának nagyjából az 50%-áért. Eleinte a nagyvárosokban szerezte be áruját, amiket aztán kisebb közösségekben értékesített.

* **

= ”Bérelj-roncsot!” = szolgálati idő kiterjesztési program szerint (a lektor megjegyzése)


62


Noha szinte bármilyen termék élettartama kiterjeszthető, a következő pontokat észben kell tartani: 







Technikai érettség: Az érett technológiák alkatrészei, mint villanymotorok vagy vasúti sínek, nem válnak rövidtávon feleslegessé az innováció (elektronika) következtében és nyilvánvaló célpontjai lesznek a termék-élettartam kiterjesztésnek. Az olyan komplex termékek és berendezések azonban, mint amilyen az elektromechanikus telefon, tartalmaznak ugyan technológiailag túlhaladott alkatrészeket, mégis ideálisak lehetnek ráncfelvarrásra egy elektronikus korban. Az E ábra azt szemlélteti, ahogy a technológiai ugrás lehetőséget teremt a termék-élettartam kiterjesztésére. A helyettesítő és párhuzamos technológiák megkülönböztetése lényeges a termékélettartam kiterjesztése szempontjából, ugyanis párhuzamos technológiák esetében még hosszú ideig komoly piaca létezhet a használt termékeknek. Termelési érettség: A hibák gyakran gyökeres változás vagy gazdasági fellendülés idején következnek be. A korai előre gyártott épületek például szerkezetileg kevésbé stabilak lehetnek, mint a korábbi, hagyományosan épült, és a későbbieknél technológiailag kevésbé szofisztikált épületek. Az élettartam kiterjesztés ebben az esetben jóval átfogóbb és költségesebb lehet, ezért a tulajdonosok a szívesebben választják az átépítést, hogy felújítsák terméküket. Közgyűléses ostobaság: A gyártás termelékenységének növekedése gyakran megy a használati élettartam rovására. Ez történt az autóiparban, ahol a vonalhegesztés helyettesítése ponthegesztéssel ideális korróziós állapotot eredményez, amit későbbi nehéz kijavítani.

___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

Példák

Technológiai érettség

kábelalapú telekommunikáció

Technológia ugrás

telekommunikáció műholdon keresztül

Termék érettség

manuális írógépek

Technológia ugrás

elektronikus írógépeken át a ,word processorok"-ig

Alkatrész érettség

kommunikáció rézvezetéken

Technológiai ugrás

üvegszálas kábelek

63

A termék-élettartam kiterjesztés lehetséges módszerei

alkatrészek újrafelhasználása, újrahasznosítása

régi termékek aláértékelése alkatrészek visszaforgatása újrahasznosítása

rendszerek fejlesztése alkatrészek újrafelhasználása, újrahasznosítása


64

Helyettesítő technológiák Párhuzamos technológiák


(hasonló szükségletekhez és árakhoz); a word processzorok átveszik az elektromos írógépek helyét a jövő irodájában (eltérő igényekhez és árakhoz): a manuális írógépeket továbbra s használják kis irodákban és olyan helyeken, ahol nincs áram

SPECIÁLIS ESETEK Többcélú anyagok A betakarítástól vagy kitermeléstől egészen a végfelhasználásig terjedő tervezett lelépcsőzés meglehetősen növelheti a többcélú anyagok használati-értékét, például az olaj és a fa, amelyek különböző célokra használható anyagok (szerkezetekben, gyógyszeralapanyagként vagy elégetésre). Ezek a tulajdonságokat ritkán használják ki teljes mértékben: ugyanaz a fa például használható szerkezeti elemként, palánkként, forgács vagy farost lemezként és tüzelőanyagként is. Ezek mellett átalakítható papírrá, újrahasznosított papírrá, kartonná, építőipari hőszigetelő panellé és tüzelőanyaggá. Ezek a lehetőségek azonban az esetek többségében olyan célok érdekében vesznek kárba, mint a szállítás megkönnyítése (faforgács), a kezelés hiánya (a régi faanyag elégetése a bontási munkálatokban), vagy egyszerűen a túlélés szükségessége. A korlátlan fafogyasztás azon a széles körben elterjedt tévhiten alapszik, hogy az egycélú felhasználás gazdaságos, mára katasztrofális talajeróziót és sivatagosodást eredményezett. A MAGÁNSZEKTOR SZEREPE* Mihez kezdjen ezzel a magán szektor? A legtöbb termék-élettartam kiterjesztéshez kapcsolódó tevékenység dolgozónkénti beruházási költség igénye alacsony, normális esetben nem jár túlzott szennyezéssel vagy zajjal, és legjobban kis méretekben, a felújításra szoruló eszközök és a hozzájuk kapcsolódó vásárlóerő közelében végezhető. Ezek az új tevékenységek tehát sok új vagy már működő kisvállalkozás számára könnyen elérhetőek. Üzleti értelemben vett hosszú távú stabilitásuk pedig sokkal inkább függ a meglévő (potenciálisan felújítható) készletektől, nem pedig a termékcseréből fakadó új értékesítéstől. Ez a teljes állománynak csak 2% (épületeknél) és 10% (autóknál) közti részét teszi ki. Mindezen előnyökhöz még hozzá vehetjük azt is, hogy olyan új, alacsony belépési költségekkel és kevés versenyzővel (és ezáltal a kudarc kockázata alacsony) működő piacok kifejlődését hozza magával, ahol az üzlet szabadon és a fenntartható társadalom hosszú távú célkitűzéseivel összhangban fejlődhet. Idővel olyan új technológiai és kereskedelmi elképzelések jelennek majd meg, melyek a piaci potenciál kihasználása érdekében fejlett termék/szolgáltatás mixet kínálnak, a felújított termékeket pedig még vonzóbbá teszik. Képzett munkaerővel rendelkező országokban a magánszektor a felújításon keresztül képes:

___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________







65

növelni a hozzáférését a fejlettebb technológiai szintekhez: Az Israeli Aircraft Industries-t egy amerikai magánszemély alapította 1950-ben. A vállalat kezdetben katonai repülőgépek nagyjavításával és helyreállításával foglalkozott, majd később alkatrészgyártásba kezdett, és mára komplett repülőgépek, radarrendszerek és rakéták gyártását végzi. Az IAI Izrael legnagyobb exportőrjévé vált; hi-tech változatosság kifejlesztésére: A Swissair globális piacvezetővé vált DC-9-es motorok és DC-10-es repülőgépek generál szervízelésének terén; új exportpiacok kiaknázására a folyamat-know-how és a használt termékek terén: 1979-ben a Japánból Kínába irányuló teherautó import 25%-át tették ki a helyben történő felújítás céljából vásárolt használt teherautók.

A magánszektor ezen kívül az új termékeket megvásárolni képtelen fogyasztók egy jelentős szegmensének kiszolgálásával is új piacot építhet ki a használt termékek számára: a fejlett országok társadalmainak akár 20%-a is a szegénységi küszöb alatt él; a társadalom nagyjából 20%-a nyugdíjas; napjainkban, a legszükségesebbektől eltekintve, mindkét csoport pénz hiányában kimarad a fogyasztói társadalomból. Végül, de nem utolsó sorban a magánszektor – a termék-élettartam kiterjesztés által – a kormányzatnak is konstruktív partnere lehet, elsősorban a képzett munkaerőt igénylő munkahelyek teremtésével és a stratégiai fontosságú alapanyagok terén az ország importfüggőségének csökkentésével. Mi legyen a magánszektor szerepe a fenntarthatóbb társadalom irányába történő átmenet során? A gyártás hagyományosan a nyersanyag-kitermelés vagy előállítás, jellemzően szén és vaslelőhelyek közelében helyezkedik el. Az elektronikai iparágak olyan helyeket preferálnak, mint amilyen a Silicon Valley, ahol korábban már más elektronikai cégek is megtelepedtek. Mindkét esetben a mobilitás tekinthető a dolgozók legnagyobb problémájának. Napjaink munkanélkülijei gyakran szegények, képzeltetlenek és nem mobilisek. A termék-élettartam kiterjesztéshez kapcsolódó tevékenységek munka intenzívek és nagymértékben mobilisak; és ott végezhetők a legjobban, ahol olcsó munkaerő áll rendelkezésre, vagyis ott, ahol a gépekkel helyettesített ember található, vagy másképpen, a felhasználó és az általa használt javak közelében. A vállalkozó kedvű magánszektor számára ez a helyzet az olcsó javak vásárlóinak nagy, érintetlen szektorát jelenti, vagyis a termék-élettartam kiterjesztéshez kapcsolódó tevékenységek által létrehozott munkahelyek máris pótlólagos jövedelmet teremtenek. De a munkahelyteremtés a kormányzat feladata, tiltakozhatnánk. A Bázelben található Nemzetközi Fizetések Bankja 1982-es évi jelentése leírja: „Az iparosodott országokban tapasztalható növekvő munkanélküliség és a fejlődő országok riasztóan romló pozíciója egyaránt hozzájárul a világgazdaság alapvetően labilis egyensúlyi állapothoz.” Ez egy valós veszély a szabadságjogainkra, a kereskedelem és a vállalkozás szabadságára. A magánszektor rendelkezik mindazon erőforrásokkal és képességekkel, melyek egyedüliként képessé teszik


66


arra, hogy megkezdje az átmenetet a fenntartható társadalom felé, ahol az összes erőforrás kiegyensúlyozott használata és más társadalmi célok egyaránt teljesülnek! A következő oldalak igyekeznek azonosítani a termék-élettartam kiterjesztés néhány olyan oldalát a sok közül, amelyek számos üzleti lehetőséget kínálnak a magánszektornak és fenntarthatóbb társadalmak felé is vezetnek. Üzleti lehetőségek a termék-élettartam kiterjesztésben Majdnem minden termék vagy alkatrész esetében van arra lehetőség, hogy az eredetileg tervezettnél tartósabbra gyártsák. Ugyanakkor a sok lehetséges választás fényében, a különböző opciók között szelekciót kell végezni. Ez a választás olyan helyi tényezőkön múlik, mint az olcsó erőforrások rendelkezésre állása, társadalmi-gazdasági prioritások, és a szabályozás, amelyek államról-államra vagy országról-országra változnak. A következő tehát csak egy tág leírása a számunkra ismert üzleti lehetőségeknek:  termékek, vagy rendszerek élettartamának növeléséhez kapcsolódó tevékenységek,  alkatrészek élettartamának növelését célzó tevékenységek,  a jelenlegi ipari vagy kereskedelmi tevékenység.

___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

TEVÉKENYSÉG

TERMÉKÉLETTARTAM KITERJESZTÉS CÉLJA minőség ellenőrzése, tisztítás másodlagos károsodás kiküszöbölése az eredeti állapot visszaállítása

1

Újrahasználat

2 3

Javítás és megelőző karbantartás Helyreállítás

3*

Feljavítás

4

Lépcsőzés vagy rendszeres helyreállítás

5

Technológiai feljavítás

a legújabb technológia alkalmazása

6

Átalakítás

7 8

Újjáépítés Átminősítés

9

Restaurálás

terméknek az új igényekhez alakítása átfogó javítás használt árúk átszállítása megfelelő szintű környezetbe az eredeti állapot újraalakítása

helyreállítás az eredetinél jobb minőségűvé az eredeti teljesítmény hosszú távú fenntartása

67

PÉLDA üveg palackok, szerszámok használt részek, horpadások gépek nagyjavítása, falak vízszigetelése síncsiszolás

vonatmozdony expresszhez, majd tehervonathoz, majd tolatómozdony autómotorhoz turbófeltöltő, lakóház hőszigetelése élőállat-szállító szuperhajó felrobbant motor minőségi műszerek, eszközök LDC-be antik műalkotások, gépek

2. táblázat. Élettartam kiterjesztés összetevőkre TEVÉKENYSÉGEK TERMÉK-ÉLETTARTAM KITERJESZTÉS CÉLJA

Újraalkotás

futózott abroncsok, új anyag hozzáadása kopott felületekhez

Újraépítés

új perem illesztése a turbinalapátokhoz, anyagválasztási hibák javítása

Felépítés

megelőző célú újraalkotás, fémpor adalékok motorolajokban az elhasználódás csökkentésére

Felfrissítés

műgyanta injekciózása alkatrészekbe az eredeti érdekében (erő, vízzáróság)

fába, vagy tulajdonságok

a

konkrét javítása


68


TEVÉKENYSÉGEK TERMÉK-ÉLETTARTAM KITERJESZTÉS CÉLJA

Felújítás

féktárcsák vagy dobok marása az egyenetlen kopások megszüntetésére

In-situ

útfelületek felújítása a legfelső réteget lemarásával és az így keletkező anyagot forró bitumennel keverik, hogy az adja az új réteget

Újrahasznosítás

Átértékelés

szandálok vagy kötelek készítése használt gumiból, gumi apró kockákra vágása és útburkolási felhasználása, kiszerelt vasúti talpfák hasznosítása a fa panel készítéshez

Újraaktiválás

faszén megtisztítása újrafelhasználáshoz

szűrőrendszerekben

történő

Még hozzáadható:

Tevékenységek

Termékélettartam kiterjesztés célja

Újraburkolás

üvegkupola építése az athéni akropolisz fölé, hogy megvédje a légszennyezés okozta romlástól

Központosított

fémforgács beolvasztása újrahasznosító kemencékben

A termék-élettartam kiterjesztés jelenlegi ipari és kereskedelmi tevékenységei A K+F-től kezdve a feldolgozóiparon át a banki és biztosítási vállalatokig minden magánszektor keretein belül végezett szolgáltatás tevékenység hozzájárulhat és profitálhat is termék-élettartam kiterjesztéshez kapcsolódó tevékenységekből. Számos vállalat már most is aktívan újít fel olyan tőke javakat, mint a vasúti sínek, épületek és motorok, de ritkábban olyan tartós fogyasztási cikkeket is, mint az autók, hűtőszekrények és más olyan termékek, amiket időről időre meg kell vásárolnunk. Egy vezető francia autógyártó gyártósorai esetében éveken keresztül alkalmazta a technológiai fejlesztéssel kombinált felújítást, ugyanakkor termékei – a gépkocsik – esetében elutasította a termék-élettartam kiterjesztést. Ez jelezheti azokat a nem műszaki jellegű akadályokat, amiknek a felbukkanása ott várható leginkább, ahol a üzleti szemlélet fogyasztásorientált. Visszatérve magához az élettartam kiterjesztéshez, a javak mobilitása alapján tehető egy alapvető megkülönböztetés. Az olyan rögzített, vagy elmozdíthatatlan rendszerek, mint a vasúti pályák, vagy a csatornák, ___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

69

amelyek alkatrészeit nem lehet a mindennapi működés zavarása nélkül cserélni, ideális alanyai a mozgó felújító egységeknek, amelyek in situ jelleggel, az igény fellépésének helyén képesek dolgozni. Az olyan nagyfokú mobilitású, könnyen cserélhető alkatrészekkel rendelkező javak, mint például a hajók, autók és repülőgépek, pedig az olyan kis műhelyek számára ideálisak, amelyek a felmerülő igények, feltételek és kereslet függvényében települnek bizonyos helyekre. Az épületek és egyéb, cserélhető alkatrészekkel rendelkező, de mégis helyhez kötött rendszerek esetében mind helyben, mind pedig műhelyben végzett tevékenységekre egyaránt szükség van. A 3. táblázat a termék-élettartam kiterjesztéssel kapcsolatos tevékenységeknek egy olyan, jellemző skáláját mutatja be, ami tovább megy magának a terméknek a kezelésénél. Onnantól kezdve, hogy hosszú élettartamra tervezett berendezések vagy szabványosított alkatrészek elérhetővé válnak, szükség lesz pótlólagos, támogató termékekre is. Ezek olyan aktív eszközök lehetnek, amelyek megvédik az egyes termékeket a nem rendeltetésszerű használattól (pl. fordulatszám vezérlők az autómotorokban), illetve önellenőrző alkatrészek, amelyek elejét veszik a korai elhasználódásnak (túlhevülés, olajhiány). A lassú cserélésen és önfeltöltő gazdaságon alapuló fenntartható társadalom irányába történő átmenet során változás fog bekövetkezni az elosztási rendszerek struktúrájában és egyes használati módokban, különösen a tartós fogyasztási cikkek esetében. A pénzügyek és a biztosítások esetében komolyan meg kell majd fontolni, a jelenleg túlságosan is elfogadott gyors értékcsökkenésen alapuló rendszerek kiváltását egyfajta használati-érték koncepcióval, mint amilyen az ipari tőke javak biztosításánál már most is általánosan használt „újjáépítési” érték. A hosszú távú, adott termék helyett inkább egy bizonyos „teljesítmény-értékhez” kötött, változó kamatozású lízing szerződések még mindig elég teret hagynak a „divat-tudatos” fogyasztóknak. A pénzügyi intézmények, lízing cégek, illetve a flották tulajdonosai” (pl. bérbeadással foglalkozó vállalatok), mind remek pozícióban vannak ahhoz, hogy hozzájáruljanak a hosszabb termék-élettartam felé vezető átmenethez, illetve egy olyan, jó minőségű használttermék piac kialakulásához, ahol az árak jóval az új termékek árai alatt helyezkednek el. Néhány európai kereskedelmi kamara által nyújtott hulladéktőzsde szolgáltatáshoz hasonló használttermék- és alkatrésztőzsdék bővíthetnék az érdekelt felek lehetőségeit, és könnyíthetnék az aláosztályozást, az alacsony árú, üzemképes, közepes szintű technológiájú termékek vásárlását és szükség esetén a határokon átnyúló felújítást Innováció és javítás és felújítás Nem lehet kétséges, hogy a termék-élettartam kiterjesztés elősegíti az innovációt és a szokásos feltevések újszerű megközelítését. A kutatóknak és befektetőknek az ismert problémákra kell új, absztrakt nézőpontból tekinteniük, és az alternatív megoldások összehasonlítása számos innovációt eredményez. A G ábra szemlélteti azt az innovációs szakadékot, amit át kell hidalni annak érdekében, hogy a modern autók és más hasonló javak termékélettartam kiterjesztése még vonzóbb lehessen. A modern „világautó”, amit a világ különböző országaiban robotok gyorsan cserélődő


70


klónokként nagy volumenben gyártanak, illetve aminek gyártása során a folyamat optimalizálása rendkívül fontos, és Henry Ford T-modellje, a „hétköznapi ember autója”, ahol az alkatrészeknek bármelyik helyi kovácsnál könnyen javíthatónak kellett lennie, két teljesen külön világ.

A termék-élettartam kiterjesztés kutatásának úttörőit, mint amilyen a Motor Insurance Repair Center az egyesült királyság-beli Thatcham-ben elsősorban az autójavításban rejlő pénzügyi megtakarítás lehetősége motiválta, nem pedig az élettartam kiterjesztés. Olyan innovatív technológiákkal rukkoltak elő, mint amilyen a „skin replacement panel” (felületpótló panel), amelyek aztán a hagyományos technológiákhoz viszonyítva nagyban csökkentették mind az alkatrészcserével járó hulladék mennyiségét, mind pedig a javítás költségeit! Mivel eddig a javításokhoz gyári alkatrészeket használtak, az Egyesült Királyság autóipara most kimondottan javító alkatrészeket kezdett gyártani. Az alkatrészek esetében gyártás során használt folyamatok nem feltétlenül alkalmasak a felújításra. Vegyük a gumiabroncsok futózását: a szabványos forró folyamat magas nyomást (12 atm) és hőmérsékletet (1 600°C) igényel, és nem ismételhető meg. Az újszerű folyamat vákuumot és alacsonyabb hőmérsékletet (900°C) alkalmaz, lehetővé téve ezzel az ismételt futózást és jelentős megtakarítások elérését: Egy eredetileg 500 dollárba kerülő teherautó gumi az új módszerrel 175 dollárért futózható és még 65 000 mérföldön keresztül használható marad! Az amerikai repülőgépipar kifejlesztette az aktivált diffúziós kötési technikát, ami lehetővé teszi, hogy a turbinák lapátjainak elhasználódott felületéhez új szélet erősítsenek, eliminálva ezzel az új alkatrészek iránti igényt. A kutatók következő generációjának a megelőző karbantartást is közelebbről meg kell vizsgálniuk, hogy a termék-élettartam kiterjesztés költségei csökkenjenek. Az olyan alkatrészek, mint a vasúti sín szelektív ___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

71

felújításának érdekében az eltéréseket, rejtett elhasználódást pontosan mérnünk és rögzítenünk kell, mielőtt a sín javíthatatlanul elhasználódik. Ezáltal elkerülhető a már nem biztonságos alkatrészek (törések, anyagfáradás) felújítása. Az erre a célra használt eszközöknek kellően kifinomultnak, de mégis jól használhatónak kell lenniük, hogy olyan összetett berendezések állapota is értékelhető legyen velük, mint egy repülőgép turbina vagy egy autómotor. A létező felújítási folyamatok, mint a homokfúvás fejleszthetők úgy, hogy megszüntethetők a nem kívánt mellékhatások. A Lockheed fejlesztett ki egy berendezést, ami fagyasztott szén-dioxid – szárazjég – szemcsék fúvásával tisztítja meg a fémfelületeket. A felületre csapódás után az illékony szemcsék gyorsan elpárolognak, a keletkezett pára pedig ártalmatlanul eloszlik. A folyamat olcsó, alkalmas komplex gépszerkezetek megtisztítására anélkül, hogy azok szétszerelésére szükség lenne, mint a homokfúvó esetében, illetve hajóktól az elektronikai eszközökig bárminek a tisztítására jól alkalmazható. A feltalálóknak friss lendületet kell, hogy új megoldásokat dolgozzanak ki világosan definiált problémákra, elősegítve az átmenetet a fenntartható társadalom irányába. Innováció és újrahasznosítás A legtöbb gyártási technológia csak vadonatúj, nem újrahasznosított anyagokat képes gazdaságosan feldolgozni. Tehát fontos felfedezések tehetők olyan új újrahasznosítási technológiák terén, amelyeket többé nem az eredeti gyártási technológia inspirál.  Összetett termékek, mint amilyen az autógumi pirolízis útján megsemmisíthetők, ami hőt, olajat, acélforgácsot és hamut termel. Egy új, „elválasztásnak” nevezett folyamat folyékony nitrogén segítségével alacsony hőmérsékletre (-80°C) hűti le az autógumikat, mielőtt azok áthaladnak egy aprító és szétválasztó üzemen. Az eredmény tiszta gumipor és acélforgács. Az elválasztást sikeresen alkalmazzák kábelek, számítógépek és más hasonlóan összetett termékek anyagainak szétválasztására. A társadalmi-gazdasági prioritások hatása Hosszú távon, a magánszektor jövőjét erősen befolyásolják az aktuális társadalmi-gazdasági prioritások. Bizonyos javítások vagy akár felújítások is sokkal olcsóbban kivitelezhetők lennének a tulajdonos/felhasználó által, ha hozzáférnének a szükséges eszközökhöz, gépekhez és képességekhez. A „csináld magad” sokak számára például az egyetlen ház- vagy autófelújítási megközelítés, amit megengedhetnek maguknak. A kereskedelmi tevékenységek széles tartományán belül, az anyagok újrahasznosításától a műalkotások restaurálásáig az üzlet a következő három faktor valamelyikén alapszik:  munka  energia  (szűkös) anyagok.


72

A következő ábra ezen tényezők szemlélteti. Balról jobbra haladva az során csökken az energiafelhasználás munkaerőt, állandó anyagmegtakarítási


egymás közötti összefüggéseit élettartam kiterjesztési művelet és növekszik a bevont képzett szint mellett.

H ÁBRA. AZ ENERGIA-MUNKA-ANYAG KOMPROMISSZUM

A munkaerő nem nyersanyag Ha ezt a három tényezőt pénzügyileg akarjuk értelmezni, akkor az elmúlt években jelentős ingadozást találunk az anyag- és energiaárak esetében, miközben munkaerő költségei alig változtak. Ez a helyzet félrevezethet minket, hogy azt gondoljuk, hogy az erőforrások kimerülése többé nem probléma, és hogy a hangsúlyt a drága munkaerő helyett az olcsó anyagokra és gépekre kell helyezni annak érdekében, hogy az összerőforrás-felhasználás a legjobb legyen. Ugyanakkor, amíg a legtöbb erőforrás, mint az olaj vagy az ércek akkor sem károsodnak, ha még ötven évet természetes állapotukban maradnak, addig nem vesztegethetjük a munkaerőt és nem foszthatjuk meg az embereket (beleértve a nőket, fogyatékos- és idős embereket, akik tenni akarnak) az értelmes munkától ilyen hosszú ideig. Vagy esetleg azt találhatjuk, hogy amikor szükségünk van rájuk, többé már nem képezhetjük őket, és a növekvő „negyedik világgal” szembesülünk, vagyis a létminimumon élő idős (2020-ra akár a népesség 30%-a) és fiatalabb foglalkoztathatatlan emberekkel. Az emberi munkaerő a leginkább romlandó az összes erőforrás közül, mivel a kihasználatlan képességek könnyen elvesznek, vagy az új technológiák elavulttá teszik őket, nem is beszélve a munkához szükséges mentális motivációról, ami ha egyszer elvész, talán már soha nem lehet teljes mértékben újra felépíteni. Miért most váltsunk a fenntartható társadalomra? Az 1980-as évek akár megfelelő időpontnak is bizonyulhatnak a fokozatos átmenetre a nagymértékben automatizált, termelés-orientált gazdaságból egy sokkal munka-intenzívebb, a fenntartható társadalom felé vezető minőségi gazdaságba.

___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

73

A fenntartható társadalomnak lehetővé kell tennie a társadalmi és gazdasági haladást, összhangban a világ véges erőforrás készletével. Ma azonban a társadalmi stabilitást és a magánszektor szabadságát a kihasználatlan munkaerő fenyegetheti. 



Az olyan tartós fogyasztási cikkek, mint a modern autók termékélettartam kiterjesztése kezdetben jelentős mennyiségű képzett munkaerőt igényel. Ma a legtöbb ipari és az összes kevésbé fejlett ország sok képzetlen fiatallal rendelkezik, és növekvő számú képzett felnőtt munkanélkülivel, akik átképezhetőek és foglalkoztathatóak termék-élettartam kiterjesztéshez kapcsolódó tevékenységek keretében, mint mérnökök, technikusok, villanyszerelők, vízvezeték szerelők és így tovább. Továbbá a környezeti állapotokban bekövetkezett változások a hosszabb termékhasználat irányába befolyásolhatják a fogyasztói attitűdöt: o Az 55 mph-s amerikai és 100−130 km/h-s európai általános sebességkorlátozás kivettek némi sportosságot az autókból; o Egyes megfigyelők gyanítják, hogy a két olajár sokk permanens változást idézett elő az autóvásárlók viselkedésében. Sőt mi több, az amerikai utakon futó autók életkorában bekövetkezett hirtelen ugrás az 1971-es 5,7 évről a mai 6,9 évre, és a kisebb méretű autók növekvő részaránya (jelenleg 37%) nem a recessziónak tudható be, hanem a vásárlói preferenciák maradandó eltolódásának a vonzerő helyett a hasznosság irányába.

A magánszektor a maga innovációs kapacitásával és mozgási szabadságával a legjobban elhelyezett erőközpont a fenntartható társadalom irányába történő átmenet elindításához. Mindemellett nyilvánvaló érdeke fűződik az erőforrások kiegyensúlyozott használatának fenntartásához. Az alternatívák, mint amilyen a teljesen robotizált társadalom, ahol minden egyén állami nyugdíjat kap, az egyén és az üzlet elidegenedéséhez, egy jelentős rejtett gazdaság létrejöttéhez, és vagy a kulcs iparágak növekvő állami ellenőrzéséhez, vagy az iparágak állam feletti ellenőrzésének kialakulásához fog vezetni. Ezek egyike sem egyeztethető össze demokratikus keretek között az egyéni szabadság és a szabad vállalkozás ideáival. Az átmenet a fenntartható társadalom felé, ahol a makrogazdasági célok (jó gazdálkodás és kiegyensúlyozott erőforrás felhasználás) a magánszektorhoz (mikroökonómia) történő hozzájárulásnak koordinált növekedésén keresztül úgy valósulnak meg, hogy a társadalmi-gazdasági és technológiai-környezeti egyensúly állapotából a társadalom valamennyi tagjának haszna származik. Egy ilyen társadalomnak azonban a változó emberi szükségletekhez és társadalmi prioritásokhoz, a technológiai felfedezések új felhasználásaihoz alkalmazkodónak kell maradnia.


74


HOGYAN GYŐZHETŐK LE AZ ÉLETTARTAM-KITERJESZTÉS AKADÁLYAI ÉS GÁTJAI? Három okra vezetnénk vissza, amiért a termék-élettartam korlátozása és a rövid életű termékek a mai napig elterjedtek:   

műszaki és gazdasági visszatartó erők, saját magunkban rejlő pszichológiai akadályok, öngerjesztő ördögi körök.

Sok műszaki és gazdasági visszatartó erő lebontható a terméktervezésben és az adóztatásban alkalmazott változtatásokkal, illetve a megfelelően fejlett anyagválasztással. A pszichológiai akadályokon való áthatolás ezzel szemben az egyének a társadalomban betöltött szerepéről kialakult felfogásunk megváltoztatását, és az egyéni viselkedésnek a társadalmi környezetre gyakorolt halmozódó hatásának jobb megértését igényli. Az ördögi körök lebontásának az egyetlen módja, ha a gyökerüknél romboljuk le azokat. A gyökerek pedig gyakran magának a társadalomnak a fogyasztási szokásokba vannak beágyazva. Elsőnek nézzük a termék-élettartam kiterjesztés műszaki és gazdasági jellegű visszatartó tényezőit. Beépített akadály A tervezési fázisban sok olyan, a karbantartást megkönnyítő szabad lehetőséget hagynak figyelmen kívül, mint amilyen a működési egységek megkülönböztetése, vagy a szekvencián kívüli szétszerelés. Ez a „parspro-toto”* szindrómához vezet, ahol az olyan kompakt termékeket, mint egy hajszárító, a legkisebb alkatrészcseréért kell szétrombolni. Ezt olyan fajta szabványosítással és alkatrészalapú dizájnnal lehet áthidalni, mint amilyet a Motorola és a JI Case termékek esetében látható. Ha ez megtörtént egy használt termék esetében az már előrelépés (hozzáadott érték). Gazdaságos elkobzás A tömeggyártott áruk pótalkatrész árai elfogadhatatlanok az egész termékhez viszonyítva, használt alkatrészt pedig nehéz lehet beszerezni. Egy katalógusáron 6 000 dolláros autó akár 26 000 dollárba is kerülhetne, ha az egyes alkatrészeit külön-külön megvásárolva raknánk össze. Mindez a gyors értékcsökkenéssel kombinálva azt jelenti, hogy ha egy öreg autó egy baleset részesévé válik, akkor a biztosító a járművet egy töredék összegre értékeli (maradványértékre), ami gyakran messze elmarad a javítás költségeitől, és semmilyen kapcsolatban sem áll az autó használati érétkével. Az eredmény a pótalkatrészek bűnözői feketepiaca, amelynek a beszállítói azok a pazarló tolvajok, akik a legértékesebb alkatrészeket, mint a motort, vagy a váltóegységet gyakran a legközelebbi tóba hajítják, ezek ugyanis számozottak és ezáltal, nyomon követhetők! Ismét, a szabványosítás és a kompatibilisen beépíthető alkatrészek nagyban csökkenthetik a raktározandó termékek számát. Az 1973/74-es

*

Latin: ’rész az egész helyett’

___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

75

papírhiány alatt egy papírtermékeket gyártó vállalat 2000-ről 340-re csökkentette termékeinek számát anélkül, hogy eladásai csökkentek volna. Profit és önköltség modellek A profit és önköltség modelleket sok vállalatnál úgy alakították ki, hogy azok a termék-élettartam kiterjesztés helyett új termékek eladását ösztönözzék. Egy amerikai autókereskedő például egy újautó értékesítés után 22%-os részesedést kap (36% az összeszerelő üzemnek, 42% a vállalati központnak). Ugyanezt a részesedést javítással és felújítással foglalkozva nehéz lenne elérnie. Az értékcsökkenés adóztatása Az értékcsökkenési periódusok rövidítése egy népszerű módja a fogyasztás növelésének, amelynek eredményeképpen a használati élettartam messze elmarad a tervezett élettartamtól! Mivel az értékcsökkenés egy állami támogatás az üzleti szféra számára, a hosszú élettartamú javak egyfajta gazdasági büntetést jelentenek bármely profitorientált vállalkozás számára. A lényeg, hogy a gazdasági nyomás felpörgeti a fogyasztást. A lényeg az, hogy örökre megszakadt a kapcsolat egy berendezés tényleges használati ideje és aközött az idő között, amennyi alatt kivezethető a könyvelésből, mondja James Lyon a tőkeköltség helyreállítási törvényben. De nem lehetne egy vállalat stratégiája megtervezettségétől fogva olyan, amely a társadalmi szempontokat is szem előtt tartja? Ügyfeleknek szolgáltatásokat nyújtani, munkahelyeket teremteni, szociális problémákat megoldani? Ezek nem zárják ki a profitot vagy a versenyképességet! A nyersanyagok kiválasztása Gyakran keveset tudunk az újfajta nyersanyagok hosszú távú viselkedéséről, különösen akkor, ha azok felhasználási módja is új. Az anyagválasztást gyakran befolyásolják a nyersanyag árak, vagy az, hogy mennyire könnyű az adott anyag feldolgozóipari megmunkálása. Az alapvető kutatások olyan területeken, mint a kopásból eredő meghibásodás különböző módjai vagy a sínek fáradása, sok esetben lehetővé teszik a termék-élettartam kiterjesztés alkalmazási lehetőségeinek optimalizálását. Ezek a visszatartó erők tudományos szinten is kutathatóak és megvitathatóak. Átalakításuk olyan tényezőkké, amelyek elősegítik az átmenetet a fenntartható társadalom felé, pedig rövid távú politikai vagy vezetési döntéseken múlik. Magunkban keresendő pszichológiai akadályok A legnagyobb probléma itt az „az új az nagyobb-gyorsabb-jobb” szindróma. Ahogy egy öreg New England-i bölcselet mondja: „használd el, koptasd ki, működtesd, vagy légy meg nélküle”,


76


manapság sok ember úgy gondolja, hogy bármikor vásárolhat újat, akkor minek törődjön azzal, amit már úgyis kidobtunk? A gondoskodás az érzelmi vagy művészi értékkel bíró termékekre korlátozódik. A gazdasági fejlődés jócskán elfordult az olyanok ideáljától, mint Erich Fromm vagy Abraham Maslow voltak: Nem csak létezni akarunk, hanem annál többet, és a személyes megelégedettséget és önmegvalósítást a szabadidőnkben keressük, mert a munka nem adja meg ezeket. De vessünk egy közelebbi pillantást ezen akadályok némelyikére: 





A használt vagy megjavított áruk nem a jó gondoskodásnak a megtestesítői, hanem a szegénységé, sőt a másodosztályú státuszé: „Ebben a házban te ne foltozz harisnyát! Dobd ki, ha lyukas!” mondja Willy az Ügynök halálában. Nem teszünk különbséget a régi és a gondosan karbantartott termékek között. Sok szakember hasonlóan vélekedik. Aggasztó, hogy az új megbízások több mint harmada régi épületek renoválására szól. A felújítás talán népszerű a közvélemény szemében (az Egyesült Királyságban), de a legtöbb építész csalódásként éli meg. A termék-élettartam kiterjesztéshez kapcsolódó tevékenységek képzett kétkezi munkát igényelnek. A kétkezi munka és a műhely ugyanakkor szitokszóvá váltak és mára stigmát jelent, ha egy fiatalnak „kétkezi munkát kell vállalnia” Még magas munkanélküliség mellett is nehéz technikusokat találni. „A világ legjobban iparosodott országát az a veszély fenyegeti, hogy műszaki analfabéták nemzetévé válik, akiknek fogalmuk sincs, hogyan kell megjavítani egy folyató WC-t, vagy felismerni bármit is egy autón, ami bonyolultabb, mint egy tanksapka” állapította meg W.W. Winpisinger a Gépészek Egyesületének elnöke. A szakmunka megbecsültsége vitán felül áll. A javítás és felújítás még mindig a képzett munkaerőtől függ, és a magánszektor van a legjobban felkészülve arra, hogy kiképezze és motiválja azt. Emlékeztetnünk kell magunkat a magas szintű szakmunka becsületére és fontosságára! A marketing olyan fogyasztói igények felkeltésének eszközévé vált, amelyek helyettesítik, nem pedig kiegészítik a vagyont; a divat már régóta tartós fogyasztási cikk. A gazdagság a fogyasztásban fejeződik ki!

Hogyan közvetíthetjük a „a réginek értéke van” üzenetét az emberek felé? Ez türelem kérdése, és azé, hogy hogyan tanítjuk meg az őket arra, hogy a szépséget és különlegességet ne pénzben fejezzék ki, vagy, hogy meggyőzhetők-e arról, hogy egy fenntartható, a fogyasztását visszafogó nemzet nem szegény nemzet. A fiatalok számára tartott szórakoztató önsegítő képzésekkel műszaki érdeklődésű fiúk nevelhetők és a divat fogalma is újradefiniálható annak elemit tekintve. Ez a státuszszimbólumok technológiai korszerűségének megőrzését is jelenthetné azáltal, hogy a használt autóba turbókompresszort, tűzgolyó hengerfejet és elektronikus gyújtásrendszert építenének új vásárlása helyett, amibe ezen eszközök közül csak egy van beépítve. Régi ipari felszerelések restaurálása, üzemkész régi gépszerkezeteket bemutató műszaki múzeumok és a gyakorlati ipari régészet oktatása mind kiváló módja annak, hogyan teremtsük meg újra a kapcsolatot a ___________________________________________________________________________ Walter R. Stahel

(2015) 3. évfolyam, 1. szám ___________________________________________________________________________

77

fiatalok és az őket körülvevő névtelen technológia között. A veterán autó kluboknak nem lenne szabad drága márkájú autókra korlátozódniuk. Ördögi körök, amelyek korlátozzák a termék-élettartamot A legnagyobb veszélyek, amelyek a hosszú életű termékekre és a termék-élettartam kiterjesztésre leselkednek, a saját, a fogyasztói társadalom fejlődésével kapcsolatos feltételezésinkben találhatók. A központosított tömegtermelés és az univerzális felhasználási minták vezettek a levegő és vízszennyezés általánossá válásához, ami az anyaghasználat növekvő bonyolultságával kombinálva elvezet az egyre rövidebb termék-élettartamokhoz és ezáltal a gyors lecserélés felpörgéséhez:    



az újrahasznosított anyagokban lévő szennyeződés az ismételt újrahasznosítás során halmozódik, a tömegtermelés közgazdaságtana könnyű szerkezeteket igényel pl. vékony acéllapokat és mikrobevonatokat, villamos rendszerekben fellépő kóboráram az acélszerkezetek korrózióját okozza; a biztonságos közlekedés egész éves fenntartása megköveteli az utak, kifutópályák jégmentesítését a járművek és repülőgépek számára, esetlegesen korrozív anyaggal, a termelés közgazdaságtana minimális környezetvédelmi intézkedéseket igényel, növelve így az általános levegő és vízszennyezést, ami csökkenti a galvanizált vagy rozsdamentes acél szerkezetek mindenkori termék-élettartamát, illetve savas esőt eredményez, ami bármilyen anyagot megtámad.

Azokon a helyeken, ahol ezek a tényezők együtt hatnak, a termékek tervezett élettartama drasztikusan rövidül. Ma kevesen vitatnák azt az állítást, miszerint az egy befektetési egységre jutó megtérülésnek (ROI – return on investment) együtt kell járnia a közösség iránti elköteleződéssel. A termék-élettartam kiterjesztés, ahogy azt remélhetőleg sikerült bemutatnunk, elhozza a magánszektor számára a rég áhított porondot. Mindez értékes tanulság lehet a jövőre nézve.


Ipari. Ökológia ősz. 3. évfolyam 1. szám. Klasszikusok. A tartalomból A Szerkesztőktől. Népszerű ipari ökológia

Recommend Documents