Desing výrobků – snížení materiálové náročnosti

Prvním stádiem životního cyklu výrobku je těžba a zpracování surovin. O designu lze uvažovat z hlediska snižování materiálové náročnosti.

Snížení hmotnosti

Hmotnost výrobků je často možné snížit různými metodami, včetně snížení množství materiálu, použití lehčích materiálů a snížení požadavků na výrobek.

Z hlediska environmentální udržitelnosti je přínosem snížení spotřeby materiálu a zlepšení efektivity přemísťování výrobků. Nevýhodou může být fakt, že některé „lehké“ technické materiály mají ve srovnání se základními materiály vysoké dopady na životní prostředí.

Z ekonomického hlediska jsou lehké materiály nejčastěji používány jako materiál pro výrobu lehčích výrobků a přinášejí možné snížení nákladů na materiál a snížení nákladů na distribuci. Nevýhodou může být možné zvýšené náklady na materiál, výrobu a vývoj v důsledku zvýšené složitosti a high-tech materiálů.

Ze sociálního hlediska může být problém zvýšená toxicita některých vysoce výkonných materiálů může ohrozit výrobní personál.

Recyklované materiály

Velká část výrobků se již vyrábí z materiálů, které jsou teoreticky recyklovatelné, ale jen velmi málo z nich se skutečně recykluje. To je částečně způsobeno nedostatkem infrastruktury, ale také nedostatečnou poptávkou po recyklovaných materiálech. Návrháři by měli prozkoumat dostupnost recyklovaných materiálů a pokud možno je uvést v návrhu. V ideálním případě bude navržen systém recyklace vlastních výrobků společnosti na konci životnosti pro výrobu nových výrobků, čímž se zamezí kontaminaci jinými výrobky a společnost ušetří náklady na likvidaci odpadu a materiál.

Z hlediska environmentální udržitelnosti je kladem, že se snižuje množství odpadu ukládaného na skládky a zamezuje použití prvotních materiálů. Recyklované materiály mohou mít nižší ztělesněnou energii než jejich primární ekvivalenty. Problémem naopak může být, že materiál recyklovaný s jinými mírně odlišnými materiály bude mít sníženou kvalitu, což povede k downcyklaci. Po několika cyklech bude materiál nepoužitelný a bude vyžadovat likvidaci.

Ze sociálního hlediska je přínosné, že jako součást uzavřeného cyklu v rámci podniku se mohou ušetřit náklady na likvidaci odpadu a materiál. Nevýhodou může být, že zásoby recyklovaných materiálů mohou být omezené, a proto mohou být dražší než primární materiál.

Biologicky rozložitelné materiály

Recyklace není vždy nejefektivnějším způsobem likvidace materiálů. Mnoho obnovitelných materiálů je možné kompostovat. Výhody kompostování biologicky rozložitelných materiálů však závisí na tom, zda jsou zavedeny účinné systémy, které zajišťují správné zpracování materiálů. Pokud tyto systémy nejsou zavedeny, mohou mít biologicky rozložitelné materiály negativní dopady, například kontaminaci recyklace plastů.

Z hlediska environmentální udržitelnosti je kladem, že ve správně uzavřeném systému se mohou živiny vracet do půdy a odpad je minimalizován. Problémem může být, pokud nejsou zavedeny správné systémy, mohou biologicky rozložitelné materiály skončit na skládce.

Z hlediska finanční udržitelnosti je přínosem, že kompostované materiály mohou mít určitou zemědělskou/zahradnickou hodnotu. Naopak nevýhodou může být, že tyto materiály mohou být dražší než standardní materiály a také infrastruktura může být nákladná.

Obnovitelné materiály

Stále častěji je možné vyrábět materiály z obnovitelných zdrojů, jako je dřevo, škrob a cukrová třtina. Tyto materiály obvykle nahrazují plasty.

Z hlediska environmentální udržitelnosti je přínosem, že snižují spotřebu neobnovitelných zdrojů a snižují množství odpadu, pokud se vyrábí ze zemědělského odpadu. Problémem může být, žemusí být vyráběny rozumným způsobem, aby se zabránilo neudržitelné úrovni spotřeby a negativním vedlejším účinkům, jako je používání agrochemikálií.

Z hlediska finanční udržitelnosti je pozitivní, že pokud se jedná o zemědělský produkt, je možné jej využít k výrobě zemědělských produktů: Mohou mít vyšší vnímanou hodnotu a dlouhodobé ceny mohou být stabilnější než u produktů na bázi ropy. Problémem může být, že mohou být dražší než neobnovitelné materiály.

Minimalizace kompozitních materiálů

Kompozity jsou materiály, které byly smíchány dohromady, aby se dosáhlo určité směsi vlastností. To může být v některých aplikacích výhodné, například při snižování hmotnosti vozidel, ale v mnoha jiných aplikacích je to zbytečné a lze je nahradit jednoduššími materiály.

Z hlediska environmentální udržitelnosti je výhodou větší snadnost recyklace a menší používání toxických materiálů. Nevýhodou může být, že v některých aplikacích by odstranění kompozitů snížilo účinnost, a tím by se zvýšila spotřeba energie.

Z hlediska finanční udržitelnosti je kladem, že v případě, že by kompozitní materiály byly použity, bylo by možné je použít jako součást materiálu: Kompozity jsou často drahé, a to jak z hlediska nákladů na materiál, tak z hlediska výroby. Nahrazení by mohlo ušetřit peníze. Problém může nastat pokud výrobky nenabízejí potřebnou výkonnost, nebudou se dobře prodávat.

Ze sociálního hlediska je výhodou, že omezení používání toxických materiálů, jako jsou pryskyřice, snižuje zdravotní rizika pro výrobní personál. Problémem může být snížení výkonu výrobků

Vyhněte se nebezpečným a toxickým materiálům/látkám

Některé látky jsou pro člověka a/nebo přírodní prostředí toxické a je třeba se jim pokud možno vyhnout. Příkladem jsou těžké kovy a těkavé organické látky (VOC).

Z environmentálního hlediska je přínosem snížení kontaminace ovzduší, půdy a vody.

Z ekonomického hlediska je kladem snížení závazků a snížení potřeby nákladných bezpečnostních systémů. Problémem může být, ženáhrady mohou být dražší.

Sociálně pozitivní je zlepšení zdravotního stavu pracovníků ve výrobě, uživatelů výrobků a všech ostatních osob, které mohou přijít do styku s kontaminujícími látkami.

Materiály s nízkým obsahem energie

S výrobou všech materiálů je spojena spotřeba energie. Některé materiály jsou mnohem energeticky náročnější než jiné a u výrobků, které nejsou energeticky náročné, může ztělesněná energie tvořit většinu spotřeby energie výrobku po celou dobu jeho životnosti.

Z hlediska životního prostředí je přínosem snížení spotřeby energie (snížení spalování paliva)

Ekonomickou výhodou může být fakt, že spotřeba energie je nižší než spotřeba energie: Materiály s nízkým obsahem energie mohou být levnější.

Minimalizace kontaminace materiálů

Většina materiálů používaných ve výrobcích není v čistém stavu. Jsou kontaminovány řadou dalších látek, jako jsou barviva, plniva, UV stabilizátory, zpomalovače hoření, povrchové úpravy, etikety atd. Tyto kontaminující látky často nelze při recyklaci od materiálu oddělit, a tak se smíchají s ostatními materiály a jejich kontaminanty. Výsledkem je, že při každé recyklaci materiálu se jeho kvalita snižuje (downcyklace) v důsledku nežádoucího míchání a zvyšujícího se množství kontaminantů. Ne všechny kontaminanty jsou nezbytné, a proto by se konstruktéři měli snažit omezit kontaminanty na minimum.

Z hlediska environmentální udržitelnosti je výhodou, že v případě, že se jedná o kontaminanty, je třeba je odstranit – zvyšuje snadnost recyklace

Z ekonomického hlediska je pozitivem zvýšení míry recyklace – zvyšuje se hodnota recyklovaného materiálu na konci životnosti. Problémem může být, že se může snížit výkonnost výrobku a alternativy mohou být drahé.

Identifikace/označení materiálů

Správné zpracování materiálů po skončení jejich životnosti závisí na tom, zda uživatelé a služby likvidace odpadu znají typ materiálu a preferovaný způsob zpracování. Mnoho materiálů je obtížné nebo nemožné odlišit od jiných bez jasné identifikace (obvykle ve formě označení) a některé, jako například materiály kompostovatelné v domácnosti, vyžadují velmi jasné označení, pokud má být materiál zlikvidován správným způsobem.

Z environmentálního hlediska je kladem to, že značení pomáhá zajistit optimální zpracování na konci životnosti. Problémem může být i to, že štítky mohou způsobit kontaminaci, pokud nejsou správně navrženy.

Z hlediska sociální udržitelnosti je přínosem, že jasné označování materiálů pomáhá vzdělávat spotřebitele

Vyhněte se sklu

Sklo je často považováno za materiál „šetrný k životnímu prostředí“, protože se vyrábí z hojného zdroje, není toxické a snadno se recykluje. V mnoha aplikacích se však často vyhazuje do spotřebitelského odpadu a kvůli své tvrdosti poškozuje recyklační zařízení. Je také velmi těžké, a proto neefektivní při přepravě. Sklo může být v některých aplikacích, jako je například rozvoz mléka ve Velké Británii, velmi efektivní, ale je třeba jej pečlivě zvážit.

Z hlediska environmentální udržitelnost je přínosem zamezení poškozování recyklačních zařízení a snížení spotřeby energie při přepravě. Nevýhodou může být, že náhražky mohou být ještě méně žádoucí.

Z hlediska finanční udržitelnosti jsou kladem snížené náklady na dopravu.

Z hlediska sociální udržitelnosti je kladem snížení rizika zranění pracovníků odstraňujících odpad.