Environmental life cycle assessment of zinc phosphating chemicals

Hızla artan dünya nüfusu ile birlikte sanayileşme önem kazanmıştır. Zaman içerisinde üretimler beden gücünden makina gücüne evrilmekle birlikte nitelik ve nicelik açısından çeşitlilik kazanmıştır. Daha çok üretim ihtiyacının duyulması ile birlikte sanayileşme artık doğurduğu çevresel problemlerle de anılmaya başlanmıştır. Sanayi devriminden günümüze kadar geçen süre içerisinde özellikle son dönemlerde sürdürülebilirlik herkes tarafından yakından takip edilen bir konu haline gelmiştir. Toplumsal duyarlılığın artması, yeni başlanacak projelerde ya da mevcut da bulunan üretim sistemlerinde gerekli iyileştirmeler yapılması gerekliliğini yapılan ürün yaşam döngüsü analizleri ile ortaya çıkartmaya başlamıştır. Ürün yaşam döngüsü, bir ürünün veya hizmetin hammadde elde edilmesi, üretim, kullanım, bertaraf ve bu aşamalar arasındaki tüm aşamalarının her birinin süre boyunca yol açtığı çevresel etkileri değerlendirmek için kullanılan yaygın bir yöntemdir (Journal of Environmental Management,2010). Doğal kaynakların hızlıca yok olması ve doğadaki sanayi kaynaklı çevresel etkilerin artması gelişmiş ülkeleri ürün yaşam analizi çalışmalarını arttırılmalarını ve gerekli önlemlerin alınmasına neden olmuştur. Metal yüzey işlem kaplama kimyasalları metal kullanımının süregelen artımı ile doğru orantılı olarak arttığı görülmektedir. Bu çalışmanın ana amacı, metal endüstrisinde yaygın olarak kullanılan metal yüzey işlem kimyasallarının üretimi esnasında oluşan çevresel etkilerinin ürün yaşam döngüsü değerlendirmesi yaklaşımı kullanılarak sonuçların değerlendirilmesidir. Metal, eski zamanlardan beri birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Metal, çevresel koşullardan etkilenir ve zamanla hasar görür. Hasarı önlemek ve malzeme ömrünü uzatmak için çeşitli ek kimyasallar kullanılmalıdır. Bu kimyasallara metal ön işlem kimyasalları denir ve bu bir tür yüzey işlemidir. Yüzey işlemi, malzemenin yüzeyine uygulanarak değişik amaçlarla daha iyi hale getirmek için uygulanan bir işlemdir. Bu kimyasallar, farklı uygulamalarda ve çeşitli amaçlarla kullanılabilir. Bu kimyasallar geniş alanlarda ve farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Otomotiv, elektronik, inşaat ve ambalajlama metal ön işlem kimyasallarının yaygın olarak kullanıldığı sektörlerdir. Metal ön işlem kimyasal kullanımı doğrudan metal kullanımından etkilenir ve artar. Metal ön işlem kimyasalları genellikle üç kategoride sınıflandırılır: çinko fosfatlama kimyasalları, mangan fosfatlama kimyasalları ve demir fosfatlama kimyasalları. Bu çalışmada çinko fosfatlama kimyasal üretimi çevresel etkileri kapsamında incelenmiştir. Bu kimyasal, endüstrilerde korozyon koruması, yağlama, dekorasyon ve yalıtım amaçları için kullanılır. Bu çalışma içerisinde, metal endüstrisinin vazgeçilmez bir parçası olan yüzey işlem kimyasallarının üretimi aşamasında kullanılan hammadde, su, malzeme ve enerji tüketimi açısından değerlendirmesi bulunmaktadır. Bu amaçla, çalışmada farklı formülasyonlara sahip iki çinko fosfatlama kimyasalı kullanılmıştır. Bu kimyasallar birbirlerinin yerine kullanılabilinmektedir. Ürünler arasında iki fark vardır, bunlar ürünlerdeki hammadde türü ve hammadde miktarıdır. Bu çalışmada, bu ürünler A ürünü ve B ürünü olarak adlandırılmaktadır. Üretim sürecinin sürdürülebilirlik açısından mevcut durumu çevresel yaşam analizi yaklaşımı ile analiz edilmektedir. Çalışma içerisinde, metal yüzey işlem kimyasalı üretimi yapan bir fabrikanın farklı iki çinko yüzey kaplama kimyasallarının tüm üretim aşamaları incelenmektedir. Sistem sınırları hammadde temininden başlayarak, ürünün fabrikadan çıktığı ana kadar geçirdiği işlemleri süreyi kapsamaktadır. Ayrıca çalışmada ulaşımın etkileri araştırılmıştır. Kimyasalların ve malzemelerin taşınması ve atıkların tehlikeli atık yakma tesisine taşınıma ait bilgiler dahil edilmiştir. Tedarikçi ve üretim tesisi arasındaki mesafe, nakliye tipi, araç ve yakıt tipine ait bilgiler analiz içerisinde yer almaktadır. Ek olarak, üretim tesisi için enerji optimizasyon senaryosu bulunmaktadır. Elektrik tüketimi her iki ürün için de çevresel etki kategorileri içerisinde baskın kaynak değildir. Ancak, fabrikada üretilen tüm ürünler icin gerekli olan enerji şebekeden sağlanmaktadır. Şebekeden elde edilen elektriğin çevresel etki sonuçları ile karşılaştırmak üzere üzgar tribünü ve güneş paneli kullanılmıştır. Enerji temin senaryoları 1 kW/h elektrik tüketimi sırasında oluşan çevresel etkileri göstermektedir. Yüzey işlem kimyasallarının üretimi esnasında kimyasallar ve deiyonize suyu ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Deiyonize su her iki üründe de ortak olarak kullanılan hammaddelerden biridir. Fabrikada su hazırlama sistemi bulunmaktadır. Sistem musluk suyunun deiyonize suya dönüştürülmesini sağlar. Üretim genel anlamda, reçete içerisinde oranlar ile belirtilen hammadelerin mikser içerisinde belirli bir süre karışması ve otomatik dolum makinasında ambalaja doldurulmasını kapsamaktadır. Araştırmada kullanılan tüm veriler gerçek üretim tesisinden 2019 yılı ilk altı ayı için alınmıştır. Envanter verilerini analiz edebilmek için Ganzheitliche Bilanz 7.3 yazılımı kullanılmıştır. Veriler, üretim akış şeması içerisinde her bir işlem için girdilere ve çıktılara bağlı olarak toplanmıştır. Üretim girdi verileri enerji ve kimyasal, su vb malzemelerin teminini ve sevkiyatını içermektedir. Çalışma sonucunda elde edilen sonuçlar, GaBi yazılımı içerisinde etki kategorisi başlığı altında çeşitli etki kategorilerine bölünerek bellirtilmiştir. Bu etki kategoriler, küresel ısınma potansiyeli, abiyotik tükenme, asitleşme potansiyeli, ötrofikasyon potansiyeli, tatlı su sucul toksisitesi, insan toksisite potansiyeli, ozon tabakası incelme potansiyeli, fotokimyasal ozon tüketme potansiyeli, arazi ekotoksisite potansiyeli seçilmiş ve gerekli değerlendirmeler yapılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarına göre, B ürününün çevresel etki kategorileri üzerinde A ürününden daha olumsuz etkileri olduğu belirlenmiştir. Yalnızca GWP etki kategorisinde A ürününün çevre üzerinde B ürününden daha fazla etkisi vardır. Sonuçlar, çinko fosfatlama kimyasal üretiminden kaynaklanan hemen hemen tüm çevresel etki kategorilerinin hem A hem de B ürününde hammadde tüketimi nedeniyle olduğunu göstermektedir. Nitrik asit üretimi ve fosforik asit üretimi, her iki ürüne de tüm etki kategorileriyle ilgili önemli katkılarda bulunmaktadır. Sadece iki kimyasalın birbiriyle çevresel etkileri açısından karşılaştırması değil, literatürde yer alan benzer kimyasallar ait yaşam döngüsü değerlendirme çalışmalarının sonuçları da ürün A ve B'nin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma için üç çevresel ürün bildirimi kullanılmıştır. Bu ürünler farklı endüstrilerde farklı amaçlar için kullanılan kaplama kimyasallarıdır. Çevresel ürün beyanları ve iki ürünün sonuçları etki kategorileri açısından birbirinden farklıdır. Sonuçların hammadde türü ve miktarından doğrudan etkilendiği görülmektedir. Buna ek olarak, şebekeden ve yenilenebilir kaynaklardan 1 kW/s elektrik üretmenin çevresel etkisini göstermek için rüzgar türbini, güneş enerjisi ve şebekenin sonuçları birbirleriyle karşılaştırıldı. Güneş enerjsi ve şebeke ile karşılaştırıldığında rüzgar türbininden elektrik üretmek daha çevre dostu bir seçenektir.