Recykling Odpadów Elektronicznych

Omówiono aktualne sposoby postępowania ze sprzętem elektronicznym oraz wskazano główne zagrożenia dla środowiska naturalnego oraz człowieka wynikające z przenikania do otoczenia szkodliwych substancji powstających jako rezultat rozkładu podzespołów elektronicznych. Przedstawiono współczesną koncepcję kompleksowych działań na etapie projektowania ,eksploatacji i zagospodarowania zużytego sprzętu elektronicznego, pozwalających na odtwarzanie cennych surowców i minimalizacjeę odpadów. Przedyskutowano istotne problemy wiążące elektronikę z ekologią, stanowiące tematykę konferencji ”Elokogia w elektronice”.

1.Geneza Problemu

Produkcja urządzeń elektronicznych jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin współczesnej gospodarki. Postęp techniczny w elektronice, rozwój nowych zastosowań, powszechna dostępność, sprzyjają rozwojowi produkcji wielkoseryjnej i stymuluja proceswymiany zuzytego lub nienowoczesnego sprzętu na nowy. Prowadzi to do znacznego zwiększania ilości odpadów.

Oszacowano, że w roku 1998w krajach Unii Europejskiej opady stanowiły ko. 4% w całości opadów komunalnych [1]. Ilość tych odpadów systematycznie rośnie. Dynamika tego przyrostu jest trzykrotnie wyższa niz odpadów pozostałych. W Stanach Zjednoczonych szacuje sie, że do 2005 150 mln komputerowcówosobistych zotanie wycofanych z eksploatacji. Badanie amerykańskie wykazały, że jednostka centralna komputera wraz z monitorem zawiera ok.6.3% ołowiu w stosunku do swej wagi całkowitej (np:przy komputerze ważącym 27,2kg wada ołowiu wynosi 1.7kg), zaś skuteczność odzyskiwania ołowiu w procesie recyklingu komputerów wynosi zaledwie 5% [2]. Wiedza ta skłania do głębokiego zastosowania i podkreślania związku między elektroniką a ekologią, a ściślej zauważenia bardzo negatywnego wpływu elektroniki na środowisko naturalne w przypadku beztroskiego braku zainteresowania zużytym sprzętem.

2.Główne Zagrożenia Ekosystemu Ze Strony Elektroniki

Każdy wybór elektryczny składa sie z kombinacji kilku podstawowych modułów, do których należą zespoły mechaniczne, płytki obwodów drukowanych , pakiety elektroniczne, kable, przewody w izolacji, tworzywa sztuczne zawierające środki zmniejszające palnośc, wyłączniki rtęciowe, wyswietlacze takie jak lampy elektronowe i wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD), akumulatory i baterie, urządzenia rejestracji danych urządzenia oświetleniowe, kondensatory, przekazniki, czujniki i styczniki. W komponentach tych zawarte są różnorodne substancje zajmujące znaczna część układu okresowego pierwiastków (tablica 1.).

Najbardziej krytycznymi z punktu widzenia ekologii, pierwiastkami, zawartymi w tych modułach elektronicznych, sa metale ciężkie takie jak rtęć, ołów, kadm i chrom, a także substancje chlorowcowane takie jak chlorofluoro-pochodne węglowodorów, poli-chlorowane bifenyle (PCB), polichlorek winylu (PVC) i bromowane substancje zmniejszające palność oraz azbest i arsen. Poniżej wskazano zagrożenia związane z przedostawaniem się do środowiska wymienionych związków [3].

Ołów

Głównym zagrożeniem wynikającym z obecności ołowiu w wysypiskach jest możliwośc wypłukiwania ołowiu i skażenie zródeł wody pitnej. Ołów gromadzi się w środowisku i wykazuje bardzo ostre ichroniczr oddzieaływanie na rośliny i drobnoustroje. Przez człowieka wchłaniany jest droga wdychania lub wraz z pokarmami. Ołów może powodować uszkodzenie zarówno centralnego jak i obwodowego układu nerwowego . Zaobserwowano zównież ujemne oddziaływanie na układ wydzielania wewnętrznego, układ krwionośny i nerki.

Kadm

Związki kadmu uznawane są jako szczególnie toksyczne. Zagrażaja nieodwracalnymi skutkami dla zdrowia ludzkiego. Kadm jest absorbowany przez oddychanie , a także jest przyjmowany z żywnością. Kadm i związki kadmu nagromadzają sie w organizmie lidzkim , w szczególności w nerkach, co z czasem może doprowadzić do ich uszkodzenia. Długotrwałe oddziaływanie na organizm chlorku kadmu może wywołać u człoieka choirobe nowotworową.

Rtęć

Rtęć i związki rtęci wchłaniane są przez, kontakt ze skórą i przez połykanie. Powłoka rtęci nieorganicznej w wodzie przekształca sie w tzw.rtęć metylowaną występującą w osadach dennych. Metylowana rtęć łatwo gromadzić sie w żywych organizmach i przedostaje się do łańcucha pokarmowego człowieka za pośrednictwem ryb. Rtęć metylowana powoduje skutki chronicze i uszkodzenia mózgu.

Szacuje się, że 22% światowego rocznego zużycia rtęci przypada na urządzenia elektryczne i elektroniczne.

Chrom sześciowartościowy (Chrom VI)

Chrom VI przechodzi łatwo przez błony komórkowe, jest łatwo absorbowany i wywołuje różne toksyczne działania w komórkach. Chrom VI wywołuje silne reakcje alargiczne. Już bardzo małe stężenia chromu VI w środowisku mogą prowadzić do zwiększenia uczuleń. Bronchit astmatyczny jest jedną z reakcji alergicznych zwiazanych z chromem VI. Pierwiastek ten używany jest równiez za grnotoksyczny czyli zagrażający uszkodzeniem DNA.

Chrom sześciowartościowy zawarty w odpadach , może być łatwo wypłukiwany z wysypisk, które nie są właściwe zabezpieczone. Podczas spalania odpadów elektronicznych zanieczyszczonych chromem VI, metal ten powoduje za pośrednictwem popiołów lotnych, stąd m.in. wynika postulat, by spalaniu poddawać jedynie odpady po ich starannej segregacji.

Bromowane substancje zmniejszające palność

Bromowane substancje stosowane są powszechnie w wyrobach elektronicznych jako środek zapewniający ochronę przed ich zapaleniem. Używane są głównie przy produkcji płytek obwodów drukowanych, złączy stykowych , kabli, plastikowych obudówtelewizorów i domowego sprzętu kuchennego. Szacuje się, że plastiki stanowiąok. 20% w całej masie odpadów elektronicznych.

Jedną z głównych przeszkód w recyklingu tej frakcji jest ryzykowytwarzania przez niektóre bromowane substancje zmniejszające palność, silnie toksycznych, zakłócających m.in. procesy wydzielania wewnętrznego-dioksyn i furanów. W szczególności wykazano, że polibromowane dwufenyloetery (PBDE) tworzą polibromowane dwubenzofurany (PBDF) i polibromowane dwubenzodioksyny (PBDD) podczas procesu wytłaczania , stanowiącegoczęść procesu recyklingu plastiku.

Polibromowane dwufenyle (PBB) przenikają do środowiska wodnego z zakładów produkcyjnych i składowisk odpadów PBB. Związki te są prawie nierozpuszczalne w wodzie i znajduje się je przed wszystkim w osadach zanieczyszczonych jezior i rzek. Stwierdzono,że PBB jest dwustukrotnie berdziej rozpuszczalny w wodzie infiltracyjnej (przenikającej przez składowiska) niz wodzie destylowanej. Może to skutkować większym rozprzestrzenieniem w środowisku, może on dotrzeć do łańcucha pokarmowego, gdzie ulega zagęszczeniu. W wielu regionach wykryto PBB w rybach.Spożywanie ryb jest drogą przenoszenia PBB do ptaków i ssaków.

3.Dotychczsowe Sposoby Postępowania Ze Zużytymi Urządzeniami Elektronicznymi

3.1. Transport urządzeń na wysypisko

Szacuje się, że średnio w skali światowej , a na pewno w Polsce, ok. 90% zużytyego sprzętu elektronicznego trafia na wysypiska łącznie z pozostałymi odpadami komunalnymi, bez zdanej segregacji wstępnej. Ponieważ wykopy pod wysypiska nie są z reguły dokładnie uszczelnione, związki toksyczne trafiają do wód gruntowych, a następnie drogą łańcucha pokarmowego do ryb, ptaków, zwierząt, i ludzi. Wybuchające nierzadko na wysypiska niekontrolowane pożary sprzyjają emisji do środowiska substancji toksycznych omówionych w poprzednim rozdziale.

3.2. Spalanie odpadów elektronicznych

Część odpadów kierowanych na wysypiska jest obecnie spalana bez żadnego wstepnego przetworzenia. Ocenia sie, że to właśnie wsad w odpadach w postaci modułów elektronicznych jest w znacznym stopniu odpowiedzialny za emisję metali ciężkich i innych substancji chemicznych. Podczas spalania mogą wystąpić nieoczekiwane skutki ujemne. Na przykład powszechnie stosowana w elektronice miedz działa jako katalizator przy spalaniu w niskich temperaturach mas plastycznych zawierających substancje zmiejszające ich palność. Prowadzi to do powstawania toksycznych dioksyn (PBDD) i furanów (PBDF).

Innym negatywnym aspektem spalania elementów elektronicznych łączenie z odpadami komunalnymi jest duże stężenie metali ciężkich w popiołach i żużlach przeznaczonych do stosowania w budownictwie drogowym jako materiał wypełniający. Duża zawartość miedzi, ołowiu, niklu i innych metali dyskwalifikuje taki materiał, ze wzgledu na konieczność spełniania środowiskwych norm bezpieczeństwa obowiązujących obecnie przy realizacji inwestycji komunikacyjnych.

3.3. Recykling sprzętu elektronicznego

Powyżej dobitnie wykazano, że wyrzucanie zużytego sprzętu elektronicznego na wysypisko lub jego spalenie degraduje w sposób drastyczny środowisko naturalne. Dodatkowe w procesie spalania elementy elektroniczne zanieczyszczają w takim stopniu produkty spalania , że nie mogą one być dalej wykorzystywane bez specjalnych zabezpieczeń.

Jedynym wyjściem z tej sytuacji jest separowanie zużytego sprzętu elektronicznego, jego demontaż, segregacja elementów a następnie ich przetwarzanie według specjalistycznych technologii w celu odzyskania surowców pierwotnych -czyli recykling .

W kierunku tym zamierza świat. Sytuacja poprawia się systematycznie w bogtych krajach uprzemysłowionych , ale nawet tam dalek jest jeszcze od ideału. Przykładowo w USAw 1998 roku 20.6 mln komputerów osobistych wyszło z użycia a jedynie 11% z nich zotało poddanych procesowi recyklingu [2].

Wraz z upowszechnieniem wiedzy o recyklingu sprzętu elektronicznego i uświadomieniem ograniczeń stosowanych metod, podjęto próbę kompleksowego podjęcia do tego zagadnienia.

4. Koncepcja Kompleksowego Podejścia W Elektronice Na Rzecz Ochrony Środowika

W ostatnich latach nastąpiło upowszechnienie idei trwałego i zrównoważonego rozwoju, głoszącej potrzebę zrównoważonej produkcji i konsumpcji, tak by zapenić kazdemu człowiekowi prawo i możlowość uzytkowania takiej samej ilości niseodnawialnych surowców w sposób nie naruszający podobnych praw i możliwości przyszłych pokoleń.

W elektronice idea ta znalazła odzwierciedlenie w koncepcji kompleksowego modelu obiegu surowców i produktów elektronicznych[4], obejmujacego procesy: przetwarzania surowców, wytwarzanie elementów , montażu wyrobów, ich dystrybucji, eksploatacji przez użytkownika, konserwacjii napraw, wycofania z użycia, demontażu, rozdrabniania, odzyskiwania surowców pierwotnych i utylizacji odpadów powracających do środowiska.

Przedstawiono na rys.1 schcemat pokazuje drogi cyrkulacji surowców, materiałów, elementów, urządzeń[5]. Optymalizacja tego systemu w aspekcie spełnia postulatu zrównoważonego rozwoju, plega na minimalizacji strumienia surowców pobieranych ze środowiska oraz ze stumienia odpadów, nie nadających się do powtórnego wykorzystania , trafiających na wysypisko, przy jednoczesnej maksymalizacji strumieni umozliwiających cyrkulację produktów w pętlach zamkniętych wewnątrz tego systemu.

• Wprowadzenie innowacji technicznych mających na celu zmniejszenie negatywnego wpływu na środowisko-wyrobu lub procesu technologicznego wykorzystywanego przy jego produkcji.Następuje to na przykład poprzez:

- eliminację substancji toksycznych wyroby i

procesu technologicznego,

- redukcje cięzaru wyrobu,

- zmniejszenie proboru mocy podczas

eksploatacji wyrobu.

• Dematerializacja produktów drogą zastępowania rozwiązań sprzetowych przez oprogramowanie.

B Wprowadzenie nowych technologii produkcyjnych

• Opracowywanie innowacyjnych proeko,ogicznych procesów technologicznych.

• Rozwuj technologii opartych na wykorzystaniu surowców wtórnych .

• Wykorzytanie ''czystych” zródeł energii, np.ogniw fotowoltaicznych .

C Kształtowanie modelu konsumpcji i zachowań użytkowników wyrobów

• Dostosowywanie własności produktów do charakteru użytkowników (indywidualny, zbiorowy).

• Optymalizacja systemów zbiorki zużytych urządzeń w zależniści od grup konumentów, których te systemy dotyczą.

• Promocja działalności organizacji konsumenckich i agend rządowych wspierających ideę kompleksowego modelu obiegu surowców i produktów elektronicznych.

D Wprowadzanie nowych form postępowania ze zużytym sprzętem elektronicznym

• Wspieranie prac remontowo-modernizacyjnych, np.

- wytwarzanie z części użwyanych wyrobów o

właściwościach funkcjonlnych zadowalających

wybrane grupy użytkowników,

- rozwuj handlu naprawionym sprzętem.

- wprowadzenie bedań jakości i gwarancji na

odnowiony sprzęt.

• Organizacja systemów zbiórki i zagospodarowywania urządzeń nie nienadających się do powtórnego użycia. Opracowywanie:

- procedur zbiórki,

- zasad sortowania,

- metod kontroli odzyskanych zasobów.

• Demontaż. Opracowywanie:

- technologii procesów demontażu,

- metod sortoania elementów,

- procedur identyfikacji rodzajów materiałów.

• Selekcja elementów do ponownego wykorzytania przez:

- kontrole jakości elementów,

- organiazcję sieci sprzedaży,

- wprowadzenie odpowiednich zasad gwarancji.

• Przetwarzanie materiałw poddawanych recyklingowi. Opracowywanie:

- Skutecznych technologii procesów recyklingu,

- zasad uwzględniania aspektu opłacalności

przyjętych technologii.

Dla efektywnego funkcjowania proekologicznego modelu obiegu surowców i produktów elektronicznych konieczny jest rozwój rozwiązań logistycznych pozwalających m.in. na pełny swobodny obieg informacji, dajacuch także możliwość sterowania tym systemem w oparciu o wykorzystanie lokalnych i rozległych sieci komputerowych i internetu.

Innym wrunkiem powodzenia przy tworzeniu systemu jest swiadomość społeczna celowości podejmowania inicjatywy oraz wysokie kwalifikacje specjalitów zaangażowanych w to przedsięwziecie. Konieczne jest wiec popularyzowanie wiedzy o wypływie elektroniki na środowisko a także organizowanie seminariów i szkoleń podnoszących wiedzę metoryczną dodtyczącą wymienionych powyżej zagadnień.

5. Problematyka badań Dotyczacych Aspektów Ekologicznych W elektronice

Od kilku lat zaobserwować można żywiołowy rozwój badań naukowych i prac rozwojowych podejmujących problematykę związków elektroniki i ekologii. Organiowane są konferencje, sympozja i kongresy naukowe poświęcone tej tematyce. Do wiodących imprez należy niewątpliwie corocznie organizowane w USA przez IEEE Computer Society spmpozjum ”Electronics and Environment”.W Europie wydarzeniem tego roku był kongres i wystwa ” Electronics Goes Green 2000+”, zorganizowane przez Instytut Niezawodności i Mikrointegracji Fraunhofera,we wrześniu w Berlinie.

Nalezy podkreślić, że podczas sesji naukowych zorganizowanych podczas tych imprez, prezentowali swoje osiągnięcia prawie wyłącznie przedstawiciele USA, Japoni i państwy w Unii Europejskiej.Pomimo istotnego zainteresowania tematyką ekologii elektronice państwa aspirujących do członkostwa w Unii Europejskiej, państwa te nie eksponują dotychczas szerzej swych osiągnięć na forum międzynarodowym.

W Polsce istnieją środki naukowe, które podjeły badania dotyczące recyklingu urządzeń elektronicznychy.Takie jednostki jak Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów oraz Instytut Gospadarki Odpadami wyrazily gotowość koordynacji prac prowadzonych w naszym kraju. Inicjatywą Przemysłowego Instytutu Elektroniki bylo zoorganizowanie obecnej konferencji z zamiarem zgromadzenia osób zainteresowanych tematyką ekologii w elektronice, wymiany wiedzy i doświadczeń z zakresu projektowania proekologicznego i utylizacji zużytego sprzętu elektronicznego a także konsolidacji wysiłków na rzecz nadania odpowiedniej ranki tematyce ekologicznej w badaniach naukowych dotyczących elektroniki.

Program konferencji obejmuje zagadnienia istotne dla rozwoju koncepcji konpleksowego modelu objegu surowców i produktów elektronicznych. Referaty zgrupowano w następujących działaniach tematycznych:

1. Ogólne problemy trwałego zrównowarzonego rozwoju związane z elektroniką.

2. Metody redukcji poboru mocy i masy wyrobów elektronicznych.

3. Metody projektowania łatwo demontowalnych systemów elektronicznych oraz doboru elementów i materiałów pozwalających na ich ponowne użycie.

4. Proekologiczne technologie w produkcji elementów, pakietów i urządzeń elektronicznych.

5. Technologie demontarzu zużytych urządzeń oraz sortowania i oceny jakości odzyskanych elementów i podzespołów.

6. Technologie odzyskiwania surowców i utylizacji odpadków powstałych z przerobu „złomu”elektronicznego.

7. Zagadnienia logistyczne, ekonomiczne i edukacyjne dotyczące projektowania proekologicznego i utylizacji zurzytego sprzętu elektronicznego.

6.Pdsumowanie

Problematyka ekologii w elektronice wskazuje na interdyscyplinarny charakter tej dziedziny wiedzy. Jej rozwój jest więc uzależniony nie tylko od postępu w szczegółowych kierunkach badań podstawowych i stosowanych, ale także od współdzialania specjalistów z różnych dziedzin nauki.

Autor wyraża nadzieje że I Konferencja Naukowo-Techniczna „Ekologia w elektronice” przyczyni się do rozwoju współpracy krajowych ośrodków naukowych, promocji badań dotyczących aspektów ekologicznych w elektronice oraz wzrostu aktywności polskich uczonych na forum międzynarodowym.

---