FIDEAS - Fabbrica Intelligente per la DEproduzione Avanzata e Sostenibile

Transcript

1 - Fabbrica Intelligente per la DEproduzione Avanzata e Sostenibile Analisi dei processi tecnologici attraverso la simulazione basata sull LCA e l LCC: una applicazione alla filiera del riciclo di beni elettronici in Lombardia. Carlo Brondi - ITIA-CNR Federico Fragassi - ITIA-CNR Rosanna Fornasiero - ITIA-CNR Giacomo Copani - ITIA-CNR 2 workshop Rifiuti e Life Cycle Thinking, 24 giugno 2015, Milano Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione

2 Introduzione al progetto Il progetto FIDEAS si propone di concepire e costruire tecnologie abilitanti e business model per le fabbriche di deproduzione all interno di un nuovo paradigma manifatturiero di manufacturing-demanufacturing integrati. Tali fabbriche implementeranno in maniera automatica ed intelligente le strategie di End-Of- Life ottimali in funzione dei prodotti da trattare e dal loro stato.

3 Impianto di Demanufacturing Cella 1: Disassemblaggio robotizzato Cella 2: Remanufacturing delle PCB Cella 3: Triturazione e separazione delle PCB Una serie di tecnologie di disassemblaggio, remanufacturing, triturazione sono implementate in un impianto pilota. L'impianto è costituito da tre celle di lavoro integrate: 1. la prima per il disassemblaggio di prodotti elettronici, 2. la seconda per la riparazione e il remanufacturing delle schede elettroniche in essi contenute e 3. la terza per i trattamenti di frantumazione e separazione preliminari ai processi chimici di riciclo.

4 Confini del sistema e ed effetti lungo il ciclo di vita Estrazione delle materie prime e fabbricazione materiali Prima distribuzione e creazione dei sottocomponenti Creazione dei componenti finali e distribuzione all assemblatore Creazione dei manufatti elettronici Vendita e Distribuzione all utente finale Utilizzo e manutenzione dei manufatti elettronici Dismissione del prodotto e trasporto in discarica Trattamento e disassemblaggio dei componenti Riuso e sostituzione Confini del sistema Creazione di Materiali alternativi Centri di pretrattamento Centri di raccolta Impianto sperimentale Centri di trattamento chimico Sebbene l analisi del ciclo di vita sia limitata alla gestione del fine vita le ricadute ambientali sul ciclo di vita dei prodotti possono incidere - Sul ciclo di vita delle nuove PCB - Sull impatto delle materie prima - Sul ciclo di vita di materiali secondari

5 Analisi multilivello

6 Il modello di simulazione

7 Analisi statica I suppliers e l inventario di fabbrica viene modellato in maniera statica attraverso una LCA tradizionale. I flussi vengono calcolati con un modello di inventario classico e gli impatti vengono associati a configurazioni standard

8 Modularizzazione e analisi dinamica di impianto Gli impatti vengono segmentati con un approccio di LCA modulare secondo i driver operativi dell impianto. Quindi vengono integrati in una simulazione a eventi discreti che modella in dettaglio l impianto pilota simulando modelli di funzionamento che tengono conto 1. Dei tempi di funzionamento delle macchine 2. Del tipo di lotto entrante e del livello di difettosità 3. Della pianificazione dei costi

9 Modularizzazione e analisi dinamica di impianto Ulteriore riparazione della scheda 2, , , Gold market price (USD/ounce) Scenario Scenario Triturazione e riciclaggio 1, Palladium market price (USD/ounce) La configurazione dell impianto è basata sull analisi di indicatori economici per diverse categorie di schede PCB. Gli indicatori di performance economica sono stati identificati: A. sulla base dei tempi di processo, consumi dell impianto, costo della manodopera e il costo di investimento. B. sulla base dei valori di mercato degli output di processo Il Net Present Value e il Payback time sono stati valutati in base ai diversi scenari di difettosità. L analisi consente di definire le variabili operative dell impianto in presenza di lotti entranti di diverso tipo

10 Modularizzazione e analisi dinamica di network L analisi dinamica di linea consente di simulare gli impatti reali dell impianto in base a diversi scenari del network. Tale tipo di analisi gate-to-gate viene integrata nella simulazione del network per risolvere il problema della configurazione del network su scala regionale. L impatto ambientale viene rimodularizzato secondo i driver di network e integrato con quello dei costi. Per ogni configurazione vengono valutati i costi e gli impatti ambientali sulla base delle caratteristiche delle PCB da riprocessare.

11 Modello per l allocazione del network Il problema di allocazione mira a trovare la disposizione ottimale di un network attraverso diversi criteri di costo e ambientali. Nel progetto è stato elaborata una equazione per il calcolo gate-to-gate tra due tier che è estendibile fino alla fase di approvvigionamento delle materie prime

12 Risultati parziali I risultati preliminari mostrano che l impatto gate-to-gate varia al variare del numero di impianti e un livello di difettosità delle PCB. Questo è dovuto alla complessità del remenufacturing e al fatto che le tecnologie di rimanifattura devono poter gestire una mole di PCB in linea con i flussi dismessi. Scenario N N plants Scenario Defectiveness Working PCB Reusable PCB Reusable component s Recyclable PCB Lorry size (best scenario) A1 4 1-Low defectiveness, high reparability 30% 40% 10% 20% tons A2 4 2-Low defectiveness, low reparability 45% 10% 25% 20% tons A3 4 3-High defectiveness, high reparability 5% 35% 10% 50% tons A4 4 4-High defectiveness, low reparability 10% 10% 20% 60% tons B1 6 1-Low defectiveness, high reparability 30% 40% 10% 20% tons B2 6 2-Low defectiveness, low reparability 45% 10% 25% 20% tons B3 6 3-High defectiveness, high reparability 5% 35% 10% 50% tons B4 6 4-High defectiveness, low reparability 10% 10% 20% 60% tons

13 Ulteriori sviluppi A - Ulteriore estensione dell analisi a casi diversi dall automotive B Variazione della configurazione dell impianto in base ad analisi di forseight economico C - Simulazione con un numero maggiore di impianti D - Variazione della capacità degli impianti in relazione all uso di nuove tecnologie E - Introduzione di ulteriori parametri

14 Modello di simulazione Grazie per l attenzione