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Approfondissement de l’ACV pour l’éco-pp pconception des procédés industriels1) Traitement anticorrosion par technique plasma1) Traitement anticorrosion par technique plasma atmospherique 2) Production d’eau potable) p
Enrico BENETTO Colin JURY Philippe LOUBETEnrico BENETTO, Colin JURY, Philippe LOUBET
Public Research Centre Henri Tudor / Resource Centre for Environmental Technologies (CRTE) – Luxembourg
Congrès Eco-technologies – Lille 1
09/06/2010
Overview CRP Henri Tudor(Research & Development & Innovation)(Research & Development & Innovation)
Staff: 450 located on 3 sites R&D Technological Expertise & Consultancy Innovation Networks and Platforms High-level Training
29, avenue John F. KennedyL-1855 Luxembourg-Kirchberg
Masters in cooperation with universities Science based Business Incubation Doctoral Research (PhD)
66, rue de Luxembourg
Four Technology Groups: Information and Communication Technologies,
Information Society Technologies
, gL-4002 Esch-sur-Alzette
Information Society Technologies Materials and Industrial Technologies Environmental Technologies
H l h C T h l i2A, rue KalchesbrückL 1852 Luxembourg Kalchesbrück Health Care Technologies L-1852 Luxembourg-Kalchesbrück
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CRTE Business Card
The « Centre de Ressources des Technologies pour l’Environnement » (CRTE): a common structure of CRP Henri Tudor and the Ministry of Sustainable Development and InfrastructuresInfrastructures
Expertise and technical assistance on environmental technologies (including BAT) based on integrated approach, aiming at an ( g ) g pp , gefficient environmental protection.
Multidisciplinary team p yof 40 collaborators: environmental, mechanical, civil engineering; process engineering; (bio)chemistry;engineering; (bio)chemistry; physics; geography(4 PhD students, internships)
www.crte.lu3
Champs d’application
Source: Weidema 2003Source: Weidema, 2003
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L’écoconception et le rôle de l’ACV
ISO14062: “The goal of integrating environmental aspects into product
Rôle de l’Analyse du Cycle de Vie:
ISO14062: The goal of integrating environmental aspects into productdesign and development is the reduction of adverse environmental impacts of products throughout their entire life cycles”
Rôle de l’Analyse du Cycle de Vie: - Evaluation des performances environnementales d’alternatives de
conception- Orienter le processus de conception (choix)- Orienter le processus de conception (choix)
Marché - économie
Enjeux
(Analyse multicritère)
Cycle de vie du procédé ACV
(Optimisation)
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alternative
Typologies d’ACV
Source: ILCD handbook
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Quelle typologie pour l’écoconception?
C: quelles sont les performances environnementales d’un procédé en lui-même
- en prenant en compte des interactions existantesen prenant en compte des interactions existantesavec d’autres systèmes (C1) ou isolé (C2)
A: quelles sont les impacts environnementaux engendrés par leA: quelles sont les impacts environnementaux engendrés par le développement d’un procédé qui va rentrer sur le marché
- prise en compte des effets marginaux sur les autres systèmes (pas de changements structurels)systèmes (pas de changements structurels)
B: quelles sont les impacts environnementaux engendrés par l’introduction d’une technologie sur le marché avecl introduction d une technologie sur le marché avec changements structurels
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Ecoconception: C ou A?
Procédé éco-concu : utilisation du réactif A afin de
Augmentation de la demande pour le réactif A sur le
réduire l’émission du polluant x
marché
Le réactif A c’est un coproduit: production contrainte
Déplacement de l’utilisation du réactif A dans le processus Y contrainteprocessus Y
Utilisation du réactif B dans le processus Y (produit affecté)
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TRASU
Dé l t d êt t d f i t lDéveloppement de revêtements de surface innovants par la technologie plasma atmosphérique optimisée et transfert de connaissances aux entreprises
CRP Gabriel Lippmann , CRP Henri Tudor , Université de Luxembourg 01/05/2005 31/10/200901/05/2005 - 31/10/2009Financement: Fond nationale de la recherche Luxembourg
Obj tifObjectif:- Développement de revêtements anticorrosion pour l’acier galvanisé par la polymérisation de organo-silicates via la t h l i l t hé itechnologie plasma atmosphérique - Réduction de la consommation de matières premières et du temps de traitement
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- Comparaison avec d’autre procédés (état de l’art)
Frame of the study
P f i iPost surface treatment against corrosion mainly for aesthetic reason
Additional properties canRusty metal sheet © Sergey Kolesnikov #12262512http://fr.fotolia.com/
Additional properties can be required: painting adherence, auto-l b ifi ti t l
Raji Chandran. http://chennai.olx.in/industrial-metal-sheets-and-embossed-metal-sheets-chennai-iid-63002994
lubrification, metal working resistance, ...
Search for alternatives (wet or dry) to chromium VI banned by EU1
Plasma is a dry-coating technique (perceived as environmentally friendly)
101Directives 2000/53/EC and 2002/95/EC
TRASU: Procédé échelle pilotegaz
flow+precursor
Traité par plasma
Non traité upper electrode 2 upper electrode 1
flow+precursor
Non traité
1cm
Acier galvanisé
sample to be coated
upper electrode 2
gap
dielectric
upper electrode 1
Acier galvanisé
alternative voltagepower supply
1) Activation: 80% N2 et 20% O2
2) C ti P l é i ti d HMDSO*2) Coating: Polymérisation de HMDSO* par plasma atmosphérique (96% N2 et 4% O2)
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3) Curing: 80% N2 and 20% O2
* HexaMethylDiSilOxane (HMDSO)
TRASU: questions
1) Comment éco-concevoir le procédé?a) Analyse de contribution: identification des principales sources d’impacts (C/A)sources d impacts (C/A)b) Changement d’échelle (C/A)c) Prise en compte de services de fin de vie (traitement des dé h t fi d i d l’ i l i é) é é idéchets, fin de vie de l’acier galvanisé): processus génériques (C) ou réponse marginale du marché (A) d) comparaison avec d’autres procédés (A)
2) Quelle sont les conséquences (à large échelle) de la mise en œuvre sur le marché?la mise en œuvre sur le marché?a) changements structurels (processus d’arrière plan)
12* HexaMethylDiSilOxane (HMDSO)
a) Analyse de contribution
Données premier plan (mesures, littérature)
Données arrière plan (e.g. Ecoinvent)
N2
O2
LCIs
LCIPlasma
O2
Electricity
LCI
LCI
HMDSONon disponible
Ressources et émissions indirectes
Données process + émissions directes
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ACV “process”
PP(Littérature et mésures)AP (Ecoinvent)
HMDSOMP (kg)LCIs
(Littérature et mésures)
PlasmaLCIs Energie (MJ), MP (kg)
HMDSO (kg)
MP (kg)
Energie (MJ)
LCIs
LCIs
- Bonne qualité des données (transparence) - Pas complet (MP et processus manquants)- Problèmes d’expansion/allocation (information incomplètes)Problèmes d expansion/allocation (information incomplètes)
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ACV par tableaux entrées-sorties (IOLCA)
Tableaux d’entrées-sorties (Leontief) avec extensionsTableaux d entrées sorties (Leontief) avec extensions environnementales
PP(fournisseurs et mesures)
AP(IO-EU27*)
Secteurs économiques MP (€)Energie (€) HMDSO (€)
Electricité, gaz, vapeurProduits chimiques
PlasmaSecteurs économiques MP (€)
- Champs d’étude très complet- Secteurs trop génériques (manque de représentativité) p g q ( q p )- Mauvaise qualités des données d’arrière plan
15*Input Output table for European Union (27 countries)
b) Echelle: achat N2 et O2EU27
/USA98
/DK99
/CAN02
/(Euro 2000/kg) (USD98/kg) (DK99/kg) (CAD02/kg)
Transport Transport by road; pipelines, EU27
Freight forwarders and other transportation services
Freight transport by road
Truck transportation
servicesN2 0.049 0.064 0.319 0.111 O2 0.005 0.006 0.006 0.010
Bottles Fabricated metal products, except
Fabricated plate work (boiler
Iron and steel after first
Fabricated metal product
machinery, EU27 shops) processing manufacturingN2 0.198 0.260 1.290 0.451 O2 0.023 0.030 0.031 0.053
Electricity gasElectricity and district heat
Electric power generation
Electricity Electricity, gas, steam and hot water, EU27
Electric services (utilities)
district heat (constrained), DK, Terminated System
generation, transmission and distribution
N2 0.289 0.380 1.890 0.659 O2 0.058 0.076 0.077 0.131
Infrastructure Electrical machinery n.e.c., EU27
Motors and generators
Electrical machinery n.e.c, DK
Machinery manufacturing
N2 0 051 0 067 0 333 0 116
16
N2 0.051 0.067 0.333 0.116
b) Echelle: production sur site
EU27Euro 2000
USA98USD98
DK99DKK99
CAN02CAD02
Electricity Electricity, gas, steam and hot water, EU27
Electric services (utilities), USA
Electricity and district heat (constrained), DK, Terminated
Electric power generation, transmission and distribution, ,
System N2/O2 0.56 E‐2 0.74 E‐2 3.67 E‐2 1.28 E‐2
MachineryElecrical machinery n e c
Motors and Electrical machinery n e c
Machinery manufacturingMachinery machinery n.e.c.,
EU27 generators, USA
machinery n.e.c, DK
manufacturing
N2/O2 0.17 E‐2 0.23 E‐2 1.13 E‐2 0.39 E‐2
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a) contribution du HMDSO (1)
Average contribution to the total impact (Ecoinvent ‐ ReCiPe 1.03*)
Di t i i HMDSO d El t i it N2li h O2li h
0 %6 %
Direct emissions HMDSO prod Electricity N2 liq. purch. O2 liq. purch.
19 %58 %
6 %
17 %
18* http://www.lcia-recipe.net/.
a) contribution du HMDSO (2)
Carrier gases purchased in bottles
Average contribution to the total impact (IO‐EU27 ‐ ReCiPe 1.03*)
d l h l h
Carrier gases purchased in bottles
1 %
3%
Direct emissions HMDSO prod O2 liq. purch. N2 liq. purch.
3 %
15 %
81 %
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b) Changement d’échelleCarrier gases produced on siteCarrier gases produced on site
Average contribution to the total impact(IO‐EU27 ‐ ReCiPe 1.03*)
Electricity HMDSO N2/O2 prod. Onsite
25%
26 %
25 %
49 %
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Conclusion
Both approaches lead more or less to the same conclusion The Impact of carrier gases seems to be preponderant when bought in bottles (63% using ecoinvent and 96% using IOEU27)bought in bottles (63% using ecoinvent and 96% using IOEU27)
Change the supplying of carrier gases dramatically change results Production of HMDSO become preponderant despite the use of N2, O2 and electricity shall not be neglected I t t t f t th i l t ti t f ll l Important to forecast the implementation at full scale
Previous statement shall be verified using a conventional gdatabase
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EVALEAUANR 2008: Evaluation des performances environnementales etANR 2008: Evaluation des performances environnementales et économiques intégrées de procédés de production d’eau potable
Partenariat- Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés – INSA Toulouseg y g- SUEZ – Environnement- CRTE – CRP Henri Tudor Luxembourg- Laboratoire d’Economie des Ressources Naturelles – INRA/Université Sciences Sociales ToulouseObjectifs : Développer des outils et méthodologies pour l’évaluation des performances
env. au sens large de procédés
1) Créer un outil (modèles et logiciel) adapté pour l’inventaire et l’analyse des flux1) Créer un outil (modèles et logiciel) adapté pour l inventaire et l analyse des flux- implique la modélisation exhaustive et hautement paramétrisée des
opérations unitaires2) Etablir un ensemble de critères d’évaluation des performances env. au sens large
- impacts environnementaux- impacts environnementaux - critères thermodynamiques : exergie et emergie- risque sanitaire de l’eau potable produite- critère économique – coût des dommages env.
3) Proposition d’un schéma d’aide à la décision/éco-conception des procédés de
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3) Proposition d un schéma d aide à la décision/éco-conception des procédés de production d’eau potable
EVALEAU: exemple de procédéChaque procédé (et site de production) est unique- Pas de « copier –coller » possible de processus- Pas de données d’inventaire disponibles à priori
Nécessité de générer des donnéespar la modélisation détaillée des opérations unitairespar la modélisation détaillée des opérations unitaires
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EVALEAU: Questions
1) Comment eco-concevoir le procédé?a) Analyse des contributions des OPU (C / A)b) P i t d i d fi d i ( t it tb) Prise en compte de services de fin de vie (ex. traitement des boues): processus génériques (average – C) ou réponse marginale du marché (A) ) t d i (C / A)c) aspects dynamiques (C / A)
d) comparaison avec d’autres procédés (A)
2) Quelle sont les conséquences de la mise en œuvre sur le marché?a) changements structurels à l’échelle regionale
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Approche méthodologique
M déli ti d OPU i l ti d diffé t diti d f ti tModélisation des OPU -simulation de différentes conditions de fonctionnement-réalisation des bilans entrée-sortie
Création d’une bibliothèque de modules indépendants OPU dans un outils informatique approprié (UMBERTO, couplage de logiciels spécialisé dans un environnement Python)
Usine numérique par combinaison des OPU (sous UMBERTO)
Inventaire Eléments communs pour l’évaluation des critères de performance
Calculs d’ExergieInventaires du cycle de vieACV Coûts
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g
Qualité du produit(risques sanitaires)Calculs d’Emergie
EVALEAU: Questions
1) C/A: eco-conception et comparaison de procédésa) Analyse des contributions des OPU (C / A)b) P i t d i d fi d i ( t it tb) Prise en compte de services de fin de vie (ex. traitement des boues): processus génériques (average – C) ou réponse marginale du marché (A) ) t d i (C / A)c) aspects dynamiques (C / A)
d) comparaison avec d’autres procédés (A)
2) B: consequences de la mise en oeuvre sur le marchéa) changements structurels à l’echelle regionale
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Analyse des contributions
Ecoindicator99 + Water depletion indicator (Pfister, 2009)
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Aspects dynamiques
Correlation entre impact et qualité de l’eau :Correlation entre impact et qualité de l’eau : échelles de temps des processus
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Conclusion
La méthodologie ACV doit évoluer pour répondre aux enjeux d’écoconception
Approche de type A ou B Elargissement avec outils des sciences économiques Di ibilité d b d d é (E i t 3 0) tDisponibilité de base de données (Ecoinvent v3.0) et modélisations
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