Konstuktiomateriaalit ja niiden valintaMateriaalikustannukset ja kierrätys

Luento 10

TkT Harri Eskelinen

2013

OSA 1: Materiaalikustannukset

Materiaalikustannusten jaottelu

Materiaalin valintaprosessista puhuttaessa kustannukset jaoteltiin seuraavasti: Kokonaiskustannukset eliniän aikana

Mukaan lukien materiaalinvalinnan välilliset vaikutukset suunnittelukustannuksiin. (Esim. valutuotteen erityspiirteet)

Materiaalin hankintakustannukset Perusmateriaali, toimitukset, aineenkoetustodistukset jne.

Valmistuskustannukset Materiaalin valmistuskustannukset (esim. keraamien sekoitus ja sintraus Materiaalinvalinnan välilliset vaikutukset valmistuskustannuksiin (Esim.

vaadittavat ylimääräiset lämpökäsittelyt, viimeistelyt, tai työstöaikojen kasvu valitusta materiaalista johtuen)

Käytön aikaiset kustannukset Kestoikä

Laadunvalvontakustannukset Hävittämis- ja/tai kierrätyskustannukset Hallinnolliset kustannukset

Materiaalikustannusten eri tarkastelutapoja Raaka-aineiden perushinta, ”[€/kg]”

Materiaalitoimittajan ilmoittama hinta Pörssihinta (Cu, Al, Ag, jne.) Tunnettuun perushintaan sidotut vertailukäyrästöt

Suhteelliset hinnat Muovien vertailu, GJS/GJL/G-X-vertailu

Puolivalmisteiden hinnat Levyt, tangot, pinnoitukset

Perusmateriaalin hinta + erilaiset lisähinnat Esim. lämpökäsittelyt Esim. kokolisähinta

Tuotteen valmistusmenetelmään sidotut materiaalikustannukset Tuoteperheen materiaalikustannusten arviointi Tuotteen päätoimintoon ja kestoikään sidotut materiaalikustannukset Elinkaarikustannusanalyysin ja elinkaariarvioinnin hyödyntäminen

materiaalikustannuksia tarkasteltaessa Kierrätyksen huomioon ottaminen

Raaka-aineiden perushinta

Sopii yleensä vain karkeiden hinta-arvioiden tekoon (”halpa”/”kallis”-vertailu)

Monesti antaa enemmän informaatiota kysyntä-tarjonta-tarkasteluille

Materiaalipörssien hintakehitystä voi hyödyntää yleisien teollisuuden talousnäkymien ennakoinnissa ym., ne indikoivat yritysten tulosnäkymiä

Joskus pörssianalyysit kuitenkin antavat viitteitä keskeisistä materiaalin hintaan vaikuttavista tekijöistä, esim. seosaineiden merkityksestä…

Käytännön materiaalinvalintatehtävien ratkaisun apuna voi hyödyntää tunnettuun perushintaan sidottuja vertailukäyrästöjä

Esimerkki: Outokummun osavuosikatsauksen tiedoista…

Seosaineiden aiheuttamanhintalisän suhteellinenmerkitys kasvaa!

Ruostumattoman teräksen ja nikkelin hintakehitykset seuraavat yleensä hyvin toisiaan…

Mitä vähemmän seostettu teräs, sen halvempi…

Esimerkki: Hiilinanoputkien ennakoitu hintakehitys ja kysyntä

Joissakin materiaaliryhmissä hinta seuraa suhteellisen hyvin jonkin tunnetun perusmateriaalin hintaa ja riittää, kun perusmateriaalin hinta päivitetään vuosittain

Tällaisia kertoimia voidaan hyödyntää alustavassa materiaalien hintavertailussa

Ennen kertoimien laskemista on syytä seurata vertailtavien materiaalien keskinäistä hintakehitystä usean vuoden ajan, jotta tyypilliset ”markkinatekijät” eivät sekoita kertoimien laskentaa…

1 2 3

Jaksot 1 ja 2 Z≈CR HR ≈1.2…1.4×CR

Jakso 3HR ≈ 1.2…1.3 × CRZ ≈ 1.2 × CR(Z ≈ 1.4…1.6 × HR)

Yleisillä rakenneteräksillä S235 pyörötanko 50 mm voidaanAsettaa vertailukäyrästön lähtökohdaksi (kg* = 1.0). Riittää, kuntämän tuotekoon hinta ko. materiaalille tunnetaan.

Suhteelliset hinnat

Suhteellisten hintatietojen käyttö on toimiva tapa vertailulle, kun vertaillaan hyvin samantyyppisiä materiaaleja

tunnettuun (samaan) käyttökohteeseen ja/tai materiaalin valmistusprosessit ovat samankaltaisia

vertailussa on tarkoitus hyödyntää esim. arvoanalyysiä optimaalisimman materiaalin valitsemiseksi

Täysin erilaisille materiaaleille vertailun mielekkyys on vähintäänkin kyseenalainen…

Eräiden pyörötankomateriaalien suhteellisten hintojen vertailu...Vertailu ei ole kovin mielekäs…

1 1,152,25 2,2

4,7

6,8 7,4

12

0

2

4

6

8

10

12

14

S235

S355

42CrM

o4

21NiC

rMo2

X 5 C

rNi

X 5 C

rNiM

o

Cu-O

F

CuSn6

Suhteellinen hinta

Myötörajamäärää, eihinta

Lämpö-käsittelyn hinta määrää

Toinen onhaponkestävä, se määrää

Toinen on rakenteisiin, toinen johde

Eräiden polymeerimateriaalien suhteellisia hintoja…Tässä vertaillaan (osin) samaan käyttötarkoitukseen sopivia polymeereja!

Suhteellinen hinta

1 1 2,2 4,4 3,915

48

110

0

20

40

60

80

100

120

HDPE PPABS

PA6,6 PCPTFE

PEEK PI

Suhteellinen hinta

PEEK /PA6.6 ≈ 9PI / PA6,6 ≈ 25

Samalle valukappaleelle vertailu kolmelle vaihtoehtoiselle materiaalille (valuteräs ja valuraudat valittu kohteeseen sopiviksi):

1,85

1,3

1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

Valuteräs GJS GJL

Suhteellinen hinta

Puolivalmisteiden hinnat

Pelkän raaka-aineen hinta ei yleensä palvele tuotesuunnittelua, parempi lähtökohta on profiilin tai muun puolivalmisteen hintatieto (lisineen)…

Puolivalmisteita tilattaessa on etenkin muovituotteiden kohdalla hankaluutena selvittää kaupallisen nimikkeen ja kemiallisen nimikkeen välinen yhteys (sekä muut muovien ominaisuuksiin vaikuttavat tekijät), vaikka itse hintatieto näyttäisi löytyvän suhteellisen helposti…

Polyamidin (PA6.6) nimi tulee meerin keskellä näkyvästä NH-CO –ryhmästä, joka on amidiryhmä. Merkintä 6,6 tulee ryhmän molemmin puolin olevien hiiliketjujen hiiliatomien lukumäärästä (6 ja 6).

Perusmateriaalin erilaiset lisähinnat

Esimerkkejä:Lämpökäsittelyt lisäävät aina

perusmateriaalin kustannuksia, esim: jännityksenpoistohehkutus 8 %pehmeäksi hehkutus 8 %normalisointi 11 %nuorrutus 19 %

Monesti lämpökäsittelyjen kustannukset riippuvat oleellisesti tarjoavan yrityksen uunien kapasiteetista…

Tarjouksissa voi olla suuria eroja tapauskohtaisesti

Katkaisulisä

Muita lisäkustannuksia ovat esimerkiksi

Rahti Pakkaus Kuljetuslavat Mittaukset Ainestodistukset

Valmistusmenetelmään sidotut materiaalikustannukset

Eri valmistusmenetelmät on nähtävä toisilleen vaihtoehtoisina. Valmistusmenetelmä ja konstruktiomateriaali valitaan rinnakkain

koneenosan vaatimusten mukaisesti. Mitä aikaisemmin valmistusmenetelmä tunnetaan, sen

valmistusystävällisemmäksi tuote voidaan suunnitella jo heti suunnittelun alkuvaiheista lähtien (DFMA). Vältytään kalliilta muutoksilta myöhemmissä vaiheissa.

Monesti tuotteen valmistus sisältää useita erityyppisiä valmistusvaiheita, joten vertailussa on itse asiassa valmistusvaiheiden ketjuja. Esimerkiksi valumetallin valinta ei suoraan tarkoita valamista suoraan valmiiksi tuotteeksi!

Moniin valmistusmenetelmiin sisältyy tyypillisesti esi- tai jälkikäsittelyvaiheita, jotka on otettava vertailussa huomioon. Monesti nämä riippuvat valitusta materiaalista.

1. Mitkä tekijät puoltavat menetelmän käyttöä kyseiselle materiaalille ? (Esim. “painevalamalla lähelle messinkituotteen loppugeometriaa”)

2. Mitkä tekijät rajoittavat / vaikeuttavat menetelmän käyttöä kyseiselle materiaalille? (Esim. “lasersäde heijastuu voimakkaasti alumiinista”)

3. Mitä sovelluksia on perusmenetelmästä ? (Valinta välillä valaminen/ hitsattu/ muokattu ei riitä vaan esim: “kahden materiaalin liittäminen valun yhteydessä”

4. Menetelmällä saavutettava valmistustarkkuus? (Esim. Keraamista valmistettavan kappaleen IT-aste tms, Ra, )

5. Mitkä tekijät vaikuttavat eniten kustannuksiin? (Esim. “jauhemetallurgisessa prosessissa tarvittavan tuotteen raaka-aineen valmistus”)

6. Mitkä ovat tärkeimmät valmistusmenetelmän yhteydessä hallittavat prosessi-, ohjaus- ja/tai työstöparametrit, joita voi käyttää vertailussa? (Esim. “lastuamissyvyys, -syöttö, - nopeus jne”)

7. Onko käytettävissä perusmenetelmää, sen sovelluksia, työkaluja, teriä, kiinnittimiä yms. käsitteleviä SFS-, EN- tai ISO- standardeja? (Monesti standardisointi alentaa kustannuksia)

8. Menetelmän sopivuus mekanisointiin, automatisointiin tai robotisointiin? (Esim. eri hitsausprosessit)

9. Menetelmälle tyypillinen sarjasuuruus? (Sopiiko yksittäiselle tuotteelle vai suursarjoille? Vrt. valumenetelmät)

10. Onko valitulle materiaalille varta vasten kehitetty jokin valmistus-prosessi? (Esim. eri hitsausprosessit, vrt. TIG)

11. Mikä on kappaleen koon merkitys valinnassa ? (Esim. “mikrokoneenosien kemiallinen työstö”)

12. Onko käytettävissä tuotteen valmistamiseksi eri perusmenetelmien yhdistelmiä nk. hybridimenetelmiä? (Tuotannon suunnittelussa ei valita enää yksittäisiä osavalmistusmenetelmiä! Esim. nykyaikaiset levytyökoneet)

13. Menetelmän sopivuus oman yrityksen tuotantolaitteisiin? (Vai käytetäänkö

alihankkijoita)

14. Perustuuko vertailu konkreettisiin lukuarvoihin? (Esim. sarjan kpl-määrä / käytetty aika tai kustannukset)

Tuoteperheen materiaalikustannusten arviointi

Jos suunniteltavat tuotteet tai tuoteperheen eri kokovariantit noudattavat yhdenmukaisuuslakeja, voidaan kustannustietoisessa suunnittelussa arvioida mittakaavasuhteen mukaan muuttuvien tuotekokojen kustannuksia polynomifunktion muotoisella kasvufunktiolla qH :

qH=(Af3×qL3) + (Bf2 × qL

2) + (Cf1 × qL) +D Missä:

qH = uudessa mittakaavasuhteessa tehdyn tuotteen kustannusten kasvua kuvaava suhdeluku

qL= tuotesarjan mittakaavasuhteen muutos Af3 ,Bf2 , Cf1 = kolmannen, toisen ja ensimmäisen kertaluvun

termien suhteellinen osuus tunnetun tuotteen kokonais-kustannuksista (ks. seuraava taulukko)

D = kiinteiden kustannusten suhteellinen osuus tunnetun tuotteen kokonaiskustannuksista

Esimerkki

Kustannuserä

(esimerkki)

Kustannusfunktion

termi

Kustannusfunktion kertaluku

Lastuava työstö Cf1 1

Viimeistely Bf2 2

Lämpökäsittely Af3 3

Materiaali Af3 3

Kiinteät

kustannuksetD -

Esimerkki

Jos mittakaavan kasvu on qL=1.5, sijoitetaan kaavaan: qH=(Af3 × qL

3) + (Bf2 × qL2) + (Cf1 × qL) +D

qH=((0,25+0,30) × 1.53) + (0,20 × 1.52) + (0,15 × 1.5) +0.10 = 2.63 Tässä esimerkissä siis mittakaavan kasvu 1.5-kertaiseksi johtaisi

kokonaiskustannusten kasvuun 2.63-kertaiseksi

Kustannuserä

(esimerkki)

Kustannusten %-osuus eräässä

tunnetussa tuotteessa

Kustannusten suhteellinen osuus

kokonais-kustannuksista

Kustannusfunktion kertaluku

Lastuava työstö 15 0,15 1

Viimeistely 20 0,20 2

Lämpökäsittely 25 0,25 3

Materiaali 30 0,30 3

Kiinteät

kustannukset

10 0,10 -

Tutkittaessa edellisen kasvufunktion paikkansa pitävyyttä on havaittu seuraavia tuloksia: Pienissä ja geometrisesti samankaltaisissa tuotteissa

valmistuskustannukset kasvavat likimain mittakaavan suhteessa (× qL)

Keskikokoisissa tuotteissa valmistuskustannukset ovat verrannollisia mittakaavan neliöön (× qL

2) Suurissa tuotteissa valmistuskustannukset ovat verrannollisia

mittakaavan kuutioon (× qL3)

Eri valmistusmenetelmillä voi olla eri kustannusfunktion kertaluku (vrt. edellinen esimerkki)

Materiaalin kertaluku on kolme (× qL3), (vrt. edellinen

esimerkki),

Tuotteen päätoimintoon ja kestoikään sidotut materiaalikustannukset

Materiaalinvalinnassa käytetään johdettuja tunnuslukuja, esimerkiksi: Hinta/ materiaalin lujuusyksikkö (yhden MPa:n hinta euroina,

[€/MPa]) Kasvatetaanko väsymislujuutta materiaalia vaihtamalla (yleensä

epäedullinen keino)? Hinta/ jäykkyys (taipuma) (yhden taipumayksikön hinta

euroina [€/mm] Kasvatetaanko jäykkyyttä poikkileikkauksen taivutusvastusta vai

materiaalin kimmomoduulia kasvattamalla? Hinta/ kestoikä (yhden käyttöikätunnin hinta euroina, [€/h])

Kasvatetaanko kulumiskestävyyttä materiaalia vaihtamalla vai kuormituspinta-alaa kasvattamalla?

Hinta/ tehonsiirtokyky (yhden siirrettävän tehoyksikön hinta euroina €/kW)

Parannetaanko tehohäviöitä pienentämällä pyörivien osien massaa vaihtamalla materiaali, joka mahdollistaa tämän (tiheys vs. lujuus)

Life Cycle Cost (LCC), tuotteen elinkaaren aikaiset kustannukset Pyritään ottamaan huomioon kaikki tuotteen tai

järjestelmän koko elinkaaren aikana syntyvät merkittävät kustannukset riippumatta siitä, missä elinkaaren vaiheessa kustannukset syntyvät

Elinkaarikustannusanalyysi materiaalinvalinnassa

LCC-tarkastelun tavoitteet

Saada kokonaiskuva siitä, mitä tuotteen omistaminen maksaa sen koko elinkaaren aikana.

Tuoda esiin muutosehdotuksia, joilla tuotteen taloudellisuutta voidaan parantaa kohdentamalla resurssit uudella tavalla.

LCC:n toteutusajankohta

Aloitettava jo esisuunnitteluvaiheessa, koska suurin osa kustannuksista muodostuu silloin

Tuotteeseen tehtävien muutosten kustannukset ovat alussa pienemmät

LCC-analyysin kannalta erityisen tärkeitä ovat kustannusten vuorovaikutukset

Kustannukset voidaan optimoida siten, että panostus johonkin kustannustekijään merkitsee säästöjä muissa kustannustekijöissä

Kustannuksia voidaan kohdentaa esim. edullisimpaan suursarjatuotteen valmistusteknologiaan (valaminen vs. valumateriaali)

kustannuksia voidaan kohdentaa esim. materiaalin hankintaan (materiaali vs. lastuttavuus)

Materiaalinvalinta vaikuttaa suoraan tuotteen materiaali- ja valmistuskustannuksiin sekä epäsuorasti käyttö- ja kunnossapito-kustannuksiin.

Valituilla materiaaleilla on suuri merkitys tuotteen käyttövarmuuteen.

Materiaalinvalinnalla voidaan vaikuttaa tuotteiden elinkaarikustannuksiin erityisesti tapauksissa, joissa rakenteiden korroosio, murtuminen, kuluminen yms. tekijät rajoittavat elinikää.

LCC:n mahdollisuudet materiaalinvalinnassa

Haasteita LCC:n käytössä

Tarkastelujen lähtökohtana käytettävien toteutuneiden kustannusten selvittämisen vaikeus.

Kaikkien tulevaisuudessa esiintyvien kustannustekijöiden määrittämisen vaikeus.

Pitkän tarkasteluajan aiheuttama kustannustietojen ennustamisen epätarkkuus.

Laskennan kriittisten tekijöiden (laskentakorko, elinkaaren pituus, tuotteen teknologinen vanhentuminen ym.) määrittämisen vaikeus.

Analyysin käytön vaatima suuri työmäärä.

Esimerkkejä LCC:n käytöstä

Ruostumattoman teräksen investointikustannukset junan korissa ovat korkeammat kuin hiiliteräksellä. Ruostumaton teräs on kuitenkin pienempien

kunnossapitokustannustensa ansiosta LCC- kokonaiskustannuksiltaan sekä hiiliterästä että alumiinia edullisempi.

Alumiinisen linja-auton korin käytönaikaiset kustannukset ovat huomattavasti pienemmät kuin ruostumattomasta teräksestä valmistetun. Valmistuskustannukset ruostumattomasta teräksestä

tehtäessä ovat kuitenkin niin paljon pienemmät, että elinkaarikustannukset jäävät pienemmiksi kuin alumiinilla.

OSA 2: Materiaalien kierrätys

Käsiteltäviä aihepiirejä: Materiaalitehokkuus Kestävä kehitys Uudelleenkäyttö, kierrätys ja hyödyntäminen Elinkaariarviointi (LCA) FACTOR-ajattelu Ekotehokkuuden mittari (MIPS =Material Input Per Service Unit)

Esimerkkejä materiaalien kierrätyksestä

Materiaalitehokkuus – kaksi päätekijää

1. Materiaalien käytön ”hyötysuhde” tuotannossa = ”vähemmästä enemmän” (material efficiency) ei juuri vaikutuksia kierrätykseen

2. Luonnosta otetun materiaalin ”kokonaiskäytettävyys” (material effectiveness) kierrätyksellä tärkeä rooli materiaalien

palauttamisessa käyttöön ja haitattomasti takaisin ympäristöön

Kestävä kehitys

Käsite ”kestävä kehitys” (sustainable development) on syntynyt vastaamaan maapallon tilan aiheuttamaan kansainvälisen yhteistyön tarpeeseen.

Ydinkysymyksenä ekologisesti kestävässä kehityksessä on ihmisen aiheuttaman ympäristökuormituksen vähentäminen.

Pitää löytää toimintatapoja, joiden avulla maapallolla on mahdollista elää myös tulevien sukupolvien aikana.

Kestävän kehityksen periaatteen tavoitteena on integroida ympäristöpolitiikka ja kehitysstrategiat niin, että myös taloudellinen kasvu on mahdollista. (Perinteisesti on ajateltu, että ympäristönsuojelu ja taloudellinen kasvu ovat toisensa poissulkevia).

Perinteisen ajatustavan uudistuminen on saanut myös yritysmaailman hyväksymään kestävän kehityksen -periaatteen.

Uudelleenkäyttö, kierrätys ja hyödyntäminen

Uudelleenkäytöllä tarkoitetaan sitä, että laitteen tms. osia käytetään samaan tarkoitukseen kuin mihin ne on alun perin tarkoitettu.

Kierrätyksellä tarkoitetaan jätemateriaalien jälleenkäsittelyä alkuperäiseen tarkoitukseen tai muuhun kuin energiantuotanto tarkoituksiin.

Hyödyntäminen on esimerkiksi materiaalin käyttöä energian tuottamiseen.

Elinkaariarviointi LCA

LCA =Tuotteeseen liittyvien ympäristö-kuormien arvioiminen tunnistamalla ja laskemalla mm. käytetyn energian, materiaalien ja ympäristöön päästettyjen jätteiden määrät.

LCA sisältää energian ja materiaalien käytön ja niistä seuraavien päästöjen vaikutusten arvioimisen ja ympäristöllisten parannusmahdollisuuksien arvioimisen ja toteuttamisen.

Elinkaariarviointi (LCA) sisältää tuotteen koko elinkaaren käsittäen myös

raaka-aineiden rikastamisen ja prosessoimisen,valmistamisen, kuljetuksen ja jakelun, käytön, uudelleenkäytön ja ylläpidon, kierrätyksen ja lopullisen hävittämisen

Elinkaariarviointi (LCA) materiaalinvalinnassa

Periaatteellinen pohdintaesimerkki:Linja-auton kori, RST vs. Al

Alumiinia käytettäessä kori kevenee tehon tarve pienenee ja/tai matkustajien (hyötykuorman) määrä voi lisääntyä

Edellyttää materiaalin käytön optimointia, koska huonosti suunniteltu Al-tuote ei välttämättä ole terästä kevyempi (muotojäykkyys!).

Alumiinin kierrätyksen avulla saavutetaan teräkseen verrattuna 1.5-kertainen energian säästö raaka-aineen valmistuksessa.

Factor-ajattelu

Ekologiselle kestävyydelle voidaan asettaa määrällisiä tavoitteita, jotka on myös suhteutettavissa nykyiseen materiaalien kulutustasoon ja siitä aiheutuvaan ympäristökuormitukseen. Ekotehokkuuden lisäämiseen pyritään ns. factorien eli tehostuskertoimien avulla.

Käyttöön on yleistynyt kaksi tehostamiskerrointa, Factor4 ja Factor10.

Factor 4 -ajattelu lähtee siitä, että luonnonvarojen käyttöä voidaan tehostaa vähintään nelinkertaiseksi nykytilanteeseen verrattuna taloudellisesti kannattavalla tavalla.

Factor 10 -tavoite perustuu luonnonvarojen kokonaiskäytön puolittamiseen vuoteen 2040 mennessä. Se edellyttää luonnonvaratuottavuuden kymmenkertaistamista rikkaissa teollisuusmaissa nykytilanteeseen verrattuna.

Suurimpia esteitä Factor 10 tavoitteen toteutumisessa ovat vanhat luutuneet talous- ja yhteiskuntarakenteet, jotka kannustavat pikemminkin luonnonvarojen tuhlailevaan käyttöön.

Pelkät tuotanto- ja kulutustapojen muutokset eivät kuitenkaan riitä vaan esimerkiksi verotuksen painopisteen tulisi siirtyä työn verotuksesta luonnonvarojen käytön verotukseen.

MIPS - materiaalin käyttö palveluyksikköä kohden

Ekotehokkuuden mittariksi on kehitetty MIPS (Material Input Per Service Unit), joka kuvaa tuotteen tai palvelun aiheuttamaa materiaalivirtaa sen koko elinkaaren ajalta.

MIPS saadaan jakamalla luonnonvarojen kokonaiskulutus, materiaalipanos MI palvelusuoritteella S, (MIPS = MI / S).

Palvelusuoritteen yksikkö vaihtelee tuotteen tai palvelun käyttötarkoituksen mukaan. Se voi olla esimerkiksi tuotteen käyttökerta, kuljettu kilometri tai puhdistunut pyykkikilo.

MIPS-ajattelun avulla voidaan siirtyä kulutuksen aiheuttamien haittojen ja päästöjen korjaamisesta niiden välttämiseen.

MIPS-mittari kertoo luonnonvarojen kokonaiskulutuksen suhteessa siitä saatuun hyötyyn.

Ideana on vertailla erilaisia tapoja tyydyttää sama tarve. MIPS- laskentaan otetaan mukaan kaikki materiaalivirrat tuotteen tai palvelun koko elinkaaren ajalta.

Valmistuksen lisäksi otetaan huomioon myös kaikki välilliset materiaalimäärät, jotka syntyvät mm. kuljetuksista ja pakkauksista.

MIPS:ä voidaan soveltaa niin pitkä- kuin lyhytikäisiin hyödykkeisiin sekä myös monimutkaisiin laitoksiin ja yhdyskuntarakenteisiin.

MIPS -ajattelussa ekotehokkain vaihtoehto tarkoittaa mahdollisimman pientä materiaalipanosta hyötyä kohden.

MIPS -laskennassa ei suoraan käsitellä materiaalien haitallisuutta. MIPS:n avulla saa käsityksen suunnasta ja suuruusluokasta ja sitä

voidaan käyttää mm. yksityiskohtaisen elinkaariarvioinnin (LCA) seulontavaiheena, jolloin voidaan saada kuva siitä, millaisia vaihtoehtoja kannattaa tarvittaessa ottaa yksityiskohtaisempaan tarkasteluun.

Materiaalipanos (MI = material input)

Määritelmä 1

Palevelusuorite (S)

Määritelmä 2

MIPS, MI vai MIT?

Määritelmä 3

Esimerkkejä MIT-arvoista

Tuotettu metalli

Kulutetut abioottiset raaka-aineet [tn/tn] (mineraalit, fossiiliset polttoaineet)

Kulutetut bioottiset raaka-aineet [tn/tn] (biomassa)

Kulutettu vesi [tn/tn]

Kulutettu ilma [tn/tn]

Kulutettu (muu) maaperä

Vedetty alumiini 35.3 996.8 10.4

Kupari 179.1 236.4 1.2

Nikkeli 141.3 233.3 40.8

Rakenneteräs (kylmävalssattu)

8.5 74.8 0.5

Ruostumaton

teräs

(18%Cr, 9% Ni)

14.4 205.1 2.82

Ruostumaton

Teräs

(17%Cr, 12% Ni)

17.9 240.3 3.38

Esimerkkejä materiaalien kierrätyksestä

Käsiteltäviä esimerkkejä:AutoteollisuusElektroniikkateollisuusMetallien kierrätysMuovien kierrätysUusien materiaalien kierrätysHaasteita kierrätykselle

Autoteollisuus

Euroopan unioni säätelee autojen kierrätystä. Romuautojen kierrätys on lailla säädelty.

Loppuun kuluneet autot synnyttävät noin 10 prosenttia vuosittaisesta ongelmajätteen kokonaismäärästä, joka syntyy Euroopan unionissa.

Romuautojen materiaalista noin 75 % on metallia, noin 20 % orgaanisia aineita (muovi, kumi, tekstiilit) ja loput muita aineita kuten lasia ja nesteitä. Korkean romutusiän takia romuautoista ei saada osia kovin paljon uudelleenkäyttöön.

EU-direktiivin mukaan romuauton painosta uudelleenkäytön ja kierrätyksen vaatimus on nykyään 80 prosenttia ja vuonna 2015 se nousee 85 prosenttiin.

VW Golf made from over 40% recycled materials

Elektroniikkateollisuus

Sähköisistä ja elektronisista laitteista tuleva jäte lisääntyy 16-28 prosenttia joka viides vuosi - kolme kertaa nopeammin kuin yhdyskuntajäte yleensä.

Se on yksi suurimmista raskasmetallien ja orgaanisten saasteiden lähteistä.

Euroopan unioni käsittelee tätä ongelmaa uusilla laeilla.

Huom! Jopa 80-100 % kännykästä voidaan kierrättää.

Metallien kierrätys

Kansainvälisen teräsjärjestön tekemän selvityksen mukaan teräs on maailman kierrätetyin materiaali.

Kierrätyksen huomioivien elinkaariarviointien mukaan tuotteen elinkaaren aikaisiin ympäristövaikutuksiin vaikuttaa eniten teräksisen lopputuotteen kierrätysaste.

Teräksen laatu ei heikkene kierrätyskertojen välillä, eli teräs voidaan kierrättää lukemattomia kertoja.

Kierrätetyn teräsromun käyttö pienentää valmistusprosessissa ilman saastumista 86% ja veden saastumista 76%.

Kierrätetystä materiaalista tehdyn uuden metallin osuus

39 %

32 %

74 %

42 %

20 %

0 % 20 % 40 % 60 % 80 %

Alumiini

Kupari

Lyijy

Teräs

Sinkki

Energian säästö kierrätyksen avulla

95 %

85 %

60 %

68 %

60 %

0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 %

Alumiini

Kupari

Lyijy

Teräs

Sinkki

Muovien kierrätettävyys

#1 PET (polyethylene terephthalate) Eniten kierrätetty polymeeri

# 2 HDPE (high-density polyethylene) Hyvin kierrätettävissä

# 3 PVC (polyvinyl chloride) Erittäin vaikea kierrättää.

# 4 LDPE (low-density polyethylene) Erittäin vaikea kierrättää.

# 5 PP (polypropylene) Vaikea kierrättää.

# 6 PS (polystyrene or polystyrene foam) Vaikea kierrättää.

# 7Other Plastics  Yleensä vaikea kierrättää tai kierrätykseen tarvittava teknologia puuttuu

Uusien materiaalien kierrätys

Ongelmallisimpia ovat ohuet arvometallipinnoitteet, joiden irti saamiseen järkevin kustannuksin ei ole toistaiseksi olemassa teknologioita. Materiaalien käytön hyötysuhde tosin paranee

atomin paksuisia nanopinnoitteita käytettäessä. Nanopinnoitteita sisältävien tuotteiden

tuotantomäärät ovat saavuttanee uudet mittasuhteet, ja tuotteet leviävät ympäri maailmaa. Yhtenä haasteena on saada käytöstä poistetut tuotteet kootuksi järkevän kokoisiin kierrätyspisteisiin.

Tuotteet muuttuvat monimutkaisemmiksi ja ne sisältävät ohuina kerroksina yhä pienempiä määriä ja yhä useampia alkuaineita, joita on hankalaa erotella

IT-tuotteen sisältämien alkuaineiden lukumäärä

1115

60

0

10

20

30

40

50

60

70

1980-luku 1990-luku 2000-luku

Esimerkiksi nykyisin romutettavissa tietokoneissa on runsaasti arvometalleja, mutta niistä vain pieniosa saadaan talteen: hopeasta vain n. 11,5 %, kullasta ja palladiumista vain n. 25,6 % ja kuparista n. 60 %.

Komposiitit

Huonoimmat komposiitit joutuvat kaatopaikalle, ”parhaimmat” voidaan polttaa.

Kaikki komposiitit eivät ole kierrätyksen kannalta huonoja: UPM ProFi –puumuovikomposiittia voi pitää positiivisena

esimerkkinä komposiiteista. Sen pääraaka-aineena on tarralaminaattituotannossa hyödyntämättä jäänyt paperi ja muovi (eli jäte). Lisäksi käytetään puhtaita muovin polymeereja sekä väri- ja täyteaineita.

Puumuovikomposiitti on pitkäikäinen (yli 10 vuotta). Tuote voidaan hävittää polttamalla energiaksi eli lajittelemalla

se sekajätteeseen tai energiajätteeseen tai se voidaan kierrättää takaisin tuotantoprosessiin.

Haasteita kierrätykselle

1. Materiaalien kokonaiskäytettävyyttä lisäävä keräyslogistiikka.

2. Materiaalien uudelleenkäyttöarvon säilyttävät kierrätysprosessit.

3. Arvokkaiden materiaalien talteenottoteknologiat. 4. Tulevaisuuden materiaalien talteenottoteknologiat. 5. Uudet käsittelyprosessit materiaalien haitattomaan

palautukseen luonnon kiertokulkuun. 6. Tarkemmat indikaattorit ja menetelmät, joilla

voidaan laskea edistävätkö uudet teknologiat ja toimintatavat kierrätystavoitteiden toteutumista.