Avaliação de Ciclo de Vida de um componente automóvel: o "chassi dashboard"

Abstract

A indústria automóvel tem um papel fundamental na economia global e como tal existe um esforço contínuo na adaptação às circunstâncias globais quer a nível económico, social e ambiental. As empresas procuram produzir de forma cada vez mais eficiente e consciente reduzindo os seus impactos ambientais no intuito de serem competitivas a todos os níveis. A avaliação do ciclo de vida (ACV) pode ser utilizada para avaliar o desempenho ambiental dos veículos bem como dos seus componentes em específico.A ACV realizada surge no âmbito do projeto BetterPlastics, que tem o Centro de Ecologia Industrial da Universidade de Coimbra como parceiro, assim como a empresa KLC (Indústria de Transformação de Matérias Plásticas, Lda.), uma empresa especializada na produção e transformação de componentes poliméricos injetados para a indústria automóvel, médica e eletrónica. O objetivo da ACV foi identificar hotspots (pontos críticos), trade-offs ambientais e oportunidades de melhoria para reduzir os impactes de ciclo de vida do veículo. O caso em estudo pretendeu avaliar e comparar, o desempenho ambiental da peça feita em compósito de sulfeto de polifenileno (PPS, peso 197 g) e uma alternativa em liga metálica (AlMg3, peso 274 g) e analisar as implicações da redução de peso para o consumo de energia e para os impactes ambientais, considerando um veículo de combustão interna (Toyota Corolla) e um veículo elétrico (Nissan Leaf) (mix energético Portugal (PT) ou Polónia (PL), comparando as diferentes motorizações. No intuito de identificar as distâncias, em que ambas as alternativas da peça têm os mesmos impactes ambientais (ponto indiferencial), foi efetuada uma análise paramétrica dos impactes de ciclo de vida em função dos quilómetros percorridos.A ACV efetuada à peça foi desenvolvida em duas partes. A primeira parte do “berço ao portão”, inclui a extração/produção de matérias-primas, manufatura da peça, tratamento de resíduos de produção e distribuição), e tem como unidade funcional “a produção de um chassi dashboard na KLC” com objetivo de comparar a produção das alternativas CF_PPS e CF_AlMg3. A segunda parte, abrange o ciclo de vida até a fase de uso e definiu-se como unidade funcional “um chassi dashboard que garante o suporte mecânico aos mostradores do automóvel ao longo da vida útil do veículo”. Esta segunda unidade funcional permite efetuar um cenário de análise paramétrica em função dos quilómetros percorridos de forma a obter o ponto no qual ambas as peças, alumínio e PPS, apresentam os mesmos impactes (ponto de indiferença).O modelo e inventário de ciclo de vida foram implementados com dados primários fornecidos pela empresa KLC para a peça em PPS e, para a alternativa CF_AlMg3 foi implementado com dados da literatura (Liu et al., 2021).Os resultados mostraram que a peça em PPS apresenta menos impactes ambientais que a alternativa em alumínio, do berço à fase de uso, exceto nas categorias, depleção de ozono, radiação ionizante, toxicidade humana cancerígena, ecotoxicidade de água doce e uso da água. Da análise aos dois tipos de abordagens metodológicas existentes nos modelos e inventário da base de dados Ecoinvent 3, nomeadamente, os modelos de sistema APOS e cut-off, verificou-se que a peça em PPS apresenta menos impactes que a alternativa em alumínio, na modelação APOS, e que, pela modelação cut-off existem “trade offs” ambientais que se traduzem numa maior variabilidade dos resultados. A ACV efetuada ao ciclo de vida (do berço à fase de uso), permitiu concluir que a peça em PPS no veículo Nissan leaf, considerando o mix energético PT, apresenta os menores impactos de ciclo de vida, à exceção do uso de recursos minerais e metais e do uso de recursos fósseis, nos quais, a alternativa de alumínio, para o mesmo contexto, consegue ter melhor desempenho ambiental. A análise paramétrica dos impactes de ciclo de vida em função dos quilómetros percorridos mostrou que, para a generalidade das categorias de impacte, a peça em PPS apresenta um comportamento melhor que a alternativa em alumínio, exceto para depleção de ozono, radiação ionizante, toxicidade humana cancerígena, ecotoxicidade água doce, uso da terra e uso da água. Como recomendação para trabalhos futuros: i) Efetuar uma análise detalhada para perceber quais as causas, da influência verificada na utilização da metodologia APOS e cut-off.

The automotive industry plays a key role in the global economy and as such there is a continuous effort to adapt to global circumstances, both economically, socially and environmentally. Companies seek to produce in an increasingly efficient and conscious way, reducing their environmental impacts in order to be competitive at all levels. Life cycle assessment (LCA) can be used to assess the environmental performance of vehicles as well as specific components.The LCA carried out arises within the scope of the BetterPlastics project, which has the Center for Industrial Ecology of the University of Coimbra as a partner, as well as the company KLC (Indústria de Transformação de Matérias Plásticas, Lda.), a company specialized in the production and transformation of components injected polymers for the automotive, medical and electronics industries. The purpose of the LCA was to identify hotspots (critical points), environmental trade-offs and improvement opportunities to reduce vehicle life cycle impacts.The case study aimed to evaluate and compare the environmental performance of the part made of polyphenylene sulfide composite (PPS, weight 197 g) and an alternative in metallic alloy (AlMg3, weight 274 g) and analyze the implications of weight reduction for energy consumption and environmental impacts, considering an internal combustion vehicle (Toyota Corolla) and an electric vehicle (Nissan Leaf) (energy mix Portugal (PT) or Poland (PL), comparing the different engines. distances, in which both alternatives of the part have the same environmental impacts (indifferential point), a parametric analysis of the life cycle impacts was carried out according to the kilometers traveled. The LCA performed on the part was developed in two parts. The first part of the “cradle to gate”, includes the extraction/production of raw materials, manufacture of the part, treatment of production and distribution waste), and has as its functional unit “the production of a dashboard chassis at KLC” with the objective of to compare the production of the alternatives CF_PPS and CF_AlMg3. The second part covers the life cycle up to the use phase and is defined as a functional unit “a dashboard chassis that guarantees mechanical support to the car's displays throughout the vehicle's useful life”. This second functional unit makes it possible to perform a parametric analysis scenario based on the kilometers traveled in order to obtain the point at which both aluminum and PPS parts have the same impacts (indifference point).The life cycle model and inventory were implemented with primary data provided by the KLC company for the PPS part and, for the alternative CF_AlMg3, it was implemented with data from the literature (Liu et al., 2021).The results showed that the PPS part presents less environmental impacts than the aluminum alternative, from the cradle to the use phase, except in the categories, ozone depletion, ionizing radiation, human carcinogenic toxicity, freshwater ecotoxicity and water use. From the analysis of the two types of methodological approaches existing in the models and inventory of the Ecoinvent 3 database, namely, the APOS and cut-off system models, it was found that the PPS part has less impact than the aluminum alternative, in terms of APOS modeling, and that, through cut-off modeling, there are environmental “trade offs” that translate into greater variability of results. The LCA carried out in the life cycle (from the cradle to the use phase) allowed us to conclude that the PPS part in the Nissan leaf vehicle, considering the PT energy mix, has the lowest life cycle impacts, with the exception of the use of mineral resources and metals and the use of fossil resources, in which the aluminum alternative, for the same context, manages to have better environmental performance. The parametric analysis of life cycle impacts as a function of kilometers traveled showed that, for most impact categories, the PPS part performs better than the aluminum alternative, except for ozone depletion, ionizing radiation, human toxicity carcinogen, freshwater ecotoxicity, land use and water use. As a recommendation for future work: i) Carry out a detailed analysis to understand the causes of the influence verified in the use of the APOS and cut-off methodology.