Life cycle assessment and technical performance of recycled and bio-based plastics

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2015-04-27
Department
Major/Subject
Koneenrakennuksen materiaalitekniikka
Mcode
K3003
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
126 + 23
Series
Abstract
Environmental impacts of products can be reduced, for example, by reducing materials or by selecting materials, whose production causes low environmental impacts. In this thesis is studied, whether it is possible to reduce environmental impacts of a plastic product by using recycled or bio-based plastics. In this case, the environmental impacts refer to the greenhouse gas emissions and primary energy demand. Essential recycling methods of plastics are presented. The definitions and manufacturing of bio-based plastics are also discussed. Environmental impacts of recycled and bio-based plastics are assessed with life cycle assessment (LCA) method. In addition to the LCA, material tests are used to evaluate suitability of the plastics to be used in base stations of mobile networks. Testing included 6 months outdoor exposure in Finland, Greece and Kenya and also a long-term accelerated aging test at 85 °C and 85 % relative humidity. Testing samples were made with an actual production mould. Studied materials were polycarbonate (PC), polycarbonate-polyethylene terephthalate (PC/PET) blend, bio-based polyamide (PA) 410 and bio-based glass fibre reinforced polytrimethylene terephthalate (PTT). Results of LCA show that recycling of plastics reduces significantly environmental impacts of material production. If the plastic cover of a base station contains 100 % recycled PC, emissions and primary energy demand of plastics production are reduced by 86 %. Substituting 30 % of virgin PC by recycled PC reduces the environmental impacts of plastic production by 23 %. The effect of bio-based material content on the environmental impacts is not as straightforward. Depending on the plastic grade, the environmental impacts of the production of bio-based plastics are higher or lower than those of virgin PC. Based on the material testing, the properties of recycled PC are comparable to those of virgin PC. The bio-based plastics also performed well in the testing, and based on these results they provide sufficient properties to the plastic cover.

Tuotteiden ympäristövaikutuksia voidaan pienentää esimerkiksi vähentämällä materiaalien määrää tai valitsemalla materiaaleja, joiden valmistus tuottaa pienet ympäristövaikutukset. Tässä työssä tutkitaan, voidaanko kierrätysmuovien tai biopohjaisten muovien käytöllä vähentää muovituotteen ympäristövaikutuksia. Ympäristövaikutuksilla tarkoitetaan tässä tapauksessa kasvihuonekaasupäästöjä ja primäärienergian kulutusta. Työssä esitetään keskeisimmät muovin kierrätysmenetelmät sekä selvitetään, mitä muovien biopohjaisuus tarkoittaa ja miten biopohjaisia muoveja valmistetaan. Kierrätettyjen ja biopohjaisten muovien valmistuksen ympäristövaikutuksia selvitetään standardisoidulla elinkaariarviointi-menetelmällä. Elinkaariarvioinnin lisäksi muovien soveltuvuutta mobiiliverkkojen tukiasemien kuorimateriaaliksi arvioidaan testien avulla. Testiohjelmaan kuuluu esimerkiksi 6 kk:n ulkoilmatestaus Suomessa, Kreikassa ja Keniassa sekä pitkäkestoinen vanhennustesti 85 °C:n lämpötilassa ja 85 % suhteellisessa kosteudessa. Testejä varten tutkituista muoveista ruiskupuristettiin todellisen tukiaseman suojamuoveja. Tutkittavat muovit ovat polykarbonaatti (PC), polykarbonaatti-polyeteeni tereftalaatti seos (PC/PET), biopohjainen polyamidi (PA) 410 ja biopohjainen, lasikuidulla lujitettu polytrimeteeni tereftalaatti (PTT). Työssä todettiin, että muovien kierrätys vähentää selvästi muovinvalmistuksen kasvihuonekaasupäästöjä sekä energian kulutusta. Jos tukiaseman suojakuori tehdään kokonaan kierrätetystä polykarbonaatista, muovin valmistuksen päästöt ja energian kulutus vähenevät 86 %. Korvaamalla 30 % neitseellisestä materiaalista kierrätetyllä, muovin valmistuksen ympäristövaikutukset laskevat 23 %. Biopohjaisen materiaalin vaikutus ympäristövaikutuksiin ei ollut yhtä suoraviivainen. Riippuen muovilaadusta biopohjaisten muovien valmistus aiheuttaa suuremmat tai pienemmät ympäristövaikutukset kuin neitseellinen polykarbonaatti. Tehtyjen testien perusteella kierrätetty PC on ominaisuuksiltaan lähellä neitseellistä PC:tä. Myös biopohjaiset muovit suoriutuivat testeistä ilman suuria ongelmia ja tarjoavat suojakuorelle vaadittavia ominaisuuksia.
Description
Supervisor
Hänninen, Hannu
Thesis advisor
Kiesi, Timo
Keywords
life cycle assessment, recycling of plastics, mechanical recycling, bio-based plastics, carbon footprint
Other note
Citation