Μεσομεταλλικές ενώσεις: Υποκατάσταση κρίσιμων υλών εξόρυξης και ανάλυση κύκλου ζωής

Στεργίου, Βασιλική; Stergiou, Vasiliki

dc.contributor.author	Στεργίου, Βασιλική	el
dc.contributor.author	Stergiou, Vasiliki	en
dc.date.accessioned	2019-12-20T09:12:02Z
dc.date.available	2019-12-20T09:12:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49597
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17295
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μεσομεταλλικές ενώσεις	el
dc.subject	Κρίσιμες πρώτες ύλες	el
dc.subject	Ανάλυση κύκλου ζωής	el
dc.subject	Ύλη εξόρυξης	el
dc.subject	Ανακύκλωση	el
dc.subject	Intermetallics	en
dc.subject	Critical raw materials	el
dc.subject	Life cycle assessment	el
dc.subject	Material substitution	el
dc.subject	Recycling	el
dc.title	Μεσομεταλλικές ενώσεις: Υποκατάσταση κρίσιμων υλών εξόρυξης και ανάλυση κύκλου ζωής	el
dc.contributor.department	Ερευνητική Μονάδα Προηγμένων, Σύνθετων, Νάνο Υλικών και Νανοτεχνολογίας", R-NanoLab	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Νανοτεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-23
heal.abstract	Οι τρόποι αντιμετώπισης του προβλήματος της “κρισιμότητας των πόρων” είναι άμεσα συνδεδεμένοι με τις συνεχιζόμενες τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα των υλικών. Πιο συγκεκριμένα, η βιωσιμότητά τους απαιτεί τη χρήση μεθόδων κι εργαλείων για την αξιολόγηση, τη σύγκριση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Οι μέθοδοι και τα εργαλεία αυτά, θα βοηθήσουν στη σχεδίαση κι υιοθέτηση πολιτικών, που θα ενσωματώνουν οικονομολογικά κι οικολογικά στοιχεία, για την ενδεδειγμένη αντιμετώπιση του προβλήματος της “κρισιμότητας των πόρων”. Υπάρχει σαφής ανάγκη για την παροχή πρόσθετων γνώσεων πέρα από τα καθιερωμένα πρωτόκολλα κι εργαλεία. Η Αξιολόγηση του Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ) έχει αναπτυχθεί ως μια μεθοδολογία που αξιολογεί συστηματικά τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με όλα τα στάδια της ζωής ενός υλικού. Αναλύει την αλληλεπίδραση μεταξύ του προϊόντος (ή της υπηρεσίας) και του περιβάλλοντος, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις διαδικασίες, δηλαδή από την εξόρυξη πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του μέχρι την τελική διάθεσή του με την εξάντληση του ωφέλιμου χρόνου ζωής του, με τελικό στόχο τον ποσοτικό προσδιορισμό των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Με αυτόν τον τρόπο, η ΑΚΖ επιτρέπει να επισημανθούν τυχόν αδυναμίες της παραγωγικής διαδικασίας, όπως τεχνικές που χαρακτηρίζονται από έντονες περιβαλλοντικές επιπτώσεις ή τη χρήση εξοπλισμού υψηλής κατανάλωσης ενέργειας. Επομένως, επιτρέπει στους χρήστες να αξιολογήσουν και να προσδιορίσουν τις εναλλακτικές λύσεις για τη βελτιστοποίηση της παραγωγικής διαδικασίας τόσο σε περιβαλλοντικό όσο και σε οικονομικό επίπεδο. Επιπλέον, η ΑΚΖ προτάσσει τη χρήση της έννοιας του κύκλου ζωής στη χάραξη πολιτικής για τον προσδιορισμό των βασικών πτυχών της υποστήριξης των αποφάσεων για τα αναδυόμενα υλικά και τη διαχείριση της συναπτόμενης αβεβαιότητας. Επίσης η ΑΚΖ μπορεί να παίξει καθοριστικό ρόλο στη βιομηχανία ως μηχανισμός υποστήριξης αποφάσεων για την παραγωγή και χρήση νέων υλικών. Ωστόσο, προκειμένου να επιτευχθούν αξιόπιστα αποτελέσματα με την εφαρμογή αυτής της μεθοδολογίας, απαιτείται ένας μεγάλος αριθμός (πρωτογενών ή δευτερογενών) δεδομένων. Η συγκέντρωσή τους δεν είναι πάντοτε δυνατό να επιτευχθεί. Για το λόγο αυτό, μερικές φορές, για να απλουστευθεί η πολυπλοκότητα της ανάλυσης, πρέπει να γίνουν κάποιες υποθέσεις, οι οποίες επιτυγχάνουν τη διατήρηση μιας καλής ισορροπίας μεταξύ του επιπέδου της εφικτής ακρίβειας και του βαθμού υποκειμενικότητας της ανάλυσης. Σε αυτή τη μεταπτυχιακή εργασία, η ΑΚΖ εφαρμόστηκε σε μία πρωτοποριακή διαδικασία για την κατασκευή συμπλοκοποιημένων μεσομεταλλικών τμημάτων Σιδήρου-Αλουμινίου (Fe-Al) ανθεκτικών σε ακραία περιβάλλοντα. Ο ρόλος της ΑΚΖ είναι ιδιαίτερα σημαντικός, δεδομένου ότι οι προτεινόμενες μεσομεταλλικές ενώσεις είναι υποψήφιοι αντικαταστάτες του ανοξείδωτου χάλυβα, σε συγκεκριμένες εφαρμογές, παρέχοντας λύση στο πρόβλημα κρίσιμων πρώτων ύλών : του Χρωμίου (Cr) και του Νικελίου (Ni). Ως εκ τούτου, οι περιβαλλοντικές επιβαρύνσεις κι επιπτώσεις, καθώς κι η εφαρμογή εναλλακτικών λύσεων για την ελαχιστοποίηση τους, θα κρίνουν μαζί με άλλα κριτήρια (οικονομικά, κοινωνικά, πολιτικά) εάν μια τέτοια καινοτόμος, από τεχνική άποψη, προσέγγιση είναι επίσης εφαρμόσιμη και βιώσιμη σε μεγάλη κλίμακα. Στόχος της μεταπτυχιακής εργασίας είναι να επισημάνει τόσο τα πλεονεκτήματα όσο και τους περιορισμούς της διαδικασίας ΑΚΖ με την εφαρμογή της, από το“λίκνο εως τον τάφο” (“cradle to grave”), σε μια μελέτη μιας καινοτόμου διεργασίας, να αποδώσει πλήρως το περιβαλλοντικό κι ενεργειακό αποτύπωμα αυτής καθώς και να προτείνει εναλλακτικές λύσεις για την ελαχιστοποίηση των επιβαρύνσεων που αυτή επιφέρει. Επιπρόσθετα, να διερευνήσει λύσεις για την αντικατάσταση των Κρίσιμων Πρώτων Υλών (Critical Raw Materials) (CRMs) όπως το Cr, το Ni, το Μολυβδαίνιο (Mo) και το Βανάδιο (V) σε προϊόντα υψηλής κατανάλωσης μέσω των μεσομεταλλικών ενώσεων λόγω του πλεονεκτήματος που φέρουν, αυτό της ανακύκλωσης. Επιπρόσθετα, η εργασία αυτή δίνει έναυσμα προς επιστημονικό διάλογο σχετικά με τις συνέπειες της υψηλής κατανάλωσης της ηλεκτρικής ενέργειας και των ορυκτών πόρων, θέτοντας ως επιτακτική ανάγκη την στροφή προς τη χρήση εναλλακτικών μορφών ενέργειας. Το λογισμικό που επιλέχθηκε για τη διεξαγωγή της μελέτης ήταν το SimaPro 8.3, λόγω της ευελιξίας και της ευρείας διαφορετικών επιλογών – λειτουργιών που προσφέρει. Τέλος, η «βιβλιοθήκη» Ecoinvent v3.3 χρησιμοποιήθηκε ως βάση δεδομένων αναφοράς επειδή είναι μια πλήρης κι ευπροσάρμοστη βάση δεδομένων συσχετιζομένων με τον κύκλο ζωής κι ο αλγόριθμος IMPACT 2002+ ως μέθοδος εκτίμησης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.	el
heal.abstract	Management and mitigation measures for the problem of critical resources are directly connected with ongoing technological developments in the field of materials. More specifically, their sustainability requires the establishment of methods for the evaluation of environmental impacts. These methods and tools will assist in the formulation and adoption of policies, which will incorporate economic and ecological aspects for the proper management of resources’ criticality. There is a clear need for additional knowledge beyond existing standards and tools. For that reason, Life Cycle Analysis (LCA) has been developed which systematically and thoroughly evaluates the entire life cycle of a product. LCA is a highly efficient method which is used to examine and evaluate the environmental “performance” of products/services/processes during their entire life cycle. LCA analyzes the interaction between the product and the environment, taking into account the involved processes, from raw materials extraction up to final disposal, aiming to quantify the environmental impacts. In this way, LCA allows for the identification of any weak points in the production process, such as techniques that have a strong environmental impact or use of energy-intensive equipment. Consequently, LCA provide experts with the necessary information to evaluate and identify alternatives to optimize the production’s process in relation to environmental and financial variables. In addition, LCA introduce the use of life-cycle thinking in policy-making for the determination of the key aspects of decision support for the new innovative materials and the management of inherent uncertainties. Also, it can play a key – role as support mechanism to decision making for industry in the area of new innovative materials. However, a large number of (primary or secondary) data is required in order to achieve accurate results by applying this methodology. Their gathering is not always feasible in a timely way. Thus, sometimes, in order to simplify the complexity of LCA’s analysis, some assumptions need to be made, which maintain a good balance between accuracy and subjectivity of the analysis. In the current Master thesis, LCA has been applied to a highly pioneering process for the production of (Fe- Al) intermettalic compounds possessing high resistance to extreme environments. The role of LCA is extremely important, considering that the aforementioned intermetallics are potential candidates for the substitution of stainless steel, in certain applications, providing an alternative solution to the problem of Chromium (Cr) and Nickel (Ni) as critical materials. Hence, environmental impacts and other criteria (political, sociological, financial), will turn the tide in favor of or against the implementation of this innovative approach on large scale. In this context, the aim of the current Master thesis is to point out both the advantages and limitations of the LCA s through its application in a real study of an innovative material production process. The final goal is to fully clarify its environmental and energy footprint and to propose alternatives in order to minimize impacts. Moreover, one of the main goals of the present work is to find solutions for the substitution of Critical Raw Materials such as Cr, Ni, Mo and V in high- consumption products via the intermetallic compounds due to their advantage of recyclability. Additionally, this Master thesis gives rise to a scientific debate on the consequences of high consumption of electricity and mineral resources, highlighting a compelling need for the use of alternative forms of energy. The software chosen in the present study was SimaPro 8.3 due to its versatility and wide variety of functionalities. Finally, Ecoinvent v3.3 was used as a reliable reference database for life cycle inventory (LCI) and IMPACT 2002+ as an impact assessment method.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	80 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true