D4X & LC strategies Case: the LC-ZEB

Paulo Partidário, PhD LNEG - Laboratório de Energia

Outline

• The problem definition

• Efficiency & Effectiveness

• D4X & LC strategies

• Case study: LC-ZEB

Feasible to keep Society at the current pace of activity? (… where nothing is sufficiente, or in excess…)

Urgent: to improve OUR behaviour!

The reallity shows:

• Resources are deplected

• Wastes are growing

• Overconsumption is a fact

• Social irresponsibility exists

Fuel for thought...

b) Earth (BBC, 2011): www.andiesisle.com / creación / magnificent.html

a) CO2 simulator: www.breathingearth.net/

In:

Euro

sta

t (2

008)

As European society has

grown wealthier, it has

created more and more

rubbish.

Each year in the

European Union alone

we throw away 3 billion

tonnes of waste - some

90 million tonnes of it

hazardous.

This amounts to about 6

tonnes of solid waste for

every man, woman and

child, according to

Eurostat statistics

(http://ec.europa.eu/environment/

waste/index.htm)

Fuel for thought...

In: PPRU, 2009

• Desperdício: ca 1/3 dos alimentos comprados, deitamos para o lixo (perde-se: matéria & energia)

• RU indiferenciado: anualmente recebe ca 1,7x106 ton de material orgânico (predominante/ restos de alimentos) e 1,4x106 ton de embalagens

• Última década: RU gerados cresceram 30% aprox.

Para reflexão...em PT:

Que resultados se podem alcançar?

Cenários de redução da capitação diária (2007 – 2016):

• “Optimista” (21%);

• “Moderado” (10%);

• “PERSU II” (1,4%)

Cenário de aumento da capitação diária (2007 – 2016):

• “BaU” (“business-as-usual”) (1,9%)

Actividade de Retalho

• Relação privilegiada (entre produtores e consumidores)

• Exercer influencia na cadeia de fornecimento

• Rotulagem & ‘Choice editing’ (na dieta: calorias …& carbono)

• Práticas de responsabilidade social e consumo sustentável (http://news.bbc.co.uk/2/hi/8395287.stm)

• Comunicação do que está a ser feito

• Rotinas a alterar: ‘comprar local, comprar fresco’;

seleccionar matérias primas = f (sazonalidade,

origem dos produtos, …);

Consumo Sustentável

• Casos: Rotulagem de produtos & Compras públicas sustentáveis…

Iniciativas coerentes e consistentes ao longo do tempo:

Sensibilização conduz à atitude;

Atitude influencia o comportamento;

O que é o ciclo de vida de um produto/ tecnologia?

Product Life Cycle: refers to the succession of stages a product goes through. Product Life Cycle Management is

the succession of strategies used by management as a product goes through its life cycle.

Source:http://en.wikipedia.org/wiki/Product_life_cycle_management

Products tend to go through five stages: 1.NPD stage

very expensive

no sales revenue

losses

2. Market introduction stage

cost high

sales volume low

losses

3. Growth stage

costs reduced due to economies of scale

sales volume increases significantly

profitability

prices to maximize market share

4. Mature stage

costs are very low as you are well established in market

& no need for publicity.

sales volume peaks

prices tend to drop due to the proliferation of competing

products

very profitable

5. Decline stage

costs become counter-optimal

sales volume decline

prices, profitability diminish

Technology lifecycle: Most new technologies follow a similar technology lifecycle. This is similar to a product life cycle,

but applies to an entire technology, or a generation of a technology. Technology adoption is the most common

phenomenon driving the evolution of industries along the industry lifecycle.

Outline

• The problem definition

• Efficiency & Effectiveness

• D4X & LC strategies

• Case study: LC-ZEB

• Eficiência (realizar correctamente os objectivos): Melhorar o

desempenho ambiental durante a criação de valor pela minimização dos recursos aplicados e pela redução de impactes ambientais negativos ao longo da cadeia de valor e do ciclo de vida do produto.

• Eficácia (realizar os objectivos correctos): Melhorar o impacte total no

ambiente, com a solução exacta para preencher funcionalmente uma dada

procura/satisfação de consumo.

Eficiência versus Eficácia

Society

X Manufacturers

One Manufacturer

X Products

Disposal

Use

Manufacturing

Planning Manufact. Use Disposal Human Civilization

Life time Span time

System/Product Life time

Scope of Temporal Concern

1

5

4

3

2

The challenge: Move from

the lower left towards the

upper right corner.

Sin

gle

Pro

duct L

ife C

ycle

Sco

pe

of

En

vir

on

men

tal

Con

cer

ns

Fig. – Desempenho ambiental a diferentes níveis (Bras, 1996)

1. Engª Ambiental;

2. Prevenção da Poluição;

3. Design & Fabrico ambientalmente responsáveis;

4. Ecologia Industrial;

5. Desenvolvimento Sustentável.

Design & Desenvolvimento

In: Geels (2002), Research Policy 31: 1263

Outline

• The problem definition

• Efficiency & Effectiveness

• D4X & LC strategies

• Case study: LC-ZEB

• Inovação: Acto de introduzir algo novo (…no sentido de uma mudança positiva - incremental, radical) mas não necessariamente bem sucedida

• Inovação sustentável: processo de resolução de problemas no qual valores ambientais, sociais e financeiros são integrados no sistema alvo (produto, tecnologia, modelo de negócio ou de organização), desde a geração de ideias, passando pela I&DT, até à comercialização dos resultados.

• Design de produto - Regra geral o design inicial determina 70 - 80% aprox. dos custos totais associados ao ciclo de vida do produto, e consequentemente à maioria dos impactes ambientais nesse ciclo.

• Design para a Sustentabilidade: filosofia de design de produtos/ serviços e do ambiente construído, com design habilidoso, engenhoso e sensível, para prevenir/minimizar impactes negativos e cumprir com os princípios da sustentabilidade em particular nas dimensões económica, social e ambiental.

A Sustentabilidade no Design

Sustentabilidade: Diferentes dimensões, diferentes desafios

Eco-

Eficiência

Crescimento

Económico

Equilíbrio

Ambiental

Progresso

Social

Valor

Sustentável

Socio-

Económico

Socio-

Ambiental

Econom-

Ambiental

Design para Ambiente/

Ecodesign

Design para Protecção

Ambiental

Design para Conservação

de Recursos

Design para a

Sustentabilidade

e.g. Conceito: 3R (reduzir; reutilizar,

reciclar)

Product – D4X & Life span

Variáveis gerais: e.g. Melhorar a experiência do utilizador - funcionalidade, durabilidade, forma/ estética; Especificações

de desempenho, disponibilidade, manutenção, materiais, tecnologia de processamento, custos, necessidades do

consumidor; Fatores humanos melhorados; Espírito/ perceção do consumidor

Bens duradouros: Tempo de vida de 10 anos ou mais, e necessitando de

energia para operar, terão impactes característicos predominantemente na

fase de uso. Objetivos de D4X: Conservação de energia, e eliminação de

tóxicos e outros constituintes menores (que compliquem a manutenção e

atualizações). Comunicação do produto: Centra-se no custo de posse para

o cliente, e sublinha a qualidade do produto. Esforço interno para promover

a D4X centra-se no design industrial, na I&D, e sublinha a inovação.

Produtos para “usar & deitar fora”, tais como as fraldas para bebé, são

tipicamente dominadas por questões com resíduos sólidos e pela fonte de

matéria prima (fibras celulósicas). As estratégias de D4X podem concentrar-

se na biodegradabilidade e eliminação dos materiais problemáticos que

podem lixiviar contaminando aquíferos. As exigências no controlo de custos

sugerem uma intervenção através do fabrico, enquanto a promoção de uma

deposição responsável será interessante do ponto de vista do marketing.

Tal como o marketing, a gestão da cadeia de fornecimento pode ser

estimulada internamente para gerar valor para o negócio, e.g. a certificação

da fonte sustentável da fibra.

Produto - Perfis Ambientais

Imp

acte

materiais produção fim de

vida

uso

a) Bens duradouros

Imp

acte

materiais produção fim de

vida

uso

b) Bens não-duradouros

Caso: Automóvel

- Fluxos materiais no ciclo de vida do automóvel são muito complexos: minério & m. primas > materiais industriais c/. especificações desejadas > Fabrico de componentes (combinação de diferentes materiais) > Montagem do veículo

- Um veículo contém ca 20 000 partes, envolvendo mais de 200 materiais diferentes.

- Inovação: motores (redução e controlo de poluição; consumo combustível), redução de peso/ materiais alternativos e mais leves,

- Indª Reciclagem tem 3 contribuições: a) Sucata de produção (reciclagem

imediata); b) Sucata contaminada (baixo valor de mercado) na recuperação de VFVs; c) Resíduos de fragmentação (ASR) (atualmente depositados em aterro);

- Necessário minimizar perdas em (b) e (c) > Design do produto e

utilização de materiais.

- Entre modelos: Grandes diferenças em peso e composição de materiais

(*) In: http://www.alcan.com/web/publishing.nsf/Content/Environment+and+Life+Cycle+Benefits+of+Automotive+Aluminum

Source: Alcan (*)

Materiais no ciclo de vida do automóvel de passageiros (NL)

Componentes da reciclagem

Desmantelamento

Transporte

(polímeros,vidro, fluidos)

Transporte

500km

Separação Não ferrosos Transporte

Separação à mão Transporte Aterro

Reciclagem Reuso Desfragmentação

Transporte Transporte

Transporte

Reciclagem de cobre

Inicio Reciclagem

Transporte

Reciclagem de aço Reciclagem zinco

Transporte

Reciclagem de aço

Transporte

Transporte Uso alternativo

Extracção & Transformação de Matérias Primas

Aço Alumínio Ferro Cobre Zinco Chumbo Vidro Outros

Produção

Utilização

Deposição

499 kg aço

31kg alumínio

10 kg cobre

176kg outros

136 kg ferro

7 kg zinco

9 kg chumbo

37kg jantes

75kg ferrosos

20kg aluminio

5kg outros

- museu

- colecção privada

- outros

25km

98 % 2 %

VFV: 880 kg

137kg (partes de + valor) 105kg (outas)

50 km

300km

200km

500km

500km

500km

507kg (Aço & Ferro)

50% 50%

509kg Fracção ferrosa

2kg cobre

40 kg Fracção não-ferrosa

89kg LASR (+ finos)

22.8kg HASR

0.7kg cobrre

10.3kg Al 6kg zinco 0.2kg aço

21

EXTRACÇÃO

Rec. Naturais

PROCESSAMENTO

DE MATERIAIS

FABRICO DO

PRODUTO

EMBALAMENTO

& DISTRIBUIÇÃO

RECOLHA DO

PRODUTO FABRICO INVERSO

DO PRODUTO

REPROCESSAMENTO

DO MATERIAL

USO &

SERVIÇO D

C

B

A

C

B D Regeneração: Monomero/ Matéria prima

Reutilização do produto

Reutilização de componentes

Reprocessamento de materiais reciclados

Necessário o fecho dos ciclos materiais:

A

Ambiente

Minimização de fluxos resíduais Extracção minimizada

Criação de valor pelo Design

• Do briefing ao design - Relacionamento entre variáveis de

problemas e soluções de design; na prática corrente do briefing tende-se a centrar excessivamente na solução; 3 principais problemas identificados (fonte: arquitectos) são: o enunciado das necessidades (ie capturar os requisitos, necessidades e desejos), a inadequada comunicação entre as partes envolvidas no briefing (q afecta a incorporação de todos os aspectos na solução) e o tempo insuficiente para a sua realização.

• Análise funcional – Processo para: identificar funções (produto,

serviço, processo, organização); quantificar desempenhos a atingir; melhorar a comunicação. Torna possível separar as soluções existentes em termos tecnológicos, construtivos ou organizacionais

• Ulrich K & Eppinger S (2000): In general, “the design function plays the lead

role in defining the physical form of the product to best meet customer needs.

In this context, the design function includes engineering design (mechanical,

electrical, software, etc.) and industrial design (aesthetics, ergonomics, user

interfaces)"

D4X: Estratégias e ferramentas

X = Sustentabilidade, Re-Manufactura, Eco-…, Reutilização, Reciclagem, …

Ideia básica do eco-design: a redução

dos impactes ambientais ao longo das fases do ciclo de vida do produto, por melhoria do design de produto.

Questões : - ‘Ambiente’: Porque é um tópico

relevante, e com interesse particular para as empresas?

- ‘Ecodesign’: será suficiente?

Fig. Para diferentes níveis de abordagem,

diferentes resultados

D4S versus EcoDesign

• EcoDesign: approach dealing mainly with environmental

and economic effects (and thus with eco-efficiency), based on

a lifecycle perspective of costs and impacts (LCA, LCC);

• Design for Sustainability: approach that embeds

systematically the design in Sustainability; addresses all dimensions of Sustainability looking at bigger systems and asking more fundamental questions about consumption and

production.

Example: (Eco)Design Strategies at the USEPA

– Product system life extension

– Material life extension

– Material selection

– Reduced material intensiveness

– Process management

– Efficient distribution

– Improved management practices

Source: the US EPA Life-Cycle Design Guidance Manual (page 62)

Sustentabilidade: Diferentes dimensões, diferentes desafios

Eco-

Eficiência

Crescimento

Económico

Equilíbrio

Ambiental

Progresso

Social

Valor

Sustentável

Socio-

Económico

Socio-

Ambiental

Econom-

Ambiental

Design para a

Sustentabilidade

DfAll: Processo de Concepção (produtos, serviços, sistemas) =>

Desafia: o designer a integrar as necessidades de todos os possíveis

utilizadores; Permite: ao designer criar produtos que sejam funcionais,

esteticamente agradáveis, e utilizáveis por um nr. pessoas tão alargado

quanto possível (e.g. maximizando a gama de possibilidades e a gama de

situações de aplicação).

Exemplo de Inclusividade> http://www.ad-awards.com/inc/video.swf?id=104

Estudo de caso – solução alimentar

Os empregados

escolhem menus e

efectuam as

encomendas

EMPRESAS

COZINHA CENTRAL

SISTEMA

CENTRALIZADO DE

INFORMAÇÃO

Distribuição das refeições

A cozinha central

disponibiliza os

diferentes menus no

portal de internet

MERCADO

MUNICIPAL

As pessoas idosas/

carenciadas levam as

refeições para casa

SERVIÇOS SOCIAIS

Os Serviços Sociais

indicam o número e

as características

específicas dos

menus

CASA

Entrega das

refeições

Further reading: Evans et al (2007). Industrialization as a key element of sustainable product-

service solutions, Int. J. Production Research 45:18, 4225-4246

Sustentabilidade: Diferentes dimensões, diferentes desafios

Eco-

Eficiência

Crescimento

Económico

Equilíbrio

Ambiental

Progresso

Social

Valor

Sustentável

Socio-

Económico

Socio-

Ambiental

Econom-

Ambiental

Design para a

Sustentabilidade

+ Dimensão Institucional do DS -Douglas North (Nobel Economia, 1993): “ Um país sem instituições fortes e

estáveis no tempo terá sempre um desempenho económico medíocre, mesmo que

detenha grandes riquezas naturais”;

- Acemoglu & Robinson (2012) Why Nations Fail – The origins of power, prosperity

and poverty, Crown Business Books, N. York.

29

Uma nova maneira de pensar… (E.g. Que fazer com um velho televisor ?)

Recursos

Produção

Consumo

Recolha

Fecho do ‘loop’

Desmaterialização

Design

Suficiência

…e de agir!

Fonte: Adaptado de Brattebo (2005)

Q: How can we best emphasize environmental impact

of products during the product development process?

• Fit with PD Process

• Dimensions of Environmental Impact

• Current Trends and Approaches

–Green Marketing

–Life-Cycle Analysis

–Design for X (e.g. Recycling)

• Sustainability

–Life-Cycle Models

• Where to go from here?

31

Espaço criativo Produção de ideias

Objectivos do design para a Sustentabilidade

• 100% cíclicos: Sistemas constituídos por materiais orgânicos, para que sejam recicláveis ou compostaveis, e/ou por materiais minerais de modo a poderem circular continuamente em ciclos fechados.

• Utilizadores de energia renovável durante as fases de produção e uso.

• Seguros: Não-tóxicos no uso & deposição, e cuja produção não cause a libertação de substâncias tóxicas ou a disrupção em ecossistemas.

• Eficientes: Na produção e uso precisem no mínimo 90% menos materiais, energia e água do que outros sistemas ao fornecerem uma função equivalente (ref. 2000).

• Socialmente orientados: Na produção e uso, dignificar os direitos humanos básicos e a justiça (exige adequada gestão de ‘stakeholders’)

...é fazer produtos:

33

Desmaterialização? (reduzir impactes no uso de materiais)

Implementação – Diferentes vias para a transição:

- Aumentando a eficiência na utilização material (menos materiais na concretização de uma dada função/ objectivo);

- Substituindo materiais (os mais pesados por mais leves);

- Reutilizando/ Reciclando materiais (utilizando materiais secundários para reduzir o consumo de materiais primários);

- Reduzindo o consumo/procura de produtos per capita (opções várias: da reparação e actualização, à partilha de bens caros e de grande dimensão).

Oportunidade da estratégia não é universal – Desvios:

(a) Materiais mais leves nem sempre são os mais favoráveis ambientalmente; (b) Alteração

de materiais pode causar efeitos colaterais e.g.: reduzindo o tempo de vida, maior

necessidade de transportes, tendência para a rejeição em vez de reparação após utilização,

ou a redução de reciclabilidade; (c) A extensão do tempo de vida pode levar à ‘fossilização’

do equipamento (e.g. manter equipamento obsoleto consumindo intensivamente energia),

bem como a adiar a geração de resíduos; (d) O envolvimento de novas tecnologias

arrastando a novos fluxos materiais e a consumo de energia; (e) Recuperação e reciclagem

podem resultar em efeitos colaterais indesejáveis devido a maior exigência em transportes

e consumo de energia.

34

1

2

3

0

4

5

6

7

9

10

Selection of

favourite solutions

(converge)

Selection of main

solution concepts

(converge)

Testing & Refinement

Production of

final solution

New solutions required?

Fine-tuning/ Updating

Start

Customised solution

design (converge)

Y

N

Inspiration

Inspiration

Inspiration

Inspiration

- Initial business profile

- Vision & Strategic planning

- Mission statement/ Goals

From design to production of solutions

A innovation cycle

35

Multi-step process

0. Vision & strategic planning from the platform promoter(s) + Goals

1. Tentative solution generation (w/n initial context of use criteria)

2. Selection of favourite solutions + Platform visions & Start-up (directions from potential partners)

3. Concept development - Refining solution generation (w/n selected context of use criteria and selected potential partners)

4. Selection of main solution concepts + Platform definition

5. Detailed input from platform partners + Elaboration of business plan

6. System level design (Customised solutions) + More specific partners

7. Adjust specific solutions to new selected partners

8. Testing & refinement of solutions in pilot case

9. Final solution

10. Production ramp-up

36

Design Strategies

• Strategies identified in the US EPA Life-Cycle Design Guidance Manual (page 62):

– Product system life extension

– Material life extension

– Material selection

– Reduced material intensiveness

– Process management

– Efficient distribution

– Improved management practices

37

Example 1: Product system life extension • Product life can be measured in

– number of uses or duty cycles

– length of operation (i.e., operating hours, months, years, or miles)

– shelf life (e.g., for chemicals)

• Products become obsolete because of

– technical obsolescence

– fashion obsolescence

– degrade performance or structural fatigue caused ny normal wear over repeated uses

– environmental or chemical degradation

– damage caused by accident or inappropriate use

• Srategies for life extension are

– appropriately durable

– adaptable

– reliable

– serviceable (maintainable and repairable)

– remanufacturable

38

Example 2: Material life extension

• Material life extension can be achieved through recycling.

• Issues to consider are: – types of recycled material

• home scrap • pre-consumer • post-consumer

– recycling pathways • closed loop • open loop

– infrastructure • recycling programs and participation rate • collection and reprocessing capacity • quality of recovered material • economics and markets

– design considerations • ease of disassembly • material identification • simplification and parts consolidation • material selection and compatibility

40

A DFE-Tool: Lifecycle Design Strategies Wheel

1

Selection of low-impact materials

Non-hazardous materials

Non-exhaustable materials

Low energy content materials

Recycled materials

Recyclable materials

0

New Concept Dev elopment

Dematerialisation

Shared use of the product

Integration of functions

Functional optimization of product (components)

2

Reduction of material

Reduction in weight

Reduction in (transport) volume+-

3

Optimization of production techniques

Alternative production techniques

Fewer production processes

Low/clean energy consumption

Low generation of waste

Few/clean production consumables4

Efficient distribution system

Less/clean packaging

Efficient transport mode

Efficient logistics

5

Reduction of the env ironmental

impact in the user stage

Low energy consumption

Clean energy source

Few consumables needed during use

Clean consumables during use

No energy/auxiliary material use

6

Optimization of initial life-time

Reliabil ity and durability

Esay maintenance and repair

Modular product structure

Classic design

User taking care of product

7

Optimization of end-of-life system

Reuse of product

Remanufacturing/refurbishing

Recycling of materials

Clean incineration

Priorities for the new product

Existing product

Brezet, J. C. and al., e., 1994, PROMISE Handleiding voor Milieugerichte Produkt Ontwikkeling (PROMISE Manual for Environmentally Focused Product Development), SDU Uitgeverij, The Hague, The Netherlands.

Hemel, C. G. v. and Keldmann, T., 1996, "Applying DFX Experiences in Design for Environment," Design for X: Concurrent Engineering Imperatives, Chapmann & Hall, London, pp. 72-95.

41

Estudo de caso – análise comparativa

Situação de referência /Solução alimentar

Materiais

Energia

Àgua

TransportesResíduos

Água residual

Aquecimento global

Situação de referência Solução alimentar

+ • < consumo de energia

• < consumo de água

• < utilização de transportes

- • > consumo de material

• > produção de resíduos

42

LCA - Análise (quantitativa) do ciclo de vida

Objectivo & Âmbito

(ISO 14040)

Inventário CV &

Análise

(ISO 14041)

Avaliação de Impactes

(ISO 14042)

Interpretação de resultados

(ISO 14043)

LCA - Análise (quantitativa) do ciclo de vida

Objectivo & Âmbito

(ISO 14040)

Inventário CV &

Análise

(ISO 14041)

Avaliação de Impactes

(ISO 14042)

Interpretação de

resultados

(ISO 14043)

-Definição dos objectivos do estudo.

-Escolha da unidade funcional (crítico para a

normalização de resultados).

-Delimitação das fronteiras do sistema.

-Qualidade dos dados necessários.

-Regras básicas.

-O Sistema : Construção do diagrama de ciclo de vida.

-Recolha de dados.

-Utilização de dados.

-Aplicação das regras básicas, tendo em consideração a

existência de co-produtos.

-Calculo do inventário de CV.

-Identificação da contribuição dos fluxos nas diferentes fases do

CV, e identificação das mais representativas.

-Selecção das categorias de impacte.

-Determinação dos fluxos que são considerados na

avaliação de impactes.

-Determinação das suas contribuições nos impactes

-Calculo dos impactes

-Identificação dos fluxos principais geradores de impactes

44

LCA - Análise (quantitativa) do ciclo de vida

Objectivo & Âmbito

(ISO 14040)

Inventário CV &

Análise

(ISO 14041)

Avaliação de Impactes

(ISO 14042)

Interpretação de

resultados

(ISO 14043)

- Identificação dos pontos fortes e fracos dos

casos estudados.

-Confirmação dos objetivos predefinidos na

primeira fase da metodologia.

-Validação de soluções de intervenção

recorrendo a:

- recolha de dados adicionais.

- análise de sensibilidade, cenários.

-Detalhe das aplicações e das fronteiras/

limitações que afetam o estudo.

-Relação com outros estudos; Trabalho

futuro.

LCA na prática: avalia os efeitos ambientais associados a um produto, processo ou atividade, desde a extração de matéria prima até ao destino final

Extracção de m.p.

Processamento de materiais

Fabricação do produto

Distribuição

Uso

Destino final

Matérias primas

Energia

Produto

Co-produto

Emissões p/ o ar

Resíduos sólidos

Emissões p/ a água

Emissões p/ o solo

Entradas Saídas

Transportes

Outline

• The problem definition

• Efficiency & Effectiveness

• DfS & LCA

• Case study

• Edifício: ator essencial na redução global de energia e de CO2 (ca

42% da energia final consumida na EU, ca 36% das emissões CO2

totais, ca 30% das matérias primas, e 25% da água potável)

• Stock de edifícios (existente): Em 2050 prevê-se que 75% dos

edifícios ainda estarão em uso nos países desenvolvidos

• EE: deve aumentar (produção-consumo: edifício, zona urbana,

cidades inteligentes)

CASE STUDY – The Building Sector

(% CO2)

Buildings & Construction

Source: Adapted from Lca Center (Dk)

• Housing: complex and long-lived product

• Environmental impacts throughout its lifecycle (use

of resources; emissions and wastes)

• C&DW in particular: Resources are being wasted without a respective value creation

• Portugal (northern coast): ca 1.1 x 106 ton C&DW (10%

recycling rate)

• EC: growing reuse and recycling rates (Other EU

countries: ~ 80% recycling)

• Create & design housing solutions: The role of LCA

Life Cycle - Zero Energy Building (LC-ZEB)

“…a building where the primary energy used in operation plus the energy embodied within

its constituent materials and systems, including energy generating ones, over the life of the

building is equal to or less than the energy produced by its renewable energy systems

within the building over their life time”. (in: Ramesh et al, 2010)

Nearly Zero-Energy Building (NZEB)

“The nearly zero or very low amount of energy required should be covered to a very significant

extent by energy from renewable sources, including energy from renewable sources produced

on-site or nearby”. (in: Dir. 2010/31/EU, EPBD)

Source:(Dokka and Rødsjø, 2005

51

52

5 10 20

Factor 2

Factor 5

Factor 10

Time Horizon 50 y

EcoEfficiency

Rate

20

Present Scope of

Business

Development

Projects

Sc0

Short –Term

Long–Term View Medium–Term View

Reparar > Refinar > Redesign > Repensar

O Producto Todo o Sistema

I = Ps x AL x M

Necessidades de longo prazo – Que direcções para inovar?

53

Ano

2000: 1 = 1 x 1 x 1

2050: 0.4 = 2 x 4 x 1/20

Δ50 anos Ps = factor 2 AL = factor 4 M = factor 20

I = Impacte total (carga ambiental)

Ps = Dimensão populacional mundial

AL = Nível de afluencia (nível de riqueza e prosperidade por pessoa);

equivalente a unidades de serviço per capita

M = Metabolismo como a riqueza é criada; equivalente à

carga ambiental por unidade de serviço realizado

I = Ps x AL x M

Que direcções para inovar ?

Inovação tecnológica vs impacte ambiental*:

(*) Ehrlich and Holdren (1971); Commoner (1972)

54

Aplicação na forma EPAT. Enfase:

> Carga ambiental (EL), em vez de impacte total (I). Assim: EL = PS x AL x M

> Factor tecnológico (T) em vez do metabolismo como se cria riqueza; exprime a quantidade de emissões ou energia usada por unidade de PIB; agrega tudo o que não é descrito pelos dois outros termos, sendo calculado como I/(PA); T é uma forma multidimensional do modo como a riqueza é criada por um metabolismo específico, relacionada com a carga ambiental por unidade de produção/ prosperidade/ consumo (mede a quantidade de energia, matérias primas, emissões, resíduos e espaço necessário para a produção de uma unidade de serviço).

Assim o Impacte ou Carga Ambiental = = População x (PIB per capita) x (Impacte Ambiental/ PIB per capita) = População x (Produção de unidades de serviço/Pessoa) x (Carga Ambiental/ Unidade de serviço realizado) =

= (Produção de unidades de serviço) x (Ecoeficiencia)

Exemplo

_EPAT é utilizada no debate sobre Alterações climáticas, onde é conhecida como ‘Kaya identity’ (Kaya, 1990. In: Hertwich & Katzmayr, 2004).

‘Kaya identity’:

Emissões CO2 = P x (PIB/ P) x (E/PIB) x (CO2 /E) onde E é a energia utilizada (unidade de análise: tipicamente um país ou grupo de países). Waggoner & Ausubel (2002, PNAS 99, 12: 7860-7865) generalizaram a ‘Kaya identity’ e consideram que o 3º termo se refere a uma “intensidade de uso” (pelo qual os consumidores são responsáveis) enquanto o 4º termo se refere à eficiência, determinada pelos produtores.

Intensidade

energética

Intensidade

carbónica

55

Estratégias para uma agenda de desenvolvimento sustentável no sector da energia

(Fonte: BCSD-Portugal, 2005:7)

Fonte: http://www.vattenfall.com/www/vf_com/vf_com/index.jsp

Source : US.NREL - National Reneawble Energy Laboratory – June 2013

EE & Desempenho dos edifícios

Impacto no sector da construção

Fig. Diferentes ELC no desempenho dos edifícios (in: Hernandez & Kenny, 2010)

EOP (kWh, energia primária)

EEMB (kWh, energia primária)

Edifício Convencional ( alta EOP; média EEMB)

Edifício de Baixa Energia ( média EOP; média EEMB)

Edifício de Mto. Baixa Energia ( média EOP; média-alta EEMB)

ZEB ( zero EOP; diferentes valores de EEMB)

Edifício Produtor de Energia ( EOP < 0; alto EEMB)

Se: ELC = 0,

Então: LC-ZEB

LC-ZEB

Fig. EOP e ELC nas fases do ciclo de vida do edifício (in: adatado de EN 15643-2, CEN/TC 350)

ELC

EOP

Fig. The Solar XXI building (NZEB case) a) Main façade; b) Heat recovery system

Fig. Solar energy convertion in the Solar XXI

buiding: a) PV panels; b) Solar thermal collectors

(In: Gonçalves et al, 2012)

The NZEB system: ‘Solar XXI’ building (Lisbon, 2006)

ELC = 33,8 GJ/m2 EOP = 65,6% ELC; EEMB =34,4% ELC

OBS: Convencional buildings have a

EOP = 80-90% ELC and EEMB = 10-20% ELC

adaptado de IPTS (2012: 41)

Ordenamento do território

Atividades gerais da administração pública

Pedreiras e mineração

Distribuição e

logística

Eletricidade , gás, vapor , ar condicionado

Distribuição

Utilizadores

Cadeia de valor Cadeia de fornecimento

Gestão e valorização de

resíduos

Cimento, betão, cal e gesso

Tijolos, azulejos, cerâmicas, outros

Madeiras

Metais

Maquinaria para construção

Acabamentos interiores

Fornecedores de AVACs, serviços de

água, etc

Projeto de Construção Atividades de arquitetura

e engenharia

Construção

Remodelação

“Desconstrução”

reutilização

reciclagem

Fontes de energia renovável

Outros (fornec. de água, serviços de resíduos, etc.

Ca

de

ia d

e fo

rne

cime

nto

Fase d

e uso

Fim

de vid

a

Produção-consumo mais sustentável – Caso do Setor ‘Edifícios’

Fig. Impactes ambientais no ciclo de vida da construção - 1ª fase, i.e. produtos da construção

(in: Partidário et al, 2008)

Edifício ‘Solar XXI’: Desempenho no Ciclo de Vida

Fig. Edifício Solar XXI - Impactes no seu ciclo de vida (in: LNEG, 2012)

Edifício de ‘Serviços’ : ca 30 ocupantes

Tempo de vida: 50 anos

UF: 1 m2 (área util)

Fig. Produção de energia térmica - Conversão de 1 kWh (LCA, método RECIPE Midpoint (H) v

1.10 após normalização (in: LNEG, 2014)

Fig. Produção de energia elétrica – Conversão de 1 kWh a nível local e em área urbana (in:

LNEG, 2014)

RES: Desempenho ambiental

(… integração Edifícios e Áreas urbanas)

Edifícios & Sustentabilidade (edifício, distrito urbano; cidade)

ACV

edifício

ACV

infraestrutura

ACV

edifícios

ACV transportes

ACV

uso do solo

Fig. Life cycle stages of a building (based on: EN 15643-2, CEN/TC 350)

LC stages considered

1 Impact category:

Climate Change (kg CO2 /m

2.y)

1 Impact indicator:

Primary energy consumed (kWh /m2.y)

Dwellings: Demolition and other processes

have a negligible impact: aprox 1% ELC

(In: Ramesh et al, 2010)

Fig. Design de produto: Redução de impactes diretos e indiretos, e a

avaliação de soluções alternativas (eg. LCA)

Fonte: Report EUR 2567 EN

Processo de design:

- Fase inicial com muitas soluções e poucos dados

- Mais tarde: menos opções, mais informação, e melhor LCA

EnerBuiLCA Tool

Fig. Structure of streamlined

LCA in the EnerBuiLCA tool

(in: Bribián et al, 2009)

The ‘EnerBuiLCA’ approach (www.enerbuilca-sudoe.eu)

Fig. Stages of LCI and LCIA

(classification/ characterization steps)

for the impact category: Global

warming (EnerBuiLCA, 2012)

UE/EU – FEDER/ERDF

Caraterização do edificio

Resultados ACV

Resultados (cont.)

Caso: Bloco de apartamentos na ecocidade de Valdespartera, Zaragoza - Aragón

‘UrbiLCA’ (Sudoe-Interreg IV B; 2013-2014)

Objetivos:

- Promover a eficiência de recursos (energia; matérias

primas) e a redução de impactes ambientais

- Promover a utilização de ACV como instrumento de

avaliação na conceção e planificação de novas áreas, e

em reabilitação ou reequipamento.

Tarefas principais:

- Base de dados de impactes com infraestruturas, serviços e

atividades em área urbana

- Desenvolvimento da ferramenta informática para áreas urbanas

- Aplicação em áreas piloto

- Publicidade e rentabilização de resultados

Âmbito: Edifício -> Área Urbana - Stock de edifícios e ocupação do espaço

- Infraestruturas

- Serviços e atividades

Obrigado pela V. atenção Paulo Partidário LNEG – Campus do Lumiar Estrada Paço do Lumiar, 1649-038 LISBOA, PT Tel. +351 210 924 658 paulo.partidario@lneg.pt www.lneg.pt