Environmental hotspots in cataphoresis process of automotive industry

Sanayileşmenin hızlı bir şekilde büyümesi, artan nüfus, değişen iklim şartları ve dünya koşulları nedeniyle endüstriden kaynaklanan çevresel etkiler her geçen gün büyümektedir. Son dönemde çevre ile ilgili konularda toplumsal duyarlılığın artmasıyla birlikte, proje geliştirme ve uygulama süreçlerinde verilen tüm kararların çevresel boyutu daha da önem kazanmıştır. Ürün yaşam döngüsü analizi karar verme süreçlerinde gittikçe daha sık başvurulan ve sürekli geliştirilen bir yöntemdir. Ürün yaşam döngüsü, bir ürün ya da hizmet üretiminde kullanılan hammaddelerin elde edilmesinden başlayarak, ilgili tüm üretim, sevkiyat, tüketici tarafından kullanım ve kullanım sonrası atık bertarafını ve tüm bunların çevresel etkilerinin analizini kapsamaktadır. Bu nedenle, gelişmiş ülkeler su tüketimi, kimyasal ve enerji sarfiyatını azaltmak ve sürdürülebilirlik etkinliğini arttırmaya çalışmaktadırlar. Son yıllarda, kataforez sistemi otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kapsamda, bu çalışmanın ana amacı, otomotiv endüstrisinde kullanılan kataforez prosesinin çevresel etkilerinin ürün yaşam döngüsü değerlendirmesi yaklaşımı kullanılarak ortaya koyulmasıdır. Bu çalışma, otomotiv endüstrisinin yaygın olarak kullanılan kataforez sürecini, su, kimyasal ve enerji tüketimi bakımından yıllık 6109 araç (kamyon, otobüs) üretimi ile değerlendirmekte ve söz konusu sürecin sürdürülebilirlik durumunu yaşam döngüsü değerlendirme yaklaşımı ile incelemektedir. Çalışmada öncelikle bir otomotiv fabrikasının su yönetim sistemi incelenmiştir ve geri kazanılabilirlik oranları belirlenmiştir. Sonrasında aynı tesiste kataforez sistemi çevresel etkileri yaşam döngüsü ile araştırılmıştır. Sistem sınırları kataforezin ön işlem ve elektrokaplama proseslerinden oluşmaktadır. Su girdi ve çıktıları kesikli ve sürekli akışları, enerji girdileri, kimyasal girdileri, kimyasalların tesise taşınması süreçleri tesiste ele alınan ana süreçlerdir. Bunların yanısıra tesisten çıkan atıksuların arıtılması ve fosfat çamurunun susuzlaştırılıp uzaklaştırılması prosesleri de süreçlerde yer almaktadır. Otomotiv endüstrisinde çeşitli proseslerde kullanılmak üzere çeşitli kimyasallarla birlikte önemli miktarda su girişi gerekmektedir. Kataforez işlemi iki ana alt süreçten oluşur. Bunlar, ön işlem ve elektrokaplama (ED) prosesleridir. Ön işlem veya yüzey hazırlama işlemi, sıcak suyla durulama, yağ giderme, durulama, yüzey aktivasyonu ve fosfat kaplamasını ve ardından birkaç durulama aşamasını içeren bir dizi işlemden oluşur. Bu işlemlerden sonra elektrokaplama gerçekleşir. Sonuç olarak, kataforez işleminde, korozyona dayanıklı ve diğer yüzey uygulamalarına karşı dirençli bir metal yüzey elde edilir. Bu süreçte atık suyun geri dönüştürülmesi ve yeniden kullanılması, bu proseste önemli miktarlarda su tüketildiğinden ve atık su üretildiğinden, sürdürülebilirlik çalışmaları için büyük önem taşımaktadır. Öte yandan, literatürde kataforez durulama havuzlarından üretilen atık suların yeniden kullanımı hakkında sınırlı bilgi bulunmaktadır. Kataforez işleminden kaynaklanan atık su, ağır metal iyonları içermektedir. Ağır metal iyonlarını bu atık sulardan uzaklaştırmak için, kimyasal çökeltme, adsorpsiyon, oksidasyon azaltma, elektrokimyasal arıtma, membran teknolojileri gibi çeşitli arıtma yöntemleri günümüzde kullanılmaktadır. Söz konusu yöntemlerin uygulanmasından kaynaklanan ekonomik ve teknik sınırlamalar, gelecek vaat eden teknolojilere odaklanmak için araştırma faaliyetlerini tetiklemektedir. Bu çalışma kapsamında, otomotiv endüstrisinin su tüketimi ve yaygın olarak kullanılan kataforez sürecini kirlilik yükleri açısından değerlendirilmiş ve bu süreçten kaynaklanan atık suların yeniden kazanım ve yeniden kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Otomotiv sektörünün kataforez süreci su tüketimi yoğun bir prosestir. İncelenen tesiste kataforez işlemleri için araç başına 0.68 m3 su tüketilmektedir. Sonuçlar kataforez işleminden kaynaklanan atık suların % 43' ünün doğada yeniden kullanılabilir olduğunu göstermektedir. Tekrar kullanılabilen atık su miktarı, soğutma sistemi ve kızgın su sistemlerinin atık sularının deşarjları da eklenerek yükseltilebilir. Sistemden çıkan bütün atık suların% 20'si dahil edilerek, uygun bir arıtmaya tabi tutulduktan sonra yeniden kullanılabilir kaynak olarak tanımlanabilir. Bu çalışmada ayrıca otomotiv endüstrisinde kataforez sürecinin su, kimyasal ve enerji tüketimi açısından değerlendirilmesi ve söz konusu sürecin sürdürülebilirlik sürecini yaşam döngüsü yaklaşımı incelenmiştir. Araştırmada kullanılan tüm veriler gerçek üretimden alınmıştır. Envanter verileri GaBi 7.3 yazılımı ile analiz edilmiştir. Veriler, sistemdeki her bir işlem için girdilere ve çıktılara dayanarak toplanmıştır. Girdi verileri enerji ve malzemeleri (kimyasal, su ve kimyasal taşınmasını) içerir. Çıktılar, atık su ve atık miktarlarını içerir. Etki kategorileri GaBi yazılımı tarafından, iklim değişikliği (CC), asitleşme potansiyeli (AP), partikül madde ve solunum inorganizması (PM), fotokimyasal ozon formasyonu (POF), ekotoksisite tatlı su potansiyeli (EP), ötrofikasyon (karasal, tatlı su ve deniz), insan toksisite potansiyeli (HTP), ozon tükenme potansiyeli (ODP) ve kaynak tükenmesi (su) açısından değerlendirilmektedir. Çalışmada, LCA yaklaşımıyla otomotiv endüstrisinin kataforez sürecinin çevresel etkileri hesaplamıştır. İncelenen tesisin çevresel etkilerinin literatür değerleri ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Çevresel etkilerin en yüksek payları ED ve UF su durulama tanklarından oluşmaktadır. Bunun başlıca sebebinin enerji kullanımından kaynaklandığı ortaya çıkmıştır. İncelenen fabrikanın kataforez işlemindeki toplam enerji tüketimi yaklaşık 12.5 kWh/m2' dir. Bu enerji tüketim değeri, literatürden büyük ölçüde yüksektir. Fakat, incelenen tesis eğer tüm üretim kapasitesini kullanırsa, bu tüketim değerlerinin literatür değerleri ile örtüştüğü görülmektedir. Literatür çalışmalarında binek araç üretimi söz konusu iken, bu çalışmada ticari araç grubuna giren kamyon ve otobüs üretimi yapılmaktadır. Üretilen ürünün tipi, ürün üretme kapasitesini etkilediğinden farklılığa neden olan etkenlerden biri olarak söylenebilir. Bu çalışmada ayrıca kimyasalların tesise taşınmasının sonuçlara etkisi de incelenmiştir. Kimyasalların taşınmasında, miktar, mesafe ve taşıma rotasının etkili olduğu fakat kimyasalların taşınmasının toplam sonuçlara etkisinin %1.60 değerinden az olduğu görülmüştür. Sonuçlar kataforez işlemlerinin neredeyse tüm çevresel etki kategorilerinin enerji tüketiminden etkilendiğini göstermektedir. Bu çalışmada, kataforez sistemi enerji kaynağı olarak Türkiye elektrik şebekesinden alınan elektriği kullanmaktadır. Bu nedenle, çevresel etkilerdeki elektrik kaynağına bağlı değişimi göstermek için Avrupa elektrik şebekesi ile yenilenebilir enerji kaynakları kullanıldığında sonuçların nasıl değiştiğine bakılmıştır. Sonuçlar, rüzgar enerjisi kullanımının çevresel etkileri en aza indirdiğini, güneş enerjisinin sonuçları düşürdüğünü fakat etkilerinin olduğunu, fosil yakıt kullanımının ise en fazla etkiye yol açtığını göstermiştir. Çevresel yükü en aza indirgemek için rüzgar veya güneş enerjisi kullanımının iyi bir çözüm olduğu gözükmektedir.