Fahrzeugmetallrecycling mit Reduzierung der CO2-Emissionen und des Energieverbrauchs

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ARTIGO ORIGINAL

MELO, Ronnan Hudson Jardim de [1], FERREIRA, Hugo Silva [2], FERREIRA, Gustavo Vinícius Mendes [3], ADÃO, Mauro Claret Rabelo [4]

MELO, Ronnan Hudson Jardim de. Et al. Vehicular Metallrecycling mit Reduzierung der CO2-Emissionen und des Energieverbrauchs. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Jahrgang 06, Ed. 06, Vol. 16, S. 96-140. Juni 2021. ISSN: 2448-0959, Zugangslink: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-mecanica/consumo-energetico, DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-mecanica/consumo-energetico

Zusammenfassung

Die Menge an Kohlendioxid, die in die Erdatmosphäre emittiert wird, hat im Laufe der Jahre zugenommen, ein Faktor, der zur Verschlechterung des Treibhauseffekts beiträgt. Basierend auf diesem Problem ist das Recycling von metallischen Materialien aus Fahrzeugen, die sich am Ende der Lebensdauer befinden, eine Alternative, die neben der Verringerung der Kohlendioxidemissionen in der Atmosphäre die Menge an Strom reduziert, die zur Gewinnung der in einem Fahrzeug vorhandenen Metalle verwendet wird. Für die Ausarbeitung dieses Artikels wurde die Theorie der bibliographischen Überprüfung in Verbindung mit der Klassifizierung von Metallkomponenten aus einem Altfahrzeug als Grundlage verwendet. Diese Klassifizierung erfolgte im Anschluss an die Berechnung der Menge an Kohlendioxid, die nicht mehr in die Atmosphäre emittiert wurde, und der Energie, die eingespart wurde, im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden zur Herstellung der metallen, die in einem Fahrzeug vorhanden sind.

Stichworte: Reverse-Logistik, Recycling, Kohlendioxid, Energie, Metallmaterialien.

1. Einleitung

Laut Borsari und Asuncion (2006) war die Zunahme der Konzentration von Treibhausgasen (THG) eines der größten Umweltprobleme der heutigen Ära. Die Aktion des Menschen hat zur Erhöhung der Konzentration von Kohlendioxid (CO2),Methan (CH4)und Lachgas (N2O) in der Erdatmosphäre beigetragen. Mit der Zunahme der Emission von Treibhausgasen könnte die Erdatmosphäre doppelt so viel Kohlendioxid wie zu Beginn des 19. Jahrhunderts erreichen. Daher werden Alternativen untersucht und in die Praxis umgesetzt, um die Kohlendioxidemissionen zu minimieren und damit den Treibhauseffekt zu verlangsamen. Das Recycling von Fahrzeugmetallmaterialien ist eine Alternative, die erforscht werden muss.

Das U.S. Institute of Metal Scrap Recycling Industries präsentierte Daten, die zeigen, dass Metallrecycling zu einer erheblichen Verringerung der Menge an Kohlendioxid beitragen kann, die in die Erdatmosphäre emittiert wird. Etwa 80% des gesamten Materials, das ein Fahrzeug ausmacht, ist metallisch. Stahl trägt 66% zum Gesamtgewicht eines Fahrzeugs bei, das unter anderem auch Aluminium, Kupfer, Zink und Blei hat (CASTRO, 2012).

Daher kann das Recycling der metallischen Materialien, aus denen ein Fahrzeug besteht, eine wichtige Alternative sein, um den Treibhauseffekt zu minimieren.

1.1 ZIELE

Das Hauptziel dieses Artikels ist es, zu zeigen, wie Fahrzeugrecycling, das speziell mit metallischen Materialien zusammenhängt, zur Verringerung der Kohlendioxidemissionen in die Erdatmosphäre und der Menge an Energie beitragen kann, die eingespart werden kann.

Die spezifischen Ziele dieses Artikels sind:

a) die Komponenten des FAHRZEUGS FIAT Marea 2.4 klassifizieren und katalogisieren;

b) die metallischen Materialien, aus denen das untersuchte Fahrzeug bestehen, zu identifizieren und zu quantifizieren und seine Masse zu messen;

c) auf der Grundlage von Forschungsarbeiten die Menge an Kohlendioxid bestimmen, die in Bezug auf die Emission in die Atmosphäre je nach Recycling der metallischen Materialien des untersuchten Fahrzeugs als Gegenleistung für die Gewinnung der Materialien durch herkömmliche Methoden abgemildert werden kann;

d) die Menge an Strom zu bestimmen, die durch das Recycling der metallischen Materialien des untersuchten Fahrzeugs eingespart werden kann, als Gegenleistung für die Gewinnung der Materialien durch herkömmliche Verfahren.

1.2 RECHTFERTIGUNGEN

Laut den Forschern Abreu, Albuquerque und Freitas (2014) wird der Mechanismus, der den Planeten Erde dazu bringt, bei einer durchschnittlichen Temperatur zu bleiben, die die Erhaltung des Lebens auf seiner Oberfläche ermöglicht, als Treibhauseffekt bezeichnet. Die übermäßige Emission von Treibhausgasen (THG), zu denen auch Kohlendioxid (CO2) gehört,hat diesen natürlichen Mechanismus des Planeten jedoch verschlimmert. Was kann den Klimawandel auf der Erde verursachen, wie steigende Meeres- und Lufttemperaturen. Abbildung 1 zeigt den prozentualen Beitrag der Hauptgase, die für den Treibhauseffekt verantwortlich sind.

Abbildung 1: Treibhausgase

Quelle: Castro (2012)

Wie abbildung 1 zeigt, ist Kohlendioxid eines der wichtigsten Treibhausgase mit einer Beteiligung von 55 % an diesem Phänomen, was die Abschwächung dieses Gases aufgrund des Recyclings von Fahrzeugen darstellt, eines der Hauptziele dieses Artikels. Methan (CH4),Lachgas (N2O) und FCKW-Gase (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) sind ebenfalls für den Treibhauseffekt verantwortlich.

Neben der Umweltiste ist das Fahrzeugrecycling auch mit der wirtschaftlichen Frage verbunden. Laut Passos (2013) gab es in den Jahren 1998 und 1999 eine Krise in der Industrie in Brasilien, die einen Rückgang der Zahl der im Land verkauften Neufahrzeuge auslöste. Um die Krise zu lindern, wurde das Vehicle Fleet Renewal and Recycling Program (PRRFV) ins Leben gerufen, an dem Automobilhersteller wie Fiat und General Motors beteiligt waren, die aber nicht lange andauerten, da sie mit dem Anstieg des Absatzes von Neufahrzeugen abgeschlossen wurden.

Der Autoabsatz in Brasilien wurde 2016 wieder aufgenommen und dauerte bis 2019. Aufgrund der Covid-19-Pandemie gab es 2020 jedoch einen Umsatzrückgang, wie abbildung 2 zeigt.

Abbildung 2: Neuwagenabsatz in Brasilien

Quelle: Fenabrave (2021)

Das Recycling von metallischen Materialien kann zur Senkung der Produktionskosten von Fahrzeugen beitragen, abgesehen davon, dass es ein weniger aggressiver Weg zum Planeten ist, um die gleichen metallischen Materialien zu erhalten, die in der Industrie im Allgemeinen verwendet werden.

In seiner Forschung hat Passos (2013) überprüft, dass es in Brasilien immer noch keine angemessene Struktur für die Durchführung des Fahrzeugrecyclingprozesses gibt. Nach Angaben der Großhandelsgewerkschaft für Eisen- und Nichteisenschrott (Sindinesfa) sind 98,5 % der brasilianischen Fahrzeugflotte nicht ausreichend für ihr Ende ihrer Lebensdauer bestimmt, oft aufgegeben, und nur der verbleibende Teil von 1,5 % wird in den Recyclingprozess überführt.  Weltweit zeichnen sich die fahrzeugrecycelten Prozesse in Europa, den Vereinigten Staaten und Japan aus. In Europa werden etwa 5,9 % der Fahrzeugflotte am Ende ihrer Lebensdauer recycelt. Dieser Prozentsatz kann nur erreicht werden, weil das Recyclingverfahren für Fahrzeuge durch die Europäische Richtlinie 2000/53/EG geregelt ist. Die europäischen Automobilhersteller haben sich verpflichtet, den Ausstoß von Kohlendioxid pro Liter Kraftstoff, der in einem Fahrzeug verbraucht wird, zu reduzieren und den Recyclingprozess für Fahrzeuge zu fördern. In den Vereinigten Staaten entspricht der recycelte Prozentsatz der Fahrzeuge jährlich 5,6 % der Fahrzeugflotte des Landes, und etwa 95 % der End-of-Life-Fahrzeuge (ELVs) oder Altfahrzeuge sind auf den Recyclingprozess für Fahrzeuge ausgerichtet. US-Bundesstaaten und Kommunen sind für den ordnungsgemäßen Umgang mit Altfahrzeugen verantwortlich. Im Jahr 2007 wurden in Japan etwa 4,4 % der gesamten Fahrzeuge des Landes in Form von ELV an Recycling weitergeleitet. In Japan gibt es seit 2005 ein Gesetz, das sich mit dem Recycling von Fahrzeugen auf nationaler Ebene befasst, und sein Ziel ist es, den Anteil des Recyclings eines Fahrzeugs schrittweise zu erhöhen (CASTRO, 2012).  Die Abbildungen 3 und 4 zeigen einen prozentualen Wertverlust der Autos 1,0 und der Autos 1,8 bis 2,0 in Brasilien in den ersten acht Lebensjahren und den prozentualen Wert dieser Altfahrzeuge (ESV).

Abbildung 3: Prozentualer Wert des Fahrzeugabsatzes 1,0 in Brasilien

Quelle: Adapted from Castro (2012)

Bei der Analyse der in den Abbildungen 3 und 4 dargestellten Daten wird der Schluss gezogen, dass in Brasilien Autos 1,8 bis 2,0 schneller abwerten als Autos 1,0 und dass sie einen niedrigeren Verkaufswert haben, wenn sie zu EVS werden. Die Steigerung des Mehrwerts dieser EV ist von großer Bedeutung für die Förderung des Fahrzeugrecyclings.

Angesichts der vorgestellten Daten zielt dieser Artikel darauf ab, Methoden zur Verringerung der Kohlendioxidemissionen durch Recycling von Metallwerkstoffen zu analysieren und so zur Verlangsamung des Treibhauseffekts beizutragen. Darüber hinaus sucht dieser Artikel durch das Recycling von Metallwerkstoffen eine neue Art der Erwärmung der brasilianischen Wirtschaft, da dies ein Markt ist, der im Nationalen Territorium wenig erforscht ist, da Brasilien ein hohes Potenzial für die Umsetzung dieser Praxis hat.

2. BIBLIOGRAPHISCHE REZENSION

Dieses Kapitel wird mit wissenschaftlichen Grundlagen für die theoretische Grundlage des Artikels vorgestellt, wie historische Konzepte, Rechtsvorschriften über Fahrzeugrecycling, Beschreibung des Fahrzeugrecyclingprozesses, Materialien, die in diesem Prozess wiederverwendet werden können, Treibhauseffekt und wie das Recycling von metallischen Materialien Kohlendioxidemissionen und Energieverbrauch reduzieren kann.

2.1 RECYCLINGKONZEPT

Laut den Forschern Lomasso et al. (2015) ist Recycling eine Alternative zur Rückgewinnung von Materialien, die verworfen würden, was ihnen eine alternative Verwendung als Rohstoff in einem neuen Produkt gibt. Der Recyclingprozess umfasst verschiedene Arten von Materialien, wie Metalle, Kunststoffe, Glas und organische Abfälle.

Recycling ist ein relativ neuer Prozess, der in den 1940er Jahren während des Zweiten Weltkriegs eingeführt wurde. Als die Vereinigten Staaten in den Konflikt eintraten, gab es eine große Wirtschaftskrise im Land aufgrund der Ausgaben, die im Krieg konzentriert waren, was dazu führte, dass die Bevölkerung unter Materialknappheit wie Papier, Stoffen und Aluminium litt. Die von der Regierung vorgeschlagene Lösung zur Lösung des Problems bestand darin, die Bewohner zu ermutigen, Materialien zu spenden, die entsorgt würden, um sie in Industrien wiederverwenden zu können.

In den 1970er Jahren entstanden in den Vereinigten Staaten Einwegprodukte, die dafür verantwortlich sind, dass die Menge der in die Umwelt entsorgten festen Abfälle deutlich zugenommen hat. Folglich wurde darüber diskutiert, wie der wachsende Verbrauch mit der hohen Menge an ausrangierten Materialien in Einklang gebracht werden kann, und das Recycling war eine der Methoden, die zur Lösung dieses Problems verwendet wurden.

In Brasilien gab es in den siebziger Jahren große Besorgnis über die unzureichende Abfallentsorgung und den unbewussten Verbrauch von Rohstoffen durch die Industrie, was zu einem Ungleichgewicht in der Umwelt geführt hat. Daraus entstanden neue Wege der Wiederverwertung dieser Abfälle im Land, und die Papierindustrie war einer der Pioniere bei der Verwendung dieses Verfahrens, mit der Verwendung von Recyclingpapier und der Realisierung der Wiederaufforstung.

In den 1980er Jahren nahm das Recycling von Kunststoffen im Land aufgrund der Verwendung von Flaschen aus Ethylenpolyethalate (PET) stark zu. In den 1990er Jahren gab es eine Zunahme des Recyclings von metallischen Materialien im Land, wie Aluminium, getrieben durch den zunehmenden Einsatz von Dosen aus diesem Metall.

Jody et al. (2009) unterstreichen die Notwendigkeit, Nachhaltigkeit zu praktizieren, da viele der derzeit genutzten natürlichen Ressourcen nicht erneuerbar und in der Natur knapp sind. Künftige Generationen der Weltbevölkerung werden große Schwierigkeiten haben, ihre Bedürfnisse zu befriedigen, mit Umweltverschmutzung und Ressourcenmangel zu leben, wenn diese Probleme nicht von der gegenwärtigen Generation gelöst werden. Die große Menge an Abfällen, die als Müll entsorgt werden, stellt derzeit eine geringere Menge an Ressourcen dar, die in Zukunft verwendet werden sollen, eine Tatsache, die mit Recycling minimiert werden kann.  

2.2 VEHICLE RECYCLING PROCEDURE

Laut Castro (2012) besteht die einzige Möglichkeit, eine finanzielle Rendite von ihr zu erhalten, darin, Materialien, die einen gewissen kommerziellen Wert haben können, zu trennen und zu verarbeiten und als Schrott zu verkaufen, wenn ein Fahrzeug das Ende seiner Nutzungsdauer erreicht und zu einem ELV wird. Unter den Materialien, die wiederverwendet werden können, sind Metalle, die eine relevantere finanzielle Rendite bringen können, vor allem Eisenmetalle, Aluminium und Kupfer, durch einfaches Recycling. Nichtmetallische Materialien wie Kunststoffe, Glas und Kautschuk, weil sie schwieriger und in einigen Fällen sogar nicht recycelt werden können, haben einen geringeren handelsüblichen Wert als Altmetalle.

Das Fahrzeugrecyclingverfahren arbeitet in Etappen, die von der Aufnahme eines ELV bis zum Recycling fragmentierter Materialien aus denselben ELVs reichen. Das in Abbildung 5 dargestellte Flussdiagramm zeigt die Schritte, die das Recycling eines Fahrzeugs beinhalten.

Abbildung 5: Schritte des Fahrzeugrecyclingprozesses

Quelle: Castro (2012)

Die Stufen des Empfangs, der Demontage und der Klassifizierung von Bauteilen, die von ELVs demontiert werden, haben den Vorteil, dass keine Verschiebungen zwischen den Stufen erforderlich sind, und die drei Prozesse können am selben Ort durchgeführt werden. Andererseits muß die Fragmentierung der ELVs in großen Lagerstätten erfolgen, und für die Durchführung des Prozesses werden große Maschinen eingesetzt, und es ist notwendig, die zerlegten Bauteile in der Komponentenklassifizierungsphase zu transportieren. Ein äußerst wichtiger Schritt beim Recycling von Fahrzeugen ist der Transport von Materialien während der Phasen, und die am Prozess beteiligten Unternehmen müssen sich in Entfernungen voneinander befinden, so dass große Verdrängungen nicht notwendig sind, damit der Prozess wirtschaftlich attraktiv bleibt.

2.2.1 RECEPTION VON ELVs

In seiner Publikation stellt Castro (2012) fest, dass von dem Moment an, in dem ein Eigentümer sein Fahrzeug beispielsweise an eine Werkstatt oder ein Autohaus weiterleitet und die Wartung aus finanzieller Sicht nicht machbar ist, es dann die Möglichkeit gibt, das Fahrzeug an einen ELV-Empfangsstandort zu leiten und damit das Recyclingverfahren einzuleiten. Die Art und Weise, wie der ELV zum Empfangsort transportiert wird, sollte berücksichtigt werden, da das Fahrzeug nicht mehr in der Lage ist, sich zu bewegen, ein anderes Fahrzeug für den Transport des ELV verwendet werden muss und ein ELV in der Regel zwischen 900 kg und 1500 kg hat. Dies ist daher einer der wichtigen Faktoren im Prozess, denn wenn man mit der ELV weite Strecken zurücklegen muss, kann der Prozess aufgrund der Kosten der Fortbewegung sogar wirtschaftlich undurchführbar werden.

(EVS) können auf unterschiedliche Weise erhalten werden. Zusätzlich zu dem bereits erwähnten Beispiel, in dem das Fahrzeug direkt vom Besitzer genommen wird, kann man die ELV z.B. von einem Unternehmen beziehen, das im Verkehrssektor tätig ist, oder auch durch Verkehrsabteilungen, wie die DMV in Brasilien, und Polizeistationen, da, wenn der Besitzer das Fahrzeug beschlagnahmt hat und nicht in der Lage ist, es zu regulieren , dies endet in Terrassen verlassen, bis es keine Nutzungsbedingungen mehr hat, zu einem ELV.

An der ELV-Rezeption werden die Fahrzeuge inspiziert und für maximal 15 Tage gelagert.

Nach der Dauer von 15 Tagen des Empfangs der Fahrzeuge, wo sie die Identifizierungs- und Inspektionsprozesse durchlaufen, werden diese an den Prozess der Demontage von ELVs weitergeleitet.

2.2.2 DISASSEMBLIERUNG von ELVs 

Laut Orfale Jr. et al. (2016) geben ein Fahrzeug unter den verschiedenen Komponenten und Systemen Flüssigkeiten frei, die während des Recyclingprozesses Risiken für den Menschen darstellen können, so dass diese Stoffe vor der Demontage des ELV entfernt werden müssen.

Die entfernten Flüssigkeiten sind der Kraftstoff im Tank, die Motoröle, Diebremse und Lenksysteme, zusätzlich zu den Gasen der Klimaanlage.

Der zweite Schritt bei der Demontage eines ELV ist die Entfernung von Sicherheitseinrichtungen, einschließlich des Airbag-Systems und der vorhandenen Sicherheitsgurtvorrichtungen, deren falscher Antrieb zu einer Art Unfall führen kann.

Der dritte und letzte Schritt bei der Demontage eines ELV ist die Demontage seiner Komponenten. Dieser Schritt wird manuell an geeigneten Stellen nach Sicherheitsverfahren mit der Klassifizierung von Komponenten während des gesamten Prozesses durchgeführt.

2.2.3 KLASSIFIZIERUNG VON ASSEMBLED COMPONENTS OF ELVs

Laut Castro (2012) können bei der Durchführung des Fahrzeugrecyclingprozesses einige Teile vollständig für den Einsatz in anderen Fahrzeugen wiederverwendet werden, während andere an den Fragmentierungs- und Recyclingprozess weitergeleitet werden sollten. Die Wiederverwendung eines Teils, das aus einem ELV gewonnen wird, hat Vorteile wie die Senkung der Energie- und Rohstoffausgaben für die Herstellung eines neuen Teils, die Erhaltung der Umwelt und die Schaffung von Arbeitsplätzen. Der Fahrzeugmotor und alle seine Komponenten, Türen, Stoßfänger, Scheinwerfer, Sitze, Gläser, Spiegel und Soundsysteme können wiederverwendet werden, sowie andere Teile, aus denen ein Fahrzeug besteht.  Aus Sicherheitsgründen ist es nicht erlaubt, einige Komponenten eines ELV wiederzuverwenden, wie Räder, Reifen, Stahlseile, Batterien, Bremssysteme und Lenkung. Reifen können beispielsweise als Kesselbrennstoff und bei der Herstellung von ökologischem Asphalt wiederverwendet werden. Diese Komponenten, die nicht wiederverwendet werden können, werden demontiert und an den Fragmentierungsprozess gesendet. Metallkomponenten werden zusammen mit Karosseriegehäusen an Unternehmen geliefert, die mit Metallfragmentierung arbeiten. Batterien erfordern eine größere Sorgfalt im Recyclingprozess, da sie Schäden für die menschliche Gesundheit und die Umwelt verursachen können.

2.2.4 FRAGMENTATION VON ELVs

Laut Forscher Nere Jr. et al. (2016) ist die Phase, in der die Zersplitterung des demontierten ELV durchgeführt wird, eine der wichtigsten im gesamten Fahrzeugrecyclingprozess. Darin wird die Reduzierung der Materialien und später der Transport zu den Unternehmen, die ihnen eine neue Form geben werden, durchgeführt.

Castro (2012) zufolge wird nach der Klassifizierung der Komponenten des ELV das Verdrahtungssystem des Fahrzeugs entfernt und an die Ausrüstung weitergeleitet, wo die Trennung von Kupfer von dem Kunststoff, der die Drähte umgibt, durchgeführt wird. Kupfer ist bereits aus der fragmentierten Ausrüstung, und der Kunststoff, der PVC-Typ ist, kann wiederverwendet werden. Es wird nicht empfohlen, die Kupferdrähte zu verbrennen, um den Kunststoff zu entfernen, da das Verfahren ein giftiges Gas erzeugt und zum Treibhauseffekt und zur Luftverschmutzung beiträgt.

Ein weiteres Stadium der Fragmentierung ist die Entfernung des Katalysators für die Wiederverwendung von Platin,- palladium und Rhodiummetallen, die in ihrer Zusammensetzung enthalten sind, da diese edel sind und nur in Südafrika und Sibirien vorkommt.

Nach den genannten Schritten bleibt die ELV nur noch der Kadaver ihres Körpers, der an die Unternehmen weitergeleitet wird, die den Stahl zersplittern, aus dem er besteht, d. h. diese reduzieren den Stahl in kleine Stücke, die geschmolzen und für die zukünftige Verwendung zurückgewonnen werden sollen. Die Karkassen können ganz geroutet oder zur Volumenreduzierung gepresst werden.

2.2.5 RECYCLING FRAGMENTIERTER MATERIALIEN

Laut Forscher Nere Jr. et al. (2016) werden fragmentierte Materialien an Recyclingunternehmen weitergeleitet. Metalle werden geschmolzen, um in ihrer Rohform wiederverwendet zu werden. Stahl beispielsweise wird zu Stahlwerken geleitet und in Produkte wie Stangen und Platten umgewandelt.

2.3 MATERIALIEN, DIE EINE VEHICLE

Wie Passos (2013) bemerkte, kann die Zusammensetzung eines Fahrzeugs von mehreren Faktoren abhängen, wie z. B. baujahr, Fahrzeugmodell und Hersteller. Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung der Werkstoffe und ihren Prozentsatz im Verhältnis zum Gesamtgewicht von drei brasilianischen Fahrzeugen, die zwischen den späten 70er und frühen 80er Jahren hergestellt wurden.

Tabelle 1: Elvs-Komponentenmaterialien in Brasilien

Quelle: Adapted from Steps (2013)

In Schaubild 1 kann festgestellt werden, dass in den drei analysierten Fahrzeugen die zugesetzten Metalle etwa 80 % des Gesamtgewichts eines brasilianischen Fahrzeugs entsprachen.

Tabelle 2 und Tabelle 3 zeigen die durchschnittliche Materialzusammensetzung eines Fahrzeugs nach dem Jahr seiner Herstellung im Laufe der Jahre, und Tabelle 4 zeigt die durchschnittliche Zusammensetzung von Metallen und Nichtmetallen eines Fahrzeugs im Jahr 2007. Die angezeigten Werte werden in Prozent der Gewichtung angegeben.

Tabelle 2: Zusammensetzung der Werkstoffe eines Fahrzeugs zwischen 1976 und 1993

Quelle: Adapted from Duranceau and Sawyer-Beaulieu (2011)

Tabelle 3: Zusammensetzung der Werkstoffe eines Fahrzeugs zwischen 1994 und 2007

Quelle: Adapted from Duranceau and Sawyer-Beaulieu (2011)

Bei der Analyse der Rahmen nimmt die Menge an regulärem Stahl ständig ab und die Verwendung von widerstandsfähigeren Stählen und Edelstahl nimmt zu. Die Verwendung von Gusseisen hat im Laufe der Jahre einen erheblichen Rückgang des Einsatzes mit sich zu sich gezogen; die Verwendung von Kautschuken blieb praktisch konstant um 4%, sowie Glas, etwa 2%. Der Einsatz von Kunststoffen war in diesem Zeitraum hoch, wie die Verwendung von Aluminium, weil sie leichter als Stähle sind und somit zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen beitragen. Andere Materialien wurden im Sortiment verstärkt eingesetzt, wie z. B. Pulvermetalle.

Tabelle 4: Metalle und Nichtmetalle im Fahrzeug

Materialkategorien Gewicht (%)
Messing Regulärer Stahl 40,33
Mittel- und hochfeste Stähle 12,71
Edelstahl 1,84
Andere Stähle 0,83
Gusseisen 7,9
Aluminium 7,68
Kupfer und Messing 1,3
Zinklegierungen 0,22
Pulverisierte Metalle 1,05
Zwischensummenmetalle 73,87
Nichtmetalle Kunststoff 8,12
Beläge 4,64
Flüssigkeiten und Schmierstoffe 5,27
Gläser 2,6
Sonstige Materialien 5,5
Zwischensumme der Nichtmetalle = 26,13
                         Gesamt = 100

  Quelle: Adapted from Duranceau and Sawyer-Beaulieu (2011)

In Tabelle 4 mit Daten aus dem Jahr 2007 ist zu beobachten, dass Stähle, Gusseisen und Aluminium die am häufigsten vorkommenden Metalle in einem Fahrzeug sind. Kupfer, Zink und andere Metalle sind zusammen für etwa 2% des Gesamtgewichts verantwortlich. Kunststoffe, Gummis, Flüssigkeiten und Schmierstoffe, Glas und andere Materialien wie Schaumstoffe und Gewebe machen den Anteil der Nichtmetalle in einem Fahrzeug aus, der sich auf etwa 26 % seines Gesamtgewichts ausweitet.

Nach Bassam et al. (2011) gehört zu den Technologien, die heute mehr und mehr in Fahrzeugen zum Einsatz kommen, und zu den Technologien, die von der Automobilindustrie in Zukunft in Bezug auf Materialien eingesetzt werden sollen, die Verwendung von leichten Materialien wie Aluminium, Titan und Magnesium, mit Kohlefaser und Glasfaser verstärkten Komponenten, neuen Polymeren und Fahrzeugflüssigkeiten sowie Hybridfahrzeugen, Brennstoffzellen und Wasserstoffspeichersystemen. Außerdem werden weitere elektronische Geräte und Sensoren eingeführt.

2.4 METALS THAT MAKE UP A VEHICLE AND THE BENEFITS OF RECICING THEM

Aspekte im Zusammenhang mit der Verwendung und vor allem die Vorteile des Recyclings der Metalle, aus denen ein Fahrzeug besteht, werden in diesem Thema vorgestellt, insbesondere Eisenmetalle und Aluminium, die den höchsten Prozentsatz des Gewichts eines Fahrzeugs ausmachen.

2.4.1 FAHRZEUGRECYCLING VON EISENMETALLEN

Laut Passos (2013) werden die Eisenmetalle (Eisen und Stahl), aus denen ein ELV besteht, nach dem Fragmentierungsprozess durch eine Technik, die ein Magnetfeld verwendet, von den anderen getrennt. Nach der Trennung werden sie in Stahlwerke geschickt, wo sie geschmolzen und zur späteren Verwendung in Rohstoffe umgewandelt werden. Eisenmetalle können in unendlichen Recyclingzyklen verwendet werden, wobei ihre ursprünglichen Eigenschaften erhalten bleiben.

Abbildung 6 zeigt einen prozentualen Vergleich der Umweltauswirkungen, die bei der Stahlproduktion durch das herkömmliche Verfahren verursacht werden, unter Verwendung von Materialien wie Schrott, Eisenerz und Kalkstein in einem hohen Ofen und durch das Verfahren, bei dem nur recycelter Schrott in einem Elektroofen verwendet wird.  Abbildung 6: Umweltauswirkungen auf die Stahlproduktion

Quelle: Gervésio (2008)

Abbildung 6 zeigt, dass die Umweltauswirkungen unter Verwendung von Stahl, der durch Recycling gewonnen und in einem Elektroofen verzahnt wird, in allen Aspekten geringer sind. Nur die Toxizität bleibt bei beiden Methoden zur Stahlgewinnung konstant. Der Begriff "Smog" steht für eine Art Rauchwolke, die in Prozessen erzeugt wird.

2.4.2 VERWENDUNG VON ALUMINIUM IN DER AUTOMOBILINDUSTRIE

Nach Jody et al. (2009), Aluminium entspricht 50% des finanziellen Wertes eines ELV, und dieser Teil des Metalls erreicht nicht 10% des Gesamtgewichts eines Fahrzeugs.

Laut den Forschern Das et al. (2008) ist der Verbrauch von Aluminium im Automobilbereich in den letzten 30 Jahren deutlich gestiegen und kann weiter wachsen, um der großen Nachfrage nach dem Produkt gerecht zu werden. Aluminium hat einen relativ neuen Einstieg in die Automobilindustrie und wurde von der Automobilindustrie mit guten Augen gesehen, da es sich um ein relativ leichtes Material mit guter mechanischer Festigkeit handelt.

Aufgrund der erhöhten Notwendigkeit, Emissionen zu reduzieren und auch die Kosten für Energiequellen, Aluminium wurde in der Automobilindustrie weit verbreitet, um Probleme wie die Verringerung des Gewichts des Fahrzeugs zu lösen, ohne Leistung und Sicherheit zu verlieren.

Aluminium wurde zunehmend verwendet, um einige Teile zu ersetzen, die einst aus Stahl bestand. Der Ducker-Bericht stellte fest, dass etwa 61 % der Aluminiumteile von Personenkraftwagen und leichten Lastkraftwagen Komponenten wie Motorblock, Zylinder und Kollektoren sind. Ein weiterer Teil von 12% des Aluminiumgehalts wird in Form von Blechen verwendet, die hauptsächlich in Wärmetauschern wie Heizkörpern verwendet werden. Weitere Aluminiumanwendungen sind Räder (15,7 %), Außen- und Innenausstattung (4,6 %), Fahrwerk und Federung (2,6 %).

Obwohl Aluminiumlegierungen gegenüber Stahl viele Vorteile haben, gibt es im Vergleich auch einige Nachteile, wie ihre Formbarkeit und hohe Produktionskosten.

Der Nationale Industrieverband – CNI (2012) weist darauf hin, dass Bauxit eine nicht erneuerbare Ressource ist und dass beim Recycling von Aluminium eine kleinere Extraktion dieser Verbindung notwendig ist, die bei der konventionellen Herstellung von Aluminium verwendet wird und somit eine geringere Nutzung der Umwelt erfordert. Abbildung 7 zeigt die weltweit führenden Aluminiumproduzenten im Jahr 2010, und Brasilien lag bis dahin auf dem siebten Platz. Im Jahr 2012 wurden 41,1 Millionen Tonnen produziert, zusätzlich zu den vorgestellten Ländern.

Abbildung 7: Globale Aluminiumhersteller im Jahr 2010

Quelle: Angepasst von CNI (2012)

2.4.3 LOW QUANTITY METALS IN Einem ELV

Neben Eisen, Stahl und Aluminium sind in einem ELV Kupfer, Magnesium, Blei, Nickel und andere Metalle in geringen Mengen vorhanden. Wie Aluminium und Eisenmetalle (Eisen und Stahl) haben die genannten Metalle die Möglichkeit, so oft wie nötig recycelt zu werden, wobei ihre ursprünglichen Eigenschaften stets erhalten bleiben. Diese Nichteisenmetalle werden im Recyclingprozess geschmolzen und können als Rohstoff für neue Produkte verwendet werden.

Blei kann in der ELV-Batterie gefunden werden, während Kupfer in den Verkabelungen gefunden wird, und weil es ein relativ teures Material ist, wird es mit genügend Aufmerksamkeit in den Prozess behandelt.

Im Inneren des Katalysators, einem Mechanismus, der verwendet wird, um giftige Gase, die aus dem Motor kommen, in Gase umzuwandeln, die nicht gesundheitsschädlich sind, finden sich Platin, Rhodium und Palladium, die hochwertige Metalle sind, in geringen Mengen. Der Katalysator wird während des Recyclingverfahrens aus dem ELV entfernt und diese Edelmetalle werden durch einen Reinigungsprozess aus einer Keramik entfernt, die in der Zusammensetzung des Katalysators vorhanden ist (PASSOS, 2013).

Orfale Jr. et al. (2016) stellte fest, dass es aufgrund der Knappheit an Kupfer, das ein relativ teures Metall ist, möglich ist, dass sein Recycling bald obligatorisch wird, und in ELVs ist es möglich, eine beträchtliche Menge dieses Metalls zurückzugewinnen.

2.5 TREIBHAUSEFFEKT UND KOHLENDIOXIDAUSSTOß

Laut dem Forscher Fabi (2004) ist der Treibhauseffekt für die Erhaltung des Lebens und die Gewinnung von flüssigem Wasser auf der Erde unerlässlich, da die für diesen Effekt verantwortlichen Gase eine Schicht in der Atmosphäre erzeugen, die verhindert, dass Wärme den Planeten vollständig verlässt. Mit dem Treibhauseffekt beträgt die Durchschnittstemperatur des Planeten 15oC; ohne den Treibhauseffekt wäre die Temperatur -18oC. Das Haupttreibhausgas ist Kohlendioxid (CO2)und Methan (CH4),Lachgas (N2 O), Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) sind unter anderem für den Treibhauseffekt verantwortlich.

Der zitierte Treibhauseffekt ist natürlich, ohne dass der Mensch in die Emission von Treibhausgasen (THG) in die Atmosphäre eingreift. Von dem Moment an, in dem menschliches Handeln für die Emission von Treibhausgasen verantwortlich wird, verschlechtert sich der Treibhauseffekt und damit die Gefahr, die Durchschnittstemperatur der Erde zu erhöhen, was zu umweltschädlichen Ungleichgewichten führen kann. Aus diesem Grund wurde 1997 in Japan das Kyoto-Protokoll ins Leben gerufen, das in den Industrieländern Emissionsreduktionsziele festlegt, um auf die hohe Treibhausgas-Emissionsrate zu reagieren.

2.6 KOHLENDIOXIDEMISSIONEN UND FAHRZEUGRECYCLING

Nach Angaben des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie (2010) ist Kohlendioxid das Treibhausgas, das dabei die relevantesten Emissionen hat, um Stahl aus Eisenerz herzustellen. Kohlendioxid wird während des Prozesses des Transports von Rohstoffen aus der Erzeugung von Energie und Brennstoffen, die verwendet werden, und vor allem aus der Produktion von Roheisen, in dem Eisenerz reduziert wird, emittiert. Dieser letzte Schritt macht etwa 75 % der Kohlendioxidemissionen während des Stahlbeschaffungsprozesses aus. Abbildung 8 zeigt, wie Kohlendioxid aus der Roheisenproduktion im Ofen emittiert wird. Abbildung 9 zeigt die Menge an Kohlendioxid, die bei der Stahl- und Roheisenproduktion in Brasilien über einen Zeitraum von 17 Jahren emittiert wird.

Abbildung 8: Kohlendioxidemissionen bei der Roheisenproduktion

Quelle: Ministerium für Wissenschaft und Technologie (2010)

Abbildung 9: Kohlendioxidemissionen bei der Roheisen- und Stahlerzeugung in Brasilien

Quelle: Angepasst vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie (2010)

Laut Sousa (2013) gibt es zwei Möglichkeiten, Stahl zu erhalten. Man verwendet Eisenerz und Schrott, bestehend aus mehreren Schritten, einschließlich der Beschaffung des Roheisens in einem hohen Ofen, ein Verfahren in Abbildung 9 gezeigt. Die andere Möglichkeit, Stahl zu erhalten, ist einfacher, nur Schrott, der durch Recycling gewonnen wird, und ein stromverbrauchender Ofen ist erforderlich. Bei der Verwendung von Eisenerz und Schrott in einem hohen Ofen werden für jedes gewonnene 1 kg Stahl 2.494 kg Kohlendioxid in die Atmosphäre emittiert. Bei der Verwendung von Schrott in einem Elektroofen werden alle 1 kg Stahl, die erhalten werden, 0,462 kg Kohlendioxid in die Atmosphäre emittiert. Dieser Wert entspricht 2.032 kg weniger Kohlendioxid, das pro kg produziertem Stahl emittiert wird, d. h. 81,48 % weniger Kohlendioxid, das in die Atmosphäre emittiert wird.

Nach Berechnungen von Massi et al. (2019) wird für jede Tonne Aluminium, die für das Recycling bestimmt ist, eine Reduktion von 16.301,02 Tonnen Kohlendioxid erreicht, die in die Atmosphäre emittiert würde.

Der Nationale Industrieverband – CNI (2012) weist darauf hin, dass in Brasilien die Stahlproduktion mit der modernsten Technologie durchgeführt wird, die derzeit jedoch noch hoch ist. Es wird derzeit geforscht, um diese Emissionen weiter zu reduzieren, aber die Ergebnisse werden noch viele Jahre in Anspruch nehmen. Eine weitere Alternative ist die Zunahme des Recyclings von Stahl, dem am meisten recycelten Material der Welt.

Nach Das et al. (2008) können toxische Luftemissionen und feste Abfälle durch das Recycling von Aluminiumschrott minimiert werden, wodurch 95 % der Kohlendioxidemissionen in die Umwelt im Vergleich zur herkömmlichen Methode zur Gewinnung dieses Metalls reduziert werden können.

Laut den Forschern Jody et al. (2009) trägt das weltweite Recycling von Fahrzeugen zur jährlichen Reduzierung der Emission von 11 Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Erdatmosphäre bei.

2.7 ENERGIEVERBRAUCH UND FAHRZEUGRECYCLING

Daten von orfale jr. Forschern et al. (2016) weisen darauf hin, dass das Recycling von Fahrzeugen dazu beiträgt, den Einsatz konventioneller Herstellungsmittel für verschiedene Artikel zu verringern und damit den Energieverbrauch in mehreren Ländern der Welt erheblich zu senken. Bei einer Tonne recyceltem Stahl wird die Verwendung von 1100 kg Eisenerz, 635 kg Kohle und 54 kg Kalkstein vermieden.

Daten der Automobil-Recycler-Vereinigung (ARA) zeigen, dass jährlich, mit Fahrzeugrecycling, etwa 381 Millionen Liter Kraftstoff (Benzin und Diesel) aus ELVs, 91 Millionen Liter Motoröl, 30 Millionen Liter Motorkühlmittelgas, 17 Millionen Liter Windschutzscheibe Waschflüssigkeit zurückgewonnen werden , zusätzlich zu 96 % der gesamten erhaltenen Batterien.

Castro (2012) stellt fest, dass Sie große Mengen an Strom durch den Recycling-Prozess sparen können, und mit dem Recycling von Stahl können Sie 56% des Stroms sparen, der mit herkömmlichen Methoden verwendet würde. Bei Kupfer kann dieser Prozentsatz 90 % erreichen, bei Aluminium 92 %. Diese Reduzierung ist sehr vorteilhaft, denn wenn man begeht, dass, wenn Energie aus einer nicht erneuerbaren Quelle wie Kohle stammt, die eine erheblich teure Quelle ist, die Emission von Schadstoffen verringert wird, gibt es bei der Gewinnung von Eisenerz für die Stahlproduktion einen großen indirekten Wasserverbrauch, der auch durch Fahrzeugrecycling eingespart werden kann.

Abbildung 10 gibt einen Überblick über die Energiemenge, die bei der Herstellung von konventionellem Stahl mit Materialien wie recyceltem Schrott, Eisenerz und Kalkstein in einem Hochofen verbraucht wird, und die Energiemenge, die nur mit recyceltem Schrott in einem Lichtbogenofen verbraucht wird.  Abbildung 10: Energieeinsatz in zwei Stahlherstellungsverfahren

Quelle: Gervésio (2008)

2.7.1 ENERGIEVERBRAUCH IN DER ALUMINIUMPRODUKTION

Nach Das et al. (2008), Daten des US-Energieministeriums (2002) zeigen, dass für die Herstellung von 1 kg Primäraluminium (aus Erz) eine Menge Energie durch das 45 kWh-Gießverfahren benötigt würde, während für die Herstellung der gleichen Menge an Sekundäraluminium aus recyceltem Metall nur 2,8 kWh benötigt würde.

Neben dem Bedarf an mehr Energie stammt ein Großteil der primären Aluminiumproduktion aus Strom aus Kohle. Die Nutzung dieser Energiequelle zur Gewinnung von Primäraluminium erzeugt große Mengen an gasförmigen Emissionen und festen und flüssigen Abfällen wie Kohlendioxid und Stickoxid. Mit dem Recycling von Aluminiumschrott kann man den Energieverbrauch im Vergleich zum Bergbau, der Raffination und dem Gießen von Bauxit, dem Eisenerz, das für die Herstellung von Aluminium verwendet wird, um 95 % senken.

Der Einsatz von Sekundäraluminium wird aufgrund seines wirtschaftlichen und ökologischen Nutzens, der die Nachhaltigkeit in der Aluminiumproduktionsindustrie deutlich verbessern kann, zu einem sehr wichtigen Bestandteil der Aluminiumproduktion.

2.8 DIE WICHTIGSTEN FAHRZEUGSYSTEME UND KOMPONENTEN

2.8.1 MOTOR

Tillmann (2013) weist in seiner Forschung darauf hin, dass der Motor in mehrere Komponenten unterteilt ist, die in zwei Gruppen unterteilt werden können. Die erste Gruppe sind die festen Komponenten, die den Block, den Kopf und den Sumeb umfassen; und die zweite Gruppe sind die beweglichen Komponenten, die Kolben, die Pleuel, die Hemden, die Kurbelwelle oder Kurbelwelle, die Ventilregelwelle, die Ansaugventile und die Auslassventile, das Lenkrad, unter anderem. Die Komponenten eines Motors sind in Abbildung 11 in einem Querschnitt dargestellt.  Abbildung 11: Komponenten eines 4-Zylinder-Motors vom Typ

Quelle: Costa (2002)

Der Motorblock ist das Hauptbestandteil für die Motorstruktur und wird aus dem Gießprozess hergestellt, der vor der Bearbeitung einen thermischen Normalisierungsprozess durchläuft. Es wird in der Regel in Gusseisen, Schmiedeeisen, Aluminiumguss und geschmiedetem Aluminium verwendet, je nach Überlegungen und der Art der Herstellung. Aktuelle Motoren verwenden Aluminium und Legierungen anstelle von Gusseisen, das in älteren Motoren verwendet wird, was die Wärmeableitung verbessert und das Gewicht des Automobils reduziert, was im Gegensatz dazu die Herstellungskosten erhöht.

Der Kopf befindet sich im oberen Teil des Motors und hat die Funktion, die Zylinder zu verkappen, indem er den Brennraum neben dem Block bildet. Die Vereinigung des Blocks mit dem Kopf erfordert eine metallbeschichtete Asbestfuge für die vollständige Abdichtung des Systems. Der Kopf wird durch das Gießverfahren hergestellt und wird in der Regel als Gusseisen oder Aluminiumlegierungen verwendet, wenn eine Gewichtsreduktion und ein besseres Wärmeableitungssystem erforderlich ist.

Der Sumpf befindet sich im unteren Teil des Motors, ist mit dem Block verbunden und hat die Funktion der Ablagerung für Schmieröl, und, sowie auf dem Kopf, erfordert auch eine Metalldichtung zwischen dem Sumpf und dem Block. Das Kurbelgehäuse besteht in der Regel aus Gusseisen oder Aluminiumguss und beherbergt die Kurbelwelle und die Ölpumpe.

Einlassventile und Auslassventile sind für die Aufnahme des Kraftstoff- und Sauerstoffgemisches und die Erschöpfung von Gasen aus der Verbrennung aus dem Inneren des Zylinders verantwortlich. Ventile unterliegen hohen thermischen Anforderungen, so ist es notwendig, Stahllegierungen zu verwenden, die helfen können, die Wärme abzuleiten, die durch den Ventilkörper fließt. Die Ansaugventile sind Aussenstahl, Nickelstahl oder Chromnickel. Die Auspuffventile sind aus einer Stahllegierung, mit hohem Gehalt an Nickel, Chrom und Wolfram.

Die Ventilregelwelle hat die Funktion, die Ansaugventile bzw. die Auslassventile zu öffnen. Es wird durch den Gießprozess aus geschmiedetem Stahl oder Gusseisen hergestellt.

Kolben sind dafür verantwortlich, die Ausdehnung von Gasen im Brennraum einzudämmen und druckiniszumachen in lineare Kraft. Daher unterliegen sie hohen thermischen Anforderungen. Es wird mit Hilfe einer Verbindungsstange an der Kurbelwelle befestigt. Die Kolben werden mittels eines verformbaren Gussteils hergestellt und Aluminium- oder Stahllegierungen werden verwendet, so dass sie leichter und wärmeableitender werden.

Die Kurbelwelle oder Kurbelwelle ist die Motorkraftwelle, die im unteren Teil des Motors an der Innenseite des Kurbelgehäuses installiert ist. Die Kurbelwelle hat eine komplexe Geometrie und wird durch das Schmiedeverfahren aus Stahl gefertigt, kurz darauf wird sie an den Bearbeitungsprozess weitergeleitet, um ihre entsprechende Oberflächengüte zu erhalten.

Das Motorlenkrad ist verantwortlich für die sanftere Bewegung des Motors, balanciert die Drehung der Kurbelwelle aus und absorbiert Energie zum Zeitpunkt der Verbrennung und Reproduzierbarkeit bei nicht-motorigen Momenten. Das Lenkrad besteht aus Guss- oder Formstahl.

2.8.2 Übertragung

Das Automobilgetriebe hat grundsätzlich die Funktion, das Motordrehmoment, das an der Lenkrad, an den Rädern befestigt zu werden. Das Getriebe besteht aus einer Reihe mechanischer Komponenten, wie z. B. der Kupplung, die den Motor reibungsfrei ein- und auslöst und von einem Pedal angetrieben wird, das in die Kabine geht. In der Regel werden seine Komponenten aus Stahl hergestellt, mit Ausnahme der Kupplungsscheibe, die aus Keramischen Material besteht. Im Automatikgetriebe ist die Kupplung hydraulisch, bestehend aus Pumpe und Turbine, mit einem Drehmomentwandler in einem Gehäuse. Sowohl die Gehäuse- als auch die Getriebezüge und Hebel werden aus Metallwerkstoffen aus Stahl hergestellt, jedoch ist es notwendig, ein Ölvolumen aufrechtzuerhalten, das die Funktion hat, das System zu schmieren und zu kühlen. Nach der Box wird die Bewegung durch Achsen, Halbachsen und Komponenten wie Kardan, Differentiale, Homokinetik und Radbefestigungsflansche, Stahlverbundteile (COSTA, 2002) übertragen.

2.8.3 KÖRPERARBEIT

Costa (2002) beobachtete, dass der Körper eines Automobils eine sehr wichtige Rolle bei seiner Entstehung spielt. Es verhält sich wie ein Balken, der an jedem Ende von den Rädern gestützt wird, der relativ stark sein muss, um sich nicht in der Mitte zu biegen, und sollte einen hohen Biegewiderstand haben, aber es ist notwendig, dass das verwendete Material nicht zu schwer ist, da es das Gewicht des Autos erheblich erhöhen würde. Es ist auch notwendig, die Sicherheitskoeffizienten zu erfüllen. Die Karosserie wird in der Regel aus Stahl hergestellt, aber einige Autohersteller verwenden Aluminium und sogar Carbonteile, Prozesse, die zwar teurer sind, aber eine gute Festigkeit halten und das Endgewicht des Fahrzeugs erheblich verringern. Ein Beispiel für einen Körper ist in Abbildung 12 dargestellt.  Abbildung 12: Karosserie eines Autos

Quelle: Mercado Avalia Blog (2017)

Andere Karosseriekomponenten, darunter Beschichtungen, Glas und Stoßstange, bestehen nicht aus Metallen.

2.8.4 CHASSIS

Das Fahrwerk eines Automobils besteht aus Rädern und Federungssystem. Laut Costa (2002) müssen die Räder nicht nur rund sein, sondern auch aus leichten Materialien bestehen, aber mit guter Festigkeit. Derzeit kommen im Automobilmarkt drei Arten von Rädern zum Einsatz, die gepressten Stahlräder, die Speichenräder und die Leichtmetallräder. Die gebräuchlichsten und mit niedrigeren Produktionskosten sind die gepressten Stahlräder. Die heutigen Fahrzeuge haben zum größten Teil diese Art von Rad, weil sie leicht, stark sind, haben eine niedrige Herstellungskosten in großen Mengen und sind resistent gegen gelegentliche Schäden. Sie müssen einige Löcher haben, damit Luft zum Kühlen der Bremsen durchgehen kann. Einige Hersteller verwendeten jedoch eine Technik, bei der dies ein Nachteil sein könnte, da Perforationen im Rad Probleme mit seinem Widerstand verursachen können, aber diese Technik hat diese Perforationen vorteilhaft gemacht, sobald die Löcher geöffnet sind, mit ihren Kanten nach innen gerichtet, wodurch ihr Widerstand erhöht wird.

Die Blitzräder waren vor vielen Jahren bei den ersten Fahrzeugen weit verbreitet. In der heutigen Zeit sind sie häufiger in Motorrädern und Fahrrädern, und es gibt nicht viel Gebrauch in Autos und Lastwagen.

Leichtmetallräder sind auch im Automobilmarkt aufgrund ihrer hohen Festigkeit weit verbreitet, weil sie im Vergleich zu Stahlrädern ein geringeres Gewicht haben, und auch, weil sie große Wärmeleiter sind, die die von Bremsen und Reifen erzeugte Wärme schneller dispergieren als Stahlräder. Leichtmetallräder werden in der Regel aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen hergestellt, was sie zu einem teureren Herstellungsprozess als das andere macht.

Laut Rezende (2007) besteht das Federungssystem im Wesentlichen aus Federn, Stoßdämpfern, Buchsen und Reifen. Dieses System ist dafür verantwortlich, die Stöße der Gleise abzufedern und den Insassen des Fahrzeugs Komfort zu bieten. Die Federn und Stoßdämpfer bestehen im Wesentlichen aus Stahl und die Buchsen bestehen aus zwei Stahlhemden, die von Naturkautschuk umgeben sind. Die Reifen bestehen aus Gummi. Abbildung 13 zeigt ein Fahrwerkssystem für Kraftfahrzeuge.

Abbildung 13: Aufhängungssystem für Kraftfahrzeuge

Quelle: Driver Mechanical Workshop (2017)

2.9 WELTLAGE UND GESETZGEBUNG DES FAHRZEUGRECYCLINGPROZESSES

Laut Orfale Jr. et al. (2016), von den 10 Märkten, in denen Autos 2015 am meisten verkauft wurden, verfügen nur Brasilien und Indien über keine Rechtsvorschriften für die Praxis des Automobilrecyclings. Abbildung 14 zeigt die Länder, die 2014 und 2015 die meisten Autos verkauft haben, und zeigt die Unterschiedlichen der Verkäufe von jahr zu Jahr. 2015 wurden weltweit rund 89,7 Millionen Autos verkauft.

Abbildung 14: Ranking des Kfz-Absatzes in den Jahren 2014 und 2015

Quelle: Angepasst von Orfale Jr. et al. (2016)

Die Richtlinie 2000/53/EG ist in der Europäischen Union in Kraft, die die Wiederverwendung, das Recycling und die Verwertung von EV regelte, die nicht für große, alte und Nutzfahrzeuge gelten, die auf den für das Verfahren und die Kosten haftenden Holdingherstellern und -importeuren beruhen. Es besteht jedoch die Genehmigung, für jedes Land des Satzes Anpassungen vorzunehmen, die aufgrund seiner Besonderheiten erforderlich sind, auch auf der Grundlage der Sicherstellung, dass neue Fahrzeuge mindestens 85 % ihrer Masse haben und die Möglichkeit der Wiederverwendung haben. Recycling-Zentren können nur mit staatlicher Genehmigung betrieben werden und müssen den Eigentümern einen Empfangsnachweis vorlegen, wenn sie ihre Fahrzeuge zum Recycling liefern. Die Demontage des Wagens mit anschließender Trennung der Teile nach Ihrem Material und Ihrem Gefahrengrad ist ebenfalls in der Richtlinie erforderlich. Die Europäische Kommission überwacht die Aktivitäten und legt Ziele für den Sektor fest.

In den Vereinigten Staaten gibt es eine große Effizienz im Fahrzeugrecycling. Obwohl es kein Gesetz gibt, das das gesamte Staatsgebiet abdeckt, führt jeder Staat die Tätigkeit nach seinen eigenen Regeln aus. Automobilrecycling ist eine alte Aktivität im Land, wo es die Automotive Recyclers Association gibt, die in Partnerschaft mit der Datenschutzbehörde ein Portal mit den Regeln und Besonderheiten jedes Staates eingerichtet hat, um das Verständnis und die Durchführung von Aktivitäten im Land zu erleichtern. Im Allgemeinen sind die US-Bundesstaaten besorgt über das Sammeln, Speichern und Zuweisen der in den ELVs enthaltenen Flüssigkeiten, wobei darauf geachtet wird, dass sie nicht in die Wildnis gekippt werden. Darüber hinaus besteht die Sorge, die Entsorgung giftiger Stoffe, im Allgemeinen als gefährlich zerkleinerte Abfälle, zu begrenzen. Schließlich wird darauf hingewiesen, dass die Philosophie der Tätigkeit in den Vereinigten Staaten auf ökologische Nachhaltigkeit gerichtet ist, mehr als Rentabilität.

Japan ist ein Land in großer Entwicklung im Autorecycling, und es gibt eine Menge Investitionen in Studien für die Entwicklung von Technologien für die Verarbeitung von ELVs. Im Jahr 2005 gab es eine nationale Regelung über Rechtsvorschriften, die den Eigentümer des Fahrzeugs für die Kosten des Recyclings sowie für den Transport zum autorisierten Verarbeitungszentrum verantwortlich macht. Jedes neue Fahrzeug, ob national oder importiert, muss über ein Demontagehandbuch des Herstellers verfügen.

In China wurden 2015 etwa 9 bis 12 Millionen Fahrzeuge zu Elektrofahrzeugen, schätzungen zufolge 12 bis 16 Millionen bis 2020. In dem Land wurde die "Motor Vehicle Product Recovery Technology Policy" veröffentlicht, mit Zielen für das Recycling von Materialien, die beispielsweise 80 % der Gesamtmasse der Fahrzeuge im Jahr 2010 betrugen, aber es gibt immer noch eine gewisse Ineffizienz des chinesischen Marktes, um solche Zahlen zu erreichen.

In Indien gibt es keine gesetzliche Regulierung in Bezug auf den Markt, es gibt nur eine von der Regierung geführte Richtung, durch das Central Pollution Control Board, um diejenigen, die am Automobilrecycling interessiert sind, wie die Regierung selbst, Hersteller, Händler und Recyclingunternehmen, zu vereinen, um die Richtungen anzusprechen und zu diskutieren.

Brasilien hat, wie Indien, noch keine Gesetzgebung für das Recycling von ELVs, aber es gibt Gesetz Nr. 67/2013. Das Gesetz Nr. 12.977 vom Mai 2014 regelt den Demontageprozess zur Abgrenzung des illegalen Handels mit gebrauchten Teilen. So sehr das Land im Allgemeinen gute Zahlen bei Recyclingmaterialien wie Papier, Aluminium und Glas aufwies, so klein und langsam entwickelt sich der Recyclingmarkt der wachsenden Zahl von ELVs. Es ist üblich, dass diese Fahrzeuge verlassen gesichtet werden, und der Schrottplatz ist immer voll.

2.10 BENEFITS VON RECYCLING Ein ELV

Wie von orfale jr. Forschern festgestellt et al. (2016) werden die in einem ELV gewonnenen metallischen Materialien nach der Recycelung zum Rohstoff für den Einsatz beispielsweise in Stahlwerken und Lichtbogenöfen. Darüber hinaus besteht bei der Wiederverwendung von Nichteisenmetallen wie Aluminium und Kupfer die Möglichkeit, in der Industrie mehrere neue Produkte herzustellen.

Durch das Recycling von Fahrzeugen wird auch die Emission von Treibhausgasen (THG) reduziert, wobei der Schwerpunkt auf Kohlendioxid liegt, das bei der Verwendung von recycelten Metallen seine Emissionen im Vergleich zur konventionellen Fertigung reduziert hat. Es gibt auch, wie vorteile des Fahrzeugrecyclings, die Verringerung der Verschmutzung in Luft und Wasser.

Zwei wichtige Überlegungen zum Fahrzeugrecycling sind die Kosten für Energie und Produkte, die aus dem Prozess gewonnen werden. Jody et al. (2009) hervorheben, dass das Recycling von ELVs-Materialien die Recyclingfähigkeit von Fahrzeugen erhöht, den Preis für die Gewinnung der Materialien senkt und zur Energieeinsparung beiträgt. Abbildung 15 zeigt den Preis einiger auf dem Markt verkaufter Materialien und nennt das Beispiel Stahl, bei dem der Wert des recycelten Schrotts nach der Herstellung erheblich gestiegen ist.  Abbildung 15: Marktwert einiger Werkstoffe und Wertsteigerung von Stahl

Quelle: Adaptiert aus dem Region Diary (2013)

2.11 DIE ZUKUNFT DES VEHICULAR RECYCLING

Bassam et al. (2011) stellte fest, dass neue Technologien in der Automobilindustrie implementiert werden, wie Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge und Wasserstofffahrzeuge. Darüber hinaus werden neue Emissionskontrollsysteme für schadstoffe Gase und Katalysatoren entwickelt und auf Fahrzeuge angewendet. Zusammen mit diesen Materialien ergibt sich eine neue Chance auf dem Recyclingmarkt, da das Recycling dazu führen wird, dass der Marktwert dieser Materialien sinkt und sowohl den Herstellern als auch den Verbrauchern Vorteile bringt.

Abbildung 16 zeigt eine Projektion der Anzahl der Fahrzeuge in Millionen von Einheiten in der Welt im Laufe der Zeit. Die Grafik enthält Autos, Lastwagen und Busse.

Abbildung 16: Anzahl der Fahrzeuge weltweit im Zeitverlauf

Quelle: Jody et al. 2009)

Bei der Analyse von Abbildung 16 ist die Zahl der Fahrzeuge bis 2030 erheblich gestiegen, ein Faktor, der als Anreiz für die Praxis des Fahrzeugrecyclings dient.

2.11.1 VORHERSAGE DES RECYCLINGPROZESSES WÄHREND DER FAHRZEUGENTWICKLUNG

Laut den Forschern Zettier et al. (2000) müssen gemäß den in den europäischen Recyclingvorschriften festgelegten Zielen mindestens 85 % des Gewichts der Materialien eines Fahrzeugs ausreichen, um von dem Zeitpunkt an, zu dem es zu einem ELV wird, recycelt zu werden. In Deutschland wurde seit 2015 das Ziel festgelegt, 95 % des Gesamtgewichts eines Fahrzeugs zu recyceln. Daraus hat das deutsche Unternehmen BMW ein virtuelles Tool entwickelt, um vorherzusagen, wie das Recycling des Fahrzeugs durchgeführt wird, bevor es überhaupt fertig ist, so der Software-Bildschirm in Abbildung 17.

Abbildung 17: Recycling-Software von BMW

Quelle: Zettier et al. 2000)

Das Tool, das dieses Verfahren ausführt, heißt The Dismantling Analysis Information System , oder DAISY, das praktisch den gesamten Prozess der Demontage eines Fahrzeugs während seiner Entwicklungsphasen durchführt. Die Software ist in der Lage, detaillierte Informationen über das Recycling eines Fahrzeugs an den Hersteller weiterzugeben, wie z. B. die Materialien, aus denen es besteht. Wie in Abbildung 17 zu sehen ist, enthält das Programm Informationen über die Menge an Stahl, Leichtmetallen, Schwermetallen, Polymeren, Kraftstoffen, unter anderem. Darüber hinaus bietet das Programm Informationen wie Gewicht und Prozentsatz der Recyclingfähigkeit des Materials. Die Funktionalität dieser Art von Werkzeug kann eine der Alternativen der Zukunft in der Industrie sein, maximierung der Wiederverwendung von ELVs.

3. EXPERIMENTELLE METHODIK

Dieses Kapitel stellt die Spezifikation der Versuchsvorrichtung für die Klassifizierung von metallischen Materialien von ELV in den Laboratorien von PUC Minas in Contagem, MG, vor. Die Klassifizierung der metallischen Materialien, die in der ELV für die Ausarbeitung dieses Artikels zur Verfügung gestellt wurden, beruhte auf der in Kapitel 2 vorgestellten Theorie, wobei geeignete Ausrüstung und Fachleute eingesetzt wurden, die für die Leitung der Gruppe ausgebildet wurden.  Zur Gewinnung von recycelten Materialien wurden Fahrzeugteile und Komponenten des ausgewählten Fahrzeugs verwendet.

Bei dem fahrzeug handelte es sich um einen Fiat Marea 2.4 mit 5 Zylindern in Form von ELV, dargestellt in Abbildung 18.

Abbildung 18: ELV zur Durchführung der Praxis

Quelle: Autoren (2017)

Das fragliche Fahrzeug, in End-of-Life-Zustand (ELV), war für etwa 18 Jahre im Hof von PUC Minas, in Contagem, ohne jede Verwendung geparkt worden, da es dort geblieben war, da es in einem neuen Zustand durch den Hersteller Fiat im Jahr 2000 gegeben wurde, für akademische Zwecke an der Universität verwendet werden.

Zusätzlich zu dem genannten Fahrzeug wurde die folgende Ausrüstung von PUC Minas verwendet:

a) Laborwerkzeuge wie Schlüssel, Zangen, Schneidwerkzeuge, Wagen für den Transport von Teilen, unter anderem. Einige Werkzeuge sind in Abbildung 19 dargestellt;

Abbildung 19: Verwendete Werkzeuge

Quelle: Autoren (2017)

b) Waage des Herstellers Welmy, die bis zu 150 kg beträgt. Der Saldo ist in Abbildung 20 dargestellt;

Abbildung 20: Waage zum Wiegen der Metallteile des Fahrzeugs

Quelle: Autoren (2017)

c) Fächer für die Lagerung der Teile an einem überdachten Ort.

4. Ergebnisse

Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Es katalogisiert die Komponenten und metallischen Materialien, die Teil seiner Zusammensetzung sind. Die in den Abbildungen vorgestellten Komponenten ließen ihre nichtmetallischen Materialien wie Glas, Gummi und Kunststoffe entfernen.

Tabelle 1: Erzielte Ergebnisse

Quelle: Autoren (2017)

Basierend auf der Theorie, die in Kapitel 2 dieses Artikels vorgestellt wurde, war es möglich, die Menge an Kohlendioxid (CO2)abzuschätzen, die nicht mehr durch Recycling der katalogierten Teile in die Erdatmosphäre emittiert werden würde. Laut Sousa (2013) würden pro 1 kg recyceltem Stahl 2.032 kgCO2 nicht mehr in die Atmosphäre emittiert. Die Berechnungen zu den von Massi et al. (2019) vorgestellten Studien würden für jedes 1 kg recyceltes Aluminium 16.301 kg CO2 nicht mehrin die Atmosphäre geädert.

Die gleiche Idee gilt für die Menge an Energie, die eingespart würde. Für jedes 1 kg recyceltem Stahl würden laut Gervésio (2008) 5,55 kWh Energie eingespart. Laut Das et al. (2008) würden pro 1 kg recyceltem Aluminium 42,2 kWh Energie eingespart.

Die gefundenen Werte wurden auf der Grundlage der in diesem Artikel vorgestellten Theorie ermittelt. Verschiedene Arten von Legierungen können in dem Fahrzeug auf Stahl- und Aluminiumbasis überprüft werden, so dass die Ergebnisse sowohl in der Menge des emittierten Kohlendioxids als auch in der eingesparten Energie variieren.

Niedrigseemetalle wie Kupfer, Zink und Messing wurden bei der Berechnung der Verringerung der Kohlendioxidemissionen und der Energieeinsparungen nicht berücksichtigt. Stahl und Aluminium machen die meisten von ihnen in metallischer Masse in einem End-of-Life-Fahrzeug aus, die die wichtigsten Metalle für diese Art von Studie sind.

5. Schlussfolgerungen

In diesem Kapitel werden die Schlussfolgerungen des Artikels auf der Grundlage der Ergebnisse in Kapitel 4 und der Theorie in Kapitel 2 vorgestellt. Vorschläge für die zukünftige Arbeit werden ebenfalls vorgestellt.

5.1 ERGEBNISSE DER KLASSIFIZIERUNG DER FIAT MAREA VEHICLE 2.4

a) Bei der Klassifizierung der Fahrzeugteile wurde festgestellt, dass das Fahrzeugrecycling geschulte Arbeit und angemessene Ausrüstung erfordert, so dass der Prozess in kurzer Zeit durchgeführt wird, was ihn finanziell rentabel macht. In Brasilien kann das Recycling von Fahrzeugen zu einem wichtigen Beschäftigungsmotor werden, da es im Staatsgebiet eine große Anzahl verlassener Altfahrzeuge gibt, die das Potenzial haben, den Recyclingprozess durchzuführen.

b) Es ist darauf hinzuweisen, dass die meisten teileweise im Fahrzeug gefundenen Teile in anderen Fahrzeugen desselben Modells verwendet werden konnten. Der Motor, der einer Nachbesserung unterzogen wird, könnte wiederverwendet werden. Die Karosserie, einschließlich Türen, Motorhaube, Scheinwerfer und Kofferraumabdeckung, war in gutem Zustand. Auch die Räder, Getriebe systeme und das Aufhängungssystem waren einsetzbar.

c) In einer alltäglichen Situation könnte das Fahrzeug reformiert werden, um wieder benutzt zu werden. Es würde jedoch eine hohe Investition in Teile und Arbeitskräfte für seine Wiederverwendung erfordern. Die beste Option für das zerlegte Fahrzeug wäre der separate Verkauf der meisten seiner Teile.

5.2 VORSCHLÄGE FÜR DIE ZUKÜNFTIGE ARBEIT

a) alle Kosten des Fahrzeugrecyclingprozesses zu bewerten. Überprüfen Sie die Arbeits- und Transportkosten während des Recyclingverfahrens. Vergleichen Sie den Wert von Metallteilen vor und nach dem Zusammenführen. Überprüfen Sie den Preis für alle Teile eines End-of-Life-Fahrzeugs;

b) Erstellung einer Studie nur mit nichtmetallischen End-of-Life-Materialien. Bewertung der Möglichkeit des Recyclings nichtmetallischer Gegenstände wie Glas, Kunststoffe, Gummis, Schäume und Gewebe. Vergleich von Schadstoffemissionen und Energieaufwand zur Gewinnung nichtmetallischer Materialien, die ein Altfahrzeug durch Recycling bilden;

c) den Recyclingprozess von Fahrzeugen, die keine Altfahrzeuge wie Motorräder, Lastkraftwagen und Fahrräder sind, beschreiben;

d) Bewertung der Kosten für die Montage einer Kfz-Recyclingwerkstatt, überprüfung, wie lange ein Gewinn aus diesem Geschäftsprojekt erzielt werden kann;

e) Durchführung einer Studie mit dem Ziel, die klassifizierten Metallteile zu verschmelzen, um die Untersuchung der Kohlendioxidemissionen und des Energieverbrauchs durchzuführen, um die in diesem Artikel erzielten Ergebnisse zu validieren. Die aus dem Fahrzeug entnommenen und noch nicht entnommenen Teile werden der Universität für künftige Studien zur Verfügung stehen;

f) eine Werkstatt zu konzipieren, um Studien im Zusammenhang mit der Praxis des Fahrzeugrecyclings mit angemessener Ausrüstung und Arbeiten in einer geschlossenen Umgebung für die Konservierung und Lagerung von Fahrzeugteilen durchzuführen;

g) Vergleichen Sie die Kohlendioxid-Emissionswerte, die nicht mehr durch das Recycling der untersuchten Fahrzeugmetallmaterialien des Fahrzeugs emittiert wurden, mit der Menge an Kohlendioxid, die von demselben Fahrzeug bei der Entladung in einem bestimmten Zeitintervall emittiert würde.

Verweise

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ZETTIER, Tobias et al. Evaluation of the Recyclability of Vehicles During the Product Development Phases. 2000.

[1] Maschinenbauingenieur.

[2] Master in Administration, Post-Graduate in Teaching of Higher Education, MBA in People Management and Corporate Education, Bachelor of Administration, Technologe in Management Prozessen.

[3] Maschinenbauingenieur.

[4] Maschinenbauingenieur.

Eingereicht: März, 2021.

Genehmigt: Juni 2021.

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