デザインライフサイクル
Luca Vallesi
SAS043A04
教授Cogdell
6December2018
RFIDタグライフサイクル廃棄物および排出物分析
無線周波数識別タグ、RFIDタグ要するに、追跡のために使用される小型、軽量のデバイスです。 彼らは、動物、工場内のアイテム、出荷されているアイテム、さらにはリサイクルに至るまで、すべてを追跡することができます。 RFIDタグは、受信機に電波を送信することによって機能します。 RFIDタグは、インレイ、紙のスマートラベル、またはプラスチックまたはガラス材料にカプセル化された上に置くことができるので、どこにでも置くことができます(3)。 ＲＦＩＤタグの構成要素は、アンテナ、ＲＦＩＤチップおよび基板である（３）。 基質は札が一緒に収容され、象眼細工、ペーパーラベル、またはカプセルであるところである。 RFIDチップは、RFIDをRFIDにするものです。 これは、電波が送信される頻度を制御し、それは波がタグ（3）に戻って送信されるときのためのメモリが含まれています。 波自体が受信され、アンテナを介して送信されます取得します。 アンテナは通常、銅、アルミニウム、銀で作られています（3）。 異なる目的を実行するための2つの異なるRFIDタグタイプがあります。 超高周波RFIDの札は短距離のために使用されます、けれども非常に高い量の札はセンサーによって取ることができます（7）。 一方、低周波タグは、離れた大きな距離からセンサーから選ぶことができますが、その読者はそのタグ（7）にのみ焦点を当てています。 RFIDの札は効率的に動く私達の世界を助けます。 彼らが項目を追跡し、管理できる速度は会社が彼らのプロダクトの多くを出力することを可能にする。 ペットや犯罪者は、理論的には決して完了できないタスクに費やされる時間を短縮することができます。 RFIDタグの材料抽出と生産によって引き起こされる廃棄物と排出物を慎重に分析することにより、これらの小さなデバイスが社会に与える正の社会経済的影響と比較して、負の環境への影響は非常に小さいことが観察されます。
RFIDタグのために複数の材料が抽出され、廃棄物を生成しますが、生産に必要な材料の量が少ないため、環境への影響は非常に小さいです。 RFIDチップを作るためにはシリコンが必要です。 シリコンの工場生産は、廃棄物を最小限に抑えます。 このようなシリカヒューム、微粒子シリカ、およびスラグなどの副生成物は、この材料（を使用する他の企業に製造業者によって販売されている9）。 シリコンの製造は、空気中に微粒子の少量を放出する電気アーク炉を使用しています（9）。 RFIDの破片に電流が破片を通って動くことができるように可能にするそれの異方性伝導性ののり(ACP)があります。 チップ内のACPはニッケルで構成されています。 ニッケルの処理と抽出によって大量の廃棄物が生成されます。 これは、1〜3％のニッケルを含む鉱石のみが製錬されているためです（3）。 他の使用可能な金属は鉱石中に存在しますが、大部分は投棄することしかできない使用不可能な材料です。 但し、この無駄はそれが石および使用不可能な有機材料だけであるので無毒です。 次に、アンテナには銅が必要です。 銅は多量の副産物を作成します。 このような硫酸、金、銀、およびその他の貴金属などの副産物が回収され、利益のために販売されている（2）。 このような鉱山からの重荷、濃度から尾鉱、および製錬からスラグなどの他の副産物は、すべての廃棄物（である2）。 この廃棄物は、鉛やヒ素などの危険な化学物質が大量にあるため、特に危険です（2）。 これらの化学物質は、(2)で放出される周辺地域に深刻な脅威をもたらします。 RFIDの破片およびアンテナを一緒に保つためには、接着剤は要求されます。 接着剤はポリウレタン製です。 ポリウレタン製造時には非常に少ない廃棄物が生成されます。 ポリウレタンは人工材料であるため、過剰を防ぐために正しい量のスターター材料のみを購入するように生産を制御することができます。 ポリウレタンを形成するために、ポリオールとジイソシアネートをタンク内で混合し、次に熱交換（5）に送られる。 熱交換は電気的であり、温室効果ガスの排出を最小限に抑えます（5）。 この熱交換により、化学物質が反応して、必要とされる状態、この場合は接着剤（５）を形成する。 これは、水蒸気および接着剤（5）を形成するために反応しなかった任意の余分なスターター材料を除いて無駄を生成しません。 次に、チップとアンテナを基板に接続するためにn-ブチルアクリレートが必要です。 N-ブチルアクリレートはポリウレタンに似ており、両方とも廃棄物をほとんど生成しません。 アクリレートの製造の一つの副生成物は、水（である8）。 アクリル酸の生産は、生産に投入されたすべてのアクリル酸の96.3パーセントとn-ブタノールの100パーセントを変換する非常に効率的です（8）。 アクリル酸の残りの3.7パーセントは、n-ブチルアクリレート（8）の別のバッチで再利用されます。 基板はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作られている。 これはまた、非常に少ない副産物を持っています。 ペット製造の主な副産物は、水（である4）。 PETの生産は、熱の代わりに真空と圧力を使用します（4）。 これにより、化学物質を加熱することによって引き起こされる可能性のあるガス状の副産物が除去されます。 他の唯一の副生成物は、過剰なモノエチレングリコール、テレフタル酸、およびテレフタル酸ジメチルであり、三つのスターター材料（4）。 全体的に、RFIDタグの製造に必要な材料の抽出および製造の無駄は低い。 これは、大部分がRFIDタグを構築するために必要な材料の量が少ないためです。 これらの材料の大部分は、廃棄物をほとんどまたはまったく作らず、そうするもののうち、副生成物のうちのいくつかだけが廃棄物として分類され これらの材料が抽出され、処理された後、それらはRFIDタグ工場に送られ、タグの製造が開始される。
RFIDタグの製造プロセスは、ほとんど無駄を作成しませんが、高排出をもたらすことができる大量の電気を使用しています。 工場への材料の輸送は、複数の要因に基づいて異なる量の廃棄物を放出する。 材料の供給源がRFID工場から遠く離れている場合、より多くの量の温室効果ガスが大気中に放出されます。 輸送の種類は、大気中に放出されるガスの量にも影響を与える可能性があります。 ボートや飛行機は、列車やトラックよりもはるかに多くの温室効果ガスを出力します。 RFIDタグの製造プロセスの最初の部分は、チップを作っています。 これにはシリコンとニッケルが必要です。 シリコンは、個々のチップ（を作るためにカットされなければならないので、これは廃棄物の適度な量を作成します3）。 このプロセスは大量の電気を使用し、どの発電源が使用されているかに応じて、大量の温室効果ガスが放出されます。 チップが切り取られた後、ニッケルACPがシリコン上に置かれる。 これは、必要な量のニッケルのみが加熱されて、チップ（3）に入れるのに十分な可鍛性になるようにするため、非常に少ない量の廃棄物を生成します。 ニッケルの加熱は同様に電気を使用し、生成される排出量は、発電のどのような形態が工場に最も近いかによって異なります。 次に、未加工銅はアンテナに形づけられる必要があります。 銅がシートで渡されれば、電気はレーザーのカッターに動力を与えるためにだけ要求されます（1）。 それが他の形態で来るならば、銅は加熱され、押される必要があり、そしてそれはレーザーカッター（1）に行くことができます。 工場が使用することを決定した材料の種類に応じて、彼らはより多くの排出量をもたらしたより多くの電気を使用することができます。 パンチプレス後に実際のアンテナにならない銅は、他のアンテナに再利用したり、他のメーカーに販売したりすることができるため、このプロセスから物理的な廃棄物は発生しません。 次に、アンテナとチップをポリウレタンと一緒に入れます。 ポリウレタンは接着剤の使用を最小にする物理的な無駄を取り払う正確なロボットを使用して置かれる(1)。 しかし、これは大量の電気を消費します。 排出量は、工場がどこにあるか、どの発電が工場にエネルギーを供給しているかによって異なります。 次に、基板を準備する必要がある。 ペットはチップに到着します。 これは、基板（1）にするために溶融する必要があります。 液体は乾燥するとき材料を非常に薄くさせるローラーを通してそれから押されます（1）。 その後、レーザーカッターを使用して基板を切断します。 残りのペットは再度溶け、再使用することができるのでこのプロセスからの物理的な無駄がありません。 電気炉がペットを溶かすのに使用されています。 これは、その後、基板（1）上にチップとアンテナアセンブリを配置するロボットによって基板上にパイプされます。 排出量は、工場が使用する発電の形態によって再び決定されます。 この後、RFIDタグは終了します。 輸送からの排出量は、製品がどこまで移動しているかによって異なります。 買い手が世界の途中にいる場合、排出量はタグが国内で出荷されている場合よりもはるかに高くなるでしょう。 使用されるとき、RFIDの札は普通維持することができません;但し、大きい効率とリサイクルされます。
RFIDタグは、リサイクル性が高く、使用後の廃棄物管理が容易であり、環境への有害な影響が最小限に抑えられます。 RFIDタグの使用中に、RFIDタグが壊れた場合、タグの小さな部分を交換するよりもはるかに簡単であるため、タグ全体が交換されます。 タグの使用期間は、追跡されているアイテムが目的地に到達したときにタグが投げ出されるため、短いです。 RFIDタグの再利用性は、ほとんどのRFIDタグが紙ラベルに出荷するためのアイテムに配置され、人々がパッケージ（7）を受け取るとリサイクルに入るために低 しかし、生物に入ったり、生きている生物に入ったりするタグは、通常、それが外れたり、取り出されたりすると再利用することができます（7）。 RFIDの札のの中の材料の多数はリサイクルすることができます。 リサイクルされていない唯一の材料は、チップからの接着剤です（7）。 しかし、チップ上のニッケル、チップのシリコン、アンテナからの銅、および基板はすべて再利用することができます（7）。 これを行うために、タグはチップ、アンテナ、および基板（7）に分解される。 アンテナからの銅は溶かされ、銅の配線、銅シートのための他の工場にまた更にRFIDのアンテナにもう一度なるために送られます（7）。 基質はまたペット（7）の基材を返すためにまた溶けることができるのでリサイクルしまたやすいです。 ちょうど銅のように、それはペットがほしいと思う、またはより多くの基質のために再使用することができる他の会社に販売することができます（7）。 ニッケルはケイ素に溶けると同時にリサイクルするべき最も困難な材料です。 ニッケルを得るために、チップ全体が溶融し、溶融したニッケルは、その異なる密度（7）のためにシリコンから分離されます。 分離の後でニッケルは冷却され、工場に送られます。 ケイ素はまた溶けた後冷却され、工場に送られます。 すべてのこれらの材料のために、大量のRFIDタグは、RFIDタグ（内部の材料の量が少ないため、材料の収益性の高い量を得るために処理する必要があります）。 これは特にニッケルに当てはまります。 接着剤は、成分（7）の溶融から廃棄物である。 但し、接着剤の非常に少量があるので最低の無駄で起因する。 RFIDタグの廃棄物管理は非常に簡単です。 RFIDタグ内のほとんどすべての材料をリサイクルすることができるので、RFIDタグは、ごみ箱（7）に廃棄することができます。 これにより、RFIDタグを無駄にしないようにして再利用するために大量の元の材料が投入され、その結果、廃棄物や排出量が少なくなります。
私たちの世界でのRFIDタグの影響は、最小限の環境被害につながる彼らが生成する低廃棄物と排出量を考慮すると印象的です。 RFIDタグの生産に起因する排出量のほとんどは、それらを製造するために必要とされる大量の電気によるものです。 全体的な材料の使用量は非常に低く、抽出から発生する廃棄物も同様に低くなります。 なお、材料のほとんどがリサイクルすることができるのでこれは札の全体のライフサイクルに作り出される非常に低い無駄で起因する。
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Charles Ringham
SAS043
Professor Cogdell
2018年12月6日
RFIDタグのエネルギーライフサイクル
無線周波数識別（RFID）は、リアルタイム追跡から紛失した場合の家庭用ペットのチッピングまで、現代の世界で一般的に使用されています。 アマゾンのレジなしの店について聞いたことがありますか？ それらはRFIDのためにだけ働きます。 RFIDは手に手をとって働く2部、札および読者から成っています、:読者は札をスキャンします。 タグには2つのタイプがあります: 能動態、読者にデータを送り返すのにマイクロチップを使用する;そして読むことができるだけ受動。 受動の破片少数のフィートだけの範囲、しかし動力源を必要としない;それらは読者からの電磁波から力を受け取る。 いくつかの点で受動的なRFIDタグはバーコードのようなものですが、彼らは自分の信号を出さないのではるかに効率的です、彼らは読者の近くにいるだけ これの例は、レジなしの店のドアを歩いている、顧客が彼らと持っているすべての項目のパッシブタグをスキャンし、自分のアカウントが自動的に請求され、出口に読者があります。 項目の札は読者に専有物のデータを送信しない。 活動的なRFIDにたくさんのフィートに達する大いにより大きい範囲があり動力源を要求します。 読者は建物内の任意の場所にアクティブタグをpingして場所を取得できるため、これらは施設内のパッケージを追跡するために一般的に使用されます。 全体として、RFIDは実用的で効率的であり、少なくともデバイス自体には多くのエネルギーを使用しません。 RFIDタグ内にはかなり多くの具現化されたエネルギーがあり、製造プロセスに多くのエネルギーが投入されることを意味します。 アクティブおよびパッシブRFIDタグは、追跡、製造、およびすべての異なるタイプのデータを検出するのに非常に有用であるが、両方のタイプのRFIDタグを
パッシブRFIDシステムとアクティブRFIDシステムの両方が機能するためにマイクロチップ（集積回路）を必要とし、多くのエネルギーを必要とする広範な製 マイクロチップを製造するために必要な重要な金属は、幸運にも地球上で最も一般的な元素の一つであるシリコンです。 しかし、それはまだ多くのエネルギーを必要とする採掘されなければならず、源は非常に急速な速度で枯渇しています（Steadman）。 製造プロセスでは、マイクロチップあたりのエネルギーが過剰に必要であり、数百のステップにまたがっています。 製造プロセスの最も重要な部分は、シリコンの精製、建物内の適切な条件の維持、および最終チップの作成です。 現代のマイクロチップを製造するためには、トランジスタのサイズが非常に小さいため、使用されるシリコンはほぼ百パーセント純粋でなければな 2018年には、1センチメートル四方のマイクロチップ上のトランジスタの一般的な数は約20億です。 ダスト粒子や表面粗さが高すぎるなど、シリコン上に不純物があると、チップ全体が電気的に故障します。 この非常に低エントロピーシリコンを作るためには、アルゴンガスでパージされた炉で華氏二千五百度に加熱する必要があるので、空気はありません。 この加熱プロセスは、高純度シリコンの必要性が成長し続けるにつれて増加するだけで、完了するために膨大な量のエネルギーを必要とします。 次に、シリコンが最も純粋な形になった後、実際のウェーハ製造に使用されるエネルギーがあり、適切な条件で作業することができます。 この生産段階で使用されるエネルギーは、製造工場で使用される全エネルギーの30〜40％です。 シリコンが純粋になると、それはミリメートルの厚さの三分の二のウェーハに切断されます。 それらが切られた後、それらはミリの百万分の一以下に表面荒さを減らすために多数の磨くプロセスによって行く。 現在、コンピュータ支援設計ソフトウェアを使用して設計された回路設計は、通常約40層（cplai、YouTube）からなるフォトリソグラフィプロセスを使用してウェーハ シリコンウェハーは、光に反応する化学物質でコーティングされており、作成して浄化するためにより多くのエネルギーを必要とします。 このプロセスは、特に多くの異なる目的のために、製造されているマイクロチップの質量量のために、多くのエネルギーを必要とする。 RFIDタグはマイクロチップを使用しますが、ほぼすべての電子デバイスも同様に使用します。 最後に、マイクロチップの生産に入る全体的なエネルギーの五十パーセントは、建物内の適切な条件を維持するために使用されます。 製造段階のどこでもシリコンチップや回路設計に触れる粒子が存在しないため、建物内の空気は1立方メートルあたり100部以下に制限されています。 これらの条件を維持するために使用されるこのエネルギーは、換気と空調（ウィリアムズ）の間で分割されます。 合計では、単一のセンチメートル平方チップを生成するために使用される電気は、半キロワット時です。 ウェーハ全体を製造するためには、図は二千キロワット時（デッカー）に近いです。 このエネルギーのほとんどは、環境に非常に有害で持続不可能な化石燃料を燃焼させることによってまだ生産されています。 しかし、RFIDタグの製造プロセスは、アクティブタグがまだ電池を必要とするため、完全には近いものではありません。
読者からだけエネルギーを得る受動RFIDの札とは対照的に、活動的なRFIDの札は大いにより大きい範囲および特徴を支えるように電池を要求する。 近年、電池はより効率的になってきましたが、それらを製造するプロセスは多くのエネルギーを必要とします。 このエネルギーのほとんどは、現代のリチウムイオン電池の重要な要素であるリチウムの採掘から来ています。 これらのタイプの電池は、スマートフォンから電気自動車まで、さまざまな製品で使用されています。 生のリチウムは、塩水、または表面に汲み上げられた塩が豊富な水から抽出することができ、水は数ヶ月にわたって蒸発する。 多くの塩が残っており、リチウムは後のものの一つである。 表面に塩が豊富な水をポンピングするプロセスは、オーストラリアと南アメリカ（Foehringer）で最も多く、世界中で行われている多くのエネルギーを必要とします。 未加工リチウムが採鉱されれば、電池および他のプロダクトの使用のための炭酸リチウムに処理されなければなりませんがこれは交通機関のため 電池を作るためには、コバルト、ニッケル、グラファイトなどの他のレアメタルが必要であり、特に源が枯渇し、より深い鉱山を作らなければならない その後、これらの材料をすべて組み合わせてリチウムイオン電池を製造する必要があり、多くのセルはサイズに応じて完成した電池に入ります。 これらは各種各様の適用があり、これらの工場が動くように多量の電気を要求するので、大きい工場で作り出されます。 それらは機械類が動くように多くの力を要求するどんなに、マイクロチップの製作所きれい保たれる必要はありません。 繰り返しますが、このプロセスは多くの異なる製品に適用されますが、アクティブなRFIDタグはこれらの電池を必要とし、大規模なエネルギー消費の製造業に参加しなければなりません。 マイクロチップおよび電池が作り出されたら、RFIDの札は組み立てることができます。 これは再び工場内で行われ、それらに投入されるエネルギーと電気の総量が増加します。 電気については、これまでに記載されているすべてのプロセスで使用されるほとんどの電力は、石炭や化石燃料の燃焼などの再生不可能な源から これらの燃料のために、より多くのエネルギーが石油と石炭を抽出する大規模な産業に費やされています。 その後、これらの燃料を燃焼させると、約40％の効率しか得られず、その結果、熱に対するエネルギー（潜在的な電気）が大幅に失われます。 風力や太陽光などの再生可能エネルギー源から来る電気のために、まだ風力タービンやソーラーパネルを生産するために多くのエネルギーを必要とします。 太陽電池は、製造するためにレアメタルを必要とし、非常に高い効率を持たず、RFIDタグの製造に直接使用されない消費エネルギーをさらに増加させる。
RFIDタグを作成するプロセスの最後のエネルギー集約的なステップは、材料、最終製品、および寿命の間のエネルギー使用量の輸送です。 陸上輸送の大部分は、現在、ガソリンまたはディーゼル車で構成されています。 前述したように、これらの材料は地下から収集され、そうするために多くのエネルギーを必要とする必要があります。 原油は、より多くのエネルギーを必要とする、ガソリンやディーゼルエンジンに有用になるために、広範な処理手順を経る必要があります。 さらに、ガソリンエンジンは、燃料からのエネルギーを運動に変換するのに約30％しか効率的ではなく、残りは熱に失われます。 多くの製品は飛行機によって長距離輸送され、化石燃料の消費と燃焼に追加されます。 最終製品が目的地に到着した後も、エネルギー使用量のほとんどが埋め込まれているため、動作するためにはいくらかのエネルギーが必要です。 活動的な札の電池は満たされなければなりませんがそれはプロセスの残りで使用されるエネルギーとやっと対等です。 アクティブタグとパッシブタグの両方の読者も多くのエネルギーを必要とせず、コンセントだけが必要です。 しかし、コンセントに供給される電気は、依然としてほとんどが化石燃料の燃焼から来ています。
全体的に、多くの製造プロセスの効率が低いため、RFIDタグを生成するための総入力エネルギーが劇的に増加します。 マイクロチップとバッテリーの製造、輸送の三つの主要なコンポーネントのそれぞれは、材料を収集し、工場を運営するために非常に大量のエネルギーを必 電池の寿命のために、活動的なRFIDの札に約3から5年（微笑）の寿命があります。 それらは電池を修理するか、または再充電するには余りにも小さいです従って頻繁に取り替えられます。 これは、プロセスがさらにエネルギー使用量を増加させ、新しいチップを作るために継続しなければならないことを意味し、コンピュータチップが時代遅れになることを時間のほぼ同じ量です。 一方、パッシブRFIDチップには電池がないため、その寿命は未定義であり、理論的には無限であり、リーダーを除いて動作するためにそれ以上のエネルギーを必 結論として、表面上では、RFIDタグはそのサイズのために非常に低いエネルギーであり、動作するために必要な電力はほとんどありませんが、埋め込まれた マイクロプロセッサや電池の製造プロセスが完了するために多くの電気を必要とするだけでなく、その電気は主に化石燃料の収集と燃焼、または生
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