Design de Ciclo de Vida
Luca Vallesi
SAS 043 A04
Professor Cogdell
6 de dezembro de 2018
Tag RFID do Ciclo de Vida dos Resíduos e Emissões de Análise
identificação de freqüência de Rádio tags, etiquetas RFID de curto, pequenas, leves dispositivos utilizados para o rastreamento. Eles podem rastrear tudo, desde animais, itens em fábricas, itens enviados e até reciclagem. As etiquetas RFID funcionam enviando ondas de rádio para um receptor. Como as etiquetas RFID podem ser colocadas em inlays, etiquetas inteligentes de papel ou encapsuladas em um material de plástico ou vidro, elas podem ser colocadas em qualquer lugar (3). Os componentes de uma etiqueta RFID são uma antena, um chip RFID e um substrato (3). O substrato é onde a etiqueta é alojada em conjunto e é a incrustação, etiqueta de papel ou cápsula. O chip RFID é o que torna um RFID um RFID. Ele controla a frequência com que as ondas de rádio são enviadas e contém a memória para quando as ondas são enviadas de volta para a tag (3). As próprias ondas são recebidas e enviadas através da antena. A antena é normalmente feita de cobre, alumínio e prata (3). Existem dois tipos de etiquetas RFID diferentes para realizar propósitos diferentes. As etiquetas RFID de Frequência ultra-alta são usadas para curto alcance, mas uma quantidade muito alta de etiquetas pode ser captada pelo sensor (7). As etiquetas de baixa frequência, por outro lado, podem ser escolhidas a partir de um sensor a uma grande distância, no entanto, esse leitor está apenas focando nessa etiqueta (7). As etiquetas RFID ajudam nosso mundo a funcionar com eficiência. A velocidade com que eles podem rastrear e gerenciar itens permite que as empresas produzam mais de seus produtos. Animais de estimação e criminosos são encontrados reduzindo mais rapidamente o tempo gasto em tarefas que teoricamente nunca poderiam ser concluídas. Através de uma análise cuidadosa dos resíduos e emissões causados pela extração de material e produção de etiquetas RFID, pode-se observar que os impactos ambientais negativos são minúsculos em comparação com o impacto socioeconômico positivo que esses minúsculos dispositivos têm em nossa sociedade.
Vários materiais são extraídos para etiquetas RFID e criar resíduos, mas, devido à pequena quantidade de materiais necessários para a produção, o impacto ambiental é muito pequeno. O silício é necessário para fazer o chip RFID. A produção fabril de silício mantém os resíduos no mínimo. Subprodutos como fumaça de sílica, sílica de grão fino e escória são vendidos por fabricantes para outras empresas que usam esse material (9). A produção de silício utiliza fornos elétricos a arco que emitem pequenas quantidades de partículas no ar (9). O chip RFID possui pasta condutora anisotrópica (ACP), que permite que correntes elétricas passem pelo chip. O ACP no chip é composto de níquel. Uma grande quantidade de resíduos é produzida através do processamento e extração de níquel. Isso se deve ao fato de os minérios serem fundidos contendo apenas 1 a 3% de níquel (3). Outros metais utilizáveis estão presentes no minério, mas a maioria é material inutilizável que só pode ser despejado. No entanto, esse resíduo não é tóxico, pois é apenas rocha e material orgânico inutilizável. Em seguida, o cobre é necessário para a antena. O cobre cria grandes quantidades de subprodutos. Subprodutos como ácido sulfúrico, Ouro, Prata e outros metais preciosos são recuperados e vendidos com fins lucrativos (2). Outros subprodutos, como sobrecarga de mineração, rejeitos de concentração e escória de fundição, são todos resíduos (2). Este resíduo é particularmente perigoso devido às grandes quantidades de produtos químicos perigosos, como o chumbo e arsénio (2). Essas substâncias representam uma ameaça grave para a área circundante em que eles são lançados (2). Para manter o chip de RFID e antenas juntos, um adesivo, é necessária. O adesivo é feito de poliuretano. Muito pouco lixo é produzido durante a produção de poliuretano. Desde o poliuretano é um material sintético, a produção pode ser controlada de comprar apenas a quantidade correta de starter materiais para evitar o excesso. Para formar o poliuretano, poliol e diisocianato são misturados em um tanque e, em seguida, são enviados para uma troca de calor (5). A troca de calor é elétrica, o que minimiza as emissões de gases de efeito estufa (5). A troca de calor faz com que os produtos químicos reajam para formar o estado necessário, neste caso, um adesivo (5). Isso não produz resíduos, exceto vapor de água e quaisquer materiais de partida extras que não reagiram para formar o adesivo (5). Em seguida, o acrilato de n-butilo é necessário para conectar o chip e a antena ao substrato. O acrilato de n-butilo é semelhante ao poliuretano, pois ambos produzem pouco desperdício. Um subproduto da produção de acrilato é a água (8). A produção de acrilato é muito eficiente convertendo 96,3 por cento de todo o ácido acrílico colocado na produção e 100 por cento de n-butanol (8). Os restos de 3,7% de ácido acrílico são reutilizados em outro lote de acrilato de n-butilo (8). O substrato é feito de tereftalato de polietileno (PET). Isso também tem muito poucos subprodutos. O principal subproduto da fabricação de PET é a água (4). A produção de PET usa Aspiradores e pressão em vez de calor (4). Isso remove qualquer subproduto gasoso que possa ser causado pelo aquecimento dos produtos químicos. O único outro subproduto seria o excesso de monoetilenoglicol, ácido tereftálico e dimetil tereftalato; os três materiais iniciais (4). No geral, o desperdício de extração e fabricação de materiais necessários para a produção de etiquetas RFID é baixo. Isto é em grande parte devido à baixa quantidade de materiais necessários para construir uma etiqueta RFID. A grande maioria desses materiais produz pouco ou nenhum desperdício e dos que o fazem, apenas alguns dos subprodutos podem ser classificados como resíduos. Depois que esses materiais são extraídos e processados, eles são enviados para fábricas de etiquetas RFID e a fabricação das etiquetas começa.
o processo de produção da tag RFID cria quase nenhum desperdício, mas usa grandes quantidades de eletricidade, o que pode resultar em altas emissões. O transporte dos materiais para a fábrica libera diferentes quantidades de resíduos com base em vários fatores. Se a fonte dos materiais estiver mais longe da fábrica de RFID, uma quantidade maior de gases de efeito estufa será liberada na atmosfera. O tipo de transporte também pode afetar a quantidade de gás emitido para a atmosfera. Barcos e aviões produzirão significativamente mais gases de efeito estufa do que trens ou caminhões. A primeira parte do processo de produção de etiquetas RFID é fazer o chip. Isso requer o silício e o níquel. Isso cria uma quantidade moderada de resíduos porque o silício deve ser cortado para fazer os chips individuais (3). Esse processo usa grandes quantidades de eletricidade e, dependendo de qual fonte de geração elétrica está sendo usada, grandes quantidades de gases de efeito estufa são liberadas. Depois que os chips são cortados, o níquel ACP é colocado no silício. Isso cria quantidades minúsculas de resíduos, pois apenas a quantidade necessária de níquel é aquecida para que seja maleável o suficiente para ser colocada nos chips (3). O aquecimento do níquel também usa eletricidade e as emissões produzidas dependem de qual forma de geração elétrica está mais próxima da fábrica. Em seguida, o cobre bruto precisa ser moldado na antena. Se o cobre for entregue em uma folha, a eletricidade só é necessária para alimentar um cortador a laser (1). Se vier em outras formas, o cobre precisa ser aquecido, pressionado e, em seguida, pode ir para o cortador a laser (1). Dependendo do tipo de material que a fábrica decide usar, eles poderiam usar muito mais eletricidade, o que resultou em mais emissões. Nenhum desperdício físico é produzido a partir deste processo, pois o cobre que não se torna a antena real após a prensa de perfuração pode ser reutilizado para outras antenas ou pode ser vendido para outros fabricantes. Em seguida, a antena e o chip são colocados juntos com poliuretano. O poliuretano é colocado usando robôs precisos que minimizam o uso do adesivo, eliminando o desperdício físico (1). No entanto, isso consome uma grande quantidade de eletricidade. As emissões dependem de onde a fábrica está localizada e de qual geração elétrica está fornecendo energia à fábrica. Em seguida, o substrato precisa ser preparado. O animal chega em fichas. Precisa ser derretido para ser transformado em substrato (1). O líquido é então empurrado através de um rolo que torna o material muito fino quando seca (1). Depois, um cortador a laser é usado para cortar o substrato. Não há resíduos físicos desse processo, pois os restos de animais podem ser derretidos novamente e reutilizados. Um forno elétrico é usado para derreter o animal de estimação. Isso é então canalizado para o substrato por robôs que, em seguida, colocam o chip e o conjunto da antena no substrato (1). As emissões são mais uma vez determinadas em que forma de geração elétrica a fábrica usa. Depois disso, a tag RFID está concluída. As emissões do transporte dependem de quão longe o produto está viajando. Se o comprador estiver no meio do mundo, as emissões serão muito maiores do que se a etiqueta estiver sendo enviada dentro do país. Ao ser usado, as etiquetas RFID normalmente não podem ser mantidas; no entanto, elas são recicladas com grande eficiência.
as etiquetas RFID têm alta reciclabilidade, bem como fácil gerenciamento de resíduos após seu uso, resultando em impactos nocivos mínimos para o meio ambiente. Durante o uso da etiqueta RFID, se uma etiqueta RFID quebrar, toda a etiqueta será substituída porque é muito mais fácil fazê-lo do que substituir uma pequena parte da etiqueta. O período de uso da tag é curto, pois quando o item que está sendo rastreado chega ao seu destino, a tag é descartada. A reutilização de etiquetas RFID é baixa porque a maioria das etiquetas RFID são colocadas em itens para envio na etiqueta de papel e elas entram na reciclagem assim que as pessoas recebem o pacote (7). No entanto, as etiquetas que entram ou entram em organismos vivos podem normalmente ser reutilizadas assim que saem ou são retiradas (7). Muitos dos materiais dentro das etiquetas RFID podem ser reciclados. Os únicos materiais que não são reciclados são os adesivos do chip (7). No entanto, o níquel no chip, o silício do chip, o cobre da antena e o substrato podem ser reutilizados (7). Para fazer isso, a etiqueta é dividida no chip, na antena e no substrato (7). O cobre da antena é derretido e enviado para outras fábricas para fiação de cobre, folhas de cobre ou até mesmo para se tornar antenas RFID mais uma vez (7). O substrato também é simples de reciclar, pois também pode ser derretido para devolver o material de base do PET (7). Assim como o cobre, ele pode ser vendido para outras empresas que desejam PET, ou pode ser reutilizado para mais substrato (7). O níquel é o material mais difícil de reciclar, pois é derretido no silício. Para obter o níquel, todo o chip é derretido e, em seguida, o níquel derretido é separado do Silício devido às suas diferentes densidades (7). Após a separação, o níquel é resfriado e enviado para as fábricas. O silício também é resfriado e enviado para fábricas depois de derretido. Para todos esses materiais, uma grande quantidade de etiquetas RFID precisa ser processada para obter uma quantidade lucrativa de materiais devido à baixa quantidade de materiais dentro das etiquetas RFID (7). Isto é especialmente verdadeiro para o níquel. Os adesivos são resíduos da fusão dos componentes (7). No entanto, como existem quantidades extremamente pequenas de adesivo, isso resulta em desperdício mínimo. A gestão de resíduos para etiquetas RFID é muito fácil. Como quase todos os materiais dentro das etiquetas RFID podem ser reciclados, as etiquetas RFID podem ser descartadas na lixeira (7). Isto permite uma grande quantidade dos materiais originais postos em fazer a etiqueta do RFID que não vai desperdiçar e que está sendo reutilizado, tendo por resultado o baixo desperdício e as emissões.O impacto da tag RFID em nosso mundo é impressionante, considerando os baixos resíduos e emissões que eles produzem que levam a danos ambientais mínimos. A maioria das emissões que resultam da produção de etiquetas RFID é devido à grande quantidade de eletricidade necessária para fabricá-las. O uso geral do material é bastante baixo, o que resulta em que os resíduos causados pela extração também são baixos. Além disso, como a maioria dos materiais pode ser reciclada, isso resulta em resíduos muito baixos produzidos durante todo o ciclo de vida da etiqueta.
O Trabalho Citado
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Charles Ringham
SAS 043
Professor Cogdell
6 de dezembro de 2018
> Energia do Ciclo de Vida de RFID Tags
Identificação por Rádio Frequência (RFID) é comumente utilizado no mundo moderno, a partir do rastreamento em tempo real para lascar-se animais domésticos em caso de que eles estão perdidos. Já ouviu falar da Loja SEM caixa da Amazon? Esses só funcionam por causa do RFID. O RFID consiste em duas partes, a etiqueta e o leitor, que trabalham lado a lado: o leitor verifica a etiqueta. Existem dois tipos de tags: ativo, que usa um microchip para enviar dados de volta ao leitor; e passivo, que só pode ser lido. Chips passivos um alcance de apenas alguns metros, mas eles não precisam de uma fonte de energia; eles recebem seu poder das ondas eletromagnéticas do leitor. De certa forma, as tags rfid passivas são como códigos de barras, mas são muito mais eficientes, pois não emitem seu próprio sinal, elas só precisam estar perto de um leitor. Um exemplo disso é sair pela porta de uma loja sem caixa, há leitores na saída que digitalizam as tags passivas em cada item que o cliente tem com eles e, em seguida, sua conta é cobrada automaticamente. As tags nos itens não transmitem nenhum dado próprio aos leitores. O RFID ativo tem um alcance muito maior, atingindo centenas de metros e requer uma fonte de energia. Estes são comumente usados para rastrear pacotes dentro das instalações, pois o leitor pode fazer ping na tag ativa em qualquer lugar do prédio e obter um local. No geral, o RFID é prático e eficiente e não usa muita energia, pelo menos para o próprio dispositivo. Há muita energia incorporada nas etiquetas RFID, o que significa que há muita energia colocada no processo de fabricação. Embora as tags RFID ativas e passivas sejam extremamente úteis no rastreamento, fabricação e detecção de todos os diferentes tipos de dados, requer uma grande quantidade de energia para produzir os dois tipos de tags RFID, incluindo a criação dos microchips em ambos, as baterias para tags ativas e o transporte para o consumidor.Os sistemas rfid passivos e ativos requerem microchips (circuitos integrados) para funcionar, que possui um extenso processo de fabricação que requer muita energia. O metal crítico necessário para produzir microchips é o silício, que felizmente é um dos elementos mais comuns na terra. No entanto, ainda deve ser extraído, o que requer muita energia, e a fonte está sendo esgotada a uma taxa muito rápida (Steadman). O processo de fabricação requer uma quantidade excessiva de energia por microchip, espalhada por centenas de etapas. As partes mais importantes do processo de fabricação são a purificação do Silício, mantendo as condições adequadas dentro do edifício e a criação do chip final. Para que os microchips modernos sejam fabricados, o silício usado deve ser quase cem por cento puro por causa do tamanho muito pequeno dos transistores. Em 2018, o número comum de transistores em um microchip quadrado de um centímetro é de cerca de dois bilhões. Se houver impurezas no silício, como uma partícula de poeira ou rugosidade superficial muito alta, todo o chip falhará eletricamente. Para fazer este silício de entropia extremamente baixa, ele deve ser aquecido a dois mil e quinhentos graus Fahrenheit em um forno que foi purgado com gás argônio, então não há ar. Este processo de aquecimento requer grandes quantidades de energia para ser concluído, o que só aumenta à medida que a necessidade de silício de maior pureza continua a crescer. Em seguida, há a energia usada para a produção real de wafer depois que o silício está em sua forma mais pura e pode ser trabalhado nas condições adequadas. A energia usada nesta fase de produção é de trinta a quarenta por cento de toda a energia usada em uma fábrica. Uma vez que o silício é puro, ele é cortado em bolachas de dois terços de um milímetro de espessura. Depois de cortados, eles passam por vários processos de polimento para reduzir a rugosidade da superfície para menos de um milionésimo de milímetro. Agora, os projetos de circuito que foram projetados usando software de design auxiliado por computador podem ser gravados nas bolachas usando um processo fotolitográfico, geralmente composto por cerca de quarenta camadas (Cplai, YouTube). As bolachas de silício são revestidas em um produto químico que responde à luz, que requer mais energia para criar e purificar. Este processo requer muita energia, especialmente por causa da quantidade em massa de microchips que estão sendo produzidos, para muitos propósitos diferentes. As tags RFID usam microchips, mas quase todos os dispositivos eletrônicos também. Finalmente, cinquenta por cento da energia total que entra na produção de um microchip é usada para manter as condições adequadas no edifício. O ar nos edifícios é restrito a não mais de cem partes por metro cúbico, porque não pode haver partículas que tocam os chips de silício ou projetos de circuito em qualquer lugar do estágio de fabricação. Essa energia usada para manter essas condições é dividida entre ventilação e ar condicionado (Williams). No total, a eletricidade usada para produzir um chip quadrado de um centímetro é de um quilowatt-hora e meio. Para produzir uma bolacha inteira, o número é de cerca de dois mil quilowatts-hora (Decker). A maior parte dessa energia ainda é produzida pela queima de combustíveis fósseis, que é muito prejudicial ao meio ambiente e insustentável. No entanto, o processo de produção de tags RFID não está quase completo, pois as tags ativas ainda exigem baterias.
em oposição às tags rfid passivas, que só obtêm sua energia do leitor, as tags RFID ativas exigem baterias para suportar seu alcance e recursos muito maiores. Embora nos últimos anos as baterias tenham se tornado mais eficientes, o processo de fabricação delas requer muita energia. A maior parte dessa energia vem da mineração de lítio, o componente-chave nas modernas baterias de íons de lítio. Esses tipos de baterias são usados em uma ampla variedade de produtos, incluindo telefones inteligentes para automóveis elétricos. O lítio cru pode ser extraído de salmouras, ou águas ricas em sal que são bombeadas para a superfície, e a água evapora ao longo de alguns meses. Muitos sais sobram, sendo o lítio um dos últimos. O processo de bombear as águas ricas em sal para a superfície requer muita energia, o que é feito em todo o mundo, com mais na Austrália e na América do Sul (Foehringer). Uma vez que o lítio cru é extraído, ele deve ser processado em carbonato de lítio para uso em baterias e outros produtos, mas isso requer mais energia para o transporte. Para criar uma bateria, são necessários outros metais raros, como cobalto, níquel e grafite, que consomem muito mais energia para extrair, especialmente porque as fontes estão esgotadas e minas mais profundas devem ser criadas. Então, todos esses materiais devem ser colocados juntos para fabricar uma célula de íons de lítio, e muitas células entram em uma bateria completa, dependendo do tamanho. Eles são produzidos em grandes fábricas, pois têm todos os tipos de aplicações, e essas fábricas exigem grande quantidade de eletricidade para funcionar. Eles não precisam ser mantidos tão limpos quanto as instalações de fabricação de microchip, no entanto, o maquinário requer muita energia para funcionar. Novamente, esse processo se aplica a muitos produtos diferentes, mas as tags RFID ativas exigem essas baterias e devem participar da grande indústria de manufatura que consome energia. Uma vez que os microchips e as baterias foram produzidos, as etiquetas RFID podem ser montadas. Isso é feito novamente dentro das fábricas, aumentando a quantidade total de energia e eletricidade colocada nelas. Em relação à eletricidade, a maior parte da eletricidade usada em todos os processos listados até agora é gerada principalmente a partir de fontes não renováveis, como a queima de carvão ou combustíveis fósseis. Para esses combustíveis, mais energia é gasta na enorme indústria de extração de petróleo e carvão. Em seguida, a queima desses combustíveis resulta apenas em cerca de quarenta por cento de eficiência, resultando em uma enorme perda de energia (eletricidade potencial) para aquecer. Para a eletricidade que vem de fontes renováveis, como eólica e solar, ainda requer muita energia para produzir turbinas eólicas ou painéis solares. As células fotovoltaicas requerem metais raros para produzir e também não têm eficiências muito altas, resultando em um aumento adicional da energia gasta não usada diretamente na fabricação de etiquetas RFID.
o último passo intensivo de energia no processo de criação de etiquetas RFID é o transporte dos materiais, produtos finais e uso de energia durante o tempo de vida. A grande maioria do transporte terrestre atualmente consiste em veículos movidos a gasolina ou diesel. Como mencionado anteriormente, esses materiais devem ser coletados do subsolo e exigir muita energia para fazê-lo. O petróleo bruto deve passar por extensos procedimentos de processamento para se tornar útil em motores a gasolina ou diesel, exigindo mais energia. Além disso, os motores a gasolina também são apenas cerca de trinta por cento eficientes na conversão de energia do combustível em movimento, onde o resto é perdido para aquecer. Muitos produtos também são transportados por longas distâncias por aviões, o que aumenta o consumo e a queima de combustíveis fósseis. Depois que os produtos finais chegaram ao seu destino, eles ainda precisam de alguma energia para operar, através da maior parte do uso de energia é incorporado. As baterias em etiquetas ativas devem ser carregadas, mas isso é quase comparável à energia usada no resto do processo. Os leitores de tags ativas e passivas também não exigem muita energia, apenas uma saída é necessária. No entanto, a eletricidade fornecida aos pontos de venda também ainda vem principalmente da queima de combustíveis fósseis.
no geral, a baixa eficiência em muitos dos processos de fabricação faz com que a energia total de entrada produza uma etiqueta RFID aumente drasticamente. Cada um dos três componentes principais, microchip e fabricação de baterias, bem como transporte, exigem grandes quantidades de energia para coletar materiais e operar as fábricas. Devido à duração da bateria, as etiquetas RFID ativas têm uma vida útil de cerca de três a cinco anos (Smiley). Eles são muito pequenos para reparar ou recarregar a bateria, por isso são frequentemente substituídos. Isso é aproximadamente a mesma quantidade de tempo que um chip de computador ficará obsoleto, o que significa que o processo deve continuar a fazer um novo chip, aumentando ainda mais o uso de energia. Por outro lado, os chips rfid passivos não têm baterias, então sua vida útil é indefinida e teoricamente infinita, e não requerem mais energia para operar, exceto do leitor. Para concluir, na superfície, parece que as tags RFID são de energia extremamente baixa devido ao seu tamanho e à pouca energia necessária para operar, mas a energia incorporada vai além do que a maioria das pessoas pensa considerar. Não só os processos de fabricação de microprocessadores e baterias exigem muita eletricidade para serem concluídos, como a eletricidade vem principalmente da coleta e queima de combustíveis fósseis, ou da produção de fontes renováveis, que também exigem muita energia para produzir.
Bibliografia
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