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2021年3月，受歐盟委員會(huì)資助的“面向循環(huán)經(jīng)濟(jì)的消費(fèi)后高技術(shù)再生聚合物”（Post-Consumer High-tech Recycled Polymers for a Circular Economy，簡(jiǎn)稱PolyCE）項(xiàng)目發(fā)布了《電氣電子產(chǎn)品面向再生和源自再生的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)者實(shí)用指南》（以下簡(jiǎn)稱《指南》），旨在幫助設(shè)計(jì)者/制造商將生命周期理念融入電氣電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，將產(chǎn)品使用的塑料材料的生命周期轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)生命周期。
PolyCE是一個(gè)由20個(gè)專家組織組成的合作項(xiàng)目。這些專家來自歐洲大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、再生企業(yè)和設(shè)計(jì)公司，目標(biāo)是研究如何改善塑料在電氣電子產(chǎn)品中的循環(huán)利用，從而大幅減少原生塑料的使用，增加再生塑料的使用。
《指南》側(cè)重于循環(huán)塑料設(shè)計(jì)，介紹了面向再生和源自再生兩種設(shè)計(jì)策略，解釋了如何以循環(huán)方式設(shè)計(jì)塑料的外殼和內(nèi)部零件，并提出若干指南。這些指南是由基于PolyCE項(xiàng)目在2017~2020年間的執(zhí)行結(jié)果制定的，并因及時(shí)反映了當(dāng)前的狀況而被歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心（JRC）2023年1月發(fā)布的《可持續(xù)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)法規(guī)-新產(chǎn)品優(yōu)先級(jí)的初步研究》技術(shù)報(bào)告草案所引用。
本文將詳細(xì)介紹《指南》的相關(guān)設(shè)計(jì)策略和應(yīng)用案例，為中國家電行業(yè)應(yīng)對(duì)塑料循環(huán)利用的要求提供思路和借鑒。
塑料再生利用的重要性
如今，人們很難想象這個(gè)世界沒有塑料。人類社會(huì)從塑料革命和塑料提供的大量功能中受益匪淺。以歐洲為例，塑料的產(chǎn)量從1950年的150萬噸增長(zhǎng)到2019年的3.68億噸，塑料行業(yè)的營業(yè)額超過3600億歐元/年，從業(yè)人員數(shù)量超過160萬人。
雖然塑料行業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新使得使用更少的材料實(shí)現(xiàn)相同的功能成為可能，但由于產(chǎn)品（如電氣電子產(chǎn)品）應(yīng)用塑料的多樣性和復(fù)雜性日益提高，重復(fù)使用或再生利用塑料變得更加復(fù)雜。這導(dǎo)致產(chǎn)品在生命周期的后期對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生巨大的影響，由此產(chǎn)生的廢物流也越來越受到關(guān)注。廢棄電氣電子產(chǎn)品（WEEE）被認(rèn)為是歐盟乃至全球增長(zhǎng)最快的廢物流之一。根據(jù)《全球電子垃圾監(jiān)測(cè)》（Global E-Waste Monitor），2019年全球產(chǎn)生的電氣電子垃圾達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的5360萬噸。
如今，WEEE再生利用的主要經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力是對(duì)金、銀、鈀、銅等稀有貴金屬的回收利用。電氣電子產(chǎn)品的塑料外殼和內(nèi)部零件的再生利用仍是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。這主要是因?yàn)殡姎怆娮赢a(chǎn)品所使用的塑料是由許多不同的聚合物和添加劑組成的復(fù)雜混合物。
2018年，作為第一個(gè)歐洲循環(huán)經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃（CEAP）的一部分，歐盟委員會(huì)通過了一項(xiàng)覆蓋全歐洲的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)塑料戰(zhàn)略”。這一戰(zhàn)略旨在改變未來塑料和塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和再生利用方式。最重要的是，歐盟制定了一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)——到2025年，歐盟市場(chǎng)上的新產(chǎn)品中含有1000萬噸再生塑料，這是2016年使用量（近400萬噸）的兩倍還多。
產(chǎn)品80%以上的環(huán)境影響是在設(shè)計(jì)階段確定的。面向再生的設(shè)計(jì)（Design FOR Recycling）策略是歐盟塑料戰(zhàn)略一個(gè)特別重要的組成部分。初始設(shè)計(jì)對(duì)電氣電子產(chǎn)品在使用壽命結(jié)束時(shí)的再生利用至關(guān)重要，需要產(chǎn)品研發(fā)人員應(yīng)用面向再生的設(shè)計(jì)策略，以滿足再生利用企業(yè)的原料要求。
除了面向再生的設(shè)計(jì)策略，源自再生的設(shè)計(jì)（Design FROM Recycling）策略也將在閉合材料循環(huán)和實(shí)現(xiàn)歐盟委員會(huì)2025年的目標(biāo)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。目前，大多數(shù)再生材料因質(zhì)量低通常處于降級(jí)使用狀態(tài)，多用于建筑、運(yùn)輸或基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域?？焖僭鲩L(zhǎng)的電氣電子廢物產(chǎn)生了大量的、種類繁多的塑料，更好地分選且保持材料的純度成為再生工藝中的挑戰(zhàn)。為在塑料行業(yè)實(shí)現(xiàn)以可持續(xù)發(fā)展為導(dǎo)向的創(chuàng)新，電氣電子產(chǎn)品行業(yè)亟需關(guān)于面向再生和源自再生的設(shè)計(jì)指南和開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)指南對(duì)于增加再生物在消費(fèi)類電氣電子產(chǎn)品等高價(jià)值領(lǐng)域中的應(yīng)用比例具重要意義。
循環(huán)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和循環(huán)塑料設(shè)計(jì)
歐盟將電氣電子產(chǎn)品產(chǎn)生的廢物流分為溫度交換設(shè)備、顯示器和監(jiān)視器、燈、大型設(shè)備、小型設(shè)備、小型IT和通信設(shè)備六大類。每一類廢物的處理需要按照不同的步驟進(jìn)行，這樣的分類有助于組織再生流和再生工藝。不同類別的產(chǎn)品有自身特定的再生挑戰(zhàn)。要使產(chǎn)品完全循環(huán)，設(shè)計(jì)者/制造商需要知道不同產(chǎn)品類別面臨何種挑戰(zhàn)。因此，循環(huán)設(shè)計(jì)的第一步是將產(chǎn)品與正確的類別相匹配，并調(diào)查再生系統(tǒng)的組織方式以確定適用的規(guī)則。
《指南》指出，開展產(chǎn)品循環(huán)開發(fā)活動(dòng)，意味著設(shè)計(jì)者/制造商將進(jìn)入新的領(lǐng)域，需要學(xué)習(xí)新的知識(shí)和規(guī)則，并涉及與再生行業(yè)的合作。這個(gè)領(lǐng)域還處在不斷發(fā)展中，并非所有規(guī)則都為人所知，因此設(shè)計(jì)者/制造商的行動(dòng)將有助于建立重要的知識(shí)體系和合作伙伴關(guān)系。此外，新產(chǎn)品應(yīng)具備經(jīng)濟(jì)可行性，并有可匹配的商業(yè)案例?！吨改稀返淖罱K目標(biāo)是為制造商建立一個(gè)可持續(xù)的、有效的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過提供材料以理想的質(zhì)量重復(fù)使用，從而從廢物中提取最大的價(jià)值，或者從為防止污染而開發(fā)的再生步驟中創(chuàng)造價(jià)值。
《指南》同時(shí)強(qiáng)調(diào)，6個(gè)可再生利用的產(chǎn)品類別可能無法完全滿足設(shè)計(jì)者/制造商的需求。這意味著當(dāng)確定產(chǎn)品類別后，設(shè)計(jì)者/制造商還需要調(diào)查開展材料再生相關(guān)條件。理清這一點(diǎn)后，設(shè)計(jì)者/制造商就可以定義產(chǎn)品的再生利用策略，并了解要應(yīng)用的面向再生的設(shè)計(jì)規(guī)則。
《指南》以“第五類-小型設(shè)備”為例說明了該產(chǎn)品類別的再生步驟（詳見圖1）。
圖1 小型設(shè)備的再生步驟
此類小型設(shè)備在使用壽命結(jié)束時(shí)通常不會(huì)被拆卸（拆開），而是整體破碎。這意味著設(shè)計(jì)者/制造商將面向再生的設(shè)計(jì)規(guī)則應(yīng)用于該類產(chǎn)品塑料零件的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保收集產(chǎn)品中使用的所有塑料類型變得更加容易。這樣才能使再生企業(yè)在開展再生生產(chǎn)的過程中更輕松地收集塑料，并盡可能使材料保持原始的質(zhì)量，受到更少的污染，從而讓再生塑料更適合在更多的產(chǎn)品類別中重復(fù)使用。
為利用面向再生的設(shè)計(jì)原則成功地設(shè)計(jì)出循環(huán)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)者/制造商需要確定如何最好地重復(fù)使用產(chǎn)品的各個(gè)部分。可再生利用性必須成為產(chǎn)品開發(fā)時(shí)一項(xiàng)強(qiáng)制性產(chǎn)品要求。
《指南》指出，為準(zhǔn)確地確定產(chǎn)品的循環(huán)性，設(shè)計(jì)者/制造商需要調(diào)查的不僅是面向再生和源自再生的設(shè)計(jì)原則，還需要了解整個(gè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。艾倫.麥克阿瑟基金會(huì)（Ellen McArthur Foundation）制作的模型很好地概述了循環(huán)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（見圖2）?！吨改稀飞婕暗氖怯贸壬珮?biāo)出的再生利用部分。
圖2 艾倫.麥克阿瑟基金會(huì)的全循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)
如今，WEEE再生利用的主要經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力源于對(duì)金、銀、鈀和銅等稀有貴金屬的回收利用。通過所謂的“城市采礦”過程（從電氣電子廢物中開采金屬），從印刷電路板中重新獲取這些有價(jià)值的材料已經(jīng)在進(jìn)行中。然而，不利的一面是，塑料等其他潛在的可再生材料在此過程中可能因?yàn)榻?jīng)濟(jì)價(jià)值較低而被丟棄。要收集材料以供重復(fù)使用，重要的就是改變產(chǎn)品的的設(shè)計(jì)方式，既要考慮再生材料的使用，又要考慮再生材料壽命結(jié)束時(shí)的再生利用。
成功應(yīng)用這一方法將創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值：再生的塑料材料將保留更多的原始質(zhì)量（接近原生塑料），通過使其適合重復(fù)使用，從而在多個(gè)層面上防止污染。
《指南》側(cè)重于以循序漸進(jìn)的方式實(shí)施循環(huán)設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)者/制造商建立一個(gè)更大的、積極的未來，通過學(xué)習(xí)來提出改進(jìn)思路，在設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)工藝中制定和實(shí)施循環(huán)解決方案。
實(shí)施循環(huán)設(shè)計(jì)，連接兩個(gè)世界
為實(shí)施循環(huán)設(shè)計(jì)活動(dòng)，《指南》介紹了可供選擇的兩種主要設(shè)計(jì)方法。一是面向再生的設(shè)計(jì)（Design FOR Recycling），即創(chuàng)造一種在壽命結(jié)束時(shí)能夠更好、更容易再生利用的產(chǎn)品；二是源自再生的設(shè)計(jì)（Design FROM Recycling），即創(chuàng)造一種（部分）由再生材料制成的產(chǎn)品。
要在“面向再生”或“源自再生”之間做出選擇，設(shè)計(jì)者/制造商需要考慮這兩者的背景。通過觀察產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，區(qū)分兩個(gè)相關(guān)的“世界”。一是產(chǎn)品開發(fā)的“世界”（圖3中的藍(lán)色部分），側(cè)重于產(chǎn)品構(gòu)思、開發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者、工程師、模具商、制造商和消費(fèi)者合作創(chuàng)造有價(jià)值的產(chǎn)品。二是材料回收利用的“世界”（圖3中的綠色部分），側(cè)重于產(chǎn)品的壽命結(jié)束后的廢物收集和再生利用，市政當(dāng)局、廢物收集者和廢物處理者從廢物中創(chuàng)造價(jià)值。
圖3 Pezy Group所述的循環(huán)開發(fā)
當(dāng)前，這兩個(gè)世界是彼此獨(dú)立運(yùn)作的（見圖4），產(chǎn)品開發(fā)和廢物循環(huán)過程（再生利用等）各自以線性方式進(jìn)行。創(chuàng)建循環(huán)產(chǎn)品（適合再生利用并由再生材料制成）的一個(gè)重要條件是從線性方法轉(zhuǎn)變?yōu)榭紤]整個(gè)價(jià)值鏈的整體方法。
圖4 Pezy Group所述的線性開發(fā)
將產(chǎn)品開發(fā)從線性轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)將帶來巨大挑戰(zhàn)?！吨改稀分赋觯晒﹂_發(fā)循環(huán)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)者/制造商必須嘗試連接“兩個(gè)世界”，使它們以循環(huán)的方式運(yùn)行，將它們視為一個(gè)世界，并以此為基礎(chǔ)定義面向再生的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的初始方式?jīng)Q定了可再生材料和/或再生材料“重生”的可能，從而防止產(chǎn)品在使用壽命結(jié)束時(shí)變成廢物。因此，為了實(shí)現(xiàn)循環(huán)，設(shè)計(jì)者/制造商在項(xiàng)目開始時(shí)考慮產(chǎn)品將如何再生利用是至關(guān)重要的。
為此，《指南》引入了“門A”和“門B”的概念。這兩扇門是兩個(gè)世界之間的連接點(diǎn)，在將它們連接在一起方面發(fā)揮著重要作用。
“門A”面向再生的設(shè)計(jì)：在這個(gè)關(guān)口，設(shè)計(jì)者/制造商的任務(wù)是開發(fā)一個(gè)以定性和定量的方式實(shí)現(xiàn)最佳再生的設(shè)計(jì)。
“門B”源自再生的設(shè)計(jì)：在這個(gè)關(guān)口，設(shè)計(jì)者/制造商的任務(wù)是在可能的情況下應(yīng)用再生材料。
從今天進(jìn)入門A的大多數(shù)產(chǎn)品（在壽命結(jié)束時(shí)）來看，它們并不是為材料回收利用世界設(shè)計(jì)的，面向再生的設(shè)計(jì)尚未得到應(yīng)用。門B則經(jīng)常顯示，材料回收利用的輸出（可用的再生材料）與產(chǎn)品設(shè)計(jì)者能夠創(chuàng)建良好的源自再生的設(shè)計(jì)所需的規(guī)范輸入之間缺少連接。然而，在產(chǎn)品循環(huán)開發(fā)中，這兩者將是共存且合作的關(guān)系。
循環(huán)開發(fā)的兩個(gè)層面
選擇基于“面向再生”或“源自再生”原則的設(shè)計(jì)取決于設(shè)計(jì)者/制造商想要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。然而，這兩種方法的應(yīng)用，都需要從兩個(gè)層面看待產(chǎn)品（見圖5）。在產(chǎn)品層面，執(zhí)行關(guān)鍵功能和美學(xué)的總裝配；在零件層面，實(shí)現(xiàn)特定子功能，并由特定材料制成的單獨(dú)零件。
圖5 產(chǎn)品層面和零件層面
無論設(shè)計(jì)者/制造商決定把重點(diǎn)放在哪里，都需要始終關(guān)注生產(chǎn)方面：使用何種技術(shù)來生產(chǎn)產(chǎn)品，以及這些技術(shù)與循環(huán)解決方案的關(guān)系。面向再生的設(shè)計(jì)項(xiàng)目側(cè)重于設(shè)計(jì)整個(gè)產(chǎn)品，并創(chuàng)建一個(gè)有利于以后的最佳再生的產(chǎn)品構(gòu)架。在啟動(dòng)通常的開發(fā)活動(dòng)之前，設(shè)計(jì)者/制造商需要規(guī)劃產(chǎn)品如何最好地進(jìn)入再生流。
為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，產(chǎn)品中使用的所有零件都應(yīng)設(shè)計(jì)為易于分離，避免膠水固定和使用有毒材料。一旦明確了需求，在開發(fā)產(chǎn)品構(gòu)架的同時(shí)，設(shè)計(jì)者/制造商就可以選擇將再生塑料用于產(chǎn)品的零件。這取決于制造商的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、可用預(yù)算以及整合尋找合適材料所需的活動(dòng)（和時(shí)間）。
源自再生的設(shè)計(jì)項(xiàng)目通常側(cè)重于（重新）設(shè)計(jì)適合使用再生塑料的產(chǎn)品零件。為了更好地實(shí)現(xiàn)循環(huán)，設(shè)計(jì)者/制造商可以選擇從改變現(xiàn)有產(chǎn)品的材料開始，并用再生塑料生產(chǎn)（部分）零件。這是培養(yǎng)專業(yè)知識(shí)和了解合適選項(xiàng)的好方法，還將讓設(shè)計(jì)者/制造商深入了解使用再生塑料可能對(duì)產(chǎn)品和生產(chǎn)造成的影響?！吨改稀贩Q之為“插入式方法”（Drop-in Method）。這種方法旨在創(chuàng)建實(shí)踐學(xué)習(xí)，而無需對(duì)開發(fā)和模具進(jìn)行大量投資。另一種選擇是使用盡可能多的再生塑料從頭開始設(shè)計(jì)全新的產(chǎn)品。
需要注意的是，“插入式方法”不應(yīng)與“插入式材料”相混淆。“插入式材料”在業(yè)內(nèi)指的是在不影響生產(chǎn)工藝的情況下對(duì)材料進(jìn)行一對(duì)一的更換。應(yīng)用“插入式方法”意味著在現(xiàn)有工藝中測(cè)試再生塑料，以了解材料、零件、模具和生產(chǎn)工藝的變化。一旦從該測(cè)試中證明了材料性能并獲得了可比較的結(jié)果，設(shè)計(jì)者/制造商就可以開始在（批量）生產(chǎn)中使用再生材料。
源自再生的設(shè)計(jì)方法還可以幫助設(shè)計(jì)者/制造商說服自己的公司相信循環(huán)產(chǎn)品的價(jià)值。這種方法具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，有助于企業(yè)建立實(shí)施循環(huán)發(fā)展戰(zhàn)略的信心。
面向再生的設(shè)計(jì)（Design FOR Recycling）
通過應(yīng)用面向再生的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)者/制造商的目標(biāo)是制造適合整個(gè)價(jià)值鏈的產(chǎn)品，包括再生過程的所有步驟。這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)確保使用的所有材料都能保持最高質(zhì)量，且可以最大程度地被重復(fù)使用。
歐洲近年來制定了許多指南，以支持企業(yè)實(shí)現(xiàn)面向再生的設(shè)計(jì)，并賦能塑料再生設(shè)計(jì)。目前，幾乎所有的指南都是為包裝行業(yè)制定的。這是由于包裝行業(yè)對(duì)塑料的需求最高，產(chǎn)生了當(dāng)下大部分的塑料垃圾。
《指南》結(jié)合上述指南中相關(guān)的內(nèi)容，提出了電氣電子產(chǎn)品面向再生設(shè)計(jì)的相關(guān)指南，可應(yīng)用于設(shè)計(jì)電氣電子產(chǎn)品的塑料外殼和零件。同時(shí)，從PolyCE項(xiàng)目中學(xué)到的新知識(shí)也被納入《指南》，兩者共同提供了一套涵蓋塑料價(jià)值鏈的最新且完整的設(shè)計(jì)指南。（中國家用電器協(xié)會(huì) 萬春暉編譯）（未完待續(xù)）
