欧洲电气电子产品轮回塑料设计实用指南（一）面向再生和源自再生的设计

2021年3月，受欧盟委员会帮助的“面向循环经济的消费后高技能再生聚合物”（Post-Consumer High-tech Recycled Polymers for a Circular Economy，简称PolyCE）项目发布了《电气电子产品面向再生和源自再生的设计：设计者实用指南》（以下简称《指南》），旨在帮助设计者/制造商将生命周期理念融入电气电子产品的设计中，将产品利用的塑料材料的生命周期转变为可持续生命周期。

PolyCE是一个由20个专家组织组成的互助项目。
这些专家来自欧洲大学、研究机构、再生企业和设计公司，目标是研究如何改进塑料在电气电子产品中的循环利用，从而大幅减少原生塑料的利用，增加再生塑料的利用。

《指南》侧重于循环塑料设计，先容了面向再生和源自再生两种设计谋略，阐明了如何以循环办法设计塑料的外壳和内部零件，并提出多少指南。
这些指南是由基于PolyCE项目在2017~2020年间的实行结果制订的，并因及时反响了当前的状况而被欧盟委员会联合研究中央（JRC）2023年1月发布的《可持续产品生态设计法规-新产品优先级的初步研究》技能报告草案所引用。

本文将详细先容《指南》的干系设计谋略和运用案例，为中国家电行业应对塑料循环利用的哀求供应思路和借鉴。

塑料再生利用的主要性

如今，人们很难想象这个天下没有塑料。
人类社会从塑料革命和塑料供应的大量功能中受益匪浅。
以欧洲为例，塑料的产量从1950年的150万吨增长到2019年的3.68亿吨，塑料行业的业务额超过3600亿欧元/年，从业职员数量超过160万人。

虽然塑料行业的持续创新使得利用更少的材料实现相同的功能成为可能，但由于产品（如电气电子产品）运用塑料的多样性和繁芜性日益提高，重复利用或再生利用塑料变得更加繁芜。
这导致产品在生命周期的后期对环境会产生巨大的影响，由此产生的废物流也越来越受到关注。
废弃电气电子产品（WEEE）被认为是欧盟乃至环球增长最快的废物流之一。
根据《环球电子垃圾监测》（Global E-Waste Monitor），2019年环球产生的电气电子垃圾达到创记录的5360万吨。

如今，WEEE再生利用的紧张经济驱动力是对金、银、钯、铜等罕有贵金属的回收利用。
电气电子产品的塑料外壳和内部零件的再生利用仍是一项重大的寻衅。
这紧张是由于电气电子产品所利用的塑料是由许多不同的聚合物和添加剂组成的繁芜稠浊物。

2018年，作为第一个欧洲循环经济行动操持（CEAP）的一部分，欧盟委员会通过了一项覆盖全欧洲的“循环经济塑料计策”。
这一计策旨在改变未来塑料和塑料产品的设计、生产、利用和再生利用办法。
最主要的是，欧盟制订了一个年夜志勃勃的目标——到2025年，欧盟市场上的新产品中含有1000万吨再生塑料，这是2016年利用量（近400万吨）的两倍还多。

产品80%以上的环境影响是在设计阶段确定的。
面向再生的设计（Design FOR Recycling）策略是欧盟塑料计策一个特殊主要的组成部分。
初始设计对电气电子产品在利用寿命结束时的再生利用至关主要，须要产品研发职员运用面向再生的设计谋略，以知足再生利用企业的质料哀求。

除了面向再生的设计谋略，源自再生的设计（Design FROM Recycling）策略也将在闭合股料循环和实现欧盟委员会2025年的目标方面发挥关键浸染。
目前，大多数再生材料因质量低常日处于降级利用状态，多用于建筑、运输或根本举动步伐培植等领域。
快速增长的电气电子废物产生了大量的、种类繁多的塑料，更好地分选且保持材料的纯度成为再生工艺中的寻衅。
为在塑料行业实现以可持续发展为导向的创新，电气电子产品行业亟需关于面向再生和源自再生的设计指南和开拓标准。
干系指南对付增加再生物在消费类电气电子产品等高代价领域中的运用比例具主要意义。

循环产品设计和循环塑料设计

欧盟将电气电子产品产生的废物流分为温度交流设备、显示器和监视器、灯、大型设备、小型设备、小型IT和通信设备六大类。
每一类废物的处理须要按照不同的步骤进行，这样的分类有助于组织再生流和再生工艺。
不同类别的产品有自身特定的再生寻衅。
要使产品完备循环，设计者/制造商须要知道不同产品种别面临何种寻衅。
因此，循环设计的第一步是将产品与精确的种别相匹配，并调查再生系统的组织办法以确定适用的规则。

《指南》指出，开展产品循环开拓活动，意味着设计者/制造商将进入新的领域，须要学习新的知识和规则，并涉及与再生行业的互助。
这个领域还处在不断发展中，并非所有规则都为人所知，因此设计者/制造商的行动将有助于建立主要的知识体系和互助伙伴关系。
此外，新产品应具备经济可行性，并有可匹配的商业案例。
《指南》的终极目标是为制造商建立一个可持续的、有效的系统。
这个别系通过供应材料以空想的质量重复利用，从而从废物中提取最大的代价，或者从为防止污染而开拓的再生步骤中创造代价。

《指南》同时强调，6个可再生利用的产品种别可能无法完备知足设计者/制造商的需求。
这意味着当确定产品种别后，设计者/制造商还须要调查开展材料再生干系条件。
理清这一点后，设计者/制造商就可以定义产品的再生利用策略，并理解要运用的面向再生的设计规则。

《指南》以“第五类-小型设备”为例解释了该产品类别的再生步骤（详见图1）。

图1 小型设备的再生步骤

此类小型设备在利用寿命结束时常日不会被拆卸（拆开），而是整体破碎。
这意味着设计者/制造商将面向再生的设计规则运用于该类产品塑料零件的设计时，应确保网络产品中利用的所有塑料类型变得更加随意马虎。
这样才能使再生企业在开展再生生产的过程中更轻松地网络塑料，并尽可能使材料保持原始的质量，受到更少的污染，从而让再生塑料更适宜在更多的产品种别中重复利用。

为利用面向再生的设计原则成功地设计出循环产品，设计者/制造商须要确定如何最好地重复利用产品的各个部分。
可再生利用性必须成为产品开拓时一项逼迫性产品哀求。

《指南》指出，为准确地确定产品的循环性，设计者/制造商须要调查的不仅是面向再生和源自再生的设计原则，还须要理解全体循环经济系统。
艾伦.麦克阿瑟基金会（Ellen McArthur Foundation）制作的模型很好地概述了循环经济系统（见图2）。
《指南》涉及的是用橙色标出的再生利用部分。

图2 艾伦.麦克阿瑟基金会的全循环生态系统

如今，WEEE再生利用的紧张经济驱动力源于对金、银、钯和铜等罕有贵金属的回收利用。
通过所谓的“城市采矿”过程（从电气电子废物中开采金属），从印刷电路板中重新获取这些有代价的材料已经在进行中。
然而，不利的一壁是，塑料等其他潜在的可再生材料在此过程中可能由于经济代价较低而被丢弃。
要网络材料以供重复利用，主要的便是改变产品的的设计办法，既要考虑再生材料的利用，又要考虑再生材料寿命结束时的再生利用。

成功运用这一方法将创造新的经济代价：再生的塑料材料将保留更多的原始质量（靠近原生塑料），通过使其适宜重复利用，从而在多个层面上防止污染。

《指南》侧重于以循规蹈矩的办法履行循环设计，帮助设计者/制造商建立一个更大的、积极的未来，通过学习来提出改进思路，在设计和批量生产工艺中制订和履行循环办理方案。

履行循环设计，连接两个天下

为履行循环设计活动，《指南》先容了可供选择的两种紧张设计方法。
一是面向再生的设计（Design FOR Recycling），即创造一种在寿命结束时能够更好、更随意马虎再生利用的产品；二是源自再生的设计（Design FROM Recycling），即创造一种（部分）由再生材料制成的产品。

要在“面向再生”或“源自再生”之间做出选择，设计者/制造商须要考虑这两者的背景。
通过不雅观察产品的全体生命周期，区分两个干系的“天下”。
一是产品开拓的“天下”（图3中的蓝色部分），侧重于产品构思、开拓和生产，产品设计者、工程师、模具商、制造商和消费者互助创造有代价的产品。
二是材料回收利用的“天下”（图3中的绿色部分），侧重于产品的寿命结束后的废物网络和再生利用，市政当局、废物网络者和废物处理者从废物中创造代价。

图3 Pezy Group所述的循环开拓

当前，这两个天下是彼此独立运作的（见图4），产品开拓和废物循环过程（再生利用等）各自以线性办法进行。
创建循环产品（适宜再生利用并由再生材料制成）的一个主要条件是从线性方法转变为考虑全体代价链的整体方法。

图4 Pezy Group所述的线性开拓

将产品开拓从线性转变为循环将带来巨大寻衅。
《指南》指出，要成功开拓循环产品，设计者/制造商必须考试测验连接“两个天下”，使它们以循环的办法运行，将它们视为一个天下，并以此为根本定义面向再生的设计方法。
同时，设计产品的初始办法决定了可再生材料和/或再生材料“重生”的可能，从而防止产品在利用寿命结束时变成废物。
因此，为了实现循环，设计者/制造商在项目开始时考虑产品将如何再生利用是至关主要的。

为此，《指南》引入了“门A”和“门B”的观点。
这两扇门是两个天下之间的连接点，在将它们连接在一起方面发挥着重要浸染。

“门A”面向再生的设计：在这个关口，设计者/制造商的任务是开拓一个以定性和定量的办法实现最佳再生的设计。

“门B”源自再生的设计：在这个关口，设计者/制造商的任务是在可能的情形下运用再生材料。

从本日进入门A的大多数产品（在寿命结束时）来看，它们并不是为材料回收利用天下设计的，面向再生的设计尚未得到运用。
门B则常常显示，材料回收利用的输出（可用的再生材料）与产品设计者能够创建良好的源自再生的设计所需的规范输入之间短缺连接。
然而，在产品循环开拓中，这两者将是共存且互助的关系。

循环开拓的两个层面

选择基于“面向再生”或“源自再生”原则的设计取决于设计者/制造商想要实现的目标。
然而，这两种方法的运用，都须要从两个层面临待产品（见图5）。
在产品层面，实行关键功能和美学的总装置；在零件层面，实现特定子功能，并由特定材料制成的单独零件。

图5 产品层面和零件层面

无论设计者/制造商决定把重点放在哪里，都须要始终关注生产方面：利用何种技能光降盆产品，以及这些技能与循环办理方案的关系。
面向再生的设计项目侧重于设计全体产品，并创建一个有利于往后的最佳再生的产品构架。
在启动常日的开拓活动之前，设计者/制造商须要方案产品如何最好地进入再生流。

为实现这一点，产品中利用的所有零件都应设计为易于分离，避免胶水固定和利用有毒材料。
一旦明确了需求，在开拓产品构架的同时，设计者/制造商就可以选择将再生塑料用于产品的零件。
这取决于制造商的可持续发展目标、可用预算以及整合探求得当材料所需的活动（和韶光）。

源自再生的设计项目常日侧重于（重新）设计适宜利用再生塑料的产品零件。
为了更好地实现循环，设计者/制造商可以选择从改变现有产品的材料开始，并用再生塑料生产（部分）零件。
这是培养专业知识和理解得当选项的好方法，还将让设计者/制造商深入理解利用再生塑料可能对产品和生产造成的影响。
《指南》称之为“插入式方法”（Drop-in Method）。
这种方法旨在创建实践学习，而无需对开拓和模具进行大量投资。
另一种选择是利用尽可能多的再生塑料从头开始设计全新的产品。

须要把稳的是，“插入式方法”不应与“插入式材料”相稠浊。
“插入式材料”在业内指的是在不影响生产工艺的情形下对材料进行一对一的改换。
运用“插入式方法”意味着在现有工艺中测试再生塑料，以理解材料、零件、模具和生产工艺的变革。
一旦从该测试中证明了材料性能并得到了可比较的结果，设计者/制造商就可以开始在（批量）生产中利用再生材料。

源自再生的设计方法还可以帮助设计者/制造商说服自己的公司相信循环产品的代价。
这种方法具有较好的经济效益，有助于企业建立履行循环发展计策的信心。

面向再生的设计（Design FOR Recycling）

通过运用面向再生的设计方法，设计者/制造商的目标是制造适宜全体代价链的产品，包括再生过程的所有步骤。
这些产品的设计应确保利用的所有材料都能保持最高质量，且可以最大程度地被重复利用。

欧洲近年来制订了许多指南，以支持企业实现面向再生的设计，并赋能塑料再生设计。
目前，险些所有的指南都是为包装行业制订的。
这是由于包装行业对塑料的需求最高，产生了当下大部分的塑料垃圾。

《指南》结合上述指南中干系的内容，提出了电气电子产品面向再生设计的干系指南，可运用于设计电气电子产品的塑料外壳和零件。
同时，从PolyCE项目中学到的新知识也被纳入《指南》，两者共同供应了一套涵盖塑料代价链的最新且完全的设计指南。
（中国家用电器协会 万春晖编译）（未完待续）