Integrating environmental and economic life cycle analysis in product development: a material selection case study

Purpose Achieving sustainability by rethinking products, services and strategies is an enormous challenge currently laid upon the economic sector, in which materials selection plays a critical role. In this context, the present work describes an environmental and economic life cycle analysis of a structural product, comparing two possible material alternatives. The product chosen is a storage tank, presently manufactured in stainless steel (SST) or in a glass fibre reinforced polymer composite (CST). The overall goal of the study is to identify environmental and economic strong and weak points related to the life cycle of the two material alternatives. The consequential win-win or trade-off situations will be identified via a Life Cycle Assessment/Life Cycle Costing (LCA/LCC) integrated model. Methods The LCA/LCC integrated model used consists in applying the LCA methodology to the product system, incorporating, in parallel, its results into the LCC study, namely those of the Life Cycle Inventory (LCI) and the Life Cycle Impact Assessment (LCIA). Results In both the SST and CST systems the most significant life cycle phase is the raw materials production, in which the most significant environmental burdens correspond to the Fossil fuels and Respiratory inorganics categories. The LCA/LCC integrated analysis shows that the CST has globally a preferable environmental and economic profile, as its impacts are lower than those of the SST in all life cycle stages. Both the internal and external costs are lower, the former resulting mainly from the composite material being significantly less expensive than stainless steel. This therefore represents a full win-win situation. As a consequence, the study clearly indicates that using a thermoset composite material to manufacture storage tanks is environmentally and economically desirable. However, it was also evident that the environmental performance of the CST could be improved by altering its End-of-Life stage. Conclusions The results of the present work provide enlightening insights into the synergies between the environmental and the economic performance of a structural product made with alternative materials. Further, they provide conclusive evidence to support the integration of environmental and economic life cycle analysis in the product development processes of a manufacturing company, or in some cases even in its procurement practices.

Improving the environmental performance of bedding products by using life cycle assessment at the design stage

Improvement of the environmental performance of processes and products is a common objective in industry, and has been receiving increased attention in recent years. The main objective of this work is to evaluate the potential environmental impact of two bedding products, a polyurethane foam mattress (PFM) and a pocket spring mattress (PSM). These two types are the most common mattresses used in Europe. A Life Cycle Assessment (LCA) shows that the PFM has a higher environmental impact than the PSM. For both products the main cause of environmental impact is the manufacturing process, respectively the polyurethane foam block moulding process for the PFM, and the pocket spring nucleus process for the PSM. A scenario analysis shows the possibility of reducing the environmental impact of the products’ life cycle using an alternative End-of-Life scenario, resorting to incineration rather than landfill. Two strategies were also studied in order to reduce the environmental impact of the PFM: (1) reutilization of foam that was sent to the waste system management, and (2) a 20% weight reduction of the polyurethane foam. The second strategy has proven to be the most effective.

Environmental life cycle assessment of concrete made with fine recycled concrete aggregates

The majority of worldwide structures use concrete as its main material. This happens because concrete is economically feasible, due to its undemanding production technology and case Of use. However, it is widely recognized that concrete production has a strong environmental impact in the planet. Natural aggregates use is one of the most important problems of concrete production nowadays, since they are obtained from limited, and in some countries scarce, resources. In Portugal, although there are enough stone quarries to cover coarse aggregates needs for several more years, Supplies of fine aggregates are becoming scarcer, especially in the northern part of the country. On the other hand, as concrete structures' life cycle comes to an end, an urgent need emerges to establish technically and economically viable solutions for demolition debris, other than for use as road base and quarry fill. This paper presents a partial life cycle assessment (LCA) of concrete made with fine recycled concrete aggregates performed with EcoConcrete tool. EcoConcrete is a tailor-made, interactive, learning and communications tool promoted by the Joint Project Group (JPG) on the LCA of concrete, to qualify and quantify the overall environment impact of concrete products. It consists of an interactive Excel-spreadsheet in which several environmental inputs (material quantities, distances from origin to production Site, production processes) and outputs (material, energy, emissions to air, water, soil or waste) are collected in a life cycle inventory, and are then processed to determine the environmental impact (assessment) of the analysed concrete, in terms of ozone layer depletion, smog or "greenhouse" effect.

Reeducação pré e pós-operatória numa lesão múltipla (fractura do prato tibial medial, ruptura do ligamento cruzado anterior e do corno anterior do menisco medial) do joelho - relato de caso

O presente estudo tem por objectivo principal relatar o caso duma atleta de esqui na montanha com 18 anos de idade, com uma lesão do Ligamento Cruzado Anterior (LCA), lesão do menisco medial e fractura do prato tibial medial que foi submetida a tratamento cirúrgico, realizando tratamento de fisioterapia no pré e pós-operatório. O programa de reabilitação tinha como objectivo reduzir o edema e conquistar a amplitude de movimento livre de dor assim como reestabelecer os níveis de controlo neuromuscular prévios à lesão. A atleta passou por cinco reavaliações durante seu o período de reabilitação e como parâmetros utilizaram-se as escalas de funcionalidade de Cinccinatti e Lisholm, a perimetria da coxa, os graus de amplitude de movimento e a sua força muscular pelo método de 1RM. Os resultados foram os esperados para cada fase da sua reabilitação. No pré-operatório a atleta apresentava um déficit na força muscular do membro inferior lesionado, principalmente no quadricípite ( 3+ inicialmente e 4 na reavaliação antes da cirurgia), discrepância na perimetria muscular da coxa (-2,5 centímetros em relação ao membro contralateral medidos a 5 centímetros acima do bordo superior da patela, e -1,5 centímetros após o programa de reabilitação pré-operatória). No pós-operatório, a força muscular do quadricípite era de 3 inicialmente e de 5 no final do programa de reabilitação, a diferença de 2,5 centímetros de perimetria em relação ao membro contralateral inicialmente encontrada no pós-operatório foi reduzida a uma mínima diferença na sua última avaliação. Quanto à funcionalidade, a atleta inicialmente apresentava valores de 120 e 61 nas escalas de Cinccinatti e Lysholm e no final do programa de reabilitação de 320 e 95, respectivamente. Por fim, conclui-se que a atleta no final de quatro meses, apresentou melhorias sensíveis no seu quadro e muito provavelmente retornará às competições de forma integral.

Determinação dos impactes ambientais e análise do ciclo de vida da produção de biodiesel

O consumo de energia tem vindo a crescer de uma forma contínua e directamente proporcional ao aumento da população e da industrialização. A maior parte da energia consumida no Mundo é, ainda, proveniente dos combustíveis fósseis. Contudo, a diminuição da reserva e a poluição atmosférica produzida pela sua utilização, estimulam e aumentam a necessidade de fontes alternativas de energia. O biodiesel tem atraído considerável atenção como combustível renovável, biodegradável e não tóxico, e pode contribuir para a resolução do problema energético, reduzindo significativamente a emissão dos gases causadores do aquecimento global. A primeira etapa deste trabalho consistiu na simulação de diferentes alternativas de processos de produção de biodiesel. O método usado para a produção do biodiesel foi a transesterificação entre os óleos vegetais e um álcool, na presença de um catalisador. Entre as matérias-primas figuram os óleos de palma e os óleos alimentares usados que foram objecto de estudo nesta dissertação. Na segunda etapa realizou-se uma análise do ciclo de vida para todas as alternativas em estudo seguida de uma análise económica para as alternativas que apresentassem menores impactos e que fossem mais promissoras do ponto de vista económico. Por fim, procedeu-se à comparação das diferentes alternativas sob o ponto de vista da análise do ciclo de vida e sob o ponto de vista da análise económica. Comprovou-se a viabilidade de todos os processos e o biodiesel obtido apresentou boas especificações. Do ponto de vista da análise do ciclo de vida a melhor alternativa foi o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido para óleos alimentares usados. O processo que usa como matérias-primas os óleos virgens, o metanol e o hidróxido de sódio apresenta, no entanto, menores custos de investimento. Contudo, o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido cuja matéria-prima principal são os óleos usados é muito mais rentável e apresenta menores impactes ambientais.

Análise de ciclo de vida de duas soluções de ETICS

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil

Life cycle analysis of biodiesel production

Biodieselhas attracted considerable attention as a renewable, biodegradable, and nontoxic fuel and can contribute to solving the energy problems, significantly reducing the emission of gases which cause global warming. The first stage of this work was to simulate different alternative processes for producing biodiesel. The method used for the production of biodiesel is the transesterification of vegetable oilswith an alcohol in the presence of a catalyst. The raw materials used were palm oils and waste cooking oil. The second stage was a life cycle analysis for all alternatives under study, followed by an economic analysis for the alternatives that present minor impacts and which are more promising from an economic point of view. Finally,we proceeded to compare the different alternatives fromboth the point of view of life cycle and economic analysis. The feasibility of all processes was proven and the biodiesel obtained had good specifications. From the standpoint of life cycle analysis, the best alternative was the process of alkaline catalysiswith acid pretreatment for waste cooking oil. The economic analysis was done to the previous mentioned process and to the process that uses raw virgin oils, methanol, and sodium hydroxide. This process has lower investment costs but the process of alkaline catalysis with acid pre-treatment, whose main raw material is waste oil, is much more profitable and has less environmental impacts.

Simulation and life cycle assessment of process design alternatives for biodiesel production from waste vegetable oils

This study uses the process simulator ASPEN Plus and Life Cycle Assessment (LCA) to compare three process design alternatives for biodiesel production from waste vegetable oils that are: the conventional alkali-catalyzed process including a free fatty acids (FFAs) pre-treatment, the acid-catalyzed process, and the supercritical methanol process using propane as co-solvent. Results show that the supercritical methanol process using propane as co-solvent is the most environmentally favorable alternative. Its smaller steam consumption in comparison with the other process design alternatives leads to a lower contribution to the potential environmental impacts (PEI’s). The acid-catalyzed process generally shows the highest PEI’s, in particular due to the high energy requirements associated with methanol recovery operations.

Comparison of allocation approaches in soybean biodiesel life cycle assessment

This work shows the influence of using different allocation approaches when modelling the inventory analysis in a soybean biodiesel life cycle assessment (LCA). Results obtained using mass, energy and economic based allocations are compared, focusing on the following aspects: normalised potential environmental impact (PEI) categories, total PEI and relative contributions to the total PEI from each life cycle stage and environmental impact category. Similar results are obtained either using economic and energy based allocations. However, different results are obtained when mass based allocation is used when compared with the other two. This study also illustrates that using different allocation approaches in biodiesel LCA may influence the final conclusions, especially in comparative assertions, emphasising the need to perform a sensitivity analysis in the LCA interpretation step.

Accounting for the dissociating properties of organic chemicals in LCIA: an uncertainty analysis applied to micropollutants in the assessment of freshwater ecotoxicity

In life cycle impact assessment (LCIA) models, the sorption of the ionic fraction of dissociating organic chemicals is not adequately modeled because conventional non-polar partitioning models are applied. Therefore, high uncertainties are expected when modeling the mobility, as well as the bioavailability for uptake by exposed biota and degradation, of dissociating organic chemicals. Alternative regressions that account for the ionized fraction of a molecule to estimate fate parameters were applied to the USEtox model. The most sensitive model parameters in the estimation of ecotoxicological characterization factors (CFs) of micropollutants were evaluated by Monte Carlo analysis in both the default USEtox model and the alternative approach. Negligible differences of CFs values and 95% confidence limits between the two approaches were estimated for direct emissions to the freshwater compartment; however the default USEtox model overestimates CFs and the 95% confidence limits of basic compounds up to three orders and four orders of magnitude, respectively, relatively to the alternative approach for emissions to the agricultural soil compartment. For three emission scenarios, LCIA results show that the default USEtox model overestimates freshwater ecotoxicity impacts for the emission scenarios to agricultural soil by one order of magnitude, and larger confidence limits were estimated, relatively to the alternative approach.

Comparação de dois protocolos de reabilitação após reconstrução cirúrgica do ligamento cruzado anterior

Mestrado em Fisioterapia

Agenesia do ligamento cruzado anterior – estudo de caso

A agenesia do ligamento cruzado anterior é uma condição extremamente rara. Dada a importância desta estrutura na função muscular, cinética e cinemática do joelho, especula-se que muitas serão as alterações decorrentes desta patologia . Perante o caso de uma atleta com agenesia do ligamento cruzado anterior, este trabalho pretendeu estudar os possíveis défices resultantes desta condição e, perceber se as alterações encontradas no membro com agenesia constituem uma estratégia de compensação eficaz, para um joelho com ausência do ligamento cruzado anterior. Desta forma , foi realizada uma avaliação da força dos músculos quadricípite e isquiotib iais , num dinamómet ro isocinético, a 60°/s e 180°/s. Fo i também recolhido o sinal electromiográfico do vasto medial, bicípite femural e gastrocnémio medial, durante a realização do salto vertical e horizontal. Os dados foram comparados bilateralmente. Os resultados evidenciaram um défice de força dos extensores do joelho com agenesia do LCA. No entanto, para os isqu iotibiais esse défice não foi evidente. A electromiografia não revelou uma estratégia de compensação consistente. Contudo, os resultados realçaram a importância dos flexores do joelho e plantares na estabilização dinâmica de um joelho com ausência do ligamento cruzado anterior. Concluiu-se que as alterações encontradas não formam uma adaptação eficiente .

A sustentabilidade e o ciclo de vida dos edifícios

A crescente preocupação que envolve as questões ambientais a nível mundial, cada vez mais agravadas pelo comportamento irresponsável do Homem, conduziu à criação de métodos de avaliação dos impactes ambientais provocados por produtos e sistemas. Sendo o sector da construção responsável por grande parte desses impactes, é evidente a necessidade de aplicação de medidas que visem mitigar ou, no mínimo, reduzir até valores aceitáveis, essas agressões ao meio ambiente. Nesse âmbito, é natural que tenha surgido a ideia de aplicar uma metodologia tão precisa e rigorosa como a LCA ao sector da construção. No entanto, nos dias de hoje, as preocupações alargaram-se às vertentes social e económica que, juntamente com a vertente ambiental, formam o triângulo de equilíbrio do desenvolvimento sustentável. É precisamente essa avaliação tripartida que esta Dissertação pretende abordar, tentando aprofundar conhecimentos e fornecer alternativas, através da análise crítica, que possam contribuir para a melhoria contínua desta metodologia.

Seleção de ferramenta para avaliação do desempenho ambiental de produtos: estudo de caso na indústria automóvel

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Força Muscular Isocinética após Reconstrução do Ligamento Cruzado Anterior – Influência do Tipo de Enxerto (Osso-Tendão-Osso/Isquio-Tibiais)

Introdução: É reconhecida a importância do ligamento cruzado anterior (LCA) no funcionamento normal do joelho. Em caso de rotura ligamentar, nomeadamente em desportos com marcada solicitação dos movimentos de rotação do joelho, é justificada a necessidade de reconstrução do LCA na maioria dos casos. Objetivo (s): Avaliar a influência do tipo de enxerto na reconstrução do ligamento cruzado anterior na força muscular isocinética, assim como na funcionalidade e sintomas após 6 meses. Métodos: Estudo transversal analítico, constituído por 20 indivíduos voluntários do sexo masculino, que haviam sido submetidos a uma ligamentoplastia do cruzado anterior, pelo mesmo cirurgião, seguido de uma intervenção individualizada por um fisioterapeuta. Em 10 indivíduos, o procedimento cirúrgico foi realizado com enxerto do tendão rotuliano (grupo OTO), e nos restantes 10 com enxerto do semitendinoso e gracilis (grupo STG). Como forma de avaliar a Força Muscular Isocinética (Peak Torque, Trabalho Total Muscular, ratio Isquiotibiais/Quadricipite), foi utilizado o Dinamómetro Isocinético Biodex. A avaliação foi efectuada apenas aos 6 meses após o procedimento cirúrgico. Para observação da funcionalidade, amplitude de movimento e sintomas, utilizou-se o questionário International Knee Documentation Committee (IKDC). Resultados: Foi possível observar que entre os grupos apenas se observaram diferenças significativas no peak torque de extensão a 180º no membro não lesado (p=0,019). Contudo, foi observada uma tendência para o grupo OTO apresentar um maior défice no peak torque e trabalho total muscular em extensão. Comparativamente ao membro contra-lateral, o membro lesado apresentou valores significativamente inferiores na maioria das variáveis ( p < 0,05). Conclusão: Após 6 meses de pós-cirúrgico com reabilitação de fisioterapia, não foi possível apontar qual o enxerto que garante uma melhor recuperação da força muscular. Aos 6 meses, ambos os grupos ainda apresentaram limitações musculares, quando comparados com o lado contra-lateral. Relativamente ao rácio isquiotibiais/quadricípite, assim como no IKDC, não se observaram diferenças entre os dois tipos de enxertos.