Ekoelektronika - zasady, zalety i problemy

Wiele firm zdążyło się już przekonać, że zignorowanie tych norm może zakończyć się całkowitym wykluczeniem z europejskiego rynku. Obecnie Unia Europejska promuje kolejną inicjatywę dotyczącą realizacji tzw. ekoprojektów. Dyrektywa EuP (Energy Using Products) stawia przed konstruktorami urządzeń elektronicznych kolejne wyzwania, które tym razem dotyczą uwzględniania budżetu energetycznego jako decydującego kryterium.

Niewiele nie znaczy mało

Rosnące zużycie energii elektrycznej jest głównym czynnikiem wpływającym na wzrost zagrożenia związanego z globalnym ociepleniem. Po latach beztroskiego gospodarowania energią w końcu nadszedł czas, gdy trzeba zacząć ją oszczędzać. Można mnożyć przykłady, w których realne jest wprowadzenie zmian. O blisko 40% mniej energii mogłyby pobierać systemy klimatyzacji sterowane elektronicznie. Gdyby udało się zwiększyć wydajność serwerów pracujących obecnie na całym świecie zaledwie o 1% pozwoliłoby to na zaoszczędzenie około 1mld kWh. Wdrażanie nowych koncepcji jest konieczne bez względu na ilość energii, którą uda się w ten sposób zaoszczędzić. Warto do tego dążyć nawet, jeżeli będą to tylko mW, jak na przykład w przypadku telefonów komórkowych. Ze względu na masowe wykorzystanie urządzeń elektronicznych obecnie każdą zaoszczędzoną porcję energii należy wielokrotnie przemnożyć. Mimo takiej oczywistej zależności świadomość związana z tym tematem w społeczeństwie jest niska. Zapomina się o urządzeniach takich jak na przykład telefony bezprzewodowe, które są powszechne w gospodarstwach domowych. W tym sektorze także można uzyskać znaczące oszczędności.

Odpowiednia motywacja

Zmiany jednak wiążą się z dodatkowymi nakładami, które w rezultacie zostaną pokryte przez końcowych użytkowników sprzętu. Problemem jak zwykle jest więc koszt. Sektor elektroniki użytkowej jest bardzo wrażliwy na wzrost cen produktów. Z tego powodu największym powodzeniem cieszą się tanie produkty z Dalekiego Wschodu, które pod względem energetycznym są całkowicie nieefektywne. Można wskazać szereg przykładów, w których zmiany mające na celu poprawę zarządzania energią zwiększyły cenę finalnego produktu. To pociągnęło za sobą zmniejszenie zainteresowania klientów i spadek sprzedaży. Jako przykład może posłużyć sprzęt oświetleniowy. Jak dotąd zaledwie 3% zwykłych żarówek udało się zastąpić energooszczędnymi świetlówkami. Dlatego należy szukać sposobu na zachęcenie szerszego grona konsumentów. Oszczędności energii powinny w bezpośredni sposób przekładać się na zysk użytkowników nowych technologii. To byłoby możliwe jedynie gdyby wydatki z tym związane były niższe niż dotychczasowe koszty. Jednym z proponowanych rozwiązań jest zwiększenie cen energii elektrycznej. To jednak pozostaje poza sferą wpływu przemysłu elektronicznego. Również dodatkowe dotacje nie wydają się być dobrym rozstrzygnięciem. Dlatego zadaniem producentów elektroniki powinno być dodatkowe motywowanie potencjalnych klientów. Relaksująca barwa światła, cicha praca klimatyzacji albo pralki (osiągnięta dzięki zastosowaniu sterowania elektronicznego) – to cechy urządzenia, za które klienci będą gotowi zapłacić. Przykładem, pokazującym jak zadowolenie klienta wpływa na rozpowszechnianie energooszczędnych technologii jest zastosowanie w pojazdach napędów hybrydowych. Pozwalają one zachować optymalne parametry pracy samochodu - analogiczne jak w pojazdach z silnikami spalinowymi - charakteryzując się jednocześnie znacznie większą sprawnością energetyczną.

Zmiana priorytetów

Urządzenia elektroniczne są optymalizowane pod kątem takich parametrów jak rozmiar, niezawodność, pobór mocy oraz koszt. Do tej pory w sposobie, w jaki realizowano założenia związane z konkretnym parametrem, panowała duża swoboda. Do konstruktorów należało utrzymanie równowagi pomiędzy poszczególnymi właściwościami sprzętu (np. zwiększeniem jasności wyświetlacza przy określonym, dopuszczalnym poborze mocy) oraz analiza szczegółów dotyczących konkretnych rozwiązań (np. metoda zarządzania energią w trybie standby). Dotychczas koncentrowano się przede wszystkim na optymalizacji produktu pod kątem kosztów jego produkcji. Ze względu na powszechną tendencję do miniaturyzacji ważnym parametrem były również wymiary urządzenia. Wraz z wprowadzeniem nowych wymagań prawnych ze strony Unii Europejskiej pojawia się jednak konieczność uwzględniania także, a może nawet przede wszystkim, budżetu energetycznego urządzenia. Analiza produktu pod kątem zużycia energii powinna dotyczyć wszystkich faz tzw. czasu życia produktu.

Podstawy EuP

TABELA 1. Wdrożenie dyrektywy EuP pozwoli na ograniczenie poboru mocy o połowę w ciągu około 3 lat. Źródło: Fraunhofer Institut

Dyrektywa 2005/32/EC, znana jako EuP, została uchwalona w 2005 roku. Jest to tzw. dyrektywa ramowa. Oznacza to, że nie narzuca ona wymagań bezpośrednio. Rozporządzenie to definiuje jedynie warunki i kryteria, określając w ten sposób założenia, które gotowe produkty powinny spełniać, aby móc zaistnieć na rynku. Sposób wdrożenia normy przez poszczególne państwa członkowskie oraz wymagany stopień zgodności z założonymi warunkami ustala specyficzne zasady ekoprojektowania w przypadku poszczególnych grup produktów. Dyrektywa EuP, w przeciwieństwie do norm WEEE i RoHS, obejmuje szerszą gamę urządzeń. W zasadzie norma ta dotyczy wszystkich produktów, które w czasie użytkowania pobierają, wytwarzają, mierzą lub przesyłają energię. Jak do tej pory rozporządzenie to obejmuje około 20 kategorii produktów, w tym między innymi: monitory, laptopy, telewizory, dekodery, kopiarki, faksy, drukarki i skanery. Szacuje się, że pełne wprowadzenie normy EuP w przypadku pewnych grup sprzętów (bezprzewodowe telefony, odtwarzacze DVD, komputery, kuchenki, faksy, drukarki) spowoduje ograniczenie poboru energii o połowę w okresie około trzech lat. Jedną z głównych idei dyrektywy EuP jest zwiększanie oszczędności energii w trybie standby, ponieważ dzięki temu można osiągnąć najlepsze rezultaty. Ocenia się, że wdrożenie zaleceń dotyczących tego trybu pracy może pozwolić na zmniejszenie poboru mocy o 52TWh, co w przeliczeniu na koszty daje oszczędności blisko10 mld dol. rocznie.

Od początku do końca

Norma EuP określa wymagania dotyczące wpływu produktu na środowisko w każdej fazie jego życia. Obejmuje to selekcję materiałów, złożoność projektu urządzenia oraz jego sprawność energetyczną, proces produkcji, etap pakowania, transportu i dystrybucji, a także instalację, konserwację, użytkowanie oraz określenie sposobu postępowania po zakończeniu eksploatacji. Każdą z wymienionych faz należy przeanalizować pod różnymi względami. Trzeba zaplanować wykorzystanie energii i materiałów (użyte surowce, woda itp.) oraz emisję szkodliwych substancji w powietrzu, do wody oraz do gleby. Wymagane jest podanie spodziewanej ilości zużytych substancji. Przewidzieć należy również negatywne skutki, jakie mogą być wprowadzone do środowiska w formie promieniowania, hałasu lub wibracji. Określić trzeba sposób odzyskania użytych materiałów oraz możliwości ich ponownego wykorzystania. Planowanie zgodne z odpowiednimi wymaganiami dotyczącymi ekoprojektu powinno być włączone w proces projektowania każdego urządzenia. Dotyczy to szczególnie wczesnej fazy tego procesu, ponieważ wtedy istnieje największa możliwość kształtowania finalnego produktu.

„Podejrzane” zainteresowanie

Zainteresowanie dyrektywą EuP jest znacznie większe w takich krajach jak Tajwan, Chiny czy Japonia, niż w samej Europie. Jest to niestety powód do niepokoju. Wraz z rozpowszechnianiem norm europejskich na skalę światową rosną obawy firm elektronicznych w kwestii ochrony poufnych informacji dotyczących szczegółów konstrukcyjnych. Rozporządzenia związane z ekologią w elektronice traktują ochronę własności intelektualnej w sposób marginalny. W następstwie wprowadzania kolejnych dyrektyw pojawia się coraz większa liczba firm zewnętrznych, które zajmują się zbieraniem informacji o poszczególnych produktach. W Europie problem ten jest możliwy do rozwiązania. Jednak wraz z upowszechnianiem norm na całym świecie pojawia się niebezpieczeństwo nieograniczonego dostępu do tajemnic konstrukcyjnych. Dotyczy to zwłaszcza państw, w których prawa autorskie są traktowane w sposób dość swobodny. Problem ten stał się istotny w momencie, gdy w Chinach powstała wersja europejskiej dyrektywy RoHS. Projekt ten wzbudził zaniepokojenie z powodu znaczących różnic, jakie pojawiły się w porównaniu z oryginałem. Europejska norma dopuszcza produkt na rynek wymagając wykazania zgodności z obowiązującym prawem w przypadku kontroli. Tymczasem wersja chińska wymaga, aby przed wprowadzeniem na rynek produkt został przetestowany pod kątem zawartości substancji niebezpiecznych w specjalistycznych laboratoriach, które oczywiście mieszczą się w Chinach. Ośrodki tego typu powinny skupiać się na testowaniu sprzętu pod kątem zgodności z konkretnymi wymaganiami. Należy jednak oczekiwać, że mogą się one stać źródłem danych, które następnie mogą zostać z powodzeniem wykorzystane w ramach nieuczciwej konkurencji (inżynieria wsteczna).

Ukryty cel

Powszechnie uważa się, że własność intelektualna jest zawarta jedynie w strukturze układów oraz w oprogramowaniu. Można jednak pójść krok dalej. W laboratoriach badających zawartość substancji niebezpiecznych istnieje możliwość głębszej analizy materiałowej. To pozwala na odkrycie tajemnic konstrukcyjnych, które sprawiają, że niektóre rozwiązania są lepsze od innych. Z tego powodu na przykład laboratoria amerykańskie i europejskie są związane umowami, które obligują je do zachowania tajemnicy. Można mnożyć przykłady wykorzystania informacji zdobytych w czasie analizy gotowych produktów. Znając dokładny skład stopu i procentowy udział poszczególnych komponentów można go z łatwością odtworzyć i wykorzystać w celu stworzenia identycznego produktu. Poznając szczegółową technologię produkcji danego złącza można odkryć, dlaczego zapewnia ono szybszą transmisję danych i jednocześnie ogranicza występowania błędów. Specyficzne działanie niektórych czujników może zależeć od użytych materiałów. Także materiały wykorzystywane jako dielektryki w kondensatorach często stanowią tajemnicę producenta. Biorąc pod uwagę doświadczenie firm chińskich w kopiowaniu zachodnich rozwiązań trudno polegać na zapewnieniach o tym, że jedynym celem przeprowadzanych badań jest kontrola zgodności. Ponieważ jednak rynek chiński jest ogromny nie można oczekiwać, że zagraniczni producenci dobrowolnie zrezygnują z zysków. W związku z tym prawdopodobnie każdy sprzęt przejdzie w końcu badania wymagane do uzyskania chińskiego znaku jakości (CCC).

Kontrowersyjne REACH i WEEE

Nie tylko dyrektywa RoHS stwarza możliwości zdobycia szczegółowych informacji konstrukcyjnych. Podobnie negatywnie pod tym kątem jest oceniania norma REACH. W tym przypadku także istnieją obawy o wyciek szczegółów dotyczących formuł chemicznych, które są często zasadniczym elementem danego produktu. Również dyrektywa WEEE budzi kontrowersje. Sprowadzają się one do faktu, że w czasie odzyskiwania z produktu materiałów przeznaczonych do ponownego wykorzystania odsłania się wszystkie tajemnice dotyczące jego szczegółowej budowy. W trakcie procesu demontażu identyfikuje się każdy użyty materiał pod kątem jego ponownego wykorzystania. Stwarza to okazję do nielegalnego zastosowania zdobytych informacji, które powinny trafiać jedynie do osób zajmujących się recyklingiem. Zjawisko to może się pogłębiać wraz z rozpowszechnianiem dyrektywy EuP. Projektowanie pod kątem optymalnego wykorzystywania pobieranej energii jest skomplikowane i opiera się na wykorzystaniu złożonych rozwiązań. Metody te z pewnością staną się celem inżynierii wstecznej.

Monika Jaworowska