【環境永續】電子廢棄物危機：模擬技術如何助力？

文章重點

• 何為電子廢棄物
• 電子廢棄物帶來的危害
• 工程模擬技術如何著手改善問題

你知道嗎？電子廢棄物（e-waste），是世界上增長最快的垃圾問題！

每年，人類產生超過5000萬噸電子廢棄物，而且這個數字還在不斷攀升。

根據市場對電池的預估，未來尤其是電動車電池的需求會遠遠大於供給。因此回收電子廢棄物變得非常重要。

幸運的是，工程模擬技術可以幫助減少電子廢棄物，改善對這全球性的電子廢物管理問題。

什麼是電子廢棄物？

電子廢棄物指的是已因過時淘汰、更換或損壞而失去實用價值的電氣和電子設備。發展中ICT合作夥伴將電子廢棄物分為六大類：

1. 溫度交換設備 — 例如空調、冷凍櫃
2. 屏幕和顯示器 — 例如電視和筆記型電腦
3. 燈具
4. 大型設備 — 例如洗衣機和電爐
5. 小型設備 — 例如微波爐和電動刮鬍刀
6. 小型IT和電信設備 — 例如手機和打印機

技術進步、消費者需求和產品生命周期的縮短促使電子廢棄物成為世界上增長最快的廢物群。到2030年，每年的電子廢棄物產量有望達到7500萬公噸。

許多人在舊設備得到適當回收之前就購買新設備，這導致大量電子廢棄物。此外，許多設備並非設計成可修復或回收。這導致大量電子廢棄物被不當處置，可能對環境和人類健康產生負面影響。

電子廢棄物的風險

電子廢棄物中含有的高度危險材料，如汞、鉛、砷和溴化阻燃劑，需要進行特殊處置。然而，根據《推動循環經濟平台》（PACE）和聯合國電子廢棄物聯盟的報告，全球僅有極小部分（20%）的電子廢棄物每年得到妥善回收。這導致了嚴重的環境和健康危害，包括污染，將有毒物質釋放到空氣和水中，對人類和動物產生不良健康影響。此外，不當回收的電子廢棄物還可能帶來數據安全風險。

電子廢棄物可能具有致命影響：從先天性畸形到中樞和外周神經系統的健康問題，電子廢棄物對人類福祉有重大影響。它對生態系統的影響也可能是毀滅性的，例如中國貴屬的電子廢棄物場，土壤樣本顯示出一些世界上最高濃度的有毒二噁英和重金屬，使得無法種植食物或飲用安全水源（根據研究，鉛的記錄高出安全水平2400倍）。

以模擬為基礎的電子廢棄物解決方案

模擬可以在幫助創新者迅速且具有成本效益地創造新產品方面發揮關鍵作用。模擬可用於以四種不同的方式減少電子廢棄物。

1. 材料選擇

在產品設計階段早期使用模擬考慮減少電子廢棄物的方法是值得的。第一步是確保產品使用環境足跡最小的材料。

Ansys Granta 專注於以材料為主導的生態設計，使工程師可以在設計過程的早期考慮材料可持續性，有助於減少產品開發時間並做出更可持續的材料選擇。

2. 拓撲優化

減少產品中使用的材料也包括在解決方案中。對於產品的結構組件，最初看起來像金屬或塑料的實心梁可能是正確的選擇。但工程師可以進行拓撲優化分析，顯示在不影響梁的強度的情況下可以去除材料的位置。拓撲優化可以生成工程師最初可能不會考慮的不尋常設計，但它們足夠強大，可以提供產品所需的結構支持。（Ansys Mechanical, Ansys Discovery）

3. 電磁模擬

可以通過模擬電磁材料的性能並將結果與規格進行比較，從而減小電磁材料。例如，工程師可能使用比所需的更厚的介電體，以提供設備中電絕緣部分的誤差邊界。可以使用電磁模擬來幫助使介電體變薄，同時仍然提供所需的電氣絕緣。也可以運行類似的模擬以減小用於導體、電阻器和其他元件的材料量。（Ansys HFSS, Ansys Maxwell）

4. 產品拆卸

在設計產品時，很少有公司考慮拆卸。在開發階段，他們的首要任務通常是找到組裝元件的最有效方式。但如果某個元件的組裝方式使得在設備到達生命週期末時更容易拆卸呢？這樣一來，就更容易提取回收和重複使用的有價值材料，並清除有毒材料，使其不進入填埋場。

模擬使工程師能夠在比構建原型所需的時間更短的時間內探索更多排列元件的方式以及它們的組裝順序。使用模擬進行虛擬設計和測試使工程師能夠在設計階段考慮組裝和拆卸，這可能導致在產品不再可用時更容易回收有價值的材料並清除有毒材料。

資料來源 Ansys Blog