Sustainability assessment tool for the design of new chemical processes
Saavalainen, Paula (2020-11-20)
https://urn.fi/URN:ISBN:9789526227719
Kuvaus
Tiivistelmä
Abstract
The main contribution of this research is a sustainability assessment tool, developed to foster the sustainability of chemical processes already in their design phases. There are several sustainability assessment tools that are used to assess products and their manufacturing processes; however, there is a gap and a lack of tools to be used at the early design phase of chemical production processes. This work reviews a set of indicators to assess chemical processes during their design phase to enhance sustainability. The 12 Principles of Green Chemistry were selected as a baseline when proposing the sustainability indicators. Sustainability assessment in this context covered the following dimensions: environmental, social including safety, economic and health. For the assessment of chemical hazards, the latest European chemicals regulations and classification databases were used as a baseline. The developed Sustainability Assessment Tool is an Excel spreadsheet and is based on a design for sustainability checklist with more than 200 questions. With multiple-choice answers, the sustainability score is based on the severity of impacts. Using the tool as a guideline in the early stages of designing a chemical process provides a competitive advantage, as it offers guidance in the critical target areas of process design. Further development needs are also highlighted in this research. The developed sustainability assessment tool can also guide chemists and chemical engineers in the piloting and manufacturing stages. Finally, this tool can be used for educational purposes as well as for enhancing sustainability knowledge during process design projects in all their design stages.
Tiivistelmä
Tämän tutkimuksen päätuloksena on kestävyyden arviointityökalu, joka on kehitetty edistämään kestävän kehityksen periaatteita noudattavien kemiallisten prosessien suunnittelua. Tuotteiden ja niiden valmistusprosessien arvioimiseksi on olemassa useita kestävyyden arviointimenetelmiä, mutta varhaisessa suunnitteluvaiheessa olevien kemiallisten tuotantoprosessien suunnitteluun ei ole kehitetty kattavia arviointimenetelmiä. Tässä työssä tarkastellaan indikaattoreita, joilla kemiallisia prosesseja voidaan arvioida suunnitteluvaiheessa niiden kestävyyden parantamiseksi. Vihreän kemian 12 periaatetta valittiin lähtökohdaksi kestävyysindikaattoreita kehitettäessä. Kestävyyden arviointi kattoi seuraavat ulottuvuudet: ympäristöllinen, sosiaalinen, mukaan lukien turvallisuus, taloudellinen ja terveyteen liittyvä kestävyys. Kemiallisten riskien arvioinnissa perustana käytettiin viimeisimpiä Euroopan kemikaalimääräyksiä sekä vaaraluokitukselle olemassa olevaa tietokantaa. Kehitetty kestävän kehityksen arviointimenetelmä on Excel-pohjainen ja perustuu yli 200 kysymystä sisältävään kestävyyden suunnittelun tarkistuslistaan. Monivalintakysymyksillä tapahtuva kestävyyden arvottaminen perustuu vaikutusten vakavuuteen. Arviointityökalun käyttö kemiallisten prosessien suunnittelun alkuvaiheessa tarjoaa kilpailuetua, koska se ohjaa prosessisuunnittelua kestävyyden kriittisillä osa-alueilla. Tutkimuksessa ehdotetaan myös lisätutkimustarpeita. Kehitetty kestävyyden arviointityökalu opastaa kemistejä ja kemian tekniikan insinöörejä myös pilotointi- ja valmistusvaiheen prosessisuunnittelussa. Kehitettyä kestävän kehityksen arviointityökalua voidaan käyttää sekä koulutustarkoituksiin että parantamaan kestävän kehityksen periaatteita koskevaa tietämystä prosessisuunnittelun kaikissa vaiheissa.
Original papers
Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.
Niemistö, J., Saavalainen, P., Pongrácz, E., & Keiski, R. L. (2013). Biobutanol as a Potential Sustainable Biofuel - Assessment of Lignocellulosic and Waste-based Feedstocks. Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, 1(2), 58–77. https://doi.org/10.13044/j.sdewes.2013.01.0005
Saavalainen, P., Kabra, S., Turpeinen, E., Oravisjärvi, K., Yadav, G. D., Keiski, R. L., & Pongrácz, E. (2015). Sustainability Assessment of Chemical Processes: Evaluation of Three Synthesis Routes of DMC. Journal of Chemistry, 2015, 1–12. https://doi.org/10.1155/2015/402315
Saavalainen, P., Turpeinen, E., Omodara, L., Kabra, S., Oravisjärvi, K., Yadav, G. D., … Pongrácz, E. (2017). Developing and testing a tool for sustainability assessment in an early process design phase – Case study of formic acid production by conventional and carbon dioxide-based routes. Journal of Cleaner Production, 168, 1636–1651. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.11.145
Osajulkaisut
Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon.
Niemistö, J., Saavalainen, P., Pongrácz, E., & Keiski, R. L. (2013). Biobutanol as a Potential Sustainable Biofuel - Assessment of Lignocellulosic and Waste-based Feedstocks. Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, 1(2), 58–77. https://doi.org/10.13044/j.sdewes.2013.01.0005
Saavalainen, P., Kabra, S., Turpeinen, E., Oravisjärvi, K., Yadav, G. D., Keiski, R. L., & Pongrácz, E. (2015). Sustainability Assessment of Chemical Processes: Evaluation of Three Synthesis Routes of DMC. Journal of Chemistry, 2015, 1–12. https://doi.org/10.1155/2015/402315
Saavalainen, P., Turpeinen, E., Omodara, L., Kabra, S., Oravisjärvi, K., Yadav, G. D., … Pongrácz, E. (2017). Developing and testing a tool for sustainability assessment in an early process design phase – Case study of formic acid production by conventional and carbon dioxide-based routes. Journal of Cleaner Production, 168, 1636–1651. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.11.145
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [37837]