2021年3月，受歐盟委員會資助的“面向循環經濟的消費后高技術再生聚合物”（Post-Cons umer High-tech Recycled Polymers for a Circular Economy，簡稱PolyCE）項目發布了《電氣電子產品面向再生和源自再生的設計：設計者實用指南》（以下簡稱《指南》），旨在幫助設計者/制造商將生命周期理念融入電氣電子產品的設計中，將產品使用的塑料材料的生命周期轉變為可持續生命周期。

PolyCE是一個由20個專家組織組成的合作項目。這些專家來自歐洲大學、研究機構、再生企業和設計公司，目標是研究如何改善塑料在電氣電子產品中的循環利用，從而大幅減少原生塑料的使用，增加再生塑料的使用。

《指南》側重于循環塑料設計，介紹了面向再生和源自再生兩種設計策略，解釋了如何以循環方式設計塑料的外殼和內部零件，并提出若干指南。這些指南是由基于PolyCE項目在2017~2020年間的執行結果制定的，并因及時反映了當前的狀況而被歐盟委員會聯合研究中心（JRC）2023年1月發布的《可持續產品生態設計法規-新產品優先級的初步研究》技術報告草案所引用。

【資料圖】

本文將詳細介紹《指南》的相關設計策略和應用案例，為中國家電行業應對塑料循環利用的要求提供思路和借鑒。

塑料再生利用的重要性

如今，人們很難想象這個世界沒有塑料。人類社會從塑料革命和塑料提供的大量功能中受益匪淺。以歐洲為例，塑料的產量從1950年的150萬噸增長到2019年的3.68億噸，塑料行業的營業額超過3600億歐元/年，從業人員數量超過160萬人。

雖然塑料行業的持續創新使得使用更少的材料實現相同的功能成為可能，但由于產品（如電氣電子產品）應用塑料的多樣性和復雜性日益提高，重復使用或再生利用塑料變得更加復雜。這導致產品在生命周期的后期對環境會產生巨大的影響，由此產生的廢物流也越來越受到關注。廢棄電氣電子產品（WEEE）被認為是歐盟乃至全球增長最快的廢物流之一。根據《全球電子垃圾監測》（Global E-Waste Monitor），2019年全球產生的電氣電子垃圾達到創紀錄的5360萬噸。

如今，WEEE再生利用的主要經濟驅動力是對金、銀、鈀、銅等稀有貴金屬的回收利用。電氣電子產品的塑料外殼和內部零件的再生利用仍是一項重大的挑戰。這主要是因為電氣電子產品所使用的塑料是由許多不同的聚合物和添加劑組成的復雜混合物。

2018年，作為第一個歐洲循環經濟行動計劃（CEAP）的一部分，歐盟委員會通過了一項覆蓋全歐洲的“循環經濟塑料戰略”。這一戰略旨在改變未來塑料和塑料產品的設計、生產、使用和再生利用方式。最重要的是，歐盟制定了一個雄心勃勃的目標——到2025年，歐盟市場上的新產品中含有1000萬噸再生塑料，這是2016年使用量（近400萬噸）的兩倍還多。

產品80%以上的環境影響是在設計階段確定的。面向再生的設計（Design FOR Recycling）策略是歐盟塑料戰略一個特別重要的組成部分。初始設計對電氣電子產品在使用壽命結束時的再生利用至關重要，需要產品研發人員應用面向再生的設計策略，以滿足再生利用企業的原料要求。

除了面向再生的設計策略，源自再生的設計（Design FROM Recycling）策略也將在閉合材料循環和實現歐盟委員會2025年的目標方面發揮關鍵作用。目前，大多數再生材料因質量低通常處于降級使用狀態，多用于建筑、運輸或基礎設施建設等領域。快速增長的電氣電子廢物產生了大量的、種類繁多的塑料，更好地分選且保持材料的純度成為再生工藝中的挑戰。為在塑料行業實現以可持續發展為導向的創新，電氣電子產品行業亟需關于面向再生和源自再生的設計指南和開發標準。相關指南對于增加再生物在消費類電氣電子產品等高價值領域中的應用比例具重要意義。

循環產品設計和循環塑料設計

歐盟將電氣電子產品產生的廢物流分為溫度交換設備、顯示器和監視器、燈、大型設備、小型設備、小型IT和通信設備六大類。每一類廢物的處理需要按照不同的步驟進行，這樣的分類有助于組織再生流和再生工藝。不同類別的產品有自身特定的再生挑戰。要使產品完全循環，設計者/制造商需要知道不同產品類別面臨何種挑戰。因此，循環設計的第一步是將產品與正確的類別相匹配，并調查再生系統的組織方式以確定適用的規則。

《指南》指出，開展產品循環開發活動，意味著設計者/制造商將進入新的領域，需要學習新的知識和規則，并涉及與再生行業的合作。這個領域還處在不斷發展中，并非所有規則都為人所知，因此設計者/制造商的行動將有助于建立重要的知識體系和合作伙伴關系。此外，新產品應具備經濟可行性，并有可匹配的商業案例。《指南》的最終目標是為制造商建立一個可持續的、有效的系統。這個系統通過提供材料以理想的質量重復使用，從而從廢物中提取最大的價值，或者從為防止污染而開發的再生步驟中創造價值。

《指南》同時強調，6個可再生利用的產品類別可能無法完全滿足設計者/制造商的需求。這意味著當確定產品類別后，設計者/制造商還需要調查開展材料再生相關條件。理清這一點后，設計者/制造商就可以定義產品的再生利用策略，并了解要應用的面向再生的設計規則。

《指南》以“第五類-小型設備”為例說明了該產品類別的再生步驟（詳見圖1）。

圖1 小型設備的再生步驟

此類小型設備在使用壽命結束時通常不會被拆卸（拆開），而是整體破碎。這意味著設計者/制造商將面向再生的設計規則應用于該類產品塑料零件的設計時，應確保收集產品中使用的所有塑料類型變得更加容易。這樣才能使再生企業在開展再生生產的過程中更輕松地收集塑料，并盡可能使材料保持原始的質量，受到更少的污染，從而讓再生塑料更適合在更多的產品類別中重復使用。

為利用面向再生的設計原則成功地設計出循環產品，設計者/制造商需要確定如何最好地重復使用產品的各個部分。可再生利用性必須成為產品開發時一項強制性產品要求。

《指南》指出，為準確地確定產品的循環性，設計者/制造商需要調查的不僅是面向再生和源自再生的設計原則，還需要了解整個循環經濟系統。艾倫.麥克阿瑟基金會（Ellen McArthur Foundation）制作的模型很好地概述了循環經濟系統（見圖2）。《指南》涉及的是用橙色標出的再生利用部分。

圖2 艾倫.麥克阿瑟基金會的全循環生態系統

如今，WEEE再生利用的主要經濟驅動力源于對金、銀、鈀和銅等稀有貴金屬的回收利用。通過所謂的“城市采礦”過程（從電氣電子廢物中開采金屬），從印刷電路板中重新獲取這些有價值的材料已經在進行中。然而，不利的一面是，塑料等其他潛在的可再生材料在此過程中可能因為經濟價值較低而被丟棄。要收集材料以供重復使用，重要的就是改變產品的的設計方式，既要考慮再生材料的使用，又要考慮再生材料壽命結束時的再生利用。

成功應用這一方法將創造新的經濟價值：再生的塑料材料將保留更多的原始質量（接近原生塑料），通過使其適合重復使用，從而在多個層面上防止污染。

《指南》側重于以循序漸進的方式實施循環設計，幫助設計者/制造商建立一個更大的、積極的未來，通過學習來提出改進思路，在設計和批量生產工藝中制定和實施循環解決方案。

實施循環設計，連接兩個世界

為實施循環設計活動，《指南》介紹了可供選擇的兩種主要設計方法。一是面向再生的設計（Design FOR Recycling），即創造一種在壽命結束時能夠更好、更容易再生利用的產品；二是源自再生的設計（Design FROM Recycling），即創造一種（部分）由再生材料制成的產品。

要在“面向再生”或“源自再生”之間做出選擇，設計者/制造商需要考慮這兩者的背景。通過觀察產品的整個生命周期，區分兩個相關的“世界”。一是產品開發的“世界”（圖3中的藍色部分），側重于產品構思、開發和生產，產品設計者、工程師、模具商、制造商和消費者合作創造有價值的產品。二是材料回收利用的“世界”（圖3中的綠色部分），側重于產品的壽命結束后的廢物收集和再生利用，市政當局、廢物收集者和廢物處理者從廢物中創造價值。

圖3 Pezy Group所述的循環開發

當前，這兩個世界是彼此獨立運作的（見圖4），產品開發和廢物循環過程（再生利用等）各自以線性方式進行。創建循環產品（適合再生利用并由再生材料制成）的一個重要條件是從線性方法轉變為考慮整個價值鏈的整體方法。

圖4 Pezy Group所述的線性開發

將產品開發從線性轉變為循環將帶來巨大挑戰。《指南》指出，要成功開發循環產品，設計者/制造商必須嘗試連接“兩個世界”，使它們以循環的方式運行，將它們視為一個世界，并以此為基礎定義面向再生的設計方法。同時，設計產品的初始方式決定了可再生材料和/或再生材料“重生”的可能，從而防止產品在使用壽命結束時變成廢物。因此，為了實現循環，設計者/制造商在項目開始時考慮產品將如何再生利用是至關重要的。

為此，《指南》引入了“門A”和“門B”的概念。這兩扇門是兩個世界之間的連接點，在將它們連接在一起方面發揮著重要作用。

“門A”面向再生的設計：在這個關口，設計者/制造商的任務是開發一個以定性和定量的方式實現最佳再生的設計。

“門B”源自再生的設計：在這個關口，設計者/制造商的任務是在可能的情況下應用再生材料。

從今天進入門A的大多數產品（在壽命結束時）來看，它們并不是為材料回收利用世界設計的，面向再生的設計尚未得到應用。門B則經常顯示，材料回收利用的輸出（可用的再生材料）與產品設計者能夠創建良好的源自再生的設計所需的規范輸入之間缺少連接。然而，在產品循環開發中，這兩者將是共存且合作的關系。

循環開發的兩個層面

選擇基于“面向再生”或“源自再生”原則的設計取決于設計者/制造商想要實現的目標。然而，這兩種方法的應用，都需要從兩個層面看待產品（見圖5）。在產品層面，執行關鍵功能和美學的總裝配；在零件層面，實現特定子功能，并由特定材料制成的單獨零件。

圖5 產品層面和零件層面

無論設計者/制造商決定把重點放在哪里，都需要始終關注生產方面：使用何種技術來生產產品，以及這些技術與循環解決方案的關系。面向再生的設計項目側重于設計整個產品，并創建一個有利于以后的最佳再生的產品構架。在啟動通常的開發活動之前，設計者/制造商需要規劃產品如何最好地進入再生流。

為實現這一點，產品中使用的所有零件都應設計為易于分離，避免膠水固定和使用有毒材料。一旦明確了需求，在開發產品構架的同時，設計者/制造商就可以選擇將再生塑料用于產品的零件。這取決于制造商的可持續發展目標、可用預算以及整合尋找合適材料所需的活動（和時間）。

源自再生的設計項目通常側重于（重新）設計適合使用再生塑料的產品零件。為了更好地實現循環，設計者/制造商可以選擇從改變現有產品的材料開始，并用再生塑料生產（部分）零件。這是培養專業知識和了解合適選項的好方法，還將讓設計者/制造商深入了解使用再生塑料可能對產品和生產造成的影響。《指南》稱之為“插入式方法”（Drop-in Method）。這種方法旨在創建實踐學習，而無需對開發和模具進行大量投資。另一種選擇是使用盡可能多的再生塑料從頭開始設計全新的產品。

需要注意的是，“插入式方法”不應與“插入式材料”相混淆。“插入式材料”在業內指的是在不影響生產工藝的情況下對材料進行一對一的更換。應用“插入式方法”意味著在現有工藝中測試再生塑料，以了解材料、零件、模具和生產工藝的變化。一旦從該測試中證明了材料性能并獲得了可比較的結果，設計者/制造商就可以開始在（批量）生產中使用再生材料。

源自再生的設計方法還可以幫助設計者/制造商說服自己的公司相信循環產品的價值。這種方法具有較好的經濟效益，有助于企業建立實施循環發展戰略的信心。

面向再生的設計（Design FOR Recycling）

通過應用面向再生的設計方法，設計者/制造商的目標是制造適合整個價值鏈的產品，包括再生過程的所有步驟。這些產品的設計應確保使用的所有材料都能保持最高質量，且可以最大程度地被重復使用。

歐洲近年來制定了許多指南，以支持企業實現面向再生的設計，并賦能塑料再生設計。目前，幾乎所有的指南都是為包裝行業制定的。這是由于包裝行業對塑料的需求最高，產生了當下大部分的塑料垃圾。

《指南》結合上述指南中相關的內容，提出了電氣電子產品面向再生設計的相關指南，可應用于設計電氣電子產品的塑料外殼和零件。同時，從PolyCE項目中學到的新知識也被納入《指南》，兩者共同提供了一套涵蓋塑料價值鏈的最新且完整的設計指南。 （中國家用電器協會 萬春暉編譯） （未完待續）

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