Exercicis de recursos i materials — Tecnologia i Enginyeria 1r Batxillerat

El renovable es regenera en un temps curt (fusta, aigua, sol); el no renovable s'esgota perquè es forma molt lentament (petroli, minerals).

És el recurs ja extret i preparat per fabricar, però encara sense transformar; per exemple, el mineral de ferro o els troncs de fusta.

Per exemple: l'esgotament de recursos no renovables i el consum d'energia amb emissions de CO₂ (també la generació de residus i la contaminació).

(a) Contenidor verd (vidre). (b) Contenidor groc (envasos lleugers: plàstic, llaunes i brics). (c) Contenidor blau (paper i cartó). (d) Contenidor marró (fracció orgànica).
(e) No és un envàs: no va al groc, sinó a la deixalleria (o al contenidor de rebuig si no hi ha altra opció). Error típic: pensar que tot el que és de plàstic va al contenidor groc.

Origen vegetal: cotó i suro.
Origen animal: llana i seda.
Origen mineral: marbre i argila.
Les matèries primeres naturals s'obtenen directament de la natura; després es transformen en materials.

Reduir, reutilitzar i reciclar. L'ordre de prioritat és aquest:
1) Reduir: generar menys residus (comprar a granel, evitar embalatges).
2) Reutilitzar: tornar a usar l'objecte tal com és (una ampolla de vidre retornable, roba de segona mà).
3) Reciclar: transformar el residu en matèria primera nova (fondre llaunes per fer-ne de noves). Gasta energia, per això va al darrere.

Massa de ferro = 40 % de 2000 t = 0,40 · 2000 = 800 t.
Comprovació: $\tfrac{800}{2000} = 0{,}4$ = 40 %.

L'obsolescència programada és la pràctica de dissenyar un producte perquè deixi de funcionar o es consideri antiquat al cap d'un temps determinat, de manera que se n'hagi de comprar un de nou.
Exemple: una bateria de mòbil no extraïble que perd capacitat al cap d'un parell d'anys.
Perjudica el medi ambient perquè augmenta el consum de recursos i la quantitat de residus.

Durada = reserves / consum anual = 120 / 6 = 20 anys.
Aquest càlcul és una estimació: si el consum augmenta o es descobreixen nous jaciments, el resultat canvia.

La fusta massissa s'obté directament del tronc de l'arbre, serrat en peces. El DM es fabrica triturant fusta en fibres, que s'aglomeren amb resines i s'enganxen a pressió formant un tauler.
Avantatge del DM: és barat, homogeni i es talla i es pinta fàcilment; aprofita residus de fusta. Inconvenient: aguanta malament la humitat i és menys resistent que la fusta massissa.

Perquè, si el consumim més de pressa del que es regenera (talant més arbres dels que creixen i sense replantar), s'acaba esgotant tot i ser renovable.

Perquè un recurs és renovable quan es regenera en un temps curt comparat amb la vida humana, però això no vol dir que sigui il·limitat: si es tala més fusta de la que el bosc pot fer créixer de nou en aquell període, el recurs es va reduint més de pressa del que es regenera, i pot arribar a esgotar-se igual que un recurs no renovable, encara que en principi tingués capacitat de renovar-se.

Perquè cal fondre i tractar el mineral en un alt forn a temperatures molt altes per separar el ferro de la roca, i mantenir aquesta calor requereix molta energia.

Perquè reciclar-lo consumeix molta menys energia i no cal extreure nova matèria primera, de manera que redueix les emissions, els residus i l'esgotament del recurs.

Paper reciclat = 0,82 · 500 = 410 t.
Arbres evitats = 410 · 15 = 6150 arbres.
La resta (90 t) són impureses o fibres massa curtes que ja no serveixen.

1) Obtenció de la pasta: es trituren els troncs i es separen les fibres de cel·lulosa per mitjà de procediments mecànics o químics.
2) Blanqueig i neteja de la pasta, que es dilueix en aigua.
3) Formació de la fulla: la pasta diluïda s'estén sobre una malla, es drena, es prem i s'asseca en cilindres calents; així s'obté el paper.
Es consumeix més energia i aigua en l'obtenció de la pasta i en l'assecat.

Coure a la mena = 0,02 · 1000 = 20 t.
Coure recuperat = 0,90 · 20 = 18 t.
Concentrat = coure recuperat / 0,30 = 18 / 0,30 = 60 t.
Es generen, doncs, 1000 - 60 = 940 t de residus (estèrils) per cada 1000 t de mena, un dels grans impactes de la mineria.

(a) Massa de PET = 1000000 ampolles · 30 g = 30000000 g = 30000 kg = 30 t.
(b) Petroli = 30 t · 2 = 60 t.
El petroli és un recurs no renovable, així que reduir el pes de l'envàs o reciclar-lo en reduiria el consum.

Economia lineal: s'extreuen matèries primeres, es fabrica el mòbil, s'usa uns anys i es llença: «extreure, fabricar, usar i llençar».
Economia circular: es dissenya perquè duri i es pugui reparar, es reutilitza o es ven de segona mà, i quan ja no funciona es desmunta i se'n recuperen els metalls (coure, or, plata) per fer-ne de nous.
L'objectiu és mantenir els materials en circulació i reduir l'extracció de recursos i els residus.

La petjada de carboni és la quantitat de gasos d'efecte hivernacle (en kg de CO₂ equivalent) que emet un producte al llarg del seu cicle de vida.
Mesures: (1) fer servir fusta d'origen proper i certificada, per reduir el transport i garantir una gestió forestal sostenible; (2) dissenyar-lo per durar i poder-lo reparar, i evitar vernissos i coles molt contaminants; també es pot fabricar amb energia renovable.

Cert. El vidre es pot fondre i tornar a modelar indefinidament sense que se'n degradi el material; només cal que estigui net i separat per colors.
El paper, en canvi, cada cop que es recicla acumula fibres de cel·lulosa més curtes, i després de 5 o 7 cicles ja no serveix per refer-lo. Per això sempre cal afegir-hi fibra nova.

Estalvi = 210 - 10 = 200 MJ. Percentatge = $\tfrac{(200)}{(210)}$ · 100 = 95,2 %, aproximadament un 95 %.

Extracció i preparació de les matèries primeres (i vidre reciclat triturat); barreja; fusió al forn a uns 1.500 °C; modelatge de l'ampolla bufant-la en un motlle; recuit per eliminar tensions; i control de qualitat.
La fusió és la que gasta més energia. Afegir vidre reciclat a la barreja la fa fondre a menys temperatura i redueix el consum.

Envasos reciclats en un any: 15 · 12 · 0,70 = 126 kg.
CO₂ estalviat: 126 · 1,5 = 189 kg l'any.

(a) $\tfrac{900}{20} = 45$ anys.
(b) Cal que C = 900: 20 · $\tfrac{(1{,}03^{n} - 1)}{0{,}03} = 900$, és a dir, 1,$03^{n}$ - 1 = 900 · $\tfrac{0{,}03}{20} = 1{,}35$ i 1,$03^{n}$ = 2,35.
n = ln 2,35 / ln 1,03 = 28,9 anys.
(c) Amb un consum creixent el recurs s'esgota molt abans (uns 29 anys en comptes de 45). Per això compten el reciclatge, l'eficiència i la reducció del consum.

(a) Massa molar del Fe₂O₃ = 2 · 56 + 3 · 16 = 160 g/mol. Fe: 112 / 160 = 0,70 = 70 %.
(b) Fe₂O₃ = 1000 / 0,70 = 1429 kg.
(c) Mena = 1429 / 0,80 = 1786 kg. L'estèril és 1786 - 1429 = 357 kg (aproximadament).
Això mostra per què l'extracció genera tants residus: per cada tona de ferro es mouen més d'1,7 t de mena.

Vidre: energia de fabricació = 0,400 kg · 15 MJ/kg = 6 MJ; repartida en 20 usos: $\tfrac{6}{20} = 0{,}30$ MJ/ús. Hi sumem el rentat: 0,30 + 0,25 = 0,55 MJ/ús.
PET d'un sol ús: 0,025 kg · 80 MJ/kg = 2 MJ/ús.
L'ampolla de vidre retornable consumeix menys de la meitat d'energia per ús (0,55 enfront de 2 MJ).
La conclusió podria canviar si el vidre només es reutilitza unes poques vegades, si cal transportar-lo moltes vegades a gran distància (és més pesant) o si el PET es recicla gairebé tot.

(a) 3 · 1,2 · 365 = 1314 kg/any.
(b) Orgànica = 0,35 · 1314 = 460 kg.
(c) Paper + envasos + vidre = 22 + 12 + 8 = 42 % de 1314 = 551,9 kg. El 80 % és 0,80 · 551,9 = 442 kg recuperats.
Comprovació: la matèria orgànica, que es pot convertir en compost, i els reciclables junts són un 77 % dels residus.

(a) E = 0,60 · 12 + 0,40 · 190 = 7,2 + 76 = 83,2 MJ/kg.
(b) Estalvi = (190 - 83,2) / 190 · 100 = 56,2 %.
(c) Per a 1000 kg: 1000 · (190 - 83,2) = 106800 MJ d'estalvi.
Com més alt és el percentatge de metall reciclat, menys energia es gasta per fabricar la làmina.

Model de resposta: dissenyaria una carmanyola d'acer inoxidable amb tapa de silicona.
Recursos: l'acer inoxidable és resistent i dura molts anys, i es pot fabricar amb una part de metall reciclat; evita comprar envasos d'un sol ús i redueix el consum de plàstic derivat del petroli.
Cicle de vida: l'impacte de fabricació és més alt que el d'un envàs de plàstic, però s'amortitza amb molts usos (més de cent), es renta amb poca aigua i no allibera substàncies.
Final de vida: la tapa i el cos es poden separar fàcilment, de manera que l'acer es recicla a la deixalleria i la silicona es porta al punt de recollida corresponent.
Criteris que es valoren: durabilitat, reciclabilitat, ús de materials reciclats, seguretat per als aliments i cost.