Nowe krzesła produkcji Haworth i Steelcase w zgodzie ze… środowiskiem naturalnym
Już sam pomysł projektowania „zielonych” wyrobów może spędzić ci sen z powiek. Może sprawić, że jeszcze raz przeanalizujesz wszystkie swoje sprawdzone praktyki projektowe, materiały i procesy produkcyjne. A może nawet będziesz musiał je zmienić. Proekologiczny sposób projektowania wydaje się drogi i ryzykowny. W rzeczywistości jednak może wyjść „na zdrowie” twoim produktom. Spytaj zresztą inżynierów z Haworth and Steelcase. Tych dwóch producentów mebli biurowych opracowało ostatnio krzesła, które znalazły się na pierwszych miejscach listy produktów wyróżnionych certyfikatem ochrony środowiska, nadawanym przez Miller Braungart Design Chemistry (MBDC),firmę konsultingową propagująca tzw. „zielone” projekty. Firma stosuje program „Cradle to Cradle” i szczegółowo szacuje każdy aspekt projektu w zakresie jego wpływu na środowisko. Skupia się nie tylko na wykorzystaniu produktu, ale bierze też pod uwagę możliwości jego utylizacji po zakończeniu cyklu życiowego.
Wiele gałęzi przemysłu bez problemu zaakceptowało takie podejście do projektowania, lansowane przez MBDC. Lista klientów firmy rozciąga się od branży samochodowej, poprzez wytwórców mebli biurowych, producentów akcesoriów aż po branżę tekstylną. Niemniej producenci mebli biurowych z istotnych powodów zajmują na niej poczesne miejsce. – Architekci i projektanci, którzy kupują te wyroby, dbają o środowisko i decyzje o zakupie podejmują częściowo z uwagi na ich wartość w aspekcie ochrony środowiska – mówi Jay Bolus, specjalista do spraw ochrony środowiska, który obsługuje program „Cradle to Cradle” dla potrzeb firmy MBDC.
Krzesła biurowe cieszą się szczególnym zainteresowaniem społeczności proekologicznej. – Krzesła są częścią wizerunku – wyjaśnia Mark Bonnema, główny specjalista do spraw projektowania ekologicznego w Haworth. Krzesła powinny też wzbudzić pewne zainteresowanie wśród inżynierów. Nikt nie twierdzi, że krzesło biurowe pod względem złożoności wytwarzania dorównuje samochodowi, niemniej jednak wymagają od projektantów zmierzenia się z problemami konstrukcyjnymi, ulepszenia mechanizmów regulacyjnych, doboru odpowiedniego materiału i poradzenia sobie z wieloma procesami produkcyjnymi. Projektanci muszą wziąć to wszystko pod uwagę, łącznie z różnorodnymi ograniczeniami narzucanymi ze strony ergonomii i zasad projektowania przemysłowego.
Krótko mówiąc, krzesła stanowią niełatwe wyzwanie dla inżyniera, a projektowanie ich z rygorystycznym uwzględnieniem celów ochrony środowiskowa jeszcze zwiększa trudność. Przykładem tego jest nowe krzesło „Zody”, które pojawiło się pod marką firmy Haworth, oraz obecny na rynku od kilku lat model krzesła o nazwie „Think” produkcji Steelcase. Oba te modele dostarczyły pożytecznych lekcji inżynierom zaangażowanym w uczynienie produktów bardziej „zielonymi”.
Poddaj dwukrotnemu recyklingowi
Dziś chyba nikt już nie jest zaskoczony tym, że materiały z recyklingu odgrywają główną rolę w projektowaniu uwzględniającym ochronę środowiska. Oba modele krzeseł biurowych zawierają około pięćdziesięciu procent materiałów z odzysku. Niemniej proste zastosowanie takich materiałów wcale nie oznacza, że projekt będzie przyjazny dla środowiska. – Istnieje wiele niuansów recyklingu.
Dla przykładu, nie wszystkie materiały z odzysku są produkowane w sposób jednakowy z punktu widzenia ochrony środowiska – mówi Bonnema. Jego zdaniem, dojrzałe i efektywne rynki recyklingu ułatwiają wykorzystanie odzyskanej stali i aluminium. – W rzeczywistości odzysk aluminium wymaga niższego o pięć procent zużycia energii niż jego produkcja od podstaw – dodaje.
Odzyskane tworzywa sztuczne mają mniej widoczne wartości ekologiczne. Naczelny inżynier firmy Steelcase, Kurt Heidmann wyjaśnia, że odzyskane tworzywa sztuczne to coś w rodzaju gry w kości, zarówno z ekologicznego, jak i inżynierskiego punktu widzenia. – Po prostu nie wiadomo, na co w nich natrafimy – mówi, przytaczając wielką rozmaitość dodatków, substancji wzmacniających i barwników, które wchodzą w skład typowej części plastikowej, wykorzystywanej do produkcji. Niektóre z tych dodatków mogą zmienić cechy w zupełnie nieprzewidywalny sposób, inne zawierają nawet substancje niebezpieczne i bardziej szkodzące środowisku niż używanie czystego tworzywa.
Bolus zauważa, że MBDC podziela ten pogląd. – Wcale nie jest powiedziane, że materiał z recyklingu będzie korzystniejszy dla środowiska niż dobrze dobrany nowy, od producenta – dodaje Bolus. Właśnie z tego powodu zarówno „Zody”, jak i „Think” zawierają głównie czyste tworzywa i ograniczają wchodzące w ich skład odzyskane materiały do stali i aluminium.
Ani Bonnema, ani też Heidmann nie wykluczają zastosowania tworzyw sztucznych z recyklingu w przyszłości, kiedy powstaną nowe, niezawodne systemy odzysku, działające w zamkniętym cyklu. – W idealnym świecie mielibyśmy dostęp do tworzyw sztucznych, poddawanych stuprocento-wemu recyklingowi w zamkniętym cyklu – mówi Heidmann. – Dzisiaj jeszcze bardziej racjonalne jest stosowanie dziewiczych materiałów.
Kolejnym, być może nawet ważniejszym, aspektem recyklingu jest kwestia, jaka część produktu może być odzyskana pod koniec jego życia. Pod tym względem oba krzesła stanowią ścisłą czołówkę. Około 98 procent części wchodzących w ich skład, zgodnie z opinią ich twórców, nadaje się do recyklingu. Ale podatność na recykling tak wielkiej części składowej krzeseł wymagała od inżynierów-projektantów pokonania wielu wyzwań i decyzji na etapie projektowania.
Projektuj z myślą o rozbiórce
Główna zasada to projektowanie z myślą o rozbiórce (DFDA). Oba krzesła przeznaczone są do „twardej” służby, ale pod koniec ich „życia”, można je rozłożyć na części nadające się do recyklingu. – Podstawową kwestią jest to, jak można je rozebrać – mówi Heidmann. Jedną ze strategii, którą obrały obie firmy, jest wykorzystanie mniejszego asortymentu materiałów, ale w większych ilościach z każdego rodzaju.
Spokrewniona strategia wykorzystujemateriały niepowiązane sztywno ze sobą, które nie zostaną skierowane do jednego strumienia odzysku – jest to taktyka, która stoi w sprzeczności z konwencjonalnym sposobem myślenia, zgodnym z projektowaniem z myślą o rozbiórce. Na przykład uformowane tworzywa sztuczne mogą ułatwić spojenie wszystkich części. Albo też połączenie z zastosowaniem kleju może ograniczyć liczbę komponentów poprzez wyeliminowanie mechanicznych łączników. Ale Heidmann twierdzi, że tymi metodami można łączyć materiały w sposób, który okaże się niepraktyczny przy ich rozdzielaniu dla recyklingu. – Musieliśmy zrezygnować ze sposobów, w które inżynierowie wierzą, jako w najlepsze do utrzymywania poszczególnych części w całości – mówi Heidmann. Steelcase także wciąż wierzy w te sposoby trwałego łączenia materiałów, ale tylko pod warunkiem, że będą one kierowane do wspólnego strumienia recyklingowego – można tu wymienić skórę z TPO (okleiny termoplastycznej) czy substraty z polipropylenu.
Bonnema ma podobne zdanie odnośnietrwałego łączenia ze sobą różnych materiałów, ale zastrzega, że inżynierowie nie powinni zakładać, iż techniki łączenia poszczególnych części z ekologicznego punktu widzenia wpłyną pozytywnie na końcowy efekt. – Można użyć mniejszej liczby komponentów, ale odzyskać jeszcze mniej – dodaje. Haworth i Steelcase też odrzucili inną powszechnie panującą opinię na temat projektowania z myślą o demontażu: zastosowali więcej łączników mechanicznych, niż powinni byli użyć w projektach o mniejszym zaangażowaniu w ochronę środowiska. – Ludzie stają się schizofreniczni, jeżeli chodzi o śruby – żartuje Heidmann. Śruby i ich pochodne łączą poszczególne elementy i podzespoły bezpiecznie, a jednocześnie w sposób odwracalny. Wśród alternatywnych rozwiązań połączeń mechanicznych, zastosowanych na przykład w krześle „Think”, jest tak zwany „kanał-j” (j-channel), który umożliwia dopasowanie tapicerki siedzenia bez konieczności używania kleju.
Steelcase opracował też inny, solidny sposób łączenia mechanicznego oparcia krzesła, dowodząc, że łączenie części jest zagadnieniem, które nie powinno być lekceważone. Heidmann zwraca uwagę, że krzesło jest układem połączeń formowanych i skręcanych, które łączą oparcie z siedziskiem krzesła. Przy obrocie o trzydzieści stopni oparcie wskakuje na miejsce. Steelcase zastosował tu parę łączników do połączeń gwintowanych w celu ich ciasnego połączenia. – Ale oparcie przeszło z wynikiem pozytywnym wszystkie testy bez łączników – dodaje Heidmann. W krześle „Zody” inżynierowie Hawortha podobnie uprościli sposób, w jaki oparcie zamocowano do reszty krzesła. – Po prostu zastosowaliśmy pojedynczą śrubę – wyjaśnia Bonnema. W rezultacie wysiłków DFDA oba te krzesła rozkładają się bardzo dobrze, i w dodatku szybko. Heidmann zapewnia, że krzesło „Think” można rozebrać na odzyskiwalne składniki zaledwie w ciągu pięciu minut, i to przy użyciu powszechnie dostępnych narzędzi. Bonnema ma podobną opinię także o „Zody”. Wybierz materiały ekologicznie nieszkodliwe Haworth i Steelcase zbudowali swoje krzesła niemal całkowicie z materiałów nadających się do recyklingu zgodnie z ideą programu „Cradle To Cradle”, używanego przez MBDC. Propagowana przez MBDC idea nieszkodliwości oznacza, że materiały można poddać recyklingowi przy użyciu dostępnych metod. Jeżeli chodzi o tworzywa sztuczne, to wymagania zdecydowanie faworyzują tworzywa termoplastyczne i termoutwardzalne.
Nieszkodliwość oznacza także, że składnikidanego materiału spełniają zalecenia środowiskowe z punktu widzenia zużytej energii i zawartości substancji niebezpiecznych. Bolus podkreśla, że MBDC ocenia materiały pod kątem ich całego cyklu życiowego – od surowca aż do gotowego komponentu. A zatem, zgodnie z tezą Bolusa, firma powinna preferować te rodzaje stali, w których składzie nie ma ołowiu. W przypadku tworzyw sztucznych intensywna weryfikacja bierze pod uwagę wszystkie monomery i związki chemiczne, dodawane do surowca. MBDC zdecydowanie nie aprobuje tworzyw sztucznych, które są szkodliwe dla środowiska na początku, w trakcie i pod koniec cyklu życiowego. –
Najlepszym przykładem jest tu PCV – twierdzi Bolus. Inne tworzywa sztuczne są raczej na drugim planie. – Kopolimery akrylonitrylu, butadienu i styrenu zawierają, co prawda, niebezpieczny monomer, ale mogą być akceptowalne, jeżeli zawartość resztek tego monomeru w gotowym produkcie jest niska – mówi Bolus. Na czele listy MBDC umieszcza takie tworzywa jak nylon, który nie wymaga szczególnie niebezpiecznych składników w całym procesie produkcji, a także podczas użytkowania nie wydziela substancji szkodliwych.
MBDC sprawdza też wszystkie domieszki, które na ogół dodaje się do związków termoplastycznych, a więc: barwniki, substancje przeciwzapalne i wzmacniające. – Jeżeli w karcie bezpieczeństwa materiału wykazana jest zawartość dwóch procent „innych związków”, firma chce dokładnie wiedzieć, co oznacza termin „inny” – mówi Bonnema.
Wykorzystanie materiałów nieuciążliwych może samo w sobie być źródłem satysfakcji dla firm dbających o stan środowiska, ale należy wspomnieć, że takie materiały wymagają znacznie większego wysiłku inżynierskiego, ponieważ nawet pozornie proste komponenty mogą przysporzyć kłopotów.
Bonnema z firmy Haworth opowiada, jak firma musiała znaleźć dobrą alternatywę dla PCV, zastosowanego w poręczach krzesła i w dźwigniach regulacyjnych. – Powodem dla którego użyliśmy PCV było to, że ma on lepsze możliwości i mniej kosztuje – mówi Bonnema, wskazując na odporność materiału na ścieranie, rozdarcie i kruszenie. – Ale odjęliśmy decyzję, żeby nie używać materiałów chlorowanych w rodzaju PCV.
Inżynierowie w Haworth znaleźli więc TPU (uretan termoplastyczny), który posłużył do wykonania poręczy, i zastosowali polipropylen do pokrycia dźwigni regulacyjnych. Obie te decyzje były nieco kosztowniejsze i wymagały więcej wysiłku inżynierskiego. Heidmann podaje też przykład cen, które inżynierowie muszą płacić, aby móc wykorzystać „zielone” materiały. Aby oparcie krzesła „Think” wytrzymało konstrukcyjne obciążenie testowe rzędu 136 kilogramów a wysokości około 41 cm od siedziska, najłatwiejszym do zastosowania materiałem był nylon, wypełniony długimi włóknami szklanymi. – Odkryliśmy jednak, że długie włókna szklane, mimo że charakteryzują się doskonałymi parametrami eksploatacyjnymi, wcale nie są takie dobre w swoim „drugim życiu”. Zespół projektowy przeorientował się więc na krótkie włókna szklane, rokujące lepsze perspektywy recyklingu.
Nylon z krótkimi włóknami szklanymi charakteryzował się modułem zginania 1,5 mln psi (105460 kG/cm2) w porównaniu z 2,5 mln psi (175767 kG/cm2) dla nylonu z długimi włóknami. Inżynierowie Steelcase musieli poświęcić dodatkowy czas na optymalizację geometrii ramy.
Wcześniej, podczas procesu optymalizacji, inżynierowie musieli się też uporać z pewnymi niepowodzeniami. – Walczyliśmy z myślami, żeby ulepszyć materiał, ale zadecydowaliśmy, że nie będziemy tego robić – mówi Heidmann. – Zdecydowaliśmy, cały czas pamiętając o środowisku, że nie pozwolimy sobie na ulepszanie parametrów materiału w ramach naszego budżetu. W rezultacie inżynierowie Steelcase musieli sobie inaczej poradzić ze spełnieniem wymagań wytrzymałościowych. Przystosowali oni krzesło dla osoby o wadze 300 funtów (136 kg), a więc o 34 kg więcej niż wymagają tego normy przemysłowe. Spójrz dalej, nie tylko na materiały Zarówno „Zody”, jak i „Think” wcielają zalety środowiskowe, które znacznie wykraczają poza zastosowanie „zielonych” materiałów.
Haworth na przykład wziął pod uwagę rodzaj energii, zużywanej przy ich wytwarzaniu i po przemyśleniu tej sprawy, zdecydował się kupić tyle kredytów na energię wiatrową, by zrekompensowały energię zużytą przez montownię.
Bolus twierdzi, że to właśnie te kredyty, a nie parametry projektowe usytuowały firmę Hawortha w rankingu certyfikacyjnym „Cradle to Cradle” wyżej niż Steelcase. Steelcase znalazł się tam częściowo z powodu sprytnych rozwiązań projektowych, które uczyniły krzesło „Think” bardziej przjaznym dla środowiska.
Głównym spośród tych rozwiązań było przeprojektowanie systemu regulacji krzesła. Zamiast połączeń używanych w przeszłości, w krześle „Think” zastosowano parę płaskich sprężyn do regulacji pochylenia i innych ruchów krzesła. Określając zastosowanie sprężyn mianem „bioinspiracji”, Heidmann przyznał, że czerpał natchnienie z ruchów nóg karalucha. Zgodnie z jego opinią, taki system daje możliwość znacznie płynniejszego dopasowania, niż uprzednio stosowane połączenia, a ponadto znacznie obniża ciężar krzesła. „Think” waży około 14,5 kg w porównaniu z 22,7 kg wagi większości krzeseł tej klasy.– Mniejszy ciężar oznacza zużycie mniejszej ilości materiałów – mówi Heidmann.
Oszczędność na ciężarze obniżyła także negatywny wpływ transportu krzeseł na środowisko, nie mówiąc już o kosztach wysyłki. Co więcej, odkręcane oparcie krzesła „Think” pozwala firmie Steelcase wysyłać krzesła z rozmontowanym oparciami, dzięki czemu na ciężarówce mieści się większa ich liczba, co z kolei zwiększa oszczędności transportu. Korzyści wynikające z „zielonego” projektowania kumulują się i nie jest to czymś nadzwyczajnym. Obaj, Heidmann i Bonnema, zauważają, że „zielone” projektowanie, pomimo że stawia przed projektantami duże wyzwania, a także i ograniczenia, może się opłacić w zupełnie nieoczekiwany sposób. Obaj argumentują, że DFDA ma na celu przede wszystkim promowanie sprawnych i efektywnych z finansowego punktu widzenia procesów wytwórczych. Obaj opisują linie produkcyjne, wytwarzające „zielone” krzesła, jako mniej kapitałochłonne. –
Projektowanie z myślą o demontażu i projektowanie z myślą o montażu współgrają ze sobą – mówi Bonnema. „Zielony” projekt zmusił także obie firmy do rozszerzenia innowacji projektowych, dzięki którym krzesła są nie tylko „bardziej zielone”, ale również znacznie lepsze. Oba krzesła mają, na przykład, swój udział w zgłoszeniach patentowych.
„Zody” ma asymetryczne podparcie lędźwiowe, co Bonnema określa jako „po pierwsze: przemysł”. Natomiast krzesło „Think” wyposażono w nowy system podparcia pleców, wykonany ze stali resorowej. – Zaczęło się od wymiany ciężkiej pianki poliuretanowej, a skończyło na ułatwieniu bardziej dynamicznych ruchów i na większej wygodzie – mówi Heidmann. – Elementy sprężynujące krzesła odchylają się o około pięć centymetrów. Takie odchylenie było możliwe dzięki zastosowaniu dziesięciocentymetrowej płytki z pianki poliuretanowej – dodaje. Bądź zaangażowany Korzyści z projektowania najprawdopodobniej nie będą pierwszą rzeczą, jaką zauważą inżynierowie, nowi w dziedzinie „zielonego” projektowania. Na pewno prędzej pojawi się pokusa, aby powrócić do znanych już materiałów i praktyk projektowych – szczególnie wtedy, kiedy będzie napięty termin, a pewne prototypy okażą się zawodne. Heidmann także czasami odczuwał pociąg do znanych i wypróbowanych technologii, które nie miały jednak „zielonych” atestów. – Nie wszystkie utarte szlaki z przeszłości pomogą ci dziś rozwiązać nowy problem – konstatuje Heidmann. Jednym z istotnych, niestety, wciąż ignorowanych elementów „zielonego” projektowania, jest jedynie odrobina zaangażowania.
– My nie możemy sobie pozwolić na marnowanie czasu w pogoni za technologiami, które obiecują obniżenie kosztów lub większą wydajność, ale wywierają negatywny wpływ na środowisko – dodaje Heidmann. We współczesnym światku inżynierskim takie stanowisko jest miarą zaangażowania.
