什么是電子廢棄物？如何利用仿真技術(shù)減少電子垃圾的形成？

您知道電子廢棄物（或稱為電子垃圾）問題，是全球增長最快的廢棄物嗎？事實(shí)上，人類每年產(chǎn)生的電子廢棄物高達(dá)5,000萬噸，這一數(shù)字極其驚人，而且還在不斷增長。值得慶幸的是，仿真技術(shù)能夠幫助我們減少電子廢棄物并改進(jìn)電子廢棄物管理解決方案，以充分應(yīng)對這一日益嚴(yán)重的全球性問題。

什么是電子廢棄物？

電子廢棄物是指因冗余、更換或損壞而耗盡其實(shí)用價(jià)值的電氣和電子設(shè)備。

信息化發(fā)展測評伙伴聯(lián)盟（Partnership on Measuring ICT for Development）將電子廢棄物分為六大類：

溫度交換設(shè)備——如空調(diào)、冰柜

屏幕和顯示器——如電視和筆記本電腦

燈具

大型設(shè)備——如洗衣機(jī)和電爐

小型設(shè)備——如微波爐和電動(dòng)剃須刀

小型IT和電信設(shè)備——如手機(jī)和打印機(jī)

令人擔(dān)憂的是，由于技術(shù)進(jìn)步、消費(fèi)者需求不斷變化以及產(chǎn)品生命周期日益縮短，電子廢棄物已經(jīng)成為世界上數(shù)量增長最快的廢棄物。到2030年，每年電子廢棄物產(chǎn)生量預(yù)計(jì)將飆升至7,500萬噸。

許多人在購買新設(shè)備時(shí)，并不會(huì)將舊設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕厥仗幚?，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量的電子廢棄物。此外，許多設(shè)備的設(shè)計(jì)也并未考慮到維修或回收等等這些方面。這都會(huì)導(dǎo)致大量電子廢棄物無法得到恰當(dāng)?shù)奶幹?，從而對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生負(fù)面影響。

電子廢棄物的風(fēng)險(xiǎn)

電子廢棄物中的高度危險(xiǎn)材料——比如汞、鉛、砷和溴化阻燃劑，都需要進(jìn)行特殊處理。然而，根據(jù)加速循環(huán)經(jīng)濟(jì)平臺(tái)PACE（Platform for Accelerating the Circular Economy）和聯(lián)合國電子廢棄物聯(lián)盟（UN E-Waste Coalition）的報(bào)告指出，每年全球電子廢棄物中只有一小部分（20%）被收集并妥善回收。這就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境和健康危害，包括污染、將有毒物質(zhì)排放到空氣和水中，以及對人類和動(dòng)物的健康造成不利影響。此外，回收不當(dāng)?shù)碾娮訌U棄物也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)。

電子廢棄物可能是致命的：從先天性殘疾到中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的健康問題，電子廢棄物對人類健康具有重大影響。它對生態(tài)系統(tǒng)也會(huì)帶來毀滅性的影響，例如在廣東貴嶼的電子廢棄物處理場，其土壤樣本中檢測到的有毒二惡英和重金屬的濃度為全球最高，導(dǎo)致人們無法在當(dāng)?shù)胤N植農(nóng)作物或飲用安全的水（根據(jù)研究，檢測記錄的鉛濃度比安全水平高出2,400倍）。

仿真驅(qū)動(dòng)的電子廢棄物解決方案

仿真在幫助創(chuàng)新者快速、低成本地創(chuàng)造新產(chǎn)品方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。仿真可通過四種不同的方式來用于減少電子廢棄物。

1. 材料選擇

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段，通過仿真助力減少電子廢棄物的方法值得一試。第一步是確保產(chǎn)品由具有最小環(huán)境足跡的材料制造而成。

Ansys Granta Selector等工具專注于材料導(dǎo)向型生態(tài)設(shè)計(jì)，因此工程師可以在設(shè)計(jì)流程早期階段考慮材料的可持續(xù)性，從而助力企業(yè)減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間并做出更具可持續(xù)性的材料選擇。

2.拓?fù)鋬?yōu)化

電子廢棄物的另一個(gè)解決方案是減少產(chǎn)品中使用的材料數(shù)量。

對于產(chǎn)品的組件結(jié)構(gòu)，采用金屬或塑料材料的固體梁乍一看似乎是正確的選擇。但工程師可以執(zhí)行拓?fù)鋬?yōu)化分析，找到在不影響梁強(qiáng)度的情況下從梁中去除材料的位置。拓?fù)鋬?yōu)化可生成獨(dú)特的設(shè)計(jì)，工程師可能不會(huì)在一開始就考慮到這些設(shè)計(jì)，但其實(shí)，其強(qiáng)度足以為產(chǎn)品提供必要的結(jié)構(gòu)支持。

3. 電磁仿真

通過仿真電磁材料的屬性并將結(jié)果與規(guī)范進(jìn)行比較，工程師可以最大限度地減少電磁材料使用。例如，為了提供設(shè)備組件電絕緣屬性的誤差范圍，工程師可能會(huì)使用比所需厚度更厚的電介質(zhì)。電磁仿真可用于幫助減少電介質(zhì)的厚度，同時(shí)仍然提供必要的電絕緣。工程師可以運(yùn)行類似的仿真，以最大限度地減少導(dǎo)體、電阻和其它組件中使用的材料數(shù)量。

4. 產(chǎn)品拆卸

少有電子設(shè)備制造公司會(huì)在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)考慮拆卸問題。通常來說，企業(yè)在開發(fā)階段的首要任務(wù)是找到裝配組件的最有效方法。但是，假如組件的裝配方式使其能夠在設(shè)備生命周期結(jié)束時(shí)更容易進(jìn)行拆卸，結(jié)果會(huì)是如何呢？這樣人們就可以更輕松地提取有價(jià)值的材料以進(jìn)行回收和再利用，并且更容易去除有毒材料，因此這些電子設(shè)備也不會(huì)被丟進(jìn)垃圾填埋場。

仿真使工程師能夠探索更多的方法來管理組件及其裝配順序，而且用時(shí)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于構(gòu)建原型所需的時(shí)間。利用仿真進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)和測試，工程師能夠在設(shè)計(jì)階段考慮裝配和拆卸，從而在產(chǎn)品不再可用時(shí)，人們能夠更容易回收有價(jià)值的材料并去除有毒材料。

審核編輯：劉清