2/1/2010

Lecture 4: Environmental issues, LCA analysis, l i packaging k i ergonomics i

Sören Östlund

After Lecture 4 you should be able to • discuss different environmental aspects of  packages k • describe the components of packaging  ergonomics

1

2/1/2010

Literature • Pocket book of packaging – page 4‐43 • Ch. 66 in the Ljungberg textbook ‐ Packaging  Ergonomics

Development of environmentally  acceptable packaging Guiding principles • Reduce d – Minimum use of material consistent with the basic  function of packaging 

• Reuse – Where practical

• Recycle – Material collected for further use – Fleece clothes made from PET bottles

• Recover – Energy can be recovered from waste

2

2/1/2010

Nomenclature material recycling

organic recycling

recycling

energy‐ recovery

reuse

recovery

Reduced packaging weight

Percentage (by weight)

63 common product in grocery shops, 1993‐2002

REDUCTION OF WEIGHT

3

2/1/2010

Collecting and regenerating of packaging  materials is a complex process • Metals – Identifying, sorting and recycling comparatively easy Identifying sorting and recycling comparatively easy

• Glass – Easy, but different colours make it difficult to get  uncontaminated feedstock

• Paper – Reasonably efficient sorting systems are in place

• Plastics – More serious recycling problems, many plastics are not  mutually compatible

Is the Tetra Brik aseptic package an environmentally friendly package?

4

2/1/2010

Food Packaging

size

material

Environment

emptying

price

hygienic

length of  product life

waste

Packaging ‐ a part of a system ‐

Product

Distribution Environment

Packaging

5

2/1/2010

LCA – Life Cycle Analysis A tool for judging the environmental impact of a package (product) The lif Th life cycle l describe d ib a products d t life lif from f cradle dl to t grave, from the energy and materials are extracted from the nature to they are restored in the nature again.

Life Cycle Analysis (LCA) • Different types of life cycle analysis – LCI – Life Cycle Inventory  (A compilation of the flow of materials and energy during  the life cycle of a product.  No judgement of the  environmental impact is made.) – LCA – Life Cycle Analysis (LCI followed by judgement of the environmental impact )

6

2/1/2010

System dependent Reliability of the environmental analysis is dependent of • border of the system • used data • used model

When is LCA used? Compare two different packaging

Finding ”hot spots” 

Compare two different  scenarios

Rearrange sub‐processes

Energy recovery (combustion) Material recycling Waste handling

7

2/1/2010

Example of Life Cycle Inventory Framställning av polystyrengranuler

Transport

Simplified process tree  f for yoghurt plastic cups h l i

Tillverkning g av polystyrenbägare

Framställning av polystyrengranuler

Transport

Transportförpackning

Inpackning

Tillverkning av polystyrenlock

Transport

Transport

Transportförpackning

Uppackning

Tillverkning av aluminiumfolie

Transport Tillverkning av aluminiumoblat

Transport

Fyllning Butiksförpackning

Inpackning

Transportförpackning Transport Butiksförpackning Uppackning Transportförpackning Butik Transport Användning Restprodukthantering

Yoghurt packaging g CO2‐equivalent/functional un it g CO2-ekv. / f.e

Förpackningarnas påverkan till växthuseffekten Carbon Footprint 2 50E+05 2,50E+05 2,00E+05 1,50E+05 1,00E+05 5,00E+04 0,00E+00

Plastic cup PS-bägare

Gable top Takås förp.

8

2/1/2010

Energy contents Yoghurt Gable top packaging Size: 1 liter Product: Yoghurt

71% 18% 11%

Consumer package

Spillage

Yoghurt

Energy consumption Yoghurt packaging

3500 3000

MJ/f.u.

2500

LCA Functional unit = 1000 l

2000 1500 1000 500 0 Plastic cup

Gable top

9

2/1/2010

Yoghurt spillage 12 home

Cup, 500 g Gable top, 1 l p,

product spillage (%)

10

retailer wholesaler+filler

8 6 4 2 0 Plastic cup

Gable top

Milk spillage „ 1 litre milk  5000 kJ energy

„ Based on demography and  distribution system the milk spillage is ca 250 ‐ 1500 kJ,  or  5 – 30 % of the milk content

„ Based on packaging system 400 ‐ 600 kJ,  or 8 ‐ 12% of milk content

10

2/1/2010

Prevention by Source Reduction ‐the paradox‐ Environmental impact Excess negative  impact on the environment Minimum impact on the environment

‐5%

+5%

Underestimated packaging design

Overestimated packaging design

Minimum adequate amount of material

Amount of packaging material by weight/volume

Effect of Declining Size of Households Packaging per Person [kg/year] 120 90 70

ƒ A person living alone has roughly double the environmental impact of  a person living in a large household. ƒ One person in a large household uses only 60 % of the materials and  40 % of the energy used by a person who lives alone.

Source: Incpen

11

2/1/2010

Environmental labeling Objective: to encourage the demand and assortment of products/services   that have a less negative impact on the environment than other products ISO 14024 ‐ type I  Voluntary environmental labeling  based on a number of criteria

ISO 14021 ‐ type II Manufacturers own statements on the environmental properties of a product

ISO 14025 ‐ type III Results stated in the form of an EPD (EPD = Environmental Product Information) that is certified by an independent organization.  Contains different types of information about  a product basInnehåller olika typer av information om en produkt som är baserad på LCA. 

http://www.miljomarkarna.se/

Swedish requirements of recovery and recycling recovery p g Aluminium packages            Paper, paperboard, corrugated    Plastics  (excl. PET drink packages) Steel Glass Drink packages metal ‐ ”   ‐ plastics Wood Other (per material)

recycling 70 % 65 % 70 %                         30% 70 % 70 % 90 % 90 % 70 % 15 % 30 % 15 %

12

2/1/2010

Which types of materials have fulfilled the Swedish  requirement for reuse of materials? Recovery and recycling 2005 On the  market

700000

Material usage

600000 Total recovery and recycling

65%

tons

500000 400000

72% 70%

300000

75%

200000

70% 95%

64%

11%

100000 0 Plastics

Paper and board

70%

Metal Type of packaing

Glass

Wood

70%

User friendly‐packaging Packaging Ergonomics

13

2/1/2010

Trends • • • • •

Aging population Si l h Single households h ld Short‐of‐time behaviour Meals outside of the home Packages that makes life easier for the user

User‐package interface • This simplified model for the user‐package  interface illustrates schematically how the various interface illustrates schematically how the various  abilities of a user meet the characteristics (and  thus demands) of a package, with various results  The abilities of the user Package  use/handling situations /h dli i i The properties of the package 

?

+

14

2/1/2010

Who is the customer ‐ user? • Employees in different sections of a value chain and  consumers,  • • • • • • •

Filling, packing, sorting and Palletising Pulling/pushing Order picking, packing, carrying Carrying, opening, replenishing, waste handling  Opening emptying re closing storing waste handling Opening, emptying, re‐closing, storing, waste handling Material separation 

Easy improvements Retail packages

Packaging

Packaging material

User abilities

size

Work situation

Packaging Auxilliary means

design

Ease of opening Shelving

Information Opening devices (tear strip perforation etc ) (tear strip, perforation, etc.) 

Contents P d ti Production

15

2/1/2010

Bar code location Manual registration It is placed at a corner and partly in  the  welded joint

It is covered by the seal

The surface is too rough

Work places

16

2/1/2010

Harmonized legislation Influence on the area of packaging •

Legislation on product safety, guidelines on ergonomics and environmental  matters – all have bearing on a user‐packaging interface, both for consumer  packaging and for packaging in the workplace  k i df k i i th k l

Weight less than  15 kg

ƒ ƒ

Weight between 15  and 25 kg

Weight more than  25 kg

These symbols serve as a warning to people handling a package.  The aim is for all packages to be marked with easily understandable weight  information to reduce the risk of occupational injury. Source:www.tya.se

Text size Arial   9‐24

Understanding the Customer

Understanding the Customer

Understanding the Customer

Understanding the Customer

Understanding the Customer Understanding the Customer

17

2/1/2010

Explain

Examples of packages that represents  different properties of good usability

18

2/1/2010

Window carton

Tubes possible to empty up to 98% 

19

2/1/2010

After Lecture 4 you should be able to • discuss different environmental aspects of  packages k • describe the components of packaging  ergonomics

Design Project Design in organic materials (paper, b d and board d polymers) l ) a package k f a for food product that is today primarily packed in tin cans or glass jars.

20

2/1/2010

Consider ….

as well as manufacturing and costs

Assessment • Preliminary design review not later than  F id 5 M h 2010 Friday, 5 March, 2010 • Oral presentation on Friday, 12 March, 2010 • Short report not later than 20 March, 2010

21

2/1/2010

Grading • Combination of technical content (60 %), short  paper (20 %) and oral presentation (20 %).  (20 %) d l t ti (20 %) • The grade will be given as a score between ‐3  and 6 that will be added to the score on the  written exam (if passed). • Thus, the design project can increase as well  Thus the design project can increase as well as decrease the final grade on the course.

Additional information • Teams of 3(2) students • Sources of information – Lack of information – Make assumptions – Ask

• Software for strength and stiffness analysis Software for strength and stiffness analysis – Billerud Box Design – Optipack – Laminate theory 

22