Comparative life cycle assessment of two desiccant wheel dehumidifiers with industrial application

Humans spend around 80 percent of their lifetime indoors. The humidity level plays an essential part in indoor climate, both in non-industrial applications, such as thermal comfort, and industrial ones. Dehumidification is a technology in the field of thermal comfort and indoor climate to control humidity levels. The need for the technology is essential for maintaining indoor humidity levels and lowering dew points. Based on the lack of studies that focus on the complete life cycle of the given dehumidification technology as well as the recently introduced EU Taxonomy there is an urgent need to evaluate the environmental impacts of the dehumidification systems. In this thesis, a comparative Life Cycle Assessment (LCA) is performed for two desiccant wheel dehumidifiers with industrial application driven fully by electric energy The intent of the LCA is to quantify the environmental performance of the two dehumidifier systems throughout their lifetime. The scope of this study is cradle-to-grave and includes four main life stages: cradle-to-gate, usage, maintenance and end-of-life. The objective is to identify the main drivers of selected environmental impact categories in each life phase and suggest areas of improvement. Seven categories are chosen based on the ReCiPe 2016 impact assessment method and that are related to the planetary boundaries. The two commonly available dehumidifiers will be analysed separately and in comparison. The functional unit used is 1 kg of water removed from the air which is independent of the performance of the system and focuses only on the wanted effect of humidity control. A base case is defined and scenarios are developed to cover different operational modes. It is found that the usage stage which mainly consists of electricity demand contributes the most, varying between 65% and 99% of the overall impact in all categories. The cradle-to-gate stage, which shows the second biggest impact, has its most significant share in fine particulate matter formation, caused by the equipment for pre-treatment of air. Maintenance has the biggest variation depending on the scenario and application of the dehumidifiers where the number of maintenance occasions can vary significantly. This stage is however less crucial in the selected base case based on its small impact in most categories. End-of-life is insignificant for the results of this study having an average impact of less than 1%. The scenario analysis shows that a significant variation of the impact during usage is expected for different locations. This is mainly caused by the changing composition of the grid electricity which is identified overall main driver. The key parameters that influence the outcomes of this study are the operational hours of the systems, the target supply humidity as well as the climatic data. Potential for improvement is seen for an increased recycled content during the cradle-to-gate stage, the integration of sustainable energy technology as well as the connection of the systems to energy-efficient equipment during usage. Finally, it is concluded that an increase in material consumption may be tolerated by the systems if the energy performance is improved due to the dominating burden during the usage stage. The presented study may serve as example on how the EU Taxonomy can be applied within the field of dehumidification regarding environmental sustainability. It can also be used as a reference for further studies including the complete life cycle of dehumidifiers. Additional work may include other configurations of desiccant wheel dehumidifiers and extension to different assessment methods.Människor spenderar cirka 80 procent av livet inomhus. Fuktighetsnivån är en viktig del av inomhusklimatet, både inom icke-industriella applikationer, såsom termisk komfort och industriella användningsområden. Avfuktning är en teknologi inom klimatkontroll inomhus och avlägsnar vattnet ur en luftström för att tillföra torr luft i rum. Den är väl ägnad om låga daggpunkter krävs. Möjliga användningsområden inom industrin är lagerutrymmen och förpackningsanläggningar, batteriproduktion, datacenter och farmaceutiska laboratorier. Denna studie har utförts eftersom det endast hittats ett fåtal studier som inkluderar hela livscykeln av sorptionsavfuktare. Utöver det så har EU taxonomin nyligen införts och den kan vara relevant för denna teknologi. Det finns därför ett behov att evaluera miljöpåverkan av dessa avfuktningssystem. I detta arbete utförs en jämförande livscykelanalys (LCA) av två rotorsorptionsavfuktare som används inom industrin och drivs av elektrisk energi. Meningen med denna LCA är att kvantifiera miljöpåverkan av de två systemen under hela livscykeln. Omfattningen av denna studie är ”från vaggan till graven” (eng. cradle-to-grave) och inkluderar fyra faser: tillverkning (eng. cradle-to-gate), användning, underhåll och demontering (eng. end-of-life). Syftet med arbetet är att kartlägga de centrala processer som driver miljöpåverkan, baserat på utvalda indikatorer och undersöka förbättringspotentialen. Sju kategorier från ReCiPe 2016 (som är en metod för miljökonsekvensbedömning) har valts ut för det baserat på de planetariska gränserna (eng. planetary boundaries). De två luftavfuktare analyseras enskilt och i jämförelse med varandra. Den funktionella enheten definieras som 1 kg vatten som tagits bort ur luften. Denna är oberoende av prestandan av systemet och beskriver endast avsedd effekt som är fuktighetskontroll. Utöver ett grundscenario har även olika scenarier utvecklats som beskriver varierande användning av avfuktaren. Resultaten visar att användningen som mestadels består av elförbrukningen bidrar som mest till miljöpåverkan i alla kategorier med en andel mellan 65% och 99%. Tillverkningsfasen har näst störst påverkan av alla livsfaser och är mest relevant för fina partiklar. Detta orsakas av utrustningen för förbehandling av luften. Underhållet visar störst variation beroende på scenariot och användningen av avfuktaren eftersom antal underhållningstillfällen kan avvika mycket. Denna livsfas är däremot mindre relevant i grundscenariot eftersom den utgör endast en liten andel av den totala påverkan. Demontering är irrelevant för resultaten och utgör i genomsnitt mindre än 1%. Scenarioanalysen visar att en stor variation väntas för olika användningsställen eftersom produktionen av elen påverkar resultaten betydligt. De avgörande parametrar i denna studie är drifttimmar, målvärdet för fukthalten och klimatet. Förbättringspotential anses finnas i andelen återvunnet material i produktionsfasen, såsom integrering av hållbar energiteknik och energieffektiva lösningar under användningen. Det konstateras att en ökad konsumtion av material kan vara gynnsamt om detta reducerar påverkan under användningen. Detta är baserat på den tydliga skillnaden i påverkan under drift jämfört med de resterande livsfaser. Studien kan ses som exempel hur EU taxonomin för miljömässig hållbarhet skulle kunna appliceras inom avfuktning. Den kan också användas som referens för ytterligare studier inom området av livscykelanalys. Fortsatt arbete kan utökas till flera konfigurationer av rotorsorptionsavfuktare, såväl som inkluderandet av andra metoder för miljökonsekvensbedömning.