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？事實上，人類每年產生的電子廢棄物高達5,000萬噸，這一數字極其驚人，而且還在不斷增長。值得慶幸的是，仿真技術能夠幫助我們減少電子廢棄物并改進電子廢棄物管理解決方案，以充分應對這一日益嚴重的全球性問題。

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用價值的電氣和電子設備。

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

溫度交換設備——如空調、冰柜

屏幕和顯示器——如電視和筆記本電腦

燈具

大型設備——如洗衣機和電爐

小型設備——如微波爐和電動剃須刀

小型IT和電信設備——如手機和打印機

令人擔憂的是，由于技術進步、消費者需求不斷變化以及產品生命周期日益縮短，電子廢棄物已經成為世界上數量增長最快的廢棄物。到2030年，每年電子廢棄物產生量預計將飆升至7,500萬噸。

許多人在購買新設備時，并不會將舊設備進行適當的回收處理，這會導致產生大量的電子廢棄物。此外，許多設備的設計也并未考慮到維修或回收等等這些方面。這都會導致大量電子廢棄物無法得到恰當的處置，從而對環境和人類健康產生負面影響。

電子廢棄物的風險

電子廢棄物中的高度危險材料——比如汞、鉛、砷和溴化阻燃劑，都需要進行特殊處理。然而，根據加速循環經濟平臺PACE（Platform for Accelerating the Circular Economy）和聯合國電子廢棄物聯盟（UN E-Waste Coalition）的報告指出，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。這就會導致嚴重的環境和健康危害，包括污染、將有毒物質排放到空氣和水中，以及對人類和動物的健康造成不利影響。此外，回收不當的電子廢棄物也可能導致數據安全風險。

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系統的健康問題，電子廢棄物對人類健康具有重大影響。它對生態系統也會帶來毀滅性的影響，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，導致人們無法在當地種植農作物或飲用安全的水（根據研究，檢測記錄的鉛濃度比安全水平高出2,400倍）。

仿真驅動的電子廢棄物解決方案

仿真在幫助創新者快速、低成本地創造新產品方面發揮著關鍵作用。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

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

Ansys Granta Selector等工具專注于材料導向型生態設計，因此工程師可以在設計流程早期階段考慮材料的可持續性，從而助力企業減少產品開發時間并做出更具可持續性的材料選擇。

2.拓撲優化

電子廢棄物的另一個解決方案是減少產品中使用的材料數量。

對于產品的組件結構，采用金屬或塑料材料的固體梁乍一看似乎是正確的選擇。但工程師可以執行拓撲優化分析，找到在不影響梁強度的情況下從梁中去除材料的位置。拓撲優化可生成獨特的設計，工程師可能不會在一開始就考慮到這些設計，但其實，其強度足以為產品提供必要的結構支持。

3. 電磁仿真

通過仿真電磁材料的屬性并將結果與規范進行比較，工程師可以最大限度地減少電磁材料使用。例如，為了提供設備組件電絕緣屬性的誤差范圍，工程師可能會使用比所需厚度更厚的電介質。電磁仿真可用于幫助減少電介質的厚度，同時仍然提供必要的電絕緣。工程師可以運行類似的仿真，以最大限度地減少導體、電阻和其它組件中使用的材料數量。

4. 產品拆卸

少有電子設備制造公司會在設計產品時考慮拆卸問題。通常來說，企業在開發階段的首要任務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備生命周期結束時更容易進行拆卸，結果會是如何呢？這樣人們就可以更輕松地提取有價值的材料以進行回收和再利用，并且更容易去除有毒材料，因此這些電子設備也不會被丟進垃圾填埋場。

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，而且用時要遠遠少于構建原型所需的時間。利用仿真進行虛擬設計和測試，工程師能夠在設計階段考慮裝配和拆卸，從而在產品不再可用時，人們能夠更容易回收有價值的材料并去除有毒材料。

審核編輯：劉清