Evaluation and development of take-back strategy for on-body injectors using life cycle assessment
Seddiki, Salim (2022)
Seddiki, Salim
2022
Master's Programme in Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. Only for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-12-21
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202212058899
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202212058899
Tiivistelmä
An on-body injector (OBI) is a medical device, which is designed to deliver larger volumes (>2mL) of drug subcutaneously via electromechanical or mechanical driving system and to be disposed of after its use making it a single-use device. Therefore, a high environmental impact can be expected.
To address the issue of a possibly high environmental impact of single-use on-body injectors, this work aims to provide a comprehensive evaluation of the environmental impact of the full life cycle of OBIs and to develop work streams that are required to launch a take-back strategy to enable future recycling processes. The environmental impact is analysed using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology and the Ecoinvent database. The first impact calculations are performed from the point of raw material extraction until the OBI reaches the distributor (cradleto-gate). The second impact calculations are performed with the full life cycle, including different end-of-life scenarios. Traditional landfill disposal is compared, to medical waste incineration and recycling through mail-back and take-back via pharmacy/hospital. In addition, hospital and supplier interviews are conducted to understand the practical measures surrounding take-back strategies.
The cradle-to-gate LCA results indicate that the transportation part of the life cycle contributes to more than half of the environmental impact, followed by production and packaging. A single largest contributor is the production of the printed circuit board assembly (PCBA), and therefore its recycling should be prioritized in the end-of-life. The cradle-to-grave and cradle-to-cradle LCA results indicate that recycling through a mail-back scenario is environmentally better compared to take-back via a pharmacy or hospital. The differentiating factor is the lack of private car travel in a mail-back scenario. Both take-back scenarios were environmentally better than incineration. However, household disposal to a landfill was clearly less impactful due to the lack of energy and resource consumption in the process. Based on the hospital interview, a take-back program is feasible only with minimal exposure to hazardous material or with minimal effort by the personnel. Lastly, a sensitivity analysis of the LCA highlighted the importance of maximizing the take-back user engagement rate over maximizing the PCBA recycling rate. Vartaloon asennettu injektori (On-body injector, OBI) on lääketieteellinen laite, joka on suunniteltu annostelemaan suurempia määriä (>2mL) lääkettä ihonalaisesti sähkömekaanisen tai mekaanisen käyttöjärjestelmän kautta. OBI on kertakäyttöinen laite, jonka takia sen elinkaaresta voidaan odottaa aiheutuvan merkittäviä haitavaikutuksia ympäristölle.
Vähentääkseen kertakäyttöisten vartaloon asetettavien lääkeruiskujen mahdollia negatiivisia ympäristövaikutuksia, tämän työn tavoitteena on muodostaa analyysi OBI:n koko elinkaaren ympäristövaikutuksista ja kehittää kattava suunnitelma takaisinottostrategialle kierrätyksen mahdollistamiseksi. Ympäristövaikutuksia analysoidaan käyttämällä Life Cycle Assessment (LCA) -metodologiaa ja Ecoinvent-tietokantaa. Ensimmäiset iteraatiot laskuista tehdään raakaaineen louhinnasta siihen asti, kunnes tuote saavuttaa jakelijan (cradle-to-gate). Seuraavat iteraatiot laskuista tehdään koko elinkaarelle, mukaan lukien myös erilaiset jäteskenaariot. Perinteistä kotitalousjätteeksi päätymistä verrataan lääkejätteen polttoon ja kierrätykseen postitse sekä apteekin tai sairaalan kautta tapahtuvaan takaisinottoon. Lisäksi työhön kuuluu haastatteluja sairaalan ja tuotetoimittajan edustajien kanssa.
Cradle-to-gate laskujen tulokset osoittavat, että kuljetusosuus muodostaa yli puolet elinkaaren ympäristövaikutuksista. Seuraavaksi tulevat tuotannosta ja pakkauksesta aiheutuvat vaikutukset. Suurin yksittäinen tekijä on PCBA:n tuotanto ja siksi sen kierrätys tulisi asettaa etusijalle kierrätysprosessissa. Cradle-to-grave ja cradle-to-cradle laskujen tulokset osoittavat, että takasinotto postitse -skenaario on ympäristön kannalta parempi verrattuna apteekin tai sairaalan kautta tapahtuvaan palautukseen. Erottava tekijä on yksityisautolla tapahtuvan matkustuksen puute positus -skenaariossa. Molemmat takaisinottoskenaariot olivat ympäristön kannalta parempia vaihtoehtoja kuin lääkejätteen poltto. Kotitalousjätteen kautta kaatopaikalle sijoittamisella oli kuitenkin selvästi pienempi ympäristövaikutus kyseisen prosessin energian kulutuksen ja resurssien puutteen vuoksi. Sairaalahaastattelun perusteella takaisinotto-ohjelma on toteutettavissa vain sairaalahenkilöstön minimaalisella altistuksella vaarallisille aineille tai henkilöstön vähäisellä vaivalla. Lopuksi, LCA:n herkkyysanalyysi toi esiin sen, kuinka tärkeää on maksimoida laitteen käyttäjien osallistumisaste sen sijaan, että PCBA-kierrätysastetta pyrittäisiin maksimoimaan.
To address the issue of a possibly high environmental impact of single-use on-body injectors, this work aims to provide a comprehensive evaluation of the environmental impact of the full life cycle of OBIs and to develop work streams that are required to launch a take-back strategy to enable future recycling processes. The environmental impact is analysed using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology and the Ecoinvent database. The first impact calculations are performed from the point of raw material extraction until the OBI reaches the distributor (cradleto-gate). The second impact calculations are performed with the full life cycle, including different end-of-life scenarios. Traditional landfill disposal is compared, to medical waste incineration and recycling through mail-back and take-back via pharmacy/hospital. In addition, hospital and supplier interviews are conducted to understand the practical measures surrounding take-back strategies.
The cradle-to-gate LCA results indicate that the transportation part of the life cycle contributes to more than half of the environmental impact, followed by production and packaging. A single largest contributor is the production of the printed circuit board assembly (PCBA), and therefore its recycling should be prioritized in the end-of-life. The cradle-to-grave and cradle-to-cradle LCA results indicate that recycling through a mail-back scenario is environmentally better compared to take-back via a pharmacy or hospital. The differentiating factor is the lack of private car travel in a mail-back scenario. Both take-back scenarios were environmentally better than incineration. However, household disposal to a landfill was clearly less impactful due to the lack of energy and resource consumption in the process. Based on the hospital interview, a take-back program is feasible only with minimal exposure to hazardous material or with minimal effort by the personnel. Lastly, a sensitivity analysis of the LCA highlighted the importance of maximizing the take-back user engagement rate over maximizing the PCBA recycling rate.
Vähentääkseen kertakäyttöisten vartaloon asetettavien lääkeruiskujen mahdollia negatiivisia ympäristövaikutuksia, tämän työn tavoitteena on muodostaa analyysi OBI:n koko elinkaaren ympäristövaikutuksista ja kehittää kattava suunnitelma takaisinottostrategialle kierrätyksen mahdollistamiseksi. Ympäristövaikutuksia analysoidaan käyttämällä Life Cycle Assessment (LCA) -metodologiaa ja Ecoinvent-tietokantaa. Ensimmäiset iteraatiot laskuista tehdään raakaaineen louhinnasta siihen asti, kunnes tuote saavuttaa jakelijan (cradle-to-gate). Seuraavat iteraatiot laskuista tehdään koko elinkaarelle, mukaan lukien myös erilaiset jäteskenaariot. Perinteistä kotitalousjätteeksi päätymistä verrataan lääkejätteen polttoon ja kierrätykseen postitse sekä apteekin tai sairaalan kautta tapahtuvaan takaisinottoon. Lisäksi työhön kuuluu haastatteluja sairaalan ja tuotetoimittajan edustajien kanssa.
Cradle-to-gate laskujen tulokset osoittavat, että kuljetusosuus muodostaa yli puolet elinkaaren ympäristövaikutuksista. Seuraavaksi tulevat tuotannosta ja pakkauksesta aiheutuvat vaikutukset. Suurin yksittäinen tekijä on PCBA:n tuotanto ja siksi sen kierrätys tulisi asettaa etusijalle kierrätysprosessissa. Cradle-to-grave ja cradle-to-cradle laskujen tulokset osoittavat, että takasinotto postitse -skenaario on ympäristön kannalta parempi verrattuna apteekin tai sairaalan kautta tapahtuvaan palautukseen. Erottava tekijä on yksityisautolla tapahtuvan matkustuksen puute positus -skenaariossa. Molemmat takaisinottoskenaariot olivat ympäristön kannalta parempia vaihtoehtoja kuin lääkejätteen poltto. Kotitalousjätteen kautta kaatopaikalle sijoittamisella oli kuitenkin selvästi pienempi ympäristövaikutus kyseisen prosessin energian kulutuksen ja resurssien puutteen vuoksi. Sairaalahaastattelun perusteella takaisinotto-ohjelma on toteutettavissa vain sairaalahenkilöstön minimaalisella altistuksella vaarallisille aineille tai henkilöstön vähäisellä vaivalla. Lopuksi, LCA:n herkkyysanalyysi toi esiin sen, kuinka tärkeää on maksimoida laitteen käyttäjien osallistumisaste sen sijaan, että PCBA-kierrätysastetta pyrittäisiin maksimoimaan.