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如何评估塑料在生命周期结束阶段的环境影响?

 摆脱塑缚 2021-09-14

对于一次性包装而言,不管其与原材料、生产和运输相关的上游影响如何,关于生命周期结束(end of life)的假设可能是最具决定性的方面。这包括产品是否被重复使用、是否被回收(以及回收到什么地方),或者最终被填埋或焚烧。然而,关于一次性包装生命周期结束的假设通常是一种理想化场景,其基于国家平均水平和国家公布的回收统计数据,而很少真正探究生命周期结束时实际发生的事情。

就塑料而言,对于产品生命周期结束阶段的研究也是非常重要的。例如,大量的塑料被出口到监管宽松的国家,而塑料在这些国家的命运很多时候是未知的。随着塑料出口被认定为海洋塑料污染的一大来源,许多人开始质疑:即便是可回收的塑料制品,最终也真的被回收了吗[1]? 

废弃物处理方式:

填埋和焚烧的环境影响对比如何?

01

垃圾填埋

在生命周期评价中,塑料的表现似乎看上去比较良好。这其中的原因之一是,直到最近,垃圾填埋仍是世界上大多数地方实际的废弃物处理方法。垃圾填埋场中塑料的影响通常只与运输和维护垃圾填埋场有关,而没有“直接排放”的问题,因为它们在填埋场中很大程度上保持惰性。但有证据表明,塑料可能不是完全惰性的,不过从科学假设到嵌入生命周期清单的转变需要时间,且其排放仍然可能是很小的[2]。另外,为每种材料制定填埋场温室气体排放清单也很困难,因为垃圾填埋场中发生的反应会因填埋物组成或其他因素而不同。

总的来说,从气候角度来看,与焚烧塑料(其中所有的碳都将被释放出来)相比,填埋的影响会更小一些。

02

垃圾焚烧

大多数现代焚烧炉有点像燃煤发电站,利用热能——废弃物转制能源(Energy-from-Waste,EfW)发电。生命周期评价通常包括焚烧塑料废弃物获得的“利益”(或“避免的负担”),因为产生的电力(有时是热量)意味着需要从其他来源产生的能量更少。

在美国,尽管有向垃圾焚烧的缓慢转变,垃圾填埋仍然占主导地位。美国环保局2010年的废弃物数据表明,只有18%的废弃物被送去焚烧。然而,2017年的最新数据显示,这一比例已上升至20%[3]

虽然这种差异相对较小,但使用研究区域的最新废弃物统计数据,甚至根据当前的政策承诺假设未来情景是很重要的,这在使用生命周期评价来支撑或评估长期决策时尤为重要。另外,如若将这项研究的结果应用于废物处理基础设施非常不同的国家将导致结论的不准确。

在欧盟,垃圾填埋被边缘化,废弃物转制能源工厂呈增长趋势(从2010年的38%到2017年的55%[4])。因此,基于几年前废弃物数据的研究可能无法反映当前的现实。但随着人们逐渐认识到“沉迷”于焚烧实际上限制了达到高回收率,这一现实可能会再次改变。同时,由于美国和欧盟废弃物处理系统的差异,对两者的研究不具有可比性。

利用废弃物发电 

图 | Bioenergyconsult

即使在欧盟内部,废弃物处理系统差异也很大。例如,在瑞典,填埋塑料是被禁止的,并且他们致力于完全阻止塑料进入焚烧炉;而在威尔士,他们的目标是消除垃圾填埋中的塑料,但焚烧被认为是可以接受的。这也是为什么在这种研究中时间和地域的说明都应该明晰的一个原因。

值得注意的是,对于那些更多依赖垃圾焚烧的国家来说,研究通常会显示不回收的塑料对环境的影响越来越严重。这是由于能源系统脱碳的趋势——如果燃烧塑料产生的能源取代可再生能源(而不是污染更严重的化石燃料),这将与未来的脱碳目标不相容。着眼于2030年及未来可能的情景,生命周期评价将发现燃烧塑料变得越来越站不住脚。

给读者的建议

检查用于废弃物处理的假设中关于地理区域与时间的内容。判断结论能否应用于特定的地理区域?在不同地区的适用性如何?在给定时间表内,是否会发生重大变化?是否考虑到政策承诺和未来情景?

给从业者的建议

寻求可用的关于废弃物处理的最新数据,并确保该数据具有代表性。例如,数据来源于计划研究的地理区域。

考虑进行敏感性分析,以确定未来可能的情景是否会对研究结果产生重大影响。

给研究专员的建议

寻求具有经验的从业者,了解废弃物处理系统以及模拟这些系统所涉及的复杂因素。

如何利用生命周期评价分析

材料的回收与循环?

除了填埋与焚烧,回收与循环在生命周期结束阶段也扮演着重要角色。但是,在研究中,回收率(recycling rates)是出了名的不准确,且难以比较的。生命周期评价研究通常使用国家报告的回收率,并假设一个封闭的循环过程。然而,事实上,从收集到被回收,材料有许多损失。这也是为什么欧盟最近调整了其回收测量方法——只包括成为了回收产品的材料(而不是假设所有收集起来进行回收的材料最终都会被回收)[5]。这可能会导致欧盟报告的回收率大幅下降,尤其是塑料回收率。

关于回收率的细节内容是值得注意的。常常会有研究使用当前报告的回收率来证明未来的决策。鉴于未来的回收率可能发生变化,系统也可能被进一步优化,这将不能反映最佳结果。

这方面的一个例子是2017年对一家复合材料包装盒制造商的研究,该研究将北欧国家的各种牛奶容器与复合材料包装盒进行了比较[6]。结果清楚地表明,产品具有怎样的生命终点,在对于确定哪个包装系统具有最低的总体影响方面,起着关键性作用,但该研究并没有进行着眼于未来情景的敏感性分析。如果缺乏此类情景分析,该研究对政策制定的作用将非常有限,更多会被用作制造商的一种营销工具,研究结果也时常被断章取义。这也是为什么企业的比较研究通常存在问题,不是因为它们缺乏正确的方法论,而是因为他们可以采取一种狭隘的观点,而这对于非专家的普通读者来说是很难发现和弄清楚的。

大多数比较研究使用“从摇篮到坟墓”(从原材料获取到生命周期结束时的处置)的方法,即根据生命周期评估产品。一个产品的生命周期结束可能是一定次数的重复使用或回收,但通常情况下,再循环材料的后续使用是不会被特别考虑的。对于投放市场的某一产品(例如,如果一家公司想了解其产品的碳足迹),如果其在传统的线性系统模型中表现得相当好,这对于生命周期评价来说是很好的。但是,如果考虑到一种产品的“坟墓”是另一种产品的“摇篮”,系统建模将变得更加复杂难懂。

产品生命周期:典型的线性系统模型

图 | Eunomia

品牌方和生产商将越来越需要考虑多个生命周期的问题,因为他们越来越需要在产品使用寿命(第一个)结束时对产品负责。对材料流负责,甚至接受材料流的永久所有权,意味着优先级可能会改变,并且需要一种在多个生命周期内量化这一点的方法。这在政策制定中也会变得很重要,因为单个产品之间的简单比较将不足以确定宏观层面的影响。

下图给出了多种材料的“回收率”,或者说是实际上的材料循环效率,即最终使用在另一种同类型产品中的比例。如果一个可重复使用的包装材料在随后的每次重复使用中保持100%的材料价值,这将被认为是一种(完全)循环;而像生物降解塑料这样的材料,一旦被处置则会失去所有的材料价值。

 不同材料的循环效率  

图 | Eunomia

其他包装材料介于两者之间,高产量的材料,如铝,与许多塑料相比有着更高的循环效率。图表显示,对于一种以65%的循环效率成为新产品的材料(高于欧盟2030年55%的塑料回收率目标),原始材料在循环了足够长的时间后,在它基本消失前仅产生了2个额外的新产品(在每个循环之后只有65%的材料被保留);相比之下,一个循环效率为90%的材料在足量循环后将产生8个新产品。

下图展示了扩展生命周期评价研究的系统边界(system boundary),并将材料的后续“生命”包括在内的产品生命周期模型。生产产品“2”的材料部分来源于产品“1”,部分来源于原始材料(例如石油),以此类推,到产品“3”、产品“4”......直到材料无法继续循环而重新需要完全使用原材料(例如石油)来生产产品。而对于重复使用的情况,则不需要额外的原始原料,生产可以由“清洁”操作代替。需要注意的是,材料在整个供应链和使用过程中的泄漏也会导致材料循环效率降低。

产品生命周期:扩大系统边界后的新模型

图 | Eunomia

当材料不围绕闭环循环时(即产品“1”与产品“2”不同),而是级联到其他开环中,例如塑料瓶回收后用来制作聚酯纤维服装,这种循环概念将变得特别难以建模。随着材料越来越远离初始产品,可能发生的情况也变得难以确定。

尽管存在挑战,但这一概念可以应用到生命周期评价中,以显示一件产品的每个后续生命周期分别需要多少新的和原始的材料。这可以通过多种方式应用,包括确定:

给定当前系统中可能的回收率和材料产量时应用的最佳材料

理论上,在最优系统中应用的最佳材料

最优的重复使用系统是否优于高回收率系统

 给读者的建议

从系统的角度质疑研究结果是否有效:

检查该研究是否包括了一些具有现实性的关于重复使用、回收和循环的未来情景?还是仅基于当前情景。

注意作者是否试图估算回收过程中的材料损失。

给从业者的建议

如果产品生命周期结束阶段的内容对结果有相当大的影响,请进行敏感性分析,以确定未来变化是否会影响研究结果。

研究如何将材料的循环以补充的形式纳入生命周期评价。

给研究专员的建议

要求从业者构建一些场景以增加研究对第三方的价值——第三方希望知道当下的决策在将来是否仍然有效。

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