科学家为塑料指明了可持续循环经济的道路

我们的社会对塑料情有独钟。要将我们的关系提升到一个新的水平——从此幸福地生活在一个没有浪费的未来——路径是循环的。

具体而言，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的科学家正在努力分析循环经济的影响，在循环经济中，塑料被再生、再利用或回收，以防止它们最终进入垃圾填埋场。

但如何到达那里?传统上，塑料是通过一种线性的“回收-制造-废弃”模型生产的，在这种模型中，塑料在使用一次后就会被丢弃。挑战在于找到一条有效途径，使塑料永远不会变成废物——这是循环经济的目标。

循环方法在设计时考虑产品的整个生命周期，包括报废处理。废物流中的资源得到最高水平的再利用，以避免浪费并减少对环境的影响。更具挑战性的是找到一种方法来全面评估塑料的生产、使用和再利用。

根据循环思维，阿贡科学家创建了一个可持续性分析框架来评估各种循环经济战略，以检查生产、使用和再制造对塑料再利用的可持续性影响。

“我们星球的长期可持续性需要从线性经济(商品在使用后丢弃)向回收、再循环和再利用的循环经济进行重大转变，”阿贡燃料和化学品集团负责人特洛伊霍金斯说。“许多含有可回收成分的产品目前都被送去处理。”

在他们的研究中，科学家们以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(一种广泛用于瓶子的塑料)为例来应用圆形建模框架。PET是一种轻便耐用的塑料，最常用于瓶装水和软饮料。

Argonne的循环经济可持续性综合分析框架将生命周期分析(LCA)与物质流分析相结合。这种新方法评估了PET瓶在整个生命周期中对环境的影响。

这项新研究发表在ACSSustainableChemistry&Engineering上。

流程是什么?

在他们的分析中，研究人员考虑了塑料回收所有阶段的详细生命周期指标。

他们整合了用于回收、分类和分离有价值材料以进行回收的数据，由于塑料的数量和用途广泛，回收变得越来越复杂。通过这样做，研究人员能够提供现实的场景和结果。

研究人员分析了实现循环经济的各种途径。在一种情况下，他们分析了两种传统塑料生产路线的供应链输入，以及机械和化学回收。

机械回收是最常见的回收过程，但也有缺点。该工艺通过分类、清洗、研磨、再造粒和复合来回收塑料。每次以这种方式回收塑料时，其质量都会下降。新的低等级塑料在降解到无法使用之前只能回收非常有限的次数。

从某种意义上说，化学回收是在机械回收停止的地方进行的。一种新兴技术，化学回收将塑料分解成其原始成分，创造出可以升级回收或转化为更高价值产品的高级材料。通过这种方式，化学回收可用于升级回收不适合机械回收的废物。

每个都有优点和缺点。机械回收的碳足迹较小。作为一项较新的技术，化学回收成本更高，其能源使用和温室气体(GHG)排放量与新塑料相当。

结果如何?

在这项研究中，科学家们试图确定机械和回收是如何协同工作的。

在一种情况下，研究人员探索了供应链中机械和化学回收的整合。他们确定，虽然整合机械和化学回收不会减少或增加温室气体排放，但与目前的做法相比，固体废物的产生减少了44%。

研究人员发现，任何给定的循环路径都会产生不会同时发生的污染和气候影响。例如，使用机械回收的途径可能会减少温室气体排放，但由于较低的回收率会增加对新塑料的依赖。

“我们确定在提高循环性和减少其他环境影响(例如温室气体排放或水消耗)之间可能存在权衡，”主要作者GracidaAlvarez说。

例如，增加机械回收瓶的比例可将温室气体排放量减少14%，而与当前做法相比，使用化学回收和升级回收不会影响温室气体排放量。然而，与当前状态相比，使用机械回收减少了36%的固体废物产生，这与第一种情况中提到的通过整合化学回收和升级回收实现的固体废物产生减少44%形成鲜明对比。

尽管如此，机械、化学和升级回收将在实现循环经济方面发挥关键作用。

“我们的分析表明，随着我们继续改进化学回收和升级回收以减少温室气体排放和水消耗，机械回收目前提供了显着的好处，”GracidaAlvarez说。

它为什么如此重要?

塑料污染是我们星球面临的最大环境威胁之一。欧洲塑料协会估计，仅在2019年，全球经济就生产了3.68亿吨塑料，预计在未来20年内将翻一番。根据美国环境保护署的数据，在产生的塑料垃圾中，只有9%被回收，其余的最终被填埋或焚烧。

没有银弹解决方案。霍金斯说，串联使用所有三个回收过程，或级联回收，在循环经济中很重要。级联方法使材料在流通中尽可能保持最高质量、经济和环境价值。

他将级联方法比作瀑布，其中塑料树脂的质量随着其在经济中的使用而下降。

“瀑布的顶部将是一个透明的塑料瓶，然后是一个有色或不透明的塑料容器。反过来，这个瓶子可以回收成聚酯纤维，用于生产衣服或地毯，”霍金斯说。“如果纤维是瀑布的底部，我们可以使用化学回收将材料带回顶部。”

为什么协作至关重要?

阿贡大学的研究人员与公共和私营部门的合作伙伴密切合作，后者为该项目提供了数据和专业知识。霍金斯说，这种可公开访问的模型在整个行业都有应用。

霍金斯说：“我们的利益相关者有兴趣进行严格而可靠的分析，以帮助就各种循环战略的相对影响达成共识。”“这是一个通过与利益相关者建立共识而制定的稳健、一致的框架。”

Argonne框架是作为温室气体、受管制的排放和技术中的能源使用模型的扩展版本构建的。