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我們的社會(huì)對(duì)塑料情有獨(dú)鐘。要將我們的關(guān)系提升到一個(gè)新的水平——從此幸福地生活在一個(gè)沒(méi)有浪費(fèi)的未來(lái)——路徑是循環(huán)的。

具體而言，美國(guó)能源部(DOE)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家正在努力分析循環(huán)經(jīng)濟(jì)的影響，在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中，塑料被再生、再利用或回收，以防止它們最終進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)。

(資料圖)

但如何到達(dá)那里?傳統(tǒng)上，塑料是通過(guò)一種線性的“回收-制造-廢棄”模型生產(chǎn)的，在這種模型中，塑料在使用一次后就會(huì)被丟棄。挑戰(zhàn)在于找到一條有效途徑，使塑料永遠(yuǎn)不會(huì)變成廢物——這是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。

循環(huán)方法在設(shè)計(jì)時(shí)考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，包括報(bào)廢處理。廢物流中的資源得到最高水平的再利用，以避免浪費(fèi)并減少對(duì)環(huán)境的影響。更具挑戰(zhàn)性的是找到一種方法來(lái)全面評(píng)估塑料的生產(chǎn)、使用和再利用。

根據(jù)循環(huán)思維，阿貢科學(xué)家創(chuàng)建了一個(gè)可持續(xù)性分析框架來(lái)評(píng)估各種循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略，以檢查生產(chǎn)、使用和再制造對(duì)塑料再利用的可持續(xù)性影響。

“我們星球的長(zhǎng)期可持續(xù)性需要從線性經(jīng)濟(jì)(商品在使用后丟棄)向回收、再循環(huán)和再利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行重大轉(zhuǎn)變，”阿貢燃料和化學(xué)品集團(tuán)負(fù)責(zé)人特洛伊霍金斯說(shuō)?！霸S多含有可回收成分的產(chǎn)品目前都被送去處理?！?/p>

在他們的研究中，科學(xué)家們以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)(一種廣泛用于瓶子的塑料)為例來(lái)應(yīng)用圓形建?？蚣堋ET是一種輕便耐用的塑料，最常用于瓶裝水和軟飲料。

Argonne的循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性綜合分析框架將生命周期分析(LCA)與物質(zhì)流分析相結(jié)合。這種新方法評(píng)估了PET瓶在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境的影響。

這項(xiàng)新研究發(fā)表在ACSSustainableChemistry&Engineering上。

流程是什么?

在他們的分析中，研究人員考慮了塑料回收所有階段的詳細(xì)生命周期指標(biāo)。

他們整合了用于回收、分類和分離有價(jià)值材料以進(jìn)行回收的數(shù)據(jù)，由于塑料的數(shù)量和用途廣泛，回收變得越來(lái)越復(fù)雜。通過(guò)這樣做，研究人員能夠提供現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景和結(jié)果。

研究人員分析了實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的各種途徑。在一種情況下，他們分析了兩種傳統(tǒng)塑料生產(chǎn)路線的供應(yīng)鏈輸入，以及機(jī)械和化學(xué)回收。

機(jī)械回收是最常見(jiàn)的回收過(guò)程，但也有缺點(diǎn)。該工藝通過(guò)分類、清洗、研磨、再造粒和復(fù)合來(lái)回收塑料。每次以這種方式回收塑料時(shí)，其質(zhì)量都會(huì)下降。新的低等級(jí)塑料在降解到無(wú)法使用之前只能回收非常有限的次數(shù)。

從某種意義上說(shuō)，化學(xué)回收是在機(jī)械回收停止的地方進(jìn)行的。一種新興技術(shù)，化學(xué)回收將塑料分解成其原始成分，創(chuàng)造出可以升級(jí)回收或轉(zhuǎn)化為更高價(jià)值產(chǎn)品的高級(jí)材料。通過(guò)這種方式，化學(xué)回收可用于升級(jí)回收不適合機(jī)械回收的廢物。

每個(gè)都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。機(jī)械回收的碳足跡較小。作為一項(xiàng)較新的技術(shù)，化學(xué)回收成本更高，其能源使用和溫室氣體(GHG)排放量與新塑料相當(dāng)。

結(jié)果如何?

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們?cè)噲D確定機(jī)械和回收是如何協(xié)同工作的。

在一種情況下，研究人員探索了供應(yīng)鏈中機(jī)械和化學(xué)回收的整合。他們確定，雖然整合機(jī)械和化學(xué)回收不會(huì)減少或增加溫室氣體排放，但與目前的做法相比，固體廢物的產(chǎn)生減少了44%。

研究人員發(fā)現(xiàn)，任何給定的循環(huán)路徑都會(huì)產(chǎn)生不會(huì)同時(shí)發(fā)生的污染和氣候影響。例如，使用機(jī)械回收的途徑可能會(huì)減少溫室氣體排放，但由于較低的回收率會(huì)增加對(duì)新塑料的依賴。

“我們確定在提高循環(huán)性和減少其他環(huán)境影響(例如溫室氣體排放或水消耗)之間可能存在權(quán)衡，”主要作者GracidaAlvarez說(shuō)。

例如，增加機(jī)械回收瓶的比例可將溫室氣體排放量減少14%，而與當(dāng)前做法相比，使用化學(xué)回收和升級(jí)回收不會(huì)影響溫室氣體排放量。然而，與當(dāng)前狀態(tài)相比，使用機(jī)械回收減少了36%的固體廢物產(chǎn)生，這與第一種情況中提到的通過(guò)整合化學(xué)回收和升級(jí)回收實(shí)現(xiàn)的固體廢物產(chǎn)生減少44%形成鮮明對(duì)比。

盡管如此，機(jī)械、化學(xué)和升級(jí)回收將在實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

“我們的分析表明，隨著我們繼續(xù)改進(jìn)化學(xué)回收和升級(jí)回收以減少溫室氣體排放和水消耗，機(jī)械回收目前提供了顯著的好處，”GracidaAlvarez說(shuō)。

它為什么如此重要?

塑料污染是我們星球面臨的最大環(huán)境威脅之一。歐洲塑料協(xié)會(huì)估計(jì)，僅在2019年，全球經(jīng)濟(jì)就生產(chǎn)了3.68億噸塑料，預(yù)計(jì)在未來(lái)20年內(nèi)將翻一番。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的數(shù)據(jù)，在產(chǎn)生的塑料垃圾中，只有9%被回收，其余的最終被填埋或焚燒。

沒(méi)有銀彈解決方案?；艚鹚拐f(shuō)，串聯(lián)使用所有三個(gè)回收過(guò)程，或級(jí)聯(lián)回收，在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中很重要。級(jí)聯(lián)方法使材料在流通中盡可能保持最高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值。

他將級(jí)聯(lián)方法比作瀑布，其中塑料樹(shù)脂的質(zhì)量隨著其在經(jīng)濟(jì)中的使用而下降。

“瀑布的頂部將是一個(gè)透明的塑料瓶，然后是一個(gè)有色或不透明的塑料容器。反過(guò)來(lái)，這個(gè)瓶子可以回收成聚酯纖維，用于生產(chǎn)衣服或地毯，”霍金斯說(shuō)。“如果纖維是瀑布的底部，我們可以使用化學(xué)回收將材料帶回頂部?！?/p>

為什么協(xié)作至關(guān)重要?

阿貢大學(xué)的研究人員與公共和私營(yíng)部門的合作伙伴密切合作，后者為該項(xiàng)目提供了數(shù)據(jù)和專業(yè)知識(shí)。霍金斯說(shuō)，這種可公開(kāi)訪問(wèn)的模型在整個(gè)行業(yè)都有應(yīng)用。

霍金斯說(shuō)：“我們的利益相關(guān)者有興趣進(jìn)行嚴(yán)格而可靠的分析，以幫助就各種循環(huán)戰(zhàn)略的相對(duì)影響達(dá)成共識(shí)。”“這是一個(gè)通過(guò)與利益相關(guān)者建立共識(shí)而制定的穩(wěn)健、一致的框架。”

Argonne框架是作為溫室氣體、受管制的排放和技術(shù)中的能源使用模型的擴(kuò)展版本構(gòu)建的。