Tworzywa sztuczne o niższym śladzie węglowym
Tworzywa sztuczne mają cykl życia mocno związany z węglem.
Przeważająca ich ilość wytwarzana jest z ropy naftowej, która wymaga wydobycia i destylacji. Następnie są one formowane w produkty i dostarczane na rynek. Wszystkie te procesy wiążą się z emisją gazów cieplarnianych, zarówno bezpośrednio, jak i poprzez zużycie energii niezbędnej do ich przeprowadzenia. Ślad węglowy tworzyw sztucznych „ciągnie się” za nimi nawet po ich wyrzuceniu. Spalanie, przetwarzanie czy kompostowanie niektórych tworzyw sztucznych powoduje, że wydziela się dwutlenek węgla. Policzono, że emisje z tworzyw sztucznych w 2015 roku wynosiły 1,8 mld ton CO2. Prognozuje się, że emisje związane z tworzywami sztucznymi będą stanowiły 17 proc. światowego budżetu węglowego do 2050 r.
ŚLAD WĘGLOWY (z ang. carbon footprint) to całkowita suma emisji gazów cieplarnianych wywołanych bezpośrednio lub pośrednio przez daną osobę, organizację, wydarzenie lub produkt podczas jego pełnego cyklu życia (ang. Life Cycle Assessment, LCA). Ślad węglowy produktu obejmuje więc emisje, jakie powstają przy pozyskiwaniu surowca, produkcji i transporcie konkretnych produktów, aż po ich utylizację i recykling, czyli kres ich wartości użytkowej. Miarą śladu węglowego jest tCO2e, czyli tona ekwiwalentu dwutlenku węgla. Różne gazy cieplarniane w niejednakowym stopniu przyczyniają się do globalnego ocieplenia, zaś ekwiwalent dwutlenku węgla pozwala porównywać emisje różnych gazów na wspólnej skali. Na przykład tona metanu odpowiada 25 tonom CO2, a tona sześciofluorku siarki (SF6), jednego z ważniejszych mediów używanych w elektroenergetyce, to aż 22 800 ton CO2.
Opakowania z tworzyw sztucznych a ślad węglowy
Przeprowadzone w ostatnich latach badania pokazały, że ślad węglowy opakowań z tworzyw sztucznych w porównaniu do ich odpowiedników wykonanych z innych materiałów opakowaniowych (jak papier, metal, szkło) jest o wiele niższy. Wpływają na to właściwości materiału polimerowego, który w odróżnieniu do substytutów:
ma niższą masę całkowitą (przy zachowaniu tych samych funkcjonalności),
wymaga mniejszej ilości energii (przez całkowity okres użytkowania),
emituje mniej dwutlenku węgla (przez całkowity okres użytkowania).
Stosowanie opakowań z tworzyw sztucznych odpowiada za zaledwie 0,6% średniego śladu węglowego generowanego przez jednego konsumenta na terenie Europy. Co ciekawe, tworzywa pozwalają ograniczyć emisję gazów cieplarnianych będącą rezultatem strat żywności wynikających z ich złego przechowywania.
Jak zmniejszyć ślad węglowy tworzyw sztucznych?
Naukowcy z University of California w Santa Barbara wskazali sposoby na zmniejszenie śladu węglowego tworzyw sztucznych. Stosowanie tych zasad pozwoli przyczyni się do zmniejszenia negatywnego wpływu opakowań z tworzyw sztucznych na środowisko naturalne. Według ekspertów w procesie tym bardzo duże znaczenie mają: rozsądne korzystanie z tworzyw sztucznych i ich recykling. Takie działania pozwalają oszczędzić surowce naturalne i ograniczają ilości składowanych odpadów. Największy wpływ ma jednak wykorzystywanie do produkcji energii ze źródeł odnawialnych zamiast energii pochodzącej ze spalania paliw kopalnianych. Producenci i przetwórcy tworzyw sztucznych w trosce o środowisko naturalne dążą do zmniejszenia śladu węglowego tworzyw sztucznych. Najprostszym rozwiązaniem jest recykling. Jednym z istotnych elementów gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ), oprócz ekoprojektowania i oceny cyklu życia produktów, jest minimalizacja pozostawianego przez nie śladu węglowego. Duży wpływ na zmniejszenie zużycia energii oraz emisji gazów cieplarnianych mają opakowania z tworzyw sztucznych.
Tworzywa sztuczne o niższym śladzie węglowym – nowości rynkowe
Firma SABIC wprowadziła na rynek nowe portfolio biopochodnych materiałów ULTEM, które oferują korzyści w zakresie zrównoważonego rozwoju, zapewniając dokładnie taką samą wysoką wydajność i przetwarzalność jak dotychczas oferowane produkty. Te przełomowe materiały polieteroimidowe (PEI) są pierwszymi certyfikowanymi odnawialnymi, wysokowydajnymi, amorficznymi polimerami dostępnymi w branży. Stosując podejście bilansu masowego, na każde 100 kg wyprodukowanego tworzywa sztucznego ULTEM SABIC zastępuje 25,5 kg surowców kopalnych materiałami na bazie biologicznej pochodzącymi z odpadów lub pozostałości, takimi jak surowy olej talowy z przemysłu drzewnego. Materiały te wspierają klientów w zakresie zrównoważonego rozwoju w wymagających zastosowaniach w elektronice użytkowej, lotnictwie, motoryzacji i innych branżach, w których wymagana jest wysoka temperatura, stabilność wymiarowa lub rygorystyczne parametry mechaniczne. Nowa gama tworzyw sztucznych ULTEM oferuje klientom bezproblemowy sposób na zintegrowanie zrównoważonego rozwoju z ich bardzo wymagającymi aplikacjami. Nowe tworzywa sztuczne ULTEM mogą potencjalnie zmniejszyć ślad węglowy nawet o 10% w porównaniu z materiałami opartymi na paliwach kopalnych, posiadają oznaczenie International Sustainability and Carbon Certification Plus (ISCC+). Surowce na bazie biologicznej stosowane w nowych materiałach ULTEM nie wpływają na właściwości użytkowe, które obejmują długoterminową wydajność w wysokich temperaturach, odporność chemiczną, dobre właściwości mechaniczne i strukturalne, stabilność wymiarową oraz hydrolityczną, dobrą przetwarzalność i właściwą ognioodporność. Zdaniem SABIC dzięki takim samym niezawodnym właściwościom mechanicznym, jak ich odpowiedniki oparte na paliwach kopalnych, gatunki ULTEM na bazie biologicznej można uznać za alternatywę dla tradycyjnych żywic ULTEM lub polimerów sulfonowych, takich jak PSU, PESU i PPSU. Produkty te nie wymagają modyfikacji projektów produktów i procesów przetwórczych w porównaniu do tradycyjnych tworzyw sztucznych ULTEM, a oferują niższy ślad węglowy.
Norda, kanadyjska marka obuwnicza, wprowadziła na rynek pierwszy bezszwowy but wykonany z biowłókna Dyneema, oferowanego przez Royal DSM. Flagowy produkt marki, nord 001, wykorzystuje biowłókno Dyneema w celu zwiększenia wydajności i trwałości w lekkiej konstrukcji. Górna część buta jest zbudowane z tkaniny Dyneema, która korzysta ze swoistych właściwości Dyneema, najsilniejszego włókna na świecie. Włókno Dyneema zostało zaprojektowane na poziomie molekularnym, aby zapewnić wysoką wytrzymałość, niską wagę, wodoodporność i oddychalność – łącząc wydajność techniczną ultralekkich materiałów z estetycznym designem, który nie traci na wytrzymałości ani trwałości. Oprócz zwiększonej stabilności stopy i komfortu noszenia cholewki, włókna Dyneema są również wykorzystywane w celu zwiększenia odporności na ścieranie i rozciągliwości w sznurowadłach butów – zapewniając czterokrotnie większą wytrzymałość w porównaniu ze standardowymi materiałami sznurowadeł, takimi jak nylon i poliester. Dyneema na bazie biologicznej może pochwalić się taką samą wydajnością jak konwencjonalny materiał Dyneema, przy czym ślad węglowy tego tworzywa sztucznego jest o 90% niższy niż standardowego HMPE. Pozyskiwane z odnawialnych, biologicznych surowców, najnowsze osiągnięcie DSM w technologii włókien przyczynia się do zmniejszenia zależności od zasobów opartych na paliwach kopalnych, jednocześnie przyczyniając się do bardziej cyrkularnej gospodarki.
Rodzina tworzyw sztucznych Delrin firmy DuPont została uzupełniona o nowe, zrównoważone typy pod nazwą Delrin Renewable Attributed. Polimer bazowy w nowych produktach Delrin Renewable Attributed jest oparty w 100% z surowców biologicznych pochodzących z odpadów, zgodnie z certyfikatem bilansu masowego ISCC Plus. Produkcja tych innowacyjnych materiałów odbywa się przy użyciu certyfikowanej odnawialnej energii pochodzącej z elektrowni wiatrowych oraz pary wodnej z odzysku energii z odpadów komunalnych. Oferują one taką samą jakość, wydajność, przetwarzanie i wrażenia sensoryczne jak w przypadku tradycyjnych produktów, przy czym są tworzywami sztucznymi o znacznie niższym śladzie węglowym.
Zalety homopolimerów Delrin POM obejmują niskie tarcie i odporność na zużycie, jak również wysoką sztywność i wytrzymałość. Ta rodzina tworzyw sztucznych charakteryzuje się szerokim zakresem temperatur pracy (-40°C do 120°C) i dobrą wydajnością barwienia. Delrin jest wykorzystywany do szerokiej gamy zastosowań, takich jak elementy systemów bezpieczeństwa, systemy drzwiowe i systemy przenośnikowe.
ELIX Polymers, członek Sinochem International, na tegorocznych targach Fakuma zaprezentował nowe zrównoważone tworzywa sztuczne oferowane pod marką E-LOOP. Firma wszystkie swoje działania związane z gospodarką o obiegu zamkniętym umieściła pod nową marką E-LOOP. Obejmuje ona dwa strategiczne programy ELIX: Circular Plastics i Responsible Innovation. E-LOOP H801 MR to tworzywo sztuczne zawierające materiały pochodzące z recyklingu mechanicznego i posiada właściwości równoważne do właściwości tworzywa sztucznego podstawowego ELIX ABS H801, który jest stosowany głównie w wymagających zastosowaniach wewnętrznych i zewnętrznych w branży motoryzacyjnej. Global Tiers z powodzeniem przetestował już ten gatunek dla kilku producentów OEM z branży motoryzacyjnej z pełnymi testami formowania wtryskowego, testami malowania dla bardzo wymagających części zewnętrznych i testami metalizacji części obudowy tylnego światła. Arkusze danych technicznych (TDS), wyniki testów malowania i obliczenia śladu węglowego dla różnych produktów są dostępne dla producentów OEM i klientów, aby pomóc im osiągnąć ich cele w zakresie zrównoważonego rozwoju. Produkty te są częścią bardziej zrównoważonego portfolio, które ELIX Polymers planuje wprowadzić na rynek. Korzyści z tego bardziej zrównoważonego portfolio produktów to zastąpienie zasobów kopalnych surowcami zrównoważonymi o obiegu zamkniętym, a także zmniejszenie śladu węglowego oferowanych tworzyw sztucznych.
INEOS Styrolution wprowadził pierwsze gatunki ABS Novodur ECO i Novodur ECO High Heat będące wynikiem mechanicznego recyklingu odpadów poużytkowych, a także oferujące niższy ślad węglowy. Nowe rozwiązania Novodur ECO zawiera do 70% recyklatu, natomiast Novodur ECO HH zawiera do 40% materiału pochodzącego z recyklingu. Nowe materiały oferują identyczne właściwości mechaniczne jak ich pierwotne odpowiedniki. Nowe tworzywa sztuczne oferują zrównoważony profil właściwości, dzięki czemu są odpowiednimi opcjami do zastosowań motoryzacyjnych, w tym konsol środkowych, osłon chłodnic lub obudów lusterek. Są one dostępne w standardowych kolorach, np. czystej bieli, kremowym lub niebieskim, a także w kolorach dostosowanych do potrzeb dla klienta. Dostępna będzie również opcja do samodzielnego barwienia. Gama tych tworzyw sztuczna posiada niższy ślad węglowy, a ponadto ich zastosowanie nie wymaga żadnych zmian w procesie lub sprzęcie.
DOMO Chemicals wprowadził nowe tworzywa sztuczne ze swojej innowacyjnej linii przyjaznych dla środowiska o obniżonym śladzie węglowym poliamidów TECHNYL 4EARTH poprzez zaawansowaną platformę symulacji predykcyjnej DOMO, MMI TECHNYL Design. Pomoże ona producentom opracowywać lżejsze, bardziej ekonomiczne części przy użyciu najwyższej jakości poliamidów pochodzących z recyklingu. Zapotrzebowanie na tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu rośnie wykładniczo, ponieważ wiele branż chce zmniejszyć swój wpływ na środowisko. Jednak do niedawna często niepowtarzalne właściwości przetworzonych tworzyw sztucznych utrudniały ich zastosowanie w najbardziej rygorystycznych zastosowaniach. TECHNYL 4EARTH otworzył drzwi do szeregu nowych zastosowań, zapewniając właściwości porównywalne z tradycyjnym poliamidem 66 (PA66). Jeśli jednak producenci samochodów mają zastosować przyjazne dla środowiska poliamidy inżynierowie muszą mieć pewność odnośnie wydajności materiałów. Dzięki narzędziom DOMO MMI TECHNYL Design (modelowanie wieloskalowe, symulacja mechaniczna i formowanie wtryskowe) producenci mogą sprawdzić, jak te nowe materiały będą się zachowywać w rzeczywistych sytuacjach przed wprowadzeniem nowych części do produkcji. TECHNYL 4EARTH A4E 218 to stabilizowany termicznie, w 100% pochodzący z recyklingu PA66, wzmocniony odpowiednio 30, 35 i 50% włóknem szklanym. Oferowany przez firmę Technyl 4EARTH otrzymywany jest w opatentowany procesie przekształcanie skrawków tkanin technicznych, pochodzących np. z produkcji samochodowych poduszek powietrznych, w najwyższej jakości poliamid. TECHNYL 4EARTH oferuje właściwości porównywalne z równoważnym pierwotnym PA66 i zmniejsza emisję CO2 o 41%, zużycie energii o 60% i zużycie wody nawet o 79% w porównaniu z polimerami pierwotnymi, co potwierdza analiza cyklu życia materiału, a tym samym jest tworzywem sztucznym o niższym śladzie węglowym.
Opakowania o niższym śladzie węglowym
Firma BSH Hausgeräte GmbH wykorzystuje Styropor produkowany z surowca otrzymywanego z poddanych chemicznemu recyklingowi odpadów z tworzyw sztucznych. W BSH znajduje on zastosowanie jako materiał opakowaniowy wybranych urządzeń luksusowej marki Gaggenau.
Dzięki odpowiedniej technologii produkcji Styropor Ccycled ma taką samą charakterystykę jak konwencjonalny Styropor. Tworzywo sztuczne zachowuje właściwości wymagane w przypadku opakowań, takie jak bardzo dobre pochłanianie energii uderzenia i wysoka wytrzymałość na ściskanie, zapewniając skuteczną ochronę skomplikowanym urządzeniom AGD. W produkcji pianek opakowaniowych, tak dobrze znanych od 70 lat, olej pirolityczny zastąpił surowce kopalne. Partnerzy BASF pozyskują ten olej z tworzywowych odpadów, które w innym przypadku trafiłyby do spalarni lub na wysypisko. Następnie BASF wykorzystuje wymaganą ilość oleju do wyprodukowania nowych tworzyw sztucznych na początku łańcucha wartości.
Z uwagi na fakt, że na etapie produkcji następuje zmieszanie surowców z odzysku i surowców kopalnych bez możliwości ich późniejszego rozróżnienia, ilość surowca z recyklingu przypadająca na Styropor Ccycled jest obliczana metodą bilansu masy. Zarówno proces tych obliczeń, jak i sam produkt są certyfikowane zgodnie z zasadami niezależnego programu Ecoloop. W porównaniu z konwencjonalnym Styroporem produkcja opakowań z materiału Styropor Ccycled pozwala ograniczyć emisję CO2 o co najmniej 50 procent i jest tworzywem o niższym śladzie węglowym. Niezanieczyszczone zużyte opakowania z tworzywa Styropor można bardzo sprawnie poddawać mechanicznemu recyklingowi.
Firma Mondi dostarcza gamę nadających się do recyklingu jednomateriałowych opakowań karmy dla zwierząt domowych marki Hau-Hau Champion. Nowe opakowanie spełnia wymagania producenta karmy dla zwierząt domowych, jakim jest wprowadzenie na rynek rozwiązania opakowaniowego nadającego się do recyklingu i przy zachowaniu wydajności i silnej rozpoznawalności marki w sklepach. Odnosi się również do obaw konsumentów końcowych dotyczących zrównoważonego rozwoju, które odgrywają coraz większą rolę w zakupie karmy i produktów dla zwierząt domowych. EcoSolutions, zorientowane na klienta podejście Mondi, pomogło Hau-Hau Champion znaleźć rozwiązanie o wysokiej barierowości, które można ponownie zamknąć, utrzymać świeżość żywności i ograniczyć wszelkie zapachy. Wcześniej nienadające się do recyklingu opakowanie wielowarstwowe zawierało metalizowaną warstwę, która została zastąpiona nadającym się do recyklingu opakowaniem jednomateriałowym Mondi: materiałem typu form-fillseal do worków o wadze 1,5 kg i gotowym FlexiBag Recyclable do worków do 15 kg. FlexiBag Recyclable to wstępnie wykonana torba z monomateriałowego polietylenu (PE) opracowana specjalnie do recyklingu, co oznacza, że może być deponowana bezpośrednio w fińskich strumieniach recyklingu tworzyw sztucznych. Nowe opakowania wspierają również cel zrównoważonego rozwoju MAP2030 firmy Mondi, aby do 2025 r. 100% produktów nadawało się do ponownego użycia, recyklingu lub kompostowania. Nowe materiały opakowaniowe oferują również niższy ślad węglowy.
Izabela Gajlewicz
Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
Literatura:
1. Prezentacja „Nie śmiecić plastikiem! to sensowniej niż zrywać z plastikiem”, Circular Packaging Design, Polski Związek Przetwórców Tworzyw Sztucznych PZPTS, 2020
2. https://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news%2C33690%2Cslad-weglowyplastiku.html
6. https://www.pressreleasefinder.com/SABIC/SABICPR551/en/
7. https://www.pressreleasefinder.com/DSM_Protective_Materials/ DSMPMPR010/en/
8. https://www.pressreleasefinder.com/ELIX_Polymers/ELXPR063/en/
10. https://www.pressreleasefinder.com/Mondi_Group/MNDPR195/en/
11. https://www.pressreleasefinder.com/INEOS_Styrolution/INSPR114/en/
