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我們的社會對塑料情有獨鐘。要將我們的關(guān)系提升到一個新的水平——從此幸福地生活在一個沒有浪費的未來——路徑是循環(huán)的。

具體而言，美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的科學(xué)家正在努力分析循環(huán)經(jīng)濟的影響，在循環(huán)經(jīng)濟中，塑料被再生、再利用或回收，以防止它們最終進入垃圾填埋場。

(資料圖)

但如何到達那里?傳統(tǒng)上，塑料是通過一種線性的“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被丟棄。挑戰(zhàn)在于找到一條有效途徑，使塑料永遠不會變成廢物——這是循環(huán)經(jīng)濟的目標。

循環(huán)方法在設(shè)計時考慮產(chǎn)品的整個生命周期，包括報廢處理。廢物流中的資源得到最高水平的再利用，以避免浪費并減少對環(huán)境的影響。更具挑戰(zhàn)性的是找到一種方法來全面評估塑料的生產(chǎn)、使用和再利用。

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

“我們星球的長期可持續(xù)性需要從線性經(jīng)濟(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)濟進行重大轉(zhuǎn)變，”阿貢燃料和化學(xué)品集團負責(zé)人特洛伊霍金斯說?！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)家們以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)(一種廣泛用于瓶子的塑料)為例來應(yīng)用圓形建模框架。PET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。這種新方法評估了PET瓶在整個生命周期中對環(huán)境的影響。

這項新研究發(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生命周期指標。

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

研究人員分析了實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的各種途徑。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，以及機械和化學(xué)回收。

機械回收是最常見的回收過程，但也有缺點。該工藝通過分類、清洗、研磨、再造粒和復(fù)合來回收塑料。每次以這種方式回收塑料時，其質(zhì)量都會下降。新的低等級塑料在降解到無法使用之前只能回收非常有限的次數(shù)。

從某種意義上說，化學(xué)回收是在機械回收停止的地方進行的。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)造出可以升級回收或轉(zhuǎn)化為更高價值產(chǎn)品的高級材料。通過這種方式，化學(xué)回收可用于升級回收不適合機械回收的廢物。

每個都有優(yōu)點和缺點。機械回收的碳足跡較小。作為一項較新的技術(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。

結(jié)果如何?

在這項研究中，科學(xué)家們試圖確定機械和回收是如何協(xié)同工作的。

在一種情況下，研究人員探索了供應(yīng)鏈中機械和化學(xué)回收的整合。他們確定，雖然整合機械和化學(xué)回收不會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)路徑都會產(chǎn)生不會同時發(fā)生的污染和氣候影響。例如，使用機械回收的途徑可能會減少溫室氣體排放，但由于較低的回收率會增加對新塑料的依賴。

“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。

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

盡管如此，機械、化學(xué)和升級回收將在實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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

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)會估計，僅在2019年，全球經(jīng)濟就生產(chǎn)了3.68億噸塑料，預(yù)計在未來20年內(nèi)將翻一番。根據(jù)美國環(huán)境保護署的數(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。

沒有銀彈解決方案。霍金斯說，串聯(lián)使用所有三個回收過程，或級聯(lián)回收，在循環(huán)經(jīng)濟中很重要。級聯(lián)方法使材料在流通中盡可能保持最高質(zhì)量、經(jīng)濟和環(huán)境價值。

他將級聯(lián)方法比作瀑布，其中塑料樹脂的質(zhì)量隨著其在經(jīng)濟中的使用而下降。

“瀑布的頂部將是一個透明的塑料瓶，然后是一個有色或不透明的塑料容器。反過來，這個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?！叭绻w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部門的合作伙伴密切合作，后者為該項目提供了數(shù)據(jù)和專業(yè)知識?；艚鹚拐f，這種可公開訪問的模型在整個行業(yè)都有應(yīng)用。

霍金斯說：“我們的利益相關(guān)者有興趣進行嚴格而可靠的分析，以幫助就各種循環(huán)戰(zhàn)略的相對影響達成共識?！薄斑@是一個通過與利益相關(guān)者建立共識而制定的穩(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展版本構(gòu)建的。