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绿色包装与材料的生命周期评价 |
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作者：北京化工大学机电工程学院张冰 来源：雅式工业专网 |
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随着社会经济的发展，产品的包装新设计与新应用得到快速发展，由于这些包装材料大多为一次性用品，在生活废弃物中占据了相当大的比例。
针对这种情况，从上世纪70年代中期开始，很多国家相继对包装材料的回收再利用制定了相关的法律。进入21世纪后，根据材料与回收技术的发展状况，通过对不同包装材料与回收处理方法所产生的CO2、SOx、NOx排放量进行定量的计算与分析，从而对相关法律与包装回收业流程标准进行了重新修订，并对今后一段时间内包装材料的回收处理比例要求进行了限定。
如何通过提高包装材料的替代、减量、回收与再利用，提升包装材料的绿色度，构建环境友好型社会与低碳包装及物流，成为各国材料、工程、物流、管理领域的研究热点。
包装材料的分类与使用情况
据日本环境省2007年的统计，当年一般生活废弃物中，按照体积计算，包装废弃物占60.79%，其中纸类包装废弃物为20.22%，塑料类包装废弃物为38.10%，玻璃废弃物为0.53%，金属废弃物为1.91%，其他材料废弃物为0.03%；按照湿重计算，包装废弃物占22.26%，其中纸类包装废弃物为8.54%，塑料类包装废弃物为8.85%，玻璃废弃物为3.32%，金属废弃物为1.47%，其他材料废弃物为0.07%。
除塑料包装袋以外，生活用品的常用包装材料可以分为可重用玻璃瓶、一次性玻璃瓶、PET瓶、3体钢易拉罐、2体钢易拉罐、铝制易拉罐、纸包装、铝膜复合纸包装等种类。这些包装常用于酒类、饮料、牛奶、乳制品等液体物质的包装容器。目前不同规格常用包装容器的相关情况如表1所示。表1 常用包装容器的材料使用情况
 随着包装减量化设计的发展，针对现有包装设计存在的材料冗余问题，通过改进包装结构和加工工艺，可减少包装材料使用量。情况如表2所示。表2 减量后的包装材料使用情况
 在分析和计算以上常用的包装容器的材料量时，需要考虑到这些包装容器在使用中还需要与附加包装、外包装结合使用。这种包装主体材料与附加包装、外包装材料的关系如表3所示。表3 常用包装的材料关系
 作为外包装通常使用的纸板材料，其使用情况如表4所示。表4 纸板包装材料的使用情况
 包装材料使用情况的变化趋势
随着人们消费习惯的变化，所使用的包装方式并不是一成不变的。为了分析包装变化的趋势与特点，日本环境省曾组织一些研究与管理机构对1989年至2003年市场上饮料、牛奶、啤酒不同包装使用情况的变化进行了统计和分析。
日本饮料工业协会（社团法人全国清凉饮料工业会）分析了从1989年到2009年消费市场上饮料类包装的比例变化，如图1所示。从图中可以看出，越来越多的饮料使用PET瓶包装，传统的玻璃瓶包装和钢制易拉罐包装数量日益减少，铝制易拉罐和纸包装的使用量则基本保持稳定。
图1 消费者使用的饮料类包装情况变化。
目前市场上碳酸饮料所使用的包装中，PET瓶约为53%，铝制易拉罐约为31%；果汁饮料所使用的包装中，PET瓶约为42%，纸包装约为30%；咖啡饮料所使用的包装中，钢制易拉罐约为73%，PET瓶约为17%；茶类饮料所使用的包装中，PET瓶约为76%。
日本农林水产省分析了从1989年到2009年消费市场上牛奶、乳酸饮料、乳制品的包装的比例变化，如图2所示。从图中可以看出，玻璃瓶包装的数量在持续减少，而纸质包装和其他类包装在稳步上升。
图2 消费者使用的牛奶、乳制品包装情况变化
值得注意的是，在纸质包装和其他类包装中，塑料类材料的含量在不断增加，既包括纸质包装中的塑料覆膜，也包括完全使用塑料材料做的瓶、盒等容器。
日本国税厅和经济通信社分析了从1989年到2009年消费市场上啤酒、其他酒类所使用包装的比例变化，如图3所示。从图中可以看出，玻璃瓶类包装使用数量在直线下降，而易拉罐包装使用数量则不断上升。其中酒类使用的易拉罐包装主要以铝制易拉罐为主，但也有使用钢制易拉罐的情况。由于塑料类材料包装对于压力承受能力的限制，PET塑料类容器在酒类市场上尚没有广泛使用。
图3 消费者使用的酒类包装情况变化
但从近年开始，一些白酒、葡萄酒的大容量散装包装开始使用塑料容器。从发展趋势可以看出，在今后一段时期内PET塑料类材料将在无压力的散装酒类包装中得到日益广泛的应用。
对包装材料进行生命周期评价需要考虑的因素
要对包装材料进行生命周期评价，首先需要确定纳入评价范围的相关流程，其次是确定评价的内容与相关指标。
为更全面的反应包装材料在整个生命周期中所产生的环境影响，评价所涉及的流程从每种包装材料的原料资源的开采开始，包括包装的主体材料和附属材料、外包装，经过包装容器的加工制造、使用、消费等流程，最终进入到废弃处理或回收利用环节。在整个环节中的运输同样也纳入到环境影响评价的内容中，以便反应由于不同包装的体积差异所导致的不同运输方式的影响。
对于包装材料在以上流程中内部的循环再利用，由于材料本身并未产生环境的二次影响，因此对内循环再用的材料可以简化而不分析环境影响，但涉及的运输仍需要进行环境影响计算。
包装材料生命周期评价所涉及的流程如图4所示。
图4 包装材料生命周期评价需要考虑的流程内容
包装材料的生命周期评价需要计算的指标，包括“资源消耗”、“能源消耗”、“固体废弃物排放”、“废气排放”及“废液排放”等方面内容。具体指标如表5所示。表5 包装材料生命周期评价的具体指标
 通过对图4所描述的包装材料生命周期流程，按照表5所列出的环境评价指标进行分析，便可计算出不同包装材料的环境影响情况，从而为包装材料的选择和包装工艺的改进设计提供参考与借鉴。
欧盟关于包装容器回收处理的相关规定
2000年以来，欧盟通过颁布和实施“控制废弃物排放及促进回收再利用战略”，加强了对于包装容器材料的回收处理管理，并进一步明确了“再能源化”、“回收再利用”、“燃烧（产热）”的相关定义，把“再能源化”、“燃烧（产热）”从“回收再利用”范围中独立出来，从而缩小了“回收再利用”认定范围。
从2006年开始，欧盟开始陆续对废塑料“燃烧”和“作为高炉还原剂使用”处理征收相关税费，作为环境污染的补偿。
与此同时，欧盟开始对“废弃物专用/混合焚烧处理设施”的能源再生状况进行认定，引入了“能源效率”的评判标准，从而进一步加强对废弃材料焚烧处理的限制。这些措施的实施形成了欧盟对于废弃材料处理的排序：预防（Prevention）、最小化（Minimisation）、再利用（Reuse）、回收循环（Recycling）、再能源化（Energy Recovery）、终处理：焚烧、填埋（Disposal）。
欧盟实施的废弃包装容器材料管理流程。
与此同时，欧盟开始对“废弃物专用/混合焚烧处理设施”的能源再生状况进行认定，引入了“能源效率”的评判标准，从而进一步加强对废弃材料焚烧处理的限制。这些措施的实施形成了欧盟对于废弃材料处理的排序：预防（Prevention）、最小化（Minimisation）、再利用（Reuse）、回收循环（Recycling）、再能源化（Energy Recovery）、终处理：焚烧、填埋（Disposal）。
基于这一优先次序，欧盟开始实施预防与减少材料使用量、提升再利用比例、材料回收循环利用、其它处理方法、实施环境安全的处理等措施，并针对具体材料与实际情况，运用生命周期评价方法（life cycle assessment）对各种回收处理方法的成本、环境影响度进行分析，以选择和确认最佳的处理方式。
欧盟同时开始大力推进各成员国在包装容器的使用、进口、处置等方面的统一管理。欧盟包装容器指令（94/62/EC）规定：包装容器的使用数量及重量，在能够满足消费者的安全、卫生及包装制品的必要要求的情况下，应控制在最低水平；容器的设计、制造和商品化，应确保可以较容易的回收再利用，同时应使得容器使用后的废弃处理阶段环境不良影响为最小；在容器材料的选用时，应保证使容器及容器废弃物或残渣在焚烧、填埋处理时，有害物质的排出/溶出量最小。并制定了一系列包装容器管理相关的制度与标准，如表1所示。表1 欧盟制定的包装容器管理相关的标准
 废弃包装容器材料的回收管理模式与情况统计
欧盟模式与日本模式的区别
为了确保包装容器材料的回收与处理，欧盟国家基本上采取了如图1所示的管理流程，从而实现包装材料物流、资金流、信息流的统一管理。
将图1所示的欧盟国家废包装容器材料的管理流程和图2所示的日本废包装材料管理流程进行对比，可看出明显的不同。导致这种差异的原因，主要在于欧盟国家和日本对于废弃物的回收管理体系与经济模式不同。
在欧盟模式中，回收业者需要支付费用给废弃物提供者和地方管理部门。而在日本，包装容器的使用者在废弃时需要就废弃包装容器材料支付相关费用。这种整体管理的不同使得两个地区的废弃物回收模式彼此不同。
日本模式
日本政策研究所通过对国内多个城市的废弃包装容器材料的回收管理过程进行调研与统计，得出如下的分析结果。
1. 废弃包装容器材料的回收物流与处理情况
通过对多个城市的饮料包装回收情况进行统计，得到了表2所示的数据。表2 废弃包装容器材料的收集、运输与前处理情况。
（注：表中所示易拉罐回收中混合回收比例>80%，是指回收罐、盒混合料中通常钢制易拉罐+铝制易拉罐含量30%，其它罐盒包装混合40%，玻璃瓶20%。） 同时通过对数百家从事废包装容器材料回收的企业进行调研，统计出各企业所使用的处理工艺与设备情况，如表3所示。表中的百分比数据是指，采用该工艺/设备的企业占参加统计的该类废材料回收企业总数的比例。比例超过50%的数据格用灰色背景突出显示，表示该工艺/设备属于相应包装容器材料回收处理所常用或共性的工艺/设备。表3 废包装容器材料中间处理工艺与设备的应用统计
 2. 不同的回收、处理方法对废弃包装容器材料品质的影响
不同的回收、处理方法，必然会对回收材料的品质产生不同的影响。日本城市清扫协会编写的《容器包装废弃物回收情况调查报告书》，对日本各大城市的包装废弃物回收情况进行了统计，以PET瓶为例，统计结果表明，采用单独收集优于混合收集、采用专用器具优于袋装、分运优于混运等。
废弃包装容器材料的生命周期评价
从废弃包装容器材料的整体回收处理而言，可以分为“材料回收”（MR）、“化学回收”（CR）和“热能回收”（TR）三种形式。
其中，MR主要是指通过材料回收、再加工，提升回收材料的性能，用于制造新的产品，实现材料的循环利用；CR主要包括用作炼铁高炉的还原剂、利用材料的高温挥发份作用用于化工原料、油化还原、汽化；TR主要是指利用材料的燃烧热，用于发电、水泥工业燃料、RDF（固形燃料）等领域。
对于树脂类包装容器材料，从石化资源的开采到最终的材料再利用与废弃，其过程如图3所示。
原料的回收与再利用有助于减少新原料的使用量，从而产生有利的环境影响，因此在图3中标识为（-），而新材料的使用消耗了资源和能源，产生了不利的环境影响，因此在图3中标识为（+）。
树脂类包装容器材料的生命周期过程
对于1吨回收的树脂类包装容器材料，通过LCA（生命周期评价）方法对MR、CR、TR不同处理方式的结果进行计算，得到如表4所示的结果。表4 对1吨树脂类废包装容器材料采用不同回收处理方法的LCA结果
 可以看出，加强对废包装容器材料的回收与再利用，可以有效的节省资源与能源的消耗，同时减少CO2和SOx的排放。(end)
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(1/4/2011) |
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