江南官方体育网页版·技术流|食品包装回收(1):总被视而不见的价值链

2024-05-05 12:50:05 1 来源:江南官方体育app 作者:江南综合体育app下载安装

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  疫情之下,足不出户。家中备好一段时间的食品,成为许多城市居民必须考虑的事情。基本的安全感来自那些保质期较长的食品,如罐头、香肠、榨菜、方便面、盒装牛奶等。它们之所以能够较为长久储存,实则有赖于那层妥当的食品包装。实际上,就连那些团购到的肉蛋蔬果,也是经过了包装处理,才能经由物流颠簸进入家家户户。

  可以想像,如今中国城市许多居民家中,每日所产生的大部分垃圾,正是这一类的食品包装。由于沾染到食物油脂,或是多层复合难以分解,在经过消费使用后,它们也许会被分类到干垃圾中,进入焚烧的系统。

  实际上,无论是否处于疫情,食品包装都在我们生活中起着极大作用。得益于食品工业技术发展,我们有了更多保管食物的办法。当食物被我们取用,这些食品包装便完成了使命,变成需要丢弃的垃圾。也许,在家坐享其成之时,正好顺便认真思考,我们如何才能更好地对它们负责。

  近日,芬兰国家技术研究中心(VTT)发布了一份《食品包装回收:现状和展望(Recycling Food Packaging)》的报告,其中概述了欧洲和美国的回收现状,以及影响回收率的社会和技术因素。报告还介绍了新近的食品包装回收技术创新,并重点解析那些未来五年内有望商业化的解决方案。

  该研究报告受全球可持续包装解决方案提供商 Huhtamaki普乐集团的委托,旨在建立食品包装回收再生系统,为来自行业、社会和政府的利益相关方的通力合作提供参考。Huhtamaki普乐集团认为,仅生产可回收产品是不够的;它们需要被回收。凭借百年历史和北欧传承,Huhtamaki普乐集团计划,到2030年实现碳中和生产,并将100%产品设计为可回收、可降解或可重复使用。

  4月22日世界地球日将至,澎湃市政厅联合Huhtamaki普乐集团对该报告分三部分发出。以下是第一部分,即报告中关于食品包装回收市场的部分,包括包装回收的现状、影响食品包装回收价值链的因素、使用再生材料的食品包装市场状况,以及使用后包装的分类和回收。

  食品包装在我们日常生活中扮演重要角色,推动了食品的可及性和可负担性。它是确保食物的卫生、保存和分配的关键,其直接作用是最大限度减少食物浪费。历史上看,在食品领域,塑料一向是应用最多的材料,而纸和金属也是常用材料。如今,食品包装的重点工作是减少塑料包装,或完全用回收材料或可生物降解材料来代替塑料。全球中产阶级涌现,贸易和消费增长,使得食品包装的使用显著增长,因此,包装的循环利用和重复使用,不仅是欧洲循环经济战略重点,在全球其他区域也受到极大关注。

  过去几年中,食品包装的生态设计和回收技术,都有相当大的进步,但包装的回收率,特别是塑料和聚合物淋膜包装的回收率,仍然相对较低。例如,在美国,食品和餐饮塑料包装回收率约为14%,在欧洲,有报告可循的塑料包装回收率约为40%,比较而言,纸板的回收率在美国和欧洲都约为80%。一个运行良好的回收再生系统,不仅取决于当地的再生利用能力,还取决于收集和分类等基础设施条件,而这些条件在世界上许多国家还很不成熟。

  我们预见,在未来五年,将有新的包装回收体系问世,可处理目前尚未大规模回收的包装。在现有回收体系中,大量的包装,特别是复合材料包装,并不易回收。这为当今主流的物理回收带来了挑战。

  虽然纸纤维材料的循环利用已经广泛建立,但在许多回收体系中,不包含淋膜纸包装,这些包装往往最终作为混合垃圾处理,而非得到循环利用。现在,一些纸杯生产商,以及为餐饮行业提供废弃物管理的公司,建立了具备一定经济规模的集中回收体系,也推出了分离聚合物和铝质淋膜层的新解决方案。

  影响回收率的主要因素是缺乏先进的分类设备,以及缺乏可作为物理回收补充手段的化学回收技术的部署。特别是针对多层塑料包装,有商业规模的物理回收手段非常少,化学回收被视为解决多层塑料包装的一种有效方案。因此,我们认为,未来3-4年,美国、欧洲和东亚的化学回收产能将显著提高。化学回收的重要特点是,经由化学回收的聚合物在充分解聚后可再次用于食品包装。而如今,市场上,仅有再生的PET材料被认证为食品接触材料(FCM)的回收聚合物。

  研发回收解决方案的根基在于,由品牌商、回收分类技术开发商和废弃物管理公司成立商业联盟。这种合作关系对新回收技术的未来投资至关重要;它连接了循环利用原材料的提供方和再生材料的使用方。

  过去十年中,包装行业经历了重大变革。目前包装设计正朝轻量化、高阻隔性的方向发展,并在设计阶段就对其废弃处理予以考虑。在食品包装常用材料中,塑料继续占据市场主导地位,纸纤维和金属材质也应用广泛,玻璃作为包装材料越来越少见。食品包装材料通常使用淋膜和涂层技术,它们通过系统整合固有特性不同的材料,来提高包装最终的功能性,延长保质期并减少包装重量,而包装减重也对低碳有一定贡献。

  包装的主要功能是保护食物。如果没有包装,对人类至关重要的食品分配,在物流、经济和环境方面都将面临挑战,也会造成食品浪费。与此同时,食物贸易和消费的增加,导致包装使用增加,各国政府正寻求运用类似欧盟循环经济战略的政策举措,解决消费使用后包装的潜在负面影响。

  本文首先介绍了欧洲和美国的回收现状,而后介绍影响回收率的社会和技术因素,食品包装回收的最新技术创新,并重点介绍预计未来五年内可商用的解决方案。

  欧盟委员会将包装的回收利用列为首要任务之一。事实上,最新修订的《包装和包装废弃物指令》(PPWD),包含了促进包装废弃物的重复使用、回收利用和其他形式的回收新措施,而不止于废弃处置。该指令设定的目标是,到2025年,50%的塑料包装,以及75%的纸和纸板得到回收利用。此外,一次性塑料指令(2019/904/EC)的第一个要求已于2021年年中生效。2021年5月底,欧洲委员会通过了关于一次性塑料产品的导则,对某些一次性塑料产品的禁令和标签要求于2021年7月生效。

  根据欧盟统计局(Eurostat)的数据,2019年,欧盟41%的塑料包装垃圾被回收,欧盟每人每年平均产生35公斤塑料包装垃圾(Eurostat 2021)。在美国,平均每个美国人每年产生约130公斤塑料垃圾,居全球之首。美国环境保护署报告称,塑料容器和包装的回收率为14%,纸和硬纸板包装的回收率为81%。瓦楞纸板是目前纸包装回收利用的最大组成部分,而其他未涂层的纸基包装,如纸箱和纸袋,大多作为混合纸类回收。此外,这些回收数据,不包括一次性盘/杯和垃圾袋,这两种物品都被归为非耐用品(图1)。

  纸基复合包装整体回收率略低于纸板。根据ACE(欧洲纸基包装与环境联盟)数据,在2019年投放欧盟市场的所有纸基复合包装中, 51%通过单独渠道回收并再生(Eunomia 2020,ACE 2021)。而从实际进入再生利用阶段的数量看,回收率可能更低,单独收集的材料中包含分类错误或过脏的包装,不适合再生利用。Eunomia 2020年的报告中,实际回收率估计为收集量的40-60%。单独回收并不意味着收集的材料全用于再生处理。例如,在德国,只有47%的塑料包装用于再生处理,而57%被焚烧(Conversio 2020)。

  监管机构和商业机构越来越重视包装回收,并承诺克服回收规模增大的挑战。欧盟已设定目标,到2025年12月31日,所有包装废弃物回收率达到65%(European Commission 2018)。主流跨国公司已签署了关于可回收包装的承诺,并建立了收集和回收的行业合作平台,一方面确保可获得废弃包装材料,另一方面也保证了再生材料的下游市场。

  目前扩大回收的主要困难之一,不仅在于循环再生产能力,还包括收集和分类基础设施。这些基础设施在很多国家仍然不足。此外,即使有足够的收集基础设施,并收集了近80%的包装废弃物,但其余部分最终也以混合废弃物形式进入垃圾填埋场或焚烧场「根据(Brouwer et al.2011,HSY 2019)计算得知」。

  因此,提高回收率不仅需要废弃物管理系统的技术开发。事实上,政府制定了很多策略,鼓励民众在回收利用上发挥作用。根本上,市政当局负责向居民提供相关信息,让居民能在家中对不同垃圾分类,即在源头分类。由此,这样的系统必须让居民免于混乱和不便。例如,瑞典和法国的研究表明,分类不便会影响居民正确分类(CITEO 2021, Rousta and Ekström 2013),而回收点与居住区之间的距离等因素,会让消费后的纸包装与塑料包装更易被错误分类。大部分包装都用于食品产品,而食品包装是家庭垃圾中最易被错误分类的(Nemat et al. 2020)。

  在废弃物管理基础设施良好的地区,对包装废弃物单独收集和分类,已成为大多数家庭的日常。即使这些地区,大部分消费使用后的包装,仍以混合废弃物形式处理(HSY 2019)。收集后的废弃物包装中,很大一部分被错误分类。图4描述了荷兰的包装废弃物回收流程。在收集到的17.3万吨废弃物中,9%(1.5万吨)被错误分类,32%因严重污染无法被再生处理,总共有超过40%的包装废弃物,从再生过程中剔除,并填埋或焚烧(Brouwer et al. 2019)。

  图4 消费后塑料废弃物的收集和回收。PMD为塑料、金属和纸基复合包装的缩写,图改编自Brouwer等人(2019年)。

  几家包装公司已宣布了面向可持续包装的创新方法。包括优化资源使用的设计,如:1)降低包装石油基塑料材料的比例,2)轻量化,提高可回收性和/或可重复使用性。多层多种材料的复合包装,给可回收性带来了特殊挑战。这类材料能够保护食物并延长保质期(作为包装的主要功能),却不适应当前回收系统。

  一个优化资源使用的例子,也具有更高的可回收性,是用可再生材料,如MFC(微纤维纤维素)或纳米纤维素替代纸基复合包装的铝箔层。MFC用作油脂和氧气的生物材质阻隔层,也可作为生物降解膜替代纸板包装中铝和塑料淋膜(Stora Enso 2019)。通过替代这些材料,包装的碳足迹显著减少。

  另外,Huhtamaki普乐的lidding laminates()和Aronax 技术也着手减少铝箔层,用一层薄磁性颗粒取代铝箔,并更易从包装上分离(EMF 2018)。

  根据欧洲化学工业委员会(CEFIC)数据,目前欧盟收集的塑料废弃物中,只有15%重新回到欧盟市场。

  由于缺少工艺和出于食品安全考虑,大多数非PET塑料食品包装无法回收再生用于新的食品包装。因此,它通常应用于食品包装以外,如建筑业和农业。

  目前,只有10%的再生聚合物达到食品级,其中大多数是聚对苯二甲酸乙二醇酯材料(PET)(Leardini et al 2021)。塑料回收主要通过物理回收进行:经过清洗和分类的塑料废弃物被重新熔化并加工成新的食品包装。然而,物理回收过程中,可能存在受污染的再生原料进入再生塑料,进而污染食品的风险因素。为防止此类包装材料进入市场,欧盟和美国制定了好几项关于食品接触材料(FCMs)的法律,包括塑料和再生塑料(De Tandt et al. 2021)。与食品接触的材料和物品,当全部或部分由再生塑料制成时,必须经过欧洲食品安全管理局(EFSA)的安全评估和欧盟委员会(European Commission)授权。rPET树脂被美国FDA批准用于食品接触,而中国则不允许在食品包装中使用再生塑料。

  目前市场上除了主流的食品级再生PET外,少量经化学回收工艺再生的rPP (Packaging Europe 2021, SABIC 2020)也正进入欧洲市场(见框2)。在美国,美国食品和药物管理局(FDA)也在20多年。