Polimer termékek teljes életciklusa, különös tekintettel az életciklus-vége szakaszra

Ebben a cikkben különböző polimer termékek (homogén polipropilénből és PP-PE-PET műanyag keverékből) környezeti terheléseit kísérhetjük nyomon. Először polipropilén termékre végeztem teljes életciklus-elemzést, majd ezt követően homogén polipropilénből és a PP-PE-PET műanyag keverékből álló termékek gyártási szakaszait hasonlítottam össze. Alapvető célkitűzésem az volt, hogy meghatározzam az erőforrás-felhasználások, a kibocsátások és a környezeti hatáskategóriák értékét egy 2020. évi professzionális adatbázissal rendelkező szoftverrel. Egy életciklus-elemzés (Life Cycle Assessment, LCA) alkalmazása során számszerűsíthető az, hogy egy termék teljes élettartama során (előállítása, annak elosztásán, elhasználásán át a belőle képződő hulladék ártalmatlanításáig) mennyi természeti erőforrást használ fel, és milyen környezeti terhelést okoz, beleértve az energiahatékonysági kérdéseket is.

Az energiahatékonysági kérdéseket érintve az alábbi feladatokra használható fel egy életciklus-elemzés:

• Egy termék, folyamat vagy szolgáltatás teljes életciklusán belül ún. „hot spot pontok” megállapítása, ahol a forrásfelhasználások és a primer energia csökkenthető.
• Energiafelhasználás környezeti terhelésének redukálása és optimális felhasználása.
• Fosszilis és megújuló energiaforrások felhasználási lehetőségeinek mérlegelése.
• Eljárások összehasonlítása a felhasznált input energiaáramok és a környezetterhelés függvényében.
• A vizsgált rendszer inputjainak és outputjainak összehasonlítása alternatív lehetőségekkel.
• Technológiák optimalizálása energiahatékonyság alapján.
• Prioritási sorrend felállítása energiamérleg függvényében.

A homogén polipropilén termékre vonatkozó életciklus-modell a nyersanyagok kitermelésétől a gyártáson és használaton át, a hulladékká válásig került felállításra, azaz itt az életciklus elemzést „bölcsőtől-kapuig”végeztem. A második esetben „bölcsőtől-sírig” tartott az elemzés, ahol a gyártási szakaszban állítottam fel több szcenáriót annak érdekében, hogy a keletkezett műanyag hulladék kezelési lehetőségeit környezetterhelési szempontból megvizsgáljam. A gyártási szakasz (fröccsöntési folyamat) összehasonlító elemzései 1 kg PP és 1 kg keverék termékre vonatkoznak, ahol az életciklusmodellek a nyersanyagok kitermelésétől a gyártásig kerültek felállításra (beleértve a szállítást is). Itt 7% anyagveszteséggel számoltam, ami műanyag hulladékként távozott a rendszerből.

Vizsgált szcenáriók: (1) a gyártás során keletkezett technológiai selejtet 100%-os mértékben visszaforgatom, és a friss műanyag granulátumokhoz keverem, illetve a felhasznált hűtővíz felét visszaforgatom, másik felét szennyvíztisztító üzemben kezelem; (2) a gyártás során keletkezett technológiai selejt műanyag hulladékként hagyományos égetésre vagy (3) lerakóba kerül. Az energia-kibocsátásokra és anyagforrásokra vonatkozó eredményeket a három forgatókönyvre az 1-2. ábrák mutatják be. Példaképpen a vizsgált környezeti hatáskategóriákat a műanyag hulladék hagyományos égetésével egybekötött gyártási folyamatokra a 3-4. ábrák szemléltetik.A környezeti hatásokat a három különböző forgatókönyvre az 1-2. táblázatokban foglaltam össze.

1. ábra Energia-kibocsátás értéke a vizsgált szcenáriókra (gyártási életciklus szakasz)

2. ábra Anyagforrások értéke a vizsgált szcenáriókra (gyártási életciklus szakasz)

3-4.ábrák:Súlyozott környezeti hatáskategória értékek műanyag hulladék hagyományos égetésével egybekötött gyártási szakaszra homogén termék és vegyes összetételű termékekre. (Ábrajelölések: POCP: fotokémiai ózonképződés, MAETP: tengervízi ökotoxicitás, HTP: humán toxicitás, GWP: globális felmelegedés, EP: eutrofizáció, AP: savasodás, ADP: fosszilis és elemi abiotikus erőforrás-kimerülések)

1. táblázat Környezeti hatások PP termékre különböző szcenáriók mellett (Funkcionális egység: 1 kg PP termék. Normalizációs módszer: CML 2016, EU 25 + 3, 2000. év, kivéve biogén szén. Súlyozási módszer: thinkstep LCIA felmérés 2012, Európa, CML 2016, kivéve biogén szén)

2.táblázat: Környezeti hatások vegyes műanyag termékre különböző szcenáriók mellett (Funkcionális egység: 1 kg műanyag mix termék. Normalizációs módszer: CML 2016, EU 25 + 3, 2000. év, kivéve biogén szén. Súlyozási módszer: thinkstep LCIA felmérés 2012, Európa, CML 2016, kivéve biogén szén)

Következtetések:

• 1 kg polipropilén termék teljes életciklusának elemzése arra enged következtetni, hogy a teljes életciklusra vonatkozó környezeti terhelésből: 91% a gyártási, 3% a használati, és 6% az életciklus-vége szakaszban merül fel. A globális felmelegedési potenciál mértéke a termék teljes életciklusa során (100 éven át) rendre 60%, 5%, illetve 35% a gyártási, használati és az életciklus-vége szakaszokra.
• A homogén polipropilénből és a PP-PE-PET műanyag keverékből álló termékek gyártási szakaszainak összehasonlítása során elmondható az, hogy valamennyi környezeti hatás nagyobb a műanyag keverék terméknél, azonban a 2. és 3. szcenáriónál kivételt képez a tengervízi ökotoxicitás. Az 1. forgatókönyv szerinti reciklálás 6-7%-kal csökkenti a környezeti hatást. Az összes hatáskategória értéke nagyobb a 3. sz. forgatókönyv esetében, amikor a műanyag hulladékot deponálják és a szennyvíz települési szennyvíztisztító telepre kerül. Kivételt képez a globális felmelegedési potenciál, ami picivel magasabb a 2. sz. forgatókönyv esetében. A három forgatókönyvet párhuzamosan vizsgálva megállapítható az, hogy a legnagyobb értékkülönbségeket a fotokémiai ózonképződés (20-21%), a savasodás (17-23%), a globális felmelegedés (14-15%) és az eutrofizáció (14-25%) mutatja.

Kutatási eredményeim felhasználhatók technológiák és termékek fejlesztésére, teljes termék-életciklus jellemzésére és egyéb polimer termékek gyártási folyamatainak vizsgálatára.

A kutatómunka az Európai Unió és a magyar állam támogatásával, az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával, a GINOP- 2.3.4-15-2016-00004 projekt keretében valósult
meg, a felsőoktatás és az ipar együttműködésének elősegítése
céljából.

 (A szerző a Miskolci Egyetem, LCA kutatócsoporttudományos főmunkatársa. A cikk eredetileg a Zöld Ipar Magazin 2022 februári lapszámában jelent meg nyomtatásban.)