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pet包装的替代产品会是生物基材料吗

来源: | 发布日期:2022-02-26
有几种新型聚合物有可能挑战传统的化石基材料并减少塑料包装的碳影响。但正如 Victoria Hattersley 发现的那样,将这些商业化可能需要多年的过程,并且有许多障碍需要克服。

正如我们所知,今天的包装市场仍然主要由聚酯(如 PET)和聚烯烃(如 PE 和 PP)主导,它们具有几乎无限的可回收性、无菌性和出色的阻隔性能。这些真的可以用生物基材料代替吗?

pet包装胶盒


可能。人们越来越意识到,PET、PE 和 PP 等聚合物都可以由生物基原料制成,以创造许多人认为更“可持续”的这些聚合物(当然,这取决于您衡量“可持续性”的指标'by):例如PET可以由甘蔗制成(可口可乐的植物瓶就是一个著名的例子),PP可以由多种废油制成。这些通常被称为“插入式”,因为它们具有与传统塑料相同的材料结构和特性。

“PET 最终不在乎它是由甘蔗还是其他生物基材料制成,但它具有固有的不同碳足迹,具体取决于单体来源,”美利肯化学公司首席科学家 Scott Trenor 说。“在包装设计和聚合物选择方面,有许多不同的因素在起作用。包需要做什么?它需要良好的防水层吗?二氧化碳屏障?它需要灵活还是刚性?为提高包装性能而添加的材料、其形状、尺寸和厚度也将决定它在使用寿命结束时的可回收性。”

碳问题:生物基总是最好的选择吗?
这似乎很简单:当然,用于聚合物的生物基原料必须比使用越来越有害的化石燃料更好。在许多情况下,这是正确的,但并不总是那么简单,有时挑战我们的先入之见是值得的。我们需要考虑更大的图景,包括审视农业方法本身。

“问题可能不在于具体的聚合物类型,而在于它的制造方式,”英国研究与创新公司智能可持续塑料包装挑战总监 Paul Davidson 说。“虽然将生物质作为原料使用大气碳而不是提取化石碳,但如果现代农业方法导致化石碳排放(通过能源、化肥、运输等)大于所得材料中捕获的大气碳(与使用化石碳原料生产相同数量的材料),那么它不会给您带来整体较低的碳足迹。”

这是一个复杂的话题。欧盟委员会最近开发的一种 LCA 方法甚至可以说是为了支持化石塑料。然而,据European Bioplastics公关主管 Oliver Buchholz 称,它忽略了化石资源开采对环境的“负面影响”,并忽略了生物基产品的“关键优势”——它们能够从大气,隔离并将其储存到产品中。

“在 LCA 方法中,一个高度可疑且具有科学争议的问题非常重要:间接土地利用变化 (iLUC),”Oliver 说。“它仅基于模型计算,由于缺乏标准化或统一的指导方针,这些计算差异很大。为了有一个公平的方法,迫切需要包括化石塑料的间接影响,并看看积极的间接影响。此外,该方法比较成熟和不成熟的生产系统,没有任何区别。通过不承认这些差异和潜力,LCA 方法心甘情愿地支持现状并扼杀创新。”

如果属实,最后一点肯定会引起欧洲生物塑料行业的关注。如果没有持续的创新,很难想象生物基聚合物可能会主导市场。

但与加工和制造生物质衍生材料相关的碳排放确实需要考虑在内。要考虑的另一点是可以减少传统化石聚合物制造的碳影响的技术的潜力。许多全球公司正在研究替代传统燃烧裂解工艺的聚合物生产技术。这可能允许从化石来源制造低二氧化碳聚合物。这些变量使碳影响比较非常具有挑战性。”

通常,不可避免地,它与碳无关,而是与成本有关。“如果我们考虑传统聚合物的生物基单体来源,更多的是关于品牌是否愿意为生物来源材料付费的成本和使用讨论,”Scott Trenor 说。“在目前的规模下,生物基 PP 和 PET 只是更昂贵,而且没有那么广泛可用。”

规模问题:“新型”聚合物商业化的挑战
让我们从成熟的聚合物转向进入市场的新型材料。当我们谈论“新”或“新型”聚合物时,很难准确指出我们的意思。其中更突出的例子包括聚乳酸 (PLA),这是一种由玉米淀粉或甘蔗等可再生资源开发的生物聚合物;或聚羟基链烷酸酯 (PHA),它们是使用油菜籽或大豆等植物种子中的油合成的聚酯。但无论我们讨论哪种材料,在商业化方面都有许多挑战需要克服。

“对于任何新材料而言,从概念到市场推出都是一项挑战,需要克服许多障碍,包括扩大生产、加工材料所需的技术,以及材料如何通过供应链和末端进行管理和管理。生活,”保罗戴维森说。“市场对任何新聚合物的大量兴趣和吸收也很重要,同时提高原料的可用性也很重要。鉴于对塑料的需求规模,市场更愿意为同一等级的聚合物提供多种来源,以确保具有竞争力的价格和供应弹性。”

“如果我们研究 PLA 和 PHA 等较新的聚合物,就会发现先有鸡还是先有蛋的问题,”Scott Trenor 解释说。“通常大品牌无法使用它们,因为它们无法大规模使用;但在需求出现之前,它们不会大规模供应。”

此外,定价问题也一直存在……“从市场的角度来看,新型生物聚合物面临的主要挑战之一当然是价格,”Oliver Buchholz 说。“然而,这也适用于一般的生物塑料。仍然经常以最便宜的价格出售,这通常是基于化石的选择。对生物塑料过于昂贵的批评引发了一个反问,即传统的化石塑料是否不仅仅是太便宜了。”

考虑到这些障碍,生物塑料的市场份额仍然只有 1% 左右,这也许并不奇怪。话虽如此,现在有几个大品牌试图创造需求。例如,雀巢水务和百事可乐已向 PHA 承诺扩大市场规模,但要扩大任何流程总是需要时间——通常是数年或数十年。另一家公司 Danimer Scientific 也宣布将投资 PHA 扩展。在 PLA 方面,在过去的几年里,我们一直在关注与 NatureWorks 在其 PLA 生物塑料方面的各种行业合作。此外,去年年底,Total Corbion 宣布推出 Luminy,这是“世界上第一个商用化学回收 PLA”。

近年来备受关注的另一种新兴材料是聚乙烯呋喃酸酯 (PEF)。这是一种由果糖和生物基 MEG 制成的生物基塑料,据称其对二氧化碳、水蒸气和氧气的阻隔甚至比传统塑料还要高。到目前为止,这还没有被引入市场,但许多人对其潜力感兴趣。

“在 2021 年,已经发布了几项公告,将建立 [PEF] 的生产能力,”Oliver Buchholz 说。“因此,我们预计到 2026 年,我们将能够看到它以经济规模生产。”

在更多“利基”领域也有大量创新。例如,Xampla 创造了一种植物蛋白材料,其性能类似于合成聚合物,但可以自然而完全地分解。家庭可堆肥层压板也正在慢慢变得越来越普遍。

然而,一些人仍然对可堆肥塑料持一定的怀疑态度。这里的问题是双重的:首先,可堆肥材料是否能够提供足够的机械性能来提供与传统塑料相同的产品保护。第二个挑战归结为生命的终结:大多数回收系统仍未建立用于堆肥,因此如果这些材料最终进入回收流,人们担心污染的可能性,或者生物可降解材料的性能如何工业堆肥。

根据 Oliver Buchholz 的说法,任何此类担忧都是错误的:“废物基础设施普遍缺乏接受,这在许多情况下是基于对可生物降解塑料在工业堆肥中的性能的错误偏见。”

重新思考聚合物意味着系统的改变
归根结底:我们长期以来一直使用相同种类的聚合物,以至于我们所有的基础设施——采购、生产和回收——都是围绕它们构建和优化的。从长远来看,打破这一市场现实当然是可能的,但这意味着在系统层面上改变整个价值链;也许甚至可以减少我们对成本作为指导原则的痴迷。这也意味着解决土地供应和原料供应问题。

“我主张采用一种系统变革方法,将再利用和再填充作为优先事项,并探索使聚合物生产脱碳的机会——无论聚合物类型如何,”保罗戴维森说。“如果塑料包装要成为公正过渡的一部分,我们还需要确保我们所做的任何改变都具有成本竞争力——特别是考虑到它在减少其所保护产品的碳影响方面的作用。”

最后,我们应该重申,从来没有一种材料是“好”而另一种材料是“坏”的简单情况。化石基塑料将继续占有一席之地,直到可以大规模开发具有类似保护性能的生物聚合物。我们应该时刻牢记,对人和环境最关心的是资源浪费。我们永远不会达到可以说“循环已实现:让我们继续下一步”的完美情况。相反,我们应该将减少塑料对碳的影响的任务视为一种持续的平衡行为,将原材料、生产、回收基础设施的持续审查等因素考虑在内。这是一个不断发展的过程,而不是一个有着明确目标的路线图。

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