| Popis: |
I lyset af stigende miljørelaterede trusler, som klimaforandringer og ressource-knaphed, har særligt konceptet om cirkulær økonomi vundet indpas. Traditionelt set er materialer gået tabt via forbrænding eller deponi, men i en cirkulær økonomi skal materialerne recirkuleres i samfundet, ideelt set til de samme kvalitetsniveauer som de oprindeligt havde, så behovet for materiale i hele materialekredsløbet kan dækkes, og brug af nyt materiale dermed undgås. Genanvendelse af materialer, særligt fra forskelligartede affaldsstrømme som husholdningsaffald (HHA), fører dog ofte til genanvendte materialer med reduceret kvaltiet, hvilket kun medfører delvist lukkede materialekredsløb og dermed kun delvis cirkularitet. Et aspekt der på nuværende tidspunkt ikke indgår som del af miljøvurderingen af materialer og som ikke tidligere er blevet kvantificeret.Plastik er lavet af fossile ressourcer, bliver produceret i store mængder og er derfor et vigtigt materiale i overgangen til en cirkulær økonomi. Dette er grunden til, at den Europæiske Union (EU) har fastsat masse-relaterede genanvendelsesmål for emballageplastik og har særligt fokus på plastik fra husholdninger. Betragtelige tab af både kvantitet og kvalitet er dog relateret til genanvendelse af plastik fra HHA, da det kan indeholde 1) andre materialer end plastik, 2) mange forskellige typer plastik (typiske for HHA er polyethylenterephthalat (PET), polyethylen (PE) og polypropylen (PP)), og 3) mange forskellige typer produkter (flasker, bakker, osv.) med forskelligt formål og design. Derudover kan den genanvendte plastik være forurenet med potentielt skadelige stoffer, hvilket ydereligere kan nedsætte kvaliteten og dermed cirkulariteten. Omfattende viden omkring den fysiske og kemiske tilstand af både affalds- og genanvendt plastik er derfor nødvendig, før de mest cirkulære genanvendelsessystemer kan identificeres. Formålet med denne afhandling var kvantitativt at integrere kvaliteten af affalds- og genanvendt plastik i cirkularitetsvurderingen af plastikgenanvendelsessystemer, med særligt fokus på plastik fra HHA. Dette blev gjort ved 1) teoretisk at relatere kvaliteten af genanvendte materialer til cirkulariteten af genanvendelsessystemer, 2) at tilvejebringe udvalgte kemiske, fysiske og mekaniske karakteristika af affalds- og genanvendt plastik, deriblandt en detaljeret sammensætning af kildesorteret plastikaffald og 3) kvantitativt at vurdere hvordan nuværende og potentielt fremtidig plastikgenanvendelsessystemer præsterer og på den baggrund anbefale de mest cirkulære systemer.I et cirkulært perspektiv er kvaliteten af genanvendte materialer tæt relateret til anvendelsesmulighederne i forskellige produkter og kvalitetsniveauer. Kvaliteten kan, sammen med kvantiteten af genavendt materiale, samt viden om hvordan brugen af materiale fordeler sig på forskellige anvendelsesmuligheder på det gældende materialemarked, bruges til at kvantificere cirkularitetspotentialet af genanvendelsessystemer. Mellem 18 og 57% af det europæiske PET, PE og PP marked er afhængig af kemisk set højkvalitetsplastik til produktion af mademballage. Det er derfor vigtigt for cirkulariteten, at genanvendt plastik kan bruges til ny mademballage. I eksisterende plastikgenanvendelsessystemer ses betragtelig fysisk forurening samt tab af plastik. Det anbefales at implementere state-of-the-art plastik-sortering, der kan opnå høje genindvindingseffektiviteter og lav forureningsgrad, da det er det mest effektive redskab til at minimere disse problematikker. Men, selv disse bedste systemer opnår kun et cirkularitetspotentiale på omkring 0.40 (fuld cirkularitet kræver 1) og eksisterende plastikgenanvendelsessystemer er derfor stadig langt fra i stand til, at lukke plastikkredsløbet. I fremtiden kan cirkulariteten potentielt blive reduceret endnu mere, på grund af forhøjede koncentrationer af metaller i genanvendt plastik, særligt hvis plastikprodukter bliver genanvendt mange gange. Endelig viste det sig, at kildesorteret hårdt plastikaffald er meget forskelligartet, når det kommer til både formål (mademballage eller andre formål), type (flaske, bakke, osv.) og design af produkter i affaldet, inden for hver af de tre hyppigst forekomne polymertyper, PET, PE og PP, der udgjorde mere end 90%. For at imødegå disse udfordringer, og øge cirkulariteten, er det afgørende at øge mængderne af genanvendt plastik samtidig med, at den kemiske, fysiske og mekaniske kvalitet bevares. Initiativer relateret til ”design til genanvendelse”, hvor fx alle produkter produceres udelukkende af en enkelt polymer, anbefales kraftigt, da det kan føre til øgede mængder af genanvendt plastik med op til 23%. Derudover anbefales det, at genanvende mademballage separat, da det muliggør produktionen af genanvendt plastik, der kan bruges i ny mademballage, og dermed bevare den kemiske kvalitet. PP mademballageaffald indeholder dog særligt mange forskellige produkttyper, hvilket, ud fra et fysisk og mekanisk synspunkt, gør blandet PP affald uegnet til genanvendelse til ny emballage. For at skabe rammerne for potentiel genanvendelse af plastik fra HHA i lukkede kredsløb anbefales det derfor, at implementere regulering der begrænser plastikemballage til polymertyperne PET, PE og PP alt imens produkttyperne, inden for særligt PE og PP, standardiseres. Mere forskning er nødvendigt for, at kunne udvikle regulering, der bidrager mest muligt til øget kvantitet og kvalitet af genanvendt plastik – og dermed til øget cirkularitet. Det inkluderer forskning relateret til 1) detaljeret sammensætningen af blød- og restplastik, 2) hvordan sorteringsprocessen præsterer, og kan optimeres, for forskellige produkttyper og designs samt 3) hvordan, og i hvilken udstrækning, fysiske og mekaniske egenskaber begrænser anvendeligheden af genanvendt plastik. To mitigate growing environmental threats such as climate change and resource depletion, the circular economy concept has gained momentum. Traditionally, materials have been lost through incineration or landfilling; however, in a circular economy, materials are recirculated into society, ideally to the same quality levels as they had originally, so that all demands within the material loop are fulfilled and use of virgin material can be avoided. However, recycling of materials, especially from heterogeneous waste streams such as household waste (HHW), often leads to recycled material of reduced quality, which only leads to a partial closing of the material loop – and thereby only partial circularity. This aspect is currently not part of the environmental assessment of materials and is therefore yet to be quantified.In the transition towards a circular economy, plastic is highlighted as a focus material, as it is produced in large amounts from fossil resources. Consequently, the European Union (EU) has defined mass-based recycling targets for packaging plastic and placed specific focus on plastic from HHW. However, considerable physical and quality-related losses are related to the recycling of plastic from HHW, due to the potential presence of 1) non-plastic material, 2) plastic made from several polymer types (the most common in HHW plastic are polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE) and polypropylene (PP)) and 3) many different product types (bottles, trays, etc.) with different purposes and design. Moreover, recycled plastic might be contaminated by potentially harmful chemicals, all of which may limit the quality of recycled plastic and thus the circularity. Consequently, in order to identify the most circular plastic recycling systems, thorough knowledge related to the physical and chemical states of waste and recycled plastic from HHW is necessary.The aim of this thesis was to quantitatively integrate the quality aspect of waste and recycled plastic into circularity assessment of plastic recycling systems, focusing particularly on plastic from HHW. This was achieved by 1) theoretically relating quantity and quality of recycled materials to the circularity of recycling systems, 2) providing selected chemical, physical and mechanical characteristics of waste and recycled plastic, including a detailed composition of source-separated plastic waste, and 3) quantitatively evaluating the performance of current and potential future plastic recycling systems, and on this basis recommend the most circular options.From a circularity perspective, the quality of recycled materials is closely related to the applicability, i.e. how well the recycled materials can be turned into different products with different quality levels. This quality, together with recycled quantities and knowledge on the distribution of different applications in the specific material market, can be used to quantity the circularity potential of recycling systems. Between 18% and 57% of European PET, PE and PP markets rely on chemically high-quality material for the production of food packaging. As such, it is crucial for the circularity of plastic recycling systems to have the ability to recycle plastic into material that can be used for food contact applications. Current plastic recycling practices experience substantial material losses and physical contamination. It is therefore recommended to implement state-of-the-art plastic sorting systems with high recovery efficiencies and low contamination levels, as this is the best way to limit these issues. However, even such best-performing systems achieve a circularity potential of only about 0.40 (1 indicates full circularity), and thus current plastic recycling systems are far from able to close the plastic loop. Due to elevated concentrations of metals in recycled plastic, the circularity might be reduced even further in the future, if plastic products are recycled multiple times. Finally, the composition of rigid source-separated plastic reveals a high degree of heterogeneity in regards to the purpose (food or non-food packaging), type (bottles, trays, etc.) and design of waste products within each of the three dominant polymers, i.e. PET, PE and PP, representing more than 90% of the waste.In order to mitigate these issues and improve the circularity, it is crucial to increase the quantities of recycled plastic while maintaining the chemical, physical and mechanical quality. “Design for recycling” initiatives, where for example all products are produced in a single polymer, are highly recommended, as they can lead to increases in the quantities of recycled plastic of up to 23%. Moreover, separate recycling of food packaging is recommended, as it allows for the production of recycled plastic suitable for food packaging applications and thereby maintains chemical quality. However, from a mechanical and physical perspective, the high degree of heterogeneity of PP food packaging makes it unsuitable for closed loop recycling into new packaging. Thus, in order to create the conditions necessary for closed-loop plastic recycling from HHW, where all quality aspects are maintained, regulation is needed to limit plastic packaging to the polymer types PET, PE and PP while standardising product types within especially PE and PP. More research is necessary in order to identify the most appropriate combinations of product design, polymer selection and waste collection systems, achieving the highest possible increases in quantity and quality, and thereby circularity. This includes research into 1) detailed compositions of soft and residual plastic, 2) performance of the sorting process, depending on the type and design of waste products, and 3) how and to what extend mechanical and physical properties limit the applicability of recycled plastic. |
