sou · H6B384 · 2018-12-20 00:00:00 — PLA började tillverkas av NatureWorks 2002 och blev då den tredje biobaserade polymeren som blev kommersiell. 2017 stod PLA för av den totala produktionskapaciteten av biobaserade plaster. Schematisk bild över tillverkningen av PLA. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning I tabell 2-2 presenteras en sammanställning över de olika kemiska byggstenarna, andel biobaserat innehåll i olika material och status för de tidigare presenterade drop-in plasterna och ersättningsplasterna. Bio-PET, bio-PE och PLA är de största biobaserade plasterna men bio-PP och PEF förväntas finnas på marknaden (European Bioplastics, 2017b). Enligt den senaste studien från (2018) är det PLA, PEF, bio-PE och bio-PP, av de biobaserade plasterna, som förväntas öka sin andel mest på marknaden. Kemiska byggstenar samt andel biobaserat innehåll i olika material och status för utvecklingen av de olika plasterna. Foundation (2016) Harmsen et al. Foundation (2016) Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning 2.11 Avfallshantering & materialåtervinning Utvecklingen av biobaserade plaster har till stor del fokuserat på råvaran, tillverkningen och plastens egenskaper snarare än avfallshanteringen. Framställningen av nya biobaserade plaster ställer även krav på lösningar för avfallshantering och materialåtervinning samt hanteringen av dagens och framtidens samexistens av fossilbaserade plaster tillsammans med biobaserade plaster. En del biobaserade plaster är nedbrytbara under vissa förhållanden (t.ex. PLA) medan biobaserad PE, PP, PVC, PET och PUR inte är nedbrytbara. För att återvinna en plast krävs att den först måste kunna separeras till homogena flöden för att sedan användas för att producera nya produkter utan att plastens egenskaper försämras nämnvärt. Nedan beskrivs två metoder för återvinning av plast, mekanisk- och kemisk återvinning. Materialen kan även energiåtervinnas genom förbränning. Mekanisk återvinning är den vanligaste återvinningsmetoden för termoplaster dvs. plaster som kan omformas under uppvärmning (PP, PET, PE etc.) (Cefur, 2016). Mekanisk återvinning innebär att det sorterade materialet mals ner till en jämn kornstorleksfördelning (granulat) som sedan tvättas, torkas och i många fall blandas med nyråvara av samma material och formas till nya produkter. De biobaserade plaster som är enklast att återvinna är drop-in plasterna (, 2017). Detta beror på att drop-in plasterna har liknande eller identiska egenskaper som de fossilbaserade motsvarigheterna och kan återvinnas med samma metoder. De största identifierade nackdelarna med mekanisk återvinning är fraktionernas orenhet, varierande nedbrytningsgrad och en försämrad hållfasthet av slutprodukten (Cefur, 2016). Mekanisk återvinning av biobaserad plast är ett relativt nytt område och det finns en risk att biobaserade plaster har lägre långtidsegenskaper än de fossilbaserade konventionella termoplasterna. Återvinningsbarheten av biobaserade plaster som inte är drop-in plaster har studerats i viss utsträckning. Enligt en studie av Cefur (2016) kunde PLA klara ett fåtal omsmältningar innan egenskaperna försämrades i högre utsträckning. sker dock ingen mekanisk återvinning av nedbrytbara plaster på industriell nivå eftersom volymerna är relativt små och avfallshanteringen av dessa material förväntas ske via kompostering. En av de största utmaningarna med mekanisk återvinning för biobaserade plaster (främst för ersättningsplaster) är att det krävs tillräckligt stora volymer för att återvinningen ska bli ekonomiskt lönsamt (European Bioplastics, 2015). Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning En annan metod för återvinning är kemisk återvinning som innebär att materialet kemiskt bryts ned till sina beståndsdelar som kan återvinnas och som gör det möjligt att producera ny plast igen (Cefur, 2016). Kemisk återvinning inkluderar pyrolys, hydrering, kemolys och förgasning. Tekniker för kemisk återvinning är ännu inte ekonomiskt lönsamma eller kommersiellt tillgängliga för de vanligaste plasterna (, 2016), men det pågår olika försök i pilotskala. Den främsta orsaken till att det inte är ekonomiskt lönsamt är den höga energiåtgången (Cefur, 2016). Vissa biobaserade plaster har en lägre termisk och kemisk beständighet för exempelvis hydrolys vilket gör att det troligtvis skulle vara lättare att bryta ner dessa och det skulle krävas mindre energi. Det finns ett antal testanläggningar i men tekniken är begränsad (, 2017). 2.12 Utmaningar & trender Det finns flera fördelar med biobaserade plaster, dessa kan minska beroendet av olja och styra mot en bioekonomi (et al., 2013). Biobaserade plaster kan skapa nya synergier och samarbeten mellan flera nya områden (European Commission, 2005). De kan även reducera miljöpåverkan, speciellt minska energiförbrukning och GHG-utsläpp. Tillverkning av biobaserade plaster är relativt nytt och därmed inte lika kostnadseffektivt som tillverkningen av de fossilbaserade plasterna (et al., 2013). Vissa biobaserade plaster har sämre hållbarhet dvs. de bryts ner snabbare än de fossilbaserade plasterna. Det finns även en oro över att råvaran till biobaserade plaster kommer att konkurrera med matproduktionen (Mülhaupt, 2012). Biobaserade plaster introducerades men utgör endast en procent av den globala totala produktionen av plast. En av utmaningarna för utvecklingen av biobaserade plaster är den höga kostnaden i jämförelse med konventionella plaster. De höga kostnaderna har dock minskat något på grund av den tekniska utvecklingen och det stigande oljepriset som i sin tur ökar priset på fossilbaserade plaster (Storz & Vorlop, 2013). En av de framtida utmaningarna med biobaserade plaster är att minska produktionskostnader så att materialen kan bli konkurrenskraftiga jämfört med konventionella plaster. En annan utmaning är möjligheten att skala upp tillverkningen av biobaserade plaster då biobaserade plaster har en lång leverantörskedja som kräver många olika steg i produktionen. Om kostnaderna för produktionen minskar via teknikutvecklingen inom framställningsmetoder kommer kostnaden för råvaran att bli mer avgörande för uppskalningen (Harmsen et al., 2014). Det kommer även vara viktigt med en hög effektivitet när det gäller användningen av mark för framställning av råvaran. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning dominerar drop-in biobaserade material på grund av att de kan tillverkas i befintliga processer, har liknande eller identiska egenskaper som fossilbaserade motsvarigheter och för att det finns en befintlig marknad för dessa material (Cefur, 2016). Att det dessutom går att mekaniskt återvinna materialen gör att drop-in plasterna är konkurrenskraftiga (Harmsen et al., 2014). Det finns även exempel på nya kemikalier från förnybart råmaterial som är svårt eller omöjligt att producera från fossilbaserad råvara (Harmsen et al., 2014). Byggstenar som kan användas till framställning för flera olika polymerer är speciellt lovande för framtiden. Möjligheten att tillverka byggstenar som är identiska med den fossilbaserade motsvarigheten betyder dock inte att det automatiskt är fördelaktigt eftersom det till stor del påverkas av kostnaden för tillverkningen. Enligt et al. (2009b) är de avgörande barriärerna för ökad tillverkning av biobaserade plaster: ekonomiska och tekniska utmaningar, tillgång på biobaserad råvara på lång sikt samt att minska användningen av jordbruksmark för att undvika konkurrens med livsmedelsproduktionen. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning Av de sex största konventionella plasterna som produceras är det PET och PE som har kommit längst när det gäller utvecklingen av tillverkning från biobaserad råvara. Denna LCA studie har därför fokuserat på PET och PE och jämfört miljöprestandan för de fossilbaserade materialen med biobaserade alternativ utifrån dagens produktionssystem för de fyra plasterna. Nedan följer en beskrivning om vad LCA är och hur denna LCA studien har genomförts samt vad som har inkluderats och exkluderats. I detta kapitel presenteras även resultatet från LCA studien och slutligen en diskussion. 3.1 Vad är LCA? Livscykelanalys (LCA) är en sammanställning och utvärdering av relevanta inflöden och utflöden från ett produktsystem samt utvärdering av de potentiella miljöeffekterna hos produktsystemet över hela dess livscykel (ISO 14040:2006 och 14044:2006). Med inflöden och utflöden avses användning av naturresurser respektive generering av emissioner och restprodukter som är knutna till systemet. Livscykeln utgör ett tekniskt system bestående av processer och transporter i alla stadier från uttag av naturresurser till och med slutligt omhändertagande av produkten samt kvittblivning av restprodukter (avfallshantering och återvinning). Illustration av LCA. En livscykelanalys består av fyra faser, vilka enligt ISO-standarden benämns; definition av målsättning och omfattning, inventeringsanalys, miljöpåverkansbedömning och tolkning av resultaten (figur 3-2). Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning De olika faserna i en LCA. 3.2 Mål och omfattning I detta kapitel beskrivs målet med studien och vilka system som har studerats samt vilka processer som har inkluderats och exkluderats. Studien syftar till att studera miljöpåverkan från PET och PE och jämföra de fossilbaserade materialen med biobaserade alternativ. För att även inkludera avfallshanteringsaspekten och materialåtervinning i diskussionen har miljöpåverkan från återvunnen PET och PE från fossilbaserad råvara analyserats. Studien har fokuserat på miljöpåverkan gällande klimatpåverkan (växthuseffekten), övergödning och försurning. Denna studie fokuserar på plasterna PE och PET. Som biobaserade alternativ till fossilbaserad PE och PET valdes bio-PE (drop-in plast) som är biobaserad respektive PLA (ersättningsmaterial) som är biobaserad och som har liknande egenskaper som PET. Den biobaserade PE som har studerats i detta fall har producerats från sockerrör och PLA från majs. Återvunnen PET och PE som har modellerats i denna studie utgick från återvinning av fossilbaserad PET samt PE och inte biobaserad. I tabell 3- 1 presenteras vilka fall som har studerats. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning Sammanställning av de olika produktionsfall som har analyserats. Biobaserad råvara (sockerrör) Biobaserad råvara (majs) Den deklarerade enheten (DE) i LCA är beräkningsbasen för studien, om enheten syftar till en funktion kallas det för funktionell enhet (FE). I denna studie sattes DE till material. Studien har inte fokuserat på en avsedd applikation för plasten och därför har inte hänsyn till livslängden tagits med i beräkningarna. Ett resonemang angående livslängd samt materialåtervinning har dock inkluderats i diskussionen. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning I detta delkapitel beskrivs vilka systemgränser som har gjorts i LCA modellerna samt vilka processer som har inkluderats och exkluderats i livscykeln. I figur 3-3 beskrivs ett flödesschema för fall 1,2, 4 och 5 och vilka processer som har inkluderats och exkluderats. Generellt flödesschema för produktionsfall 1,2, 4 och 5. Resurser som används är exempelvis energi, markresurser och råmaterial. För utsläpp inkluderas emissioner till mark, luft och till vatten. Värme och elektricitet som kan produceras från förbränningen har inte inkluderats dvs. ingen systemexpansion har gjorts i detta fall för att inkludera en CO2-kredit för detta. I figur 3-4 presenteras ett flödesschema för fall för återvunnen PE och PET, produktionssystem 3 och 6. Den återvunna plasten består av fossilbaserad PE respektive PET och innan den återvunna plasten kan användas igen behövs en tvätt- och torkprocess. De återvunna plasterna baserades på återvunnen plast som sedan gick till förbränning. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning Generellt flödesschema för produktionssystem för återvunnen plast, fall 3 och 6. 3.2.4.1 Avgränsningar mot natursystem Avgränsningar mot natursystem talar om vart livscykeln börjar och vart den slutar. Natursystem är systemet utanför de tekniska systemen i en LCA. Från natursystemet hämtas resurser till de tekniska systemen. Denna studie täcker livscykeln från framtagning av råmaterial till tillverkning av plast och till slut avfallshantering av materialet. Produktion av bränsle, elektricitet och andra råvaror har inkluderats. Eftersom studien inte har fokuserat på en specifik applikation för plasten har inte användningsfasen för plasten inkluderats. Inga antagande gällande sträckor för transportering mellan de olika aktiviteterna har gjorts och dessa transporter har därför inte inkluderats i beräkningarna. I denna studie avslutas livscykeln med avfallshantering, i detta fall förbränning, vid jämförelse mellan biobaserade plaster och fossilbaserade. Miljönyttan av återvinning av PET och PE har inkluderats för att få med materialåtervinningsperspektivet. De geografiska avgränsningarna i denna studie inkluderar , och beroende på råvaran för tillverkning av de ingående plasterna. Produktionen av PLA från majs baseras i medan tillverkningen av bio-PE från sockerrör baseras i där Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning den största delen av bio-PE tillverkas . Produktionen av PE och PET baseras på tillverkning inom . Förbränningen för samtliga plaster har baserats i . Resultatet av jämförelsen presenteras i tre miljöpåverkanskategorier se tabell 3-2. Analyserade miljöpåverkanskategorier i studien. kg CO2 ekvivalenter (ekv) Global potential (GWP) kg SO2 ekvivalenter (ekv) Acidification potential (AP) kg PO4 ekvivalenter (ekv) Eutrophication potential (EP) Data som har använts i studien baseras på olika källor som: •LCA databaser t.ex. LCA-programvaran GaBi’s databas (2018) Tillverkningen av bio-PE och PLA baseras på data från leverantörer, vilket medför att data för dessa plaster är specifik och inte generell. Tillverkningen av bio-PE baseras på aggregerad LCA data från leverantören i som tillverkar bio-PE från sockerrör odlade i . Tillverkningen av fossilbaserad PE baseras på data från branschorganisationen (2014). Tillverkningen av PLA baseras på aggregerad data från (2018) som bygger på LCI data från NatureWorks produktion av PLA i som tillverkas från råvara baserad på majs. Data för tillverkningen av PET är från databasen (2018) och baseras på produktionen av PET i där en genomsnittlig el-mix för har använts. För återvunnen PE och PET har samma mängd energi och el antagits för återvinningsprocessen och data för processen är baserad på data som tagits fram inom Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning IVL med el-mix baserad på . Nedan följer en sammanställning (tabell 3-3) över vilken data som använts för beräkning av miljöpåverkan från tillverkningen av de olika plasterna. Datakälla för tillverkning för de olika plasterna. Plastics Europe (2014) Braskem (2017) LCA data publicerad av Baserad på data som tagits fram inom IVL. Data från Thinkstep som bygger på LCI data för PLA med produktion baserad i Baserad på data som tagits fram inom IVL. Beräkningar för förbränningen av PET och PE samt de återvunna plasterna baseras på data från databasen (2018). Ett medelvärde för förbränning av PET respektive PE från förbränningsanläggningar i har använts. Förbränningen av bio-PE modellerades utifrån data för förbränning av fossilbaserad PE i men där utsläppen av CO2 sattes till noll. För förbränningen av PLA antogs samma förbränningsprocess som modellerats för bio-PE. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning 3.4 Resultat & diskussion Resultatet har delats in i de tre olika miljöpåverkanskategorierna: klimatpåverkan, övergödning och försurning. Resultatet är beräknat utifrån den deklarerade enheten plast. Utifrån tidigare beskrivna flödesscheman beräknades klimatpåverkan för de olika fallen. I tabell 3-4 ges en rangordning av resultaten som beräknades i kg CO2-ekv per kg material. Plasten med rangordning 6 gav det högsta värdet gällande klimatpåverkan. PE och PET hade högst klimatpåverkan medan bio-PE och PLA hade lägre värde. Återvunnen PET och återvunnen PE har högre påverkan än bio-PE och PLA vilket beror på förbränningen av fossilbaserad plast. För de fossilbaserade plasterna var den största klimatpåverkan från förbränningen till skillnad från de biobaserade plasterna där den största delen av den totala klimatpåverkan var från tillverkningen. Rangordning gällande klimatpåverkan (GWP) där 6 betyder högst antal kg CO2-ekv och 1 lägst. Figur 3-5 visar på den procentuella skillnaden mellan fallen. Plasten med högst påverkan sattes till , det vill säga PE och PET. PLA har lägre klimatpåverkan i jämförelse med PET och bio-PE har lägre klimatpåverkan i jämförelse med PE. Den stora skillnaden mellan bio-PE och PE beror på förbränningen av fossilbaserad PE som ger en hög klimatpåverkan. PET ÅV PET PLA Skillnaden i % relaterat till fallet med högst påverkan (som är satt till ) gällande effekten från klimatpåverkan. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning Utöver klimatpåverkan beräknades även den potentiella miljöeffekten av övergödning för alla fallen. Rangordningen som baserades på det beräknade resultatet i kg PO4-ekv per kg material presenteras i tabell 3-5. Den största miljöeffekten gällande övergödning har de biobaserade plasterna där bio-PE var det sämsta alternativetet. Den största delen som bidrog till övergödningsvärdena var från tillverkningen av de biobaserade plasterna vilket troligen beror på odlingen av majs och sockerrör. Rangordning gällande övergödning (EP) där 6 betyder högst antal kg PO4-ekv och 1 lägst. Figur 3-6 presenterar den procentuella skillnaden mellan plasten med högst påverkan, material med högst påverkan sattes till , i detta fall de biobaserade plasterna. Resultatet visar att fossilbaserad PET har lägre påverkan i jämförelse med PLA och PE har lägre påverkan gällande övergödning än bio-PE. Återvunnen PET och återvunnen PE är de alternativen med lägst påverkan. Skillnaden i % relaterat till fallet med högst påverkan (som är satt till ) gällande effekten från övergödning. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning Miljöeffekten från försurning beräknades i kg SO2-ekv per kg material. I tabell 3-6 redovisas en rangordning för de olika fallen baserad på resultaten. Precis som för övergödning har de biobaserade plasterna störst påverkan i jämförelse med fossilbaserad PE och PET, och den största påverkan är från tillverkningen av de biobaserade plasterna. Rangordning gällande försurning (AP) där 6 betyder högst antal kg SO2-ekv och 1 lägst. Figur 3-7 visar den procentuella skillnaden mellan PE och återvunnen PE i jämförelse med bio-PE som har den högsta påverkan samt skillnaden mellan PET och återvunnen PET i jämförelse med PLA. PET har lägre påverkan gällande försurning i jämförelse med PLA och PE har lägre påverkan än bio-PE. De alternativ som har lägst påverkan är återvunnen PET och återvunnen PE. Skillnaden i % relaterat till fallet med högst påverkan (som är satt till ) gällande effekten från försurning. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning Denna LCA studie har beräknat miljöpåverkan av fossilbaserad PE i jämförelse med bio- PE från sockerrör och fossilbaserad PET jämfört med PLA från majs i dagens produktionssystem. Det är viktigt att belysa att valet av deklarerad enhet, systemgränser samt antaganden som görs inom systemgränserna har betydelse för det slutliga resultatet av en LCA. I denna LCA analysen har inga transporter mellan produktion och förbränning inkluderats och ingen systemexpansion har gjorts för att inkludera miljövinningen av producerad el och värme från förbränningen av de olika plasterna beroende på plasternas olika värmevärde. Tillverkningen av PLA och bio-PE bygger på plastspecifik data från tillverkare och ger därför ett typiskt exempel snarare än ett generellt resultat för miljöpåverkan från PLA respektive bio-PE. Data för de biobaserade plasterna bygger på två olika biobaserade råvaror, majs för PLA och sockerrör för bio-PE, vilket är de råvaror som används . Resultatet är specifikt för dessa råvaror och skulle ändras om andra biobaserade råvaror skulle användas för tillverkningen . LCA analysen i denna rapport tar inte hänsyn till att plasten ska användas för en specifik applikation och därför sattes DE till material. Om den enheten istället skulle relatera till en specifik produkt exempelvis en plastflaska skulle hänsyn tagits till att det kanske krävs mer material för att tillverka samma flaska av en plast jämfört med en annan, vilket skulle påverka resultatet. Livslängden för plasten skulle även behövts tagits hänsyn till i det fallet eftersom olika plaster kan ha olika livslängd beroende på produkt och hur produkten används. Detta är särskilt relevant för ersättningsmaterial. Resultatet visar en klar minskning när det gäller klimatpåverkan för biobaserade plaster jämfört med fossilbaserade plaster. Huvudanledningen är att ungefär lika stor mängd kol tas upp i biobaserad råvara vid odling som den mängd som frigörs då plasten förbränns, vilket väger upp det faktum att produktionsprocesserna oftast är mer energikrävande för biobaserade plaster än fossilbaserade. För övergödning och försurning var dock påverkan högre för de biobaserade plasterna än de fossilbaserade, vilket främst beror på produktionsprocesserna. publicerade LCA-rapporter visar också på en miljönytta med biobaserade plaster jämfört med fossilbaserade plaster. Enligt en studie av Pilz et al. (2010) ger en plastfilm baserad på bio-PE, CO2 mindre (beroende på råvaran) i jämförelse med en plastfilm gjord på fossilbaserad PE. En studie av Kruger & Detzel (2006) som jämförde en matlåda tillverkad av PLA med en tillverkad av PET visade att PLA hade lägre klimatpåverkan men högre påverkan när det gäller övergödning. Studien antog olika vikt på lådorna beroende på plastsorten, där mindre PLA material behövdes jämfört med PET. PLA hade också mindre klimatpåverkan än både fossilbaserad PP och PS. Ytterligare en studie angående plast för matlådor utförd av Madival et al. (2009) visade en högre klimatpåverkan från PET än PLA, även i denna studie angavs att högre vikt behövdes till PET lådan jämfört med låda tillverkad av PLA. Rapport 6007 - Undersökning av förutsättningar för biobaserad råvara vid plasttillverkning består den totala produktionen av plast av en mycket liten del som producerats från biobaserad råvara men nya biobaserade plaster är under utveckling och produktionen förväntas öka . En av de främsta utmaningarna med att biobaserade plaster ska få större genomslag på marknaden är att minska produktionskostnaderna så att materialen blir mer konkurrenskraftiga. Dessutom behövs säker råvaruförsörjning och uppskalning av produktionsvolymer av de biobaserade alternativen. är den största delen av de biobaserade plasterna drop-in plaster där bio-PE och bio- PET står för den största globala produktionskapaciteten. Den främsta fördelen med drop- in plaster är att de är konkurrenskraftiga eftersom de har liknande eller identiska egenskaper som de fossilbaserade plasterna och tillgänglig teknik kan användas vid produktionen till skillnad från ersättningsmaterialen. De biobaserade plasterna som finns tillgängliga på marknaden produceras av första generationens råvara.