技术流|食品包装回收(1):总被视而不见的价值链

作者:Mona Arnold, VTT 芬兰国家技术研究中心 翻译:周利亚 朱怡 校核:万嘉瑜

2022-04-12 14:14 来源:澎湃新闻

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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。
概要
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。
引言
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。
包装回收(现状)
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)。图1 2018年美国和欧盟消费后包装的处理方式

图1 2018年美国和欧盟消费后包装的处理方式

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)。
以下流程图(图2和图3)显示了消费使用后的纸基复合包装和塑料包装的处理过程。图2 消费使用后的纸基复合包装处理流程

图2 消费使用后的纸基复合包装处理流程

图3 消费使用后的塑料包装处理流程,粗线代表主要产品/流程

图3 消费使用后的塑料包装处理流程,粗线代表主要产品/流程

食品包装回收价值链的影响因素
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)。

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。
可循环设计
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(www.worldstaraward.com)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)。

使用再生材料的食品包装材料市场状况
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多年里,逐项批准用于食品接触的再生HDPE (Custom-Pack 2018)。同样,在英国,从牛奶瓶中回收的HDPE也可用于生产新的牛奶瓶(Ellis 2019)。
用于食品包装的再生聚丙烯
瑞士乳制品公司Emmi正与Borealis和Greiner Packaging合作,生产由化学回收聚丙烯制成的Emmi咖啡杯。而再生聚丙烯技术目前仍处起步阶段,故经化学回收的聚丙烯产量有限。Emmi通过与开发公司的早期协议,获得了一部分再生聚丙烯。未来,根据合适材料的产量,Emmi的拿铁咖啡杯中的再生塑料含量将进一步增加。
Emmi拿铁咖啡杯使用的经化学回收的材料,在质量平衡基础上,完全符合ISCC(国际可持续发展和碳认证)标准,由于再生聚丙烯由化学回收工艺再生制成,可用作食品接触材料。
玛氏食品与沙特基础工业公司(SABIC)之间建立了类似构架的合作关系,为玛氏的宠物食品包装提供经化学回收的再生聚丙烯,其中PP薄膜结构由Huhtamaki普乐提供。

目前,由不同塑料聚合物或不同材料组合成的多层食品包装几乎没有被回收,因为这些层次难以分离。至于纸基复合包装,只有纸板部分,可在现有回收工艺中被回收再生,但根据规定,回收的纸纤维不能与食品接触(Geuke 2021)。涂有经过验证的阻隔材料 (Virtanen 2022) 的再生纸板可用于食品包装。
目前,用于纸板和纸质食品包装中的塑料和铝箔的新的淋膜工艺,以及适用于混合塑料化学回收工艺,正在开发之中。这样,当材料完全解聚时,化学回收的聚合物可作为食品接触材料(European Commission 2021)。
消费使用后包装的分类和回收
使用后的包装,通常是受到污染的废弃物,包含不同种类。它包括各种材料类型(如多层包装、混合物和复合材料),形状、颜色和尺寸差异很大。为保证质量一致,再生处理中心为其原料设定了质量标准,并通常配备分拣线,从废弃物原料中分拣出杂质。随着数字化和自动化发展,分拣技术过去十年中取得了显著进步,其识别能力和分拣速度都有提高。随着包装设计的改变(如添加光学追踪标记、避免多重材料和深色材料)和新型传感器的应用,自动分拣线能更好地区分不同的聚合物。目前,分类通常采用近红外(NIR)技术完成,而新的技术创新,如高光谱相机,可识别分类各种颜色的塑料。在包装设计方面,数字水印正快速发展。HolyGrail 2.0项目是一个广为人知的发展项目,在丹麦哥本哈根的一个材料回收设施中,该项目已进入示范阶段。覆盖在消费品包装表面的水印包含了多种信息,如包装类型、材料和用途(图5)。在分拣线上使用高分辨率摄像机扫描消费使用后的包装,便可解码数字水印(Staub 2021)。图5 Digimarc的数字水印技术: (www.digimarc.com)

图5 Digimarc的数字水印技术: (www.digimarc.com)

(本文特向相欣奕老师致谢)
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责任编辑:王昀
图片编辑:陈飞燕
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 食品包装,垃圾分类,垃圾回收,双碳,碳中和

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