技术流|食品包装回收(2):尚需足够的基础设施

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

2022-04-15 13:45 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。以下是第二部分,即介绍当下各类纸质食品包装的回收技术,包括纸张和纸板包装的回收、趋势与前景,无菌复合纸包装的回收,铝塑复合材料的回收,以及纸杯的回收。

纸和纸板包装:回收、趋势和前景
纸或纸板的食品包装通常是一种复合材料,由1-2层纤维层(约 80-95%)、聚乙烯层组成,若是用于纸基复合包装,还会加上铝箔层(5-15%)。纸或纸板的食品包装(包括纸基复合包装)回收已很成熟,一般以回收纤维部分为主。回收过程中,塑料通过洗涤从纤维中分离出来,纤维可用于生产新产品,如纸板箱、芯材、餐巾纸或记事本等。废纸通常可多次回收,但回收过程中,纸纤维会因机械磨损而变短。每多一次回收,纤维都会变短,使纸板更薄且强度更低。包括纸板在内的纸制品,实际可被回收5-7次。之后,它可以打浆制成鸡蛋盒或进入末端处置。
含短纤维的再生纸污泥,可用于各种不同用途。例如,将其用作建筑材料补充剂或纳米纤维素的原料,或用于生物质生产(乳酸、脂质、纤维素)或沼气生产的基质(Peretz 等人,2020 年)。但上述解决方案尚未大规模商用。
收集的废纸板和纸包装,在既有回收系统中处理。该过程通常将废纸张与水和化学品进行混合分解。随后,将废纸切碎加热,通过筛网过滤,去除可能仍存于混合物中的塑料(源自塑料淋膜纸),脱墨、漂白(如有必要)并与水混合。纸浆将用于制造新的再生纸。更先进的处理技术包括,使用光学传感器识别,并自动分拣棕色纸与其他纸张和塑料杂质。。
然而,食品包装通常由一层或几层塑料和/或铝(纸基复合包装)复合。与纯纸盒或纸质包装相比,这使回收过程更具挑战。这类结构包装的回收,需要在专门处理淋膜材料的回收设施中完成。
纸和纸板回收过程的重点,是提高能效、减少材料损耗、增加智能分类技术,以及开发纸基包装回收中产生的铝塑膜的工业化用途。
关于水循环闭环
因此,再生纤维纸的生产耗水量明显低于原生纸工艺(Jung 和 Kappen 2014)。 一些回收纸的造纸厂,其工艺实现了中水回用。 然而,有害物质的富集及其产出物,使得进一步减少污水产生非常困难。再生纸厂的水循环中,常见有害物质包括浆粉,盐化物,以及再生纸原料上的细菌在生产、储存和回收过程中产生的挥发性脂肪酸(VFA)等。这些会在整个造纸过程中带来问题,如降低纤维强度和产生气味等(Stetter,2012)。 膜处理工艺正发展为水循环闭环中的关键技术(Jung和Kappen 2014)。
大多数回收纸厂无法做到完全中水回用。通常,产生的废水可就地或由市政废水处理工厂进行完全生化处理。许多处理措施可进一步减少水足迹。例如在马德里,回收纸厂与市政污水处理厂合作,生产所需淡水就由市政污水净化而来。
城市-工业的共生
国际纸业的马德里工厂生产再生纸箱板,通过与市政系统合作的闭环系统,其成为欧洲第一家100%使用循环水生产再生纸的工厂。这意味着,每生产一吨纸的耗水量非常低。并且循环水可在工厂内部重复循环使用多达13次。联合污水处理厂还能产生每年7百万立方米的沼气,满足蒸汽锅炉25%的电力需求。

实验室研究表明了利用再生纸废水生产沼气的可行性(如,Bakraoui et al. 2020, Bonilla et al. 2018)。但纸浆纸工厂生物污泥使用的厌氧消化技术尚未实现工业化应用。据报道,由于纸浆和造纸厂生物污泥构成复杂且难以去除,以及潜在的有毒化学物质,使得其甲烷产量很低(Bonilla et al. 2018, Gonzalez-Estrella et al. 2017)。
纸基复合包装的回收
据 Eunomia 的研究(2020年)。欧洲只有20多家专业回收厂能处理纸基复合包装。大多数工厂只能回收纸纤维,剩余铝塑膜被焚烧发电或为水泥工厂供能。
这个过程中,消费使用后的纸基复合包装在室温环境下被彻底水洗,纸纤维从铝塑膜上分离并溶解于水。铝塑膜碎片被收集起来以便进一步回收,而纸浆继续用于生产再生纸/纸板。
纸纤维占纸基复合包装75%以上,水力制浆工艺最为常见,但也有利用完整的纸基复合包装生产建筑材料(如板材和瓦材)的工艺。近来,工艺开发一直致力于在纸纤维之外回收残留铝塑膜的流程。最简单的方法,包括加热凝集,挤出,获得可用于工业和消费品生产的铝塑颗粒或其他材料(如木质纤维素废弃物)。化学方法包括溶解聚乙烯并去除铝金属。
Robertson (2021) 建议,未来几年发展重点,可能是将纸基复合包装回收用于建筑材料,以达到 100%产出,相比而言,水力制浆仅能回收75%的材料。但这样的工艺属于降级利用。
铝塑的回收
考虑到铝-聚乙烯复合膜相对较高的热值(约40兆焦每公斤)(Platnieks et al. 2020),铝塑回收主要集中在能量回收上。随着提升回收利用层级的决心,铝塑材料回收工艺蓬勃发展。其中包括使用热压工艺生产刚性板和生产热塑性复合材料(Martínez-Barrera 等人,2017年)。
EXTR:ACT是由欧洲主要的纸基复合包装生产商和灌装企业组成的联盟,该组织的目标是提高纸基复合包装中铝塑膜的回收利用。据ACT估计,目前为止,这些欧洲项目每年可回收大约30%(约5万吨)纸基复合包装中的非纤维成分(https://www.extr-act.eu/)。Ecoplasteam 在意大利的回收工厂(每年可处理7000吨铝塑膜)生产的EcoAllene®铝塑料(商品名)可像普通聚合物一样,进行注入、挤出、混合和复合,并再次循环利用。 该工艺包括,通过制浆、沉降和离心,获得固体铝塑碎片,将其挤出并细分成颗粒,成分为85%的 LDPE和大约15%铝的混合物。该材料可用于家用、园林工具和非食品包装等。
荷兰的Recon Polymers公司同样生产LDPE和铝的混合颗粒,并开发了这种材料的各种应用。例如,一家荷兰生产商销售的喂鸟器,该工具由含铝聚合物制成。目前该项目仍处于试点阶段。2020年9月起,Recon Polymers公司开始运营一家回收工厂。预计到2021年,其铝塑年产能将达到6000吨。
Plastigram公司的专利工艺用特定浓度和温度的甲酸水洗分离铝塑膜(Pelikan 2020)。Plastigram2019年开始在捷克建设铝塑分离生产线。其还在波兰与利乐公司和斯道拉恩索公司合作以扩大生产规模,这将使波兰纸基复合包装的年回收能力从25000吨增至原先的三倍,到75000吨。在波兰及其邻国(包括匈牙利、斯洛伐克和捷克)销售的全部纸基复合包装都将有机会被回收利用。再生纤维会用于斯道拉恩索生产的再生纸板。分离的塑料和铝,将作为塑料颗粒和铝箔,重新用于生产。这两条生产线将于2023年初投入运营(Stora Enso 2021)。
由纸基复合包装制造商运营的德国Palurec公司,采用水洗工艺分离铝塑,通过空气分馏从软化的LDPE中分离出聚丙烯和HDPE。该工厂生产工业用的HDPE、LDPE和铝屑,从2021年初开始运营(EXTR:ACT2021)。
纸杯回收
纸杯通常由90%的纸和10%的聚乙烯淋膜制成。纸杯使用的纤维一般较长,高质量的纤维最多可被循环回收7次。虽在技术层面,杯子是完全可回收的,但仍有很大一部分最终成为混合废弃物。同样,在美国,由于纸杯的塑料涂层,许多废弃物处理公司和市政部门不接受混合可回收物中的纸杯。而随着越来越多城市将纸杯回收纳入家庭回收计划,美国几家回收工厂已承诺增加纸杯回收量(FPI 2021)。
与此同时,越来越多咖啡馆、零售商铺以及其他企业,直接与回收商签订合同。这些杯子在源头就近完成收集和打包,直接送到废弃物再生利用工厂进行高效大规模再生处理。随着一次性杯子使用增加,这种合作可能更普遍。2020年,全球纸杯市场达到 2447亿个(IMARC Group 2021)。对纸杯的需求增加,缘于全球外卖服务和即食食品的增长趋势,也与越来越多的赶时间的消费者有关。
专业的回收工厂,可通过浮选技术,回收制浆后的塑料薄膜。回收步骤类似纸基复合包装。PE涂层从纸浆中分离颗粒后,作为再生PE再度投放市场。杯子的回收产出率在70%到90%,取决于是单层杯还是双层杯以及使用的制浆系统。
与此同时,创新的包装技术正在进入市场,如水性涂层解决方案等。许多食品包装制造商正将可生物降解的纸杯投放市场,这些纸杯可在常规的回收纸厂进行再生处理或堆肥。在不久的将来,这两种趋势可能不断增长。
(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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