推动塑料废物的循环解决方案

99%35.321.613.7降级使用流程中丢失闭环回收利用原生材料塑料垃圾百万MT一次性和其他非耐用品废物百万MT6000万MT塑料树脂生产处理耐用品货物废弃物百万MT为了应对美国的回收挑战，必须清除各种瓶颈。图1美国只有9%的塑料垃圾得到回收注意：MT主义吨。资料来源：USEnvironmentalProtectionAgency，闭环合作伙伴；Kearney分析美国面临回收问题。塑料已渗透到我们的生活方式和经济中。廉价、耐用、轻便，我们从汽水瓶到电子产品包装都在使用一次性塑料。然而，便利性和效率是有代价的。在美国，每年产生的塑料废物超过3500万吨，其中91%被焚烧或送往垃圾填埋场（见图1）。塑料提供了诸如使产品更便宜、耐用和轻便等好处，但随着废物在环境中积累，不可否认的是，它带来了显著的社会成本。 9%16%75%16%91%推动塑料废弃物循环解决方案 1回收利用英寸纳焚烧塑料废物是损失。陆地存在解决方案的希望，然而。更全面地拥抱一个塑料减量、再利用和回收（借用一句口号）的循环系统将是缓解这些影响的关键。而且，所有三种策略都需要成功地应对这个问题。减量和再利用在减少系统中的塑料量方面发挥着重要作用，但即使是可再用的包装最终也会降解。循环解决方案（例如回收）需要在生命终结时对其进行管理。随着企业寻求使其产品和包装更具可持续性并减少对化石燃料等有限资源的依赖，对回收材料和可持续塑料的需求也在增长。今天，化学品公司、包装生产商和品牌所有者面临着来自消费者、客户和监管机构的直接压力，要求他们提供解决方案。而像塑料回收商、垃圾收集商和分拣商等额外的价值链参与者虽然受到了较少的公众批评，但也面临着必须解决的问题。这些障碍很复杂，很明显我们仍处于早期阶段，在确定哪些解决方案应该规模化之前。虽然对于最佳方法存在很少的共识，但理解这些挑战并在塑料回收的新兴循环路径周围创造可见性非常重要。 上游塑料生产是一个相对直接的供应链，但下游的收集、分类和回收则完全是另一回事。价值链可能因州而异（甚至城市之间都不同），参与者分散，法规不同，利润微薄，而客户虽然持续要求符合高技术规格的回收材料，却往往不愿意为此支付更多费用。涉及废物收集者网络、转运站、物料回收设施、中介商、回收商、垃圾填埋场和焚烧炉，它们参与废物的收集、处理、回收和处置，每个阶段都引入了复杂性（参见第3页的图2）。为什么塑料回收率如此之低？这种变动并非美国独有。根据基础设施、法规、垃圾填埋成本、能源成本和消费者行为等因素，各国管理塑料废物的下游系统可能会有很大差异。欧洲在能源价格高且法规限制填埋的情况下，42%的塑料垃圾被用于发电的焚烧，25%被填埋，而与在美国相比，能源价格低且有大片露天土地可供使用的地方，只有15%被焚烧，75%被填埋。在分拣和处理步骤中，包括收集和整理塑料垃圾，由公共和私人组织或两者混合提供服务。在这些服务提供者之间，价值链缺乏标准化。这种可变性是美国范围内扩大回收的最大障碍之一。每个市可能需要略微不同的方法，使得在大规模实施解决方案变得困难。市有自己的独特系统挑战，并且回收率可能非常不同。例如，巴尔的摩可回收塑料的捕获率约为6.5%，而明尼苏达则是33.1%。塑料回收数字上的巨大地区差异是常态而不是例外。 推动塑料垃圾的循环解决方案 2美国很多人记得被教导要把纸和塑料扔进回收箱，而不是扔进垃圾桶，更糟糕的是，扔进操场。然而，美国的回收率仍然低于10%，并且在几十年里变化不大。为了了解原因，我们深入研究了回收价值链，并确定了主要挑战。收集和整理（中游）除天然高密度聚乙烯（HDPE）和食品级聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）以外的塑料的市场价格，历史上一直未能为收集和分类更广泛的塑料树脂提供足够的激励。材料回收设施（MRFs）常常难以找到买家来购买那些无法回收为透明或食品级包装的塑料废料，并且被迫将这些材料填埋。废塑料捆的价格波动（有时甚至比原生塑料的价格波动更大），给扩大产能的投资带来了风险。生产和使用（上游）对于包装，功能要求保护产品、延长保质期和减少包装重量，已导致使用难以回收的多层材料。一些来源估计，10%到25%的柔性包装是多层的。品牌方一直在努力进行设计更改，以促进回收，同时不影响性能或提高成本。品牌营销团队也对产品形状和颜色的变化表示抵制，担心会失去收入。消费者行为也可能构成回收的重大障碍。即使消费者愿意采取额外步骤进行回收，他们可能也不知道自己的选择。可回收和不可回收的东西在不同地区可能差异很大。再加上令人困惑的标签或根本没有标签，难怪消费者会对该回收什么以及该扔进垃圾桶什么感到困惑。许多消费者也不知道如何正确清洗和分类塑料，导致错误处理和回收流中高水平的污染。 1包含2018年EPA数据中的市政固体废物中的所有塑料；排除汽车和建筑拆除行业塑料废物2汽车、建筑和拆除行业数量未包含在3600万之中；这些行业也有专门的材料回收设施。3材料回收设施输入处理量估算基于环境保护局塑料产量数据及75%收率假设。499%物理回收，1%按体积计化学回收；假设颗粒产率80%来源：美国环保署、Stina、废物管理、回收合作伙伴关系、北美电力可靠性公司；凯文分析 推动塑料垃圾的循环解决方案4当前状态化学：—机械回收提供了成本最低和排放最低的途径。— 纯化是制造食品级再生聚丙烯的主导技术；裂解技术正被用于处理受污染/混合废弃物。—刚性HDPE和PET，例如透明瓶和壶，通过机械回收具有定义的路径以潜在达到食品级适用性。— 解聚显示出潜力，假设使用高质量的原料，例如工业废物来源。— 大多数LDPE/LLDPE塑料包装的柔性特性使其比刚性材料更难进行机械回收。— 化学回收热解和气化方面的商业化规模有限；领先公司是Agilyx。为了应对回收过程中的下游挑战，目前更加注重拓展回收途径，以收集新型塑料，并确保塑料在使用、收集和分类后能够真正实现回收。虽然机械回收是处理99%回收材料的常用途径，但先进回收技术正在开辟新的途径（见图3）。先进回收是一个总称，涵盖了多种回收技术，包括净化、解聚和转化，其中包括热解和气化。这些技术中的每一种都将塑料废弃物转化为塑料价值链的早期阶段，通常转化为其单体或烃类构建模块。— 原料供应取决于诸如汽车报废场和电子垃圾之类的来源。像纯化这样的工艺已被PureCycle等公司试点，该公司使用溶剂从聚丙烯中去除颜色、添加剂和污染物，有效地将机械回收的聚丙烯废弃物升级为类似原生树脂的质量。下游解决方案：建立塑料回收途径 118%24%23%6%图3这项技术回收这种聚合物有多成熟？树脂回收途径成熟度高级回收正在开辟新的途径聚合物机械分享ofUS塑料废物高级回收化学：物理：解聚-纯化组织PET15%HDPELDPE 和LLDPEPPPSABS~2%实验室/试点；开发中商业；扩展成熟；规模化112%的美国塑料垃圾不属于这六种树脂类型之一。资料来源：美国环境保护署；凯文尼分析幸运的是,许多这些障碍可以通过设计变化、基础设施的扩展以及新技术的应用来加以解决或减少。然而,这些解决方案都需要付出代价,并且需要大量投资来提高回收率,特别是对于难以回收的塑料,如软性塑料,主要是低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)。回收（下游）。机械回收技术是最常见的回收途径，但它只能用于相对清洁、单一树脂的塑料流，且技术特性相似。除了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和高密度聚乙烯（HDPE）刚性材料外，大多数机械回收的塑料不是食品级，因此不能再次用于食品包装。在所有回收的塑料中，大约7%被降级，通常转化为涤纶服装或其他耐用品，这些产品在生命末期通常不会被再次回收。为了提高产量，需要从MRFs获得更高质量的分类废料原料。即便如此，机械回收的产率仍为60%至75%，过程中会损失大量材料。 推动塑料垃圾的循环解决方案 5回收商和再生塑料的消费者，如消费品（CPGs），可以通过长期供应合同、保证塑料捆定价或直接/联合投资于收集和分拣基础设施，帮助实现和支持中游玩家的投资。只有这样，MRF（材料回收设施）和废物收集商才能拥有经济稳定性，以进行有效收集、分拣和打包更多塑料废料用于回收。中游解决方案：解决收集和分拣瓶颈实施这些行动每年可能增加45至130美元的成本/吨，除此之外，目前的处理成本为80至120美元/吨（见第6页图4）。虽然像改善消费者获取方式等方法能帮助捕捉到更多目前在MRF中接受的塑料材料，但需要新的能力来捕捉较少接受的材料，例如柔性材料。解锁这些更难处理的材料可能需要消费者专用垃圾桶、新技术和专用分拣线等能力，这将增加所需投资。此外，其中许多增量成本以资本投资的形式出现，解锁估计的年13亿吨打包塑料原料可能需要超过110亿美元的资本投资。即使资本到位，由于打包商品价格波动和需求不可预测，MRF（材料回收设施）也很难为这一级别的投资辩护，运营复杂性使商业案例更加复杂。随着回收基础设施投资的增加，对塑料废料原料的需求也将增长。为了满足回收商日益增长的需求，需要采取关键措施以消除中游瓶颈，并提高分类原料的可用性和质量。这些措施应包括加强对如何和什么可回收的教育、扩大回收的普及性、投资分拣技术以减少来自MRF的残留废物量，以及建设具备扩展功能的额外MRF产能。 这些技术虽然并非全部是新出现的，但仍然作为回收途径正在兴起。许多技术仍然处于商业试点阶段，只有少数设施实现了规模化运营。投资成本可能非常显著。例如，位于田纳西州的伊士曼化工公司正在投资2.5亿美元用于建设一台甲醇裂解装置。总部位于德克萨斯州的Encina DevelopmentGroup已经宣布其意图建设一台11亿美元催化裂解装置佛罗里达州-basedPureCycle Technologies 2022年筹集了2.5亿美元私募股权资本，以帮助建设一个净化设施。该领域的其他参与者正在投资于交通基础设施，承认实现所需的规模经济意味着需要将原料（即废塑料）从广泛的地点运至一个中央设施。总部位于休斯顿的Natura PCR，是薄膜回收商和后期消费树脂生产商Avangard Innovation的生产部门，正在德克萨斯州为其园区安装铁路线。对于其他聚烯烃，正在投入大量资金进行裂解和气化等转化技术的研发，这些技术可以将混合塑料废弃物分解成化学建筑块，以重新制成原生塑料。转化技术的核心优势在于它们能够处理更多受污染、着色和多层（如薄膜）的废弃物——这类废弃物机械回收技术无法接受。随着回收商及其投资者努力提升用于管理塑料废物的回收技术，根据技术的成熟度、成本、产量和碳影响来评估每种技术至关重要。权衡取舍也可能因聚合物化学性质而异，因此需要采取细致且批判性的方法。此外，随着这些技术扩大规模，获取塑料废料原料的挑战将加剧。需要开发中游解决方案，以确保有足够的、质量合格的原材料量，以便在特定路径中进行回收。 此外，由于许多品牌已设定雄心勃勃的2025年目标，要用回收材料代替原生材料，因此它们有直接的动力来增加市场上可用的回收材料供应。上游解决方案：为循环性而设计部署适当的技术和基础设施对于实现循环途径至关重要，但若能实施上游方法，例如以循环性为设计目标，这些步骤将更有效。品牌和包装公司有机会评估其包装组合，以确定他们可以在哪些领域实现循环利用。品牌和包装公司在评估其包装组合，以识别他们可以在哪些方面实现循环利用方面拥有机会。他们应该为重复使用而设计，转向更可回收的单一材料，减少污染物和着色剂，标准化，并设计易于清洁和分离的包装。 优先解决扩容方案推动塑料废弃物的循环解决方案 7在考虑中游解决方案时，消费者教育应优先考虑。在消费者能够做出良好的回收决策之前，他们必须首先了解当地的选项。在教育的同时，美国应投资于改进分选便利性和柔性材料接受性的基础设施。该国需要更好地接触回收行业，并改进残余塑料（例如，原本会送往垃圾的流）的分选实践。为了帮助中游参与者实施这些解决方案，像品牌和回收商这样的下游买家需要改进对MRF的经济激励。随着新的上游解决方案的设计，应广泛转向易于回收的材料。制造业也应倾向于预期和优先考虑回收的设