Связь ПЭТ с экологическим кризисом: оценка воздействия и стратегии смягчения последствий

Недавно исследовательская группа из Китайской академии наук провела оценку жизненного цикла (LCA) ПЭТ-бутылок от начала до конца, чтобы оценить их экологическую устойчивость. Эта оценка дает представление о многогранном воздействии ПЭТ на атмосферу, водные объекты и экосистемы Земли, от выбросов углекислого газа до выбросов токсичных веществ.

Оценка вклада производства ПЭТ в глобальные выбросы углерода

Выбросы парниковых газов (ПГ) усиливают парниковый эффект в атмосфере Земли, способствуя глобальному потеплению за счет улавливания тепла в атмосфере Земли. В цепочке производства ПЭТ выбросы парниковых газов в основном возникают в результате использования ископаемого топлива и использования электроэнергии с высокой углеродоемкостью в производственных процессах.

По данным оценки воздействия на жизненный цикл (LCIA), проведенной исследовательской группой, коэффициент выбросов для ПЭТ-бутылок составляет 1,6 × 10-1 кг эквивалента CO2, а коэффициент воздействия — 4,6 × 10³ кг эквивалента CO2 на килограмм. Это указывает на то, что производство одного килограмма ПЭТ-бутылок приводит к выбросам примерно 4,6 метрических тонн эквивалента CO2.

Так действительно ли производство ПЭТ вносит основной вклад в глобальные выбросы углекислого газа?

Действительно, глобальные выбросы углерода в основном возникают в результате сжигания ископаемого топлива (например, угля, нефти и природного газа), промышленной деятельности (включая производство стали, цемента и химической продукции), транспорта (автомобили, самолеты, корабли), строительство (отопление, охлаждение и использование электроэнергии), сельское хозяйство и изменения в землепользовании.

Согласно данным Агентства по охране окружающей среды и других источников, производство пластика, включая производство ПЭТ, действительно вносит значительный вклад в выбросы углекислого газа. Однако по сравнению с другими крупными источниками выбросов общий объем выбросов от производства пластика относительно невелик.

Даже по более высоким оценкам, производство пластика ежегодно выбрасывает около 500 миллионов метрических тонн углекислого газа, что составляет лишь около 1,3% от общемировых выбросов (исходя из глобальных выбросов в 2019 году, составивших примерно 37 миллиардов метрических тонн углекислого газа). <р>

Воздействие на экологическую токсичность и водные экосистемы

При производстве ПЭТ-смолы или ПЭТ-бутылок (преформ) выделяются опасные соединения, такие как канцерогенная окись этилена и формальдегид, которые представляют значительную опасность для здоровья, включая респираторные заболевания и аллергические реакции. Исследования показывают, что при производстве одного килограмма ПЭТ-бутылок выделяется около 14 тонн токсичных веществ, эквивалентных 1,4-дихлорбензолу, что подчеркивает значительный потенциальный риск для здоровья.

Более того, оценки воздействия ПЭТ-бутылок на жизненный цикл указывают на глубокое токсичное воздействие на водные экосистемы. Химические вещества, выбрасываемые при производстве ПЭТ, могут попадать в реки и озера через сброс сточных вод, в конечном итоге достигая океанов, способствуя экотоксичности как наземных, так и морских вод. Неправильная утилизация ПЭТ-бутылок усугубляет эти последствия, образуя микропластик, который ставит под угрозу водные организмы и нарушает экологическое равновесие. В конечном итоге эти вредные вещества могут попасть в организм человека по пищевой цепи.

Эвтрофикация пресной воды — еще одно существенное воздействие ПЭТ на водные экосистемы. В первую очередь это относится к чрезмерному присутствию в водоемах таких питательных веществ, как фосфор и азот, что приводит к разрастанию водорослей и водных растений, ухудшению качества воды, смертности рыб и снижению биоразнообразия, что серьезно влияет на водные экосистемы. 

Проблемы фотохимического загрязнения воздуха и подкисления почвы

Фотохимическое загрязнение воздуха в основном состоит из фотохимического смога, образующегося под солнечным светом оксидами азота (NOx) и летучими органическими соединениями (ЛОС) из выхлопных газов транспортных средств, включая процессы производства ПЭТ.

Подкислением почвы называется повышенная кислотность почвы из-за отложения кислых веществ, таких как диоксид серы (SO₂) и оксиды азота, которые отрицательно влияют на растения и почвенные микробные сообщества.

При производстве ПЭТ сжигание ископаемого топлива и промышленные выбросы выделяют кислотные вещества, что приводит к закислению почвы и нарушению баланса экосистемы. Оксиды азота не только вызывают различные респираторные заболевания, но и являются основными источниками фотохимического смога и кислотных дождей. Кроме того, этиленгликоль, основное сырье для производства ПЭТ, испаряется во время изготовления ПЭТ-смолы при температуре до 90 градусов Цельсия, что потенциально представляет угрозу для окружающей среды и здоровья человека.

Оценка показывает, что ПЭТ-бутылки имеют коэффициент воздействия фотохимического окисления 1,2 кг эквивалента C₂H₄/кг и фактор воздействия подкисления почвы 5 × 10⁻¹ кг эквивалента SO₂/кг. Снижение зависимости от ископаемого топлива и внедрение эффективных мер по борьбе с фотохимическим загрязнением воздуха имеют решающее значение для защиты экологической среды.

Экологические последствия разрушения озонового слоя

Озоновый слой защищает поверхность Земли от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. При производстве ПЭТ-бутылок могут выделяться такие вещества, как хлорфторуглероды (ХФУ), фактор воздействия которых составляет 1 кг эквивалента ХФУ-11 на килограмм ПЭТ. Хотя использование ХФУ значительно сократилось, их долгосрочные последствия по-прежнему заслуживают внимания. Истощение озонового слоя увеличивает ультрафиолетовое излучение, которое отрицательно влияет на здоровье человека (например, рак кожи и катаракта) и экосистемы.

Как мы можем облегчить экологический кризис

Чтобы устранить вышеупомянутое воздействие на окружающую среду, производители ПЭТ могут принять различные стратегии по улучшению своих производственных процессов.

С производственной точки зрения внедрение систем замкнутого цикла может минимизировать выбросы и отходы. Усовершенствование производственного оборудования и продвижение технологических инноваций, таких как разработка решений по повторному использованию отходов, таких как очистка сточных вод и газов, могут еще больше снизить негативное воздействие на окружающую среду.

Очень важны строгие меры экологического управления и мониторинга. К ним относятся мониторинг в режиме реального времени, соблюдение соответствующих экологических норм и стандартов, а также превентивные меры во избежание несчастных случаев и инцидентов, связанных с загрязнением окружающей среды.

Кроме того, использование чистых и возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия и энергия биомассы, может значительно сократить выбросы углекислого газа.

Наконец, разработка ПЭТ на биологической основе и переработанного ПЭТ может снизить зависимость от ископаемых ресурсов. Оптимизация производственных процессов гарантирует, что их производительность и устойчивость соответствуют требованиям рынка.

С точки зрения потребителя важно утилизировать использованные ПЭТ-бутылки в соответствии с правилами, а не выбрасывать их случайно. Это требует развития экологического сознания среди людей.

Принципы устойчивого развития компании Wankai в производстве ПЭТ

Wankai New Materials Co., Ltd., мировой производитель смол для ПЭТ, реализовала комплексные меры по повышению энергоэффективности, выбросу токсичных соединений и сокращению выбросов углерода, одновременно активно исследуя экологически чистый ПЭТ для содействия устойчивому развитию.

Компания использует современное оборудование непрерывной поликонденсации (CP) и твердотельной полимеризации (SSP), разработанное China Kunlun Contracting Engineering Co.,Ltd. (CKCEC) и Швейцария BUHLER (Polymetrix) соответственно. Эти высокогерметичные процессы сокращают выбросы загрязняющих веществ из источника и обеспечивают соблюдение различных мер по контролю загрязнения воздуха.

На заводе Ванкая в Хайнинге инициативы в области возобновляемых источников энергии, такие как этерификация отработанного тепла, энергия болотного газа и производство фотоэлектрической энергии на крышах, существенно снизили зависимость от ископаемого топлива и выбросов углекислого газа. В 2022 году завод произвел около 14 386,878 МВт возобновляемой энергии, что привело к сокращению выбросов CO2 примерно на 8 204,837 тонн. Кроме того, повышение энергоэффективности градирен, нагревателей и станций с теплоносителем сэкономило 2942,4 МВт электроэнергии и 6227,12 тонн условного угля, что дополнительно сократило выбросы CO2 примерно на 18 942,74 тонны.

Ванкай также принял инновационные меры по сокращению сточных вод и выбросов в воздух. Разработка технологии низкоазотного сжигания для водоугольных шламовых котлов позволила сократить выбросы оксидов азота (NOx) примерно на 30%. Система сбора выхлопных газов была разработана для улавливания и переработки гликоля из выбросов, предотвращая растрату ресурсов и загрязнение воздуха.

Для очистки сточных вод компания внедрила разделение дождевых и нечистот, а также установила несколько систем сбора сточных вод, включая производственные, бытовые, первоначальные дождевые и аварийные сточные воды. Их комплексная станция очистки сточных вод использует передовые процессы, такие как «гидролизное подкисление + анаэробное + бескислородное + аэробное + вторичное осаждение + трехфазная реакция», чтобы обеспечить соответствие очищенной воды стандартам сброса. Постоянный онлайн-мониторинг сточных вод обеспечивает соблюдение экологических норм.

Wankai и ее ключевые дочерние компании строго соблюдают законы и правила Китая по охране окружающей среды, охватывающие воздух, воду, твердые отходы, шум, предотвращение загрязнения почвы и оценку воздействия на окружающую среду. Они также соответствуют национальным и отраслевым стандартам в отношении поверхностных и грунтовых вод, окружающего воздуха, окружающей среды и качества почвы.

Чтобы разработать более экологичный полиэстер, Ванкай использовал несколько стратегий. В сотрудничестве с Китайской академией наук они разработали полиэтилен-2,5-фурандикарбоксилат (PEF), новый полиэфир биологического происхождения. Недавно Zhink Group, материнская компания Wankai, заключила партнерское соглашение с французской Carbios, планируя построить линию по производству переработанного ПЭТ (RPET) производительностью 50 000 тонн в год с использованием передовой технологии ферментной деградации для достижения экономики замкнутого цикла. Эта компания также успешно разработала и продает устойчивый к высоким температурам ПЭТ, содержащий 12% биологических компонентов.

Заключение

Оценка воздействия ПЭТ-бутылок на жизненный цикл подчеркивает значительные выбросы углерода, токсичные выбросы и воздействие на окружающую среду. Тем не менее, такие компании, как Wankai, активно решают эти проблемы с помощью производственных систем с замкнутым циклом, интеграции чистых источников энергии, оптимизации очистки сточных вод и продвижения устойчивых решений из ПЭТ. Эти инициативы подчеркивают их четкое исполнение и ответственность за охрану окружающей среды и устойчивое развитие в индустрии пластмасс.