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食 · “环保餐盒”真的环保吗?

来源:亚洲设计基因研究中心作者:姚启娴、虞正皓、左恩雅发布时间:2019-06-12 15:43:43445次浏览

此前两期我们推送了不同视角下的可持续议题展览回顾,想必各位观者对其中一些学生作品充满了好奇。接下来,我们将定期推送优秀学生作业。第一期,我们与“亚洲设计基因研究中心”联合推出这一篇——食 · “环保餐盒”真的环保吗?


本期主题:食 · “环保餐盒”真的环保吗?

作者:姚启娴、虞正皓、左恩雅



01

中国的外卖市场有多热


从身边的外卖餐盒说起

在线餐饮外卖俨然已经成为当下中国人三大饮食方式之一。

2017 年外卖市场规模突破 2000 亿元大关,其中美团外卖、饿了么、百度外卖三家外卖平台全国日订单量就已有 2000 万单左右。随之而来的是每天使用的塑料餐盒超过 6000 万个,可以铺满190个足球场,一个接一个摞起来的长度可绕地球一周。


@2015Q1-2017Q4中国网络餐饮外卖市场交易规模


2018 年 4 月,上海市质监局发布了全国首个外卖送餐盒团体标准,申城外卖行业将统一用纸碗替代塑料送餐盒,在保证送餐盒质量安全的基础上,约可减少 75% 以上的塑料垃圾。

可以预见,在政府的推广下,纸质餐具和可降解餐具的使用量将在未来显著提升。

然而,所谓的环保餐盒真的足够环保吗?


@同济大学周边4500米范围内外卖店家数据统计

根据一份调查了同济大学周边4500米范围内,110家外卖店家、178份外卖的统计数据*显示,同济大学附近的外卖店家有超过70%仍在使用塑料制外卖餐盒。

同济大学四平路校区占地约960亩,约3万师生居住学习。根据调研,一个校区的师生每天能够下单1300份外卖订单,则每天将产生4800个外卖餐盒垃圾。

这些餐盒是从哪来,又到了哪里去呢?




02

我们使用的外卖餐盒从哪来

谁生产了这些餐盒?


@上海地区使用的外卖餐盒来源追踪

我们使用的餐盒目前大部分生产自东南沿海城市。PP塑料餐盒仍是众多商家的主要选择,而新型的餐盒种类和产量明显低于传统塑料餐盒。由于其适用广泛性和低廉的价格,其产量也明显高于其他种类的餐盒,数据表明其产地多数在深圳、宿州、合肥、义乌等城市,且其运输过程产生了许多的排放与污染,如加剧全球变暖的碳、导致土地酸化的硫化物等。

而新型的餐盒,例如淋膜纸餐盒和PLA可降解塑料餐盒产量明显更少,产地也开始向一些发达城市(上海、广州、武汉、长沙等)迁移,这些地区距离需求所在地理位置上更接近,既节省了运输时间也节约了运输成本,因此运输过程中产生的排放和污染在一定程度上被控制了。

制作塑料所用的石油主要开采自我国东北地区的大庆油田、胜利油田等地;制作纸浆所用的木材同样多数来源于东北地区的林场,因此在原材料运输过程中同样无法避免产生大量的排放污染和运输成本。综合分析餐盒生产过程中的运输走向,运输过程中无法避免污染的排放,但在产地的选择上人们逐渐选择了更靠近主要消费市场的地区。


淋膜纸是什么?


@淋膜纸餐盒生产流程

淋膜纸就是将塑料粒子通过流延机涂覆在纸张表面的复合材料,具有防水、防油的特性。


纸制外卖餐盒使用的牛皮纸由漂白纸浆制成,在生产过程中同样会消耗大量的木材,每生产1kg纸浆耗费大量的能源和冷却水,产生大量粉尘,除此之外还含有一定质量浓度的有机氯。同时,漂白过程会使用大量的漂白剂,因此将会产生数百倍于石油产业的水污染。每吨纸浆大约使用160~200千克的漂白剂,所产生的废水量是等质量聚丙烯的580倍。同时纸的蒸煮和漂白过程都会产生氮化物(NOx)和硫化物(SOx)等多种有害气体。对厂房的工作人员的健康造成危害,当它们流入大气时更会对自然生态环境造成巨大的威胁。

原油在开采和精炼裂解过程中会产生废水并大量消耗能量(包括冷却水的使用),同时产生对大气有害的物质。

由于淋膜工艺需要加温技术,会消耗更大量的能源和冷却水、产生非甲烷总烃废气和微量NOx、SOx。

因此,淋膜纸餐盒的生产过程的废弃污染排放情况目前较为严重,这样的餐盒现在被推广使用更是增加了其生产对环境的负担。


PLA是什么?


@PLA(可降解塑料)餐盒的生产流程

PLA是一种环境友好的一次性包装材料,但它的制备需要消耗大量的原材料、生产工艺复杂,成本较高。但其在合成聚乳酸的过程中缩短了耗时,不再像传统塑料一般依赖于石油原料,是优点之一。

甘蔗加工过程中的耗水量主要包括60%的加工耗水、40%的灌溉用水以及少量的冷却用水。同时生产过程含有包括发酵、精炼等超过20个加工步骤,生产所需能耗极大。(计算过程已经减去了作物自身反应时产生的可用热能,仅计算外界输入的二次能源)

PLA餐盒成型过程中消耗的能源包括搅拌和注塑成型过程的能耗。 聚乳酸塑料根据功能需求的不同,需要添加不同比例的改性剂(包括蔗渣和玉米淀粉)。这里忽略改性剂生产耗能(即视材料为纯PLA)。若考虑生产流程增加,运输过程对能源的消耗也会有显著增加。改性剂因素,材料耗能会略微降低。


生产综合比对


@生产综合信息比对

综合三种餐盒的生产流程,我们对所有三种餐盒进行了综合信息整合。

与传统PP塑料相比,淋膜纸餐盒尽管在填埋条件下对环境可能造成的危害较小,但其消耗的非再生能源并未比pp塑料餐盒少,而能源和水资源的消耗上反而更大;从其全生命周期分析可知,可降解塑料餐盒在综合考量下更具优势,它几乎不使用非再生能源,且填埋条件下环境毒性小于PP塑料。其潜在劣势在于由于耗能较高,生产成本也比PP塑料高得多。淋膜纸碗中造纸过程中产生了大量的大气污染物,远高于传统塑料餐盒;PLA塑料餐盒的大气污染物产量很少,因此其在生产流程部分对环境无过度伤害。

简而言之,两种新型材料在生产过程能耗和成本过高,对环境的影响反而大于传统塑料。




03

我们用的外卖餐盒去哪了?

说完从哪里来,那么,我们每天用掉的这么多外卖餐盒都到哪去了呢?在“到哪去”的过程中,传统塑料餐盒和环保餐盒又会对环境造成什么样的影响呢?

作者追踪调研了同济目前外卖餐盒的垃圾流向。



@同济大学餐盒垃圾流向追踪

在现有垃圾分拣体系下,除了可回收的PP塑料餐盒会被人工分离回收外,其他的餐盒都会被送至垃圾填埋场。

当使用者将用过的外卖餐盒丢至垃圾桶后,传统塑料餐盒的一部分会被拾荒者手动从垃圾桶中分离,清洗后送至校内废品回收站,再由废品回收站每天开车运送至位于上海浦东、宝山等地的塑料粉碎厂家,最终被粉碎后流入塑料生产厂商被生产制造成其他塑料制品。

而其他种类的餐盒则不会被回收,直接被运至国康路垃圾中转站,在那里压缩打包后每天早上垃圾车来将它们运至军工路/平凉路码头,再经水运最终被送至垃圾填埋场。


@垃圾回收站工作人员将垃圾桶中的所有垃圾直接打包


为什么不能完全回收餐盒?

垃圾分类体系不完善和回收商业收益低是当下回收利用塑料餐盒的首要原因。

由山东大学姜峰等人的研究得知,每一百个塑料餐盒回收再利用后,约能得到0 .75 kg的塑料制品相当于节约1 kg汽油。1 kg汽油可以供一辆小汽车同济-陆家嘴往返一趟使用。

然而目前中国塑料餐盒的回收利用率极低,这是为什么呢?原因是多方面的:首先,中国垃圾分类体系还未完全建立,居民垃圾分类意识薄弱,往往将含有各种食物残渣甚至汤汤水水的餐盒与其它生活垃圾混在一起丢弃,想回收就需要人力分类和清洗。

其次,外卖餐盒回收价格低廉,以同济废品回收站为例,平均每千克塑料餐盒只能赚0.5元。按一个外卖餐盒通常重量为20克计算,50个经过清洗的餐盒才能赚五角钱。回收利润和清理等成本如此悬殊,愿意回收的人自然少之又少。



@依靠拾荒者将可回收的垃圾从垃圾桶中分拣


纸质餐盒并不会被回收,原因在于纸质餐盒的复合材料无法相互剥离。功能上,作为餐盒,其防水、防油性需要保证在一定的温度和时间内不发生液体的渗透,硬度上需保证在一定数目的堆盛下不发生严重的变形。目前纸质餐盒制作过程中主要通过对纸的表面淋膜一层PE(聚乙烯)来满足这些特性,同时PE也充当了制盒过程中胶粘剂的作用。

PE与纸质材料事实上都是可回收材料,理论上100个纸质餐盒中的纸质材料回收利用可以生产0.72kg纸浆,相当于制造1.5本书(150页/本)的用量。但当它和PE粘在一起,回收利用的过程就变得非常困难。目前依然被当做不可回收物处理。

可降解塑料餐盒也很少被回收,因为PLA作为一种新型材料其回收利用技术尚不成熟。现有回收 PLA 废料的主要问题是成型技术难度大及产品耐热不足。因为PLA 对水及温度较敏感,且本身就是易降解的生物材料,因此,在再利用制品生产和后续成品的使用过程中,分子链易发生热氧老化及生物降解而断裂,会导致分子量明显下降,黏度减小,力学性能降低, 很难维持与 PLA 新料相当的质量控制。目前的研究热点主要是通过物理化学改性,改善其性能上的不足。



@不同种类的餐盒可重复利用的材料数量


没有被回收利用的外卖餐盒最终被当做生活垃圾送往垃圾填埋场。目前垃圾填埋场处理生活垃圾的方式主要有填埋和焚烧两种。以老港垃圾填埋场为例,焚烧所处理的垃圾约占总量的30%。

焚烧本身是一种简便易行的方法 ,既处理了废弃物 ,又获得了热 、电等能量 。由山东大学姜峰等人的研究得知,每一百个淋膜纸餐盒、PLA可降解塑料餐盒、传统塑料餐盒焚烧所获得的电能分别约为0.3/0.15/0.25度。这些电能分别可供40W的灯开8.4小时、4.2小时、7小时。

但是焚烧工艺过程复杂 ,成本高 ,可能产生大量的有害气体和固体颗粒物 ,这些焚烧产物需要妥善的处理 。



@不同材质餐盒焚烧后产生的能量和废弃物(每一百个)



被填埋的餐盒降解了吗?


@三种材料一年内的降解曲线


难以被回收利用的淋膜纸餐盒最后进入垃圾填埋场被当做生活垃圾焚烧或填埋。如果填埋处理,这些纸餐盒多大程度上能被降解呢?在现有的淋膜工艺中,每 4280g 纸淋膜约需消耗 1800g 聚丙烯料。也就是说,在最后的固体废弃物中不可降解的塑料成分约占比 27.19%。剩下的纸质材料在土壤中的降解速度受温度、酸碱度、菌落种类等影响,埋在土壤中一般比暴露在阳光下降解慢得多,但一般 3~4 个月可完全降解。故使用淋膜纸餐盒代替塑料餐盒确实可以很大程度上减少不可降解的固体废弃物产生。

而PLA是一种结晶聚合物,常温下有较好的物理力学性能,可以满足餐盒的功能需求。PLA可完全生物降解,其降解最终生成二氧化碳和水。



未被降解的成分去了哪里?

外卖餐盒里的塑料在土壤中不但会占据土壤空间,阻隔土壤生物,后期分解产生的塑料微粒也会对土壤生态产生危害。

餐盒分裂成的微塑料会增加土壤孔隙度,吸附土壤溶液中的污染物,促进酶活性,对物质周转产生影响,吸附于微塑料表面的病源菌,污染物也可能对土壤动物、微生物群落产生不利影响。

微塑料颗粒会在土壤生态系统中循环:鸟类等迁徙类动物也可以作为微塑料长距离运输的载体,对微塑料的迁移及扩散起到一定作用。 ;食土动物如蚯蚓,食入脆性塑料废弃物后,这些废弃物在其胃囊被磨碎,从而产生次级微塑料;生活于垂直洞穴的深栖类蚯蚓,在土壤表层摄食后,表层的塑料碎片随之进入土壤内部,随排泄物排出体外,或沉积于其洞穴壁,或为其他土壤动物摄食,在土壤食物网中传递。也可以积累于蚯蚓体内;中型区系土壤动物群落如弹尾类动物或螨偶然的咀嚼或碎裂可产生次生塑料微粒,并将其转移至土壤内部,挖掘类哺乳动物如囊地鼠或鼹鼠也可使其进入土壤 。


废弃过程综合比对


@三种餐盒废弃过程的综合比对


从可降解性方面:

根据前面的分析我们可以知道,事实上 PLA 可降解塑料餐盒、淋膜纸餐盒、PP 塑料餐盒三种餐盒最终被填埋进入土壤后,不可降解的成分都是塑料(PP 或 PE)。其中 PLA 可降解塑料餐盒理论上可以完全降解最终只产生水和二氧化碳,可降解性最高;而淋膜纸餐盒降解率最高只能达到 72 .82%;而传统的 PP 塑料餐盒可降解性最低。

从土壤毒性方面:

作者通过对单个 PLA 可降解塑料餐盒、淋膜纸餐盒、PP 塑料餐盒的LCA 分析得出三种餐盒最终被填埋进入土壤后的陆地生态毒性。传统的 PP 塑料餐盒虽然可降解性最低但是其他环节对陆地影响较小,故总体影响最小。而 PLA 可降解塑料餐盒中淀粉和淀粉聚合物的制造都对陆地产生较大影响,故总体影响最大




04

面对垃圾困境我们怎么办?

综合评价模型

@不同材料的综合评价分析(数值坐标:lg(IF(X) / IF(PP)))


我们综合了在土壤、空气、水体三个方面不同种类餐盒材料于环境的不同影响。这里选取了 PP 塑料餐盒为基准,计算了不同材料餐盒的相对环境影响因数与 PP 塑料餐盒的比值自然对数。

总而言之,以目前我国的外卖餐盒处理现状,在没有垃圾分类的前提下大部分餐盒都被送入填埋厂,两种新材料,确实可以一定程度缓解目前外卖餐盒带来的环境问题。

然而从长远考虑,如果能够引入更加科学环保的回收再利用机制,不但能解决废弃过程中的环境问题,更能有效减少资源浪费。在这种体系下,可以看到塑料餐盒在生产过程中对环境的资源消耗和污染压力远小于两种所谓的“环保餐盒”。


@外卖餐盒全生命周期流程和触点分析


因此,我们认为,“环保餐盒”不是绝对意义上的“环保”,简单的餐盒材料替换无法从根本上解决目前的外卖餐盒环保问题。我们从全生命周期分析出发,系统科学评估外卖物流、废弃物排放、处理处置等环节,从不同环节思考可以采取的措施,考量了环境影响在不同环节之间的“隐性”转移,希望能从整个外卖服务体系的各个环节找到可行的革新建议。

数据来源:

[1]Martin B. Hocking. Paper versus polystyrene: a complex choice[J]. Science. 251.4993 (Feb. 1, 1991): p504+;

[2]王莉.生物降解塑料的研究进展-淀粉基塑料、聚乳酸塑料、聚羟基烷酸脂塑料[J].化工文摘, 2007;

[3]侯哲.聚乳酸可降解塑料食品包装研究进展及其设计应用[J].塑料科技.2018,46(6):131;

[4]中国产业信息网 http://www.chyxx.com/;


特别鸣谢:

同济大学“奇葩包装中的环保失效”课题组:连泽楠 刘富瑶 覃哲 徐吉菲 应婷;

上海环翼环境科技一米一绿色智造平台


教学团队 |  朱小村(主讲)、莫娇、曹静、姚雪艳、杨皓、郭光普、潘朝阳(Raefer Wallis)、龚万彬、江垚、王茜、白梓迪、汤润瑜、保佳祺

助教 |  保佳祺、汤润瑜、王茜、江垚、白梓迪

版式 |  姚启娴、虞正皓、左恩雅

编辑 |  白梓迪

校对 |  保佳祺、江垚

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