Ανάλυση περιβαλλοντικών επιπτώσεων ανακυκλωμένου χαρτιού συσκευασίας (και διαχέιρηση ενέργειας και αποβλήτων)

Abstract

Ο κλάδος της βιομηχανίας παραγωγής χαρτοπολτού και χαρτιού, πρωτογενούς ή ανακυκλωμένου, παρουσιάζει, παραδοσιακά, σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, τόσο από την άποψη της κατανάλωσης φυσικών πόρων (ξυλείας –στην περίπτωση παραγωγής χαρτιού από παρθένες ίνες-, ορυκτών καυσίμων και νερού) και ενέργειας όσο και από την άποψη των εκλυόμενων ρύπων. Σήμερα, ειδικά σε περιοχές που έχουν επιδείξει σημαντική ανάπτυξη και εκσυγχρονισμό του συγκεκριμένου κλάδου της βιομηχανίας έχει επιτευχθεί ο έλεγχος και η σημαντική μείωση των περιβαλλοντικών επιβαρύνσεων. Παρόλ’ αυτά τα περιβαλλοντικά ζητήματα από τη λειτουργία των χαρτοβιομηχανιών παραμένουν πολύ σημαντικά. Από την άλλη, η συσσώρευση του πληθυσμού σε αστικά κέντρα και η αύξηση των καταναλωτικών συνηθειών, που λαμβάνει χώρα όλο και εντονότερα τις τελευταίες δεκαετίες, έχει αναδείξει ως μείζον περιβαλλοντικό ζήτημα τη διαχείριση των αστικών απορριμμάτων, μεγάλο μέρος (συνήθως άνω του 30% για την περίπτωση των αναπτυγμένων χωρών) των οποίων αποτελούν τα μετακαταναλωτικά προϊόντα χάρτου. Σήμερα, στο πλαίσιο μίας ολιστικής και περιβαλλοντικά ορθής διαχείρισης των αστικών απορριμμάτων προτάσσεται ως αναγκαιότητα η ανακύκλωσή τους ή η καύση τους, στην περίπτωση που συνοδεύεται με ανάκτηση ενέργειας. Η λήψη αποφάσεων σχετικών με ζητήματα που αφορούν στη διασφάλιση και στην προστασία του φυσικού περιβάλλοντος, όπως τέτοια συνιστούν η παραγωγή των προϊόντων χάρτου αλλά και η διαχείριση αυτών ως απορριμμάτων, απαιτεί μεθόδους και εργαλεία αποτίμησης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, η Ανάλυση Κύκλου Ζωής (Α.Κ.Ζ.) αποτελεί το πιο αξιόπιστο εργαλείο αποτίμησης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που συνδέονται με κάποιο προϊόν, διεργασία ή δραστηριότητα, και, για το λόγο αυτό, εφαρμόζεται συχνά σε ζητήματα που αφορούν στη διαχείριση των απορριμμάτων χάρτου. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν, με τη βοήθεια του εργαλείου της Α.Κ.Ζ., οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τον κύκλο ζωής των κυματοειδών χαρτοκιβωτίων. Αυτά συνιστούν τα ευρύτερα διαδεδομένα υλικά συσκευασίας και παρουσιάζουν τον υψηλότερο δείκτη επαναχρησιμοποίησης μεταξύ των διαφορετικών προϊόντων χάρτου. Το ένα σκέλος της εργασίας επικεντρώθηκε στην εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που σχετίζονται με την παραγωγή ανακυκλωμένων κυματοειδών χαρτοκιβωτίων. Το δεύτερο σκέλος αφορούσε στη περιβαλλοντική αξιολόγηση και σύγκριση διαφορετικών επιλογών διαχείρισης των παλαιών κυματοειδών χαρτοκιβωτίων. Σε ότι αφορά το πρώτο σκέλος, το σύστημα μελέτης ανταποκρίνεται στην ελληνική πραγματικότητα και περιλαμβάνει τα στάδια παραγωγής των κυματοειδών χαρτοκιβωτίων καθώς και τη μεταφορά αυτών από τα σημεία συλλογής προς τις μονάδες παραγωγής. Διεπιστώθη πως η καύση του μαζούτ και η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας συνιστούν τις κύριες αιτίες εκπομπής αερίων ρύπων, γεγονός που συνεπάγεται ότι το στάδιο της παραγωγής των χαρτιών συσκευασίας, στο οποίο καταναλώνεται η περισσότερη ενέργεια, παρουσιάζει τη μεγαλύτερη συνεισφορά στις αέριες εκπομπές. Αναλυτικότερα, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας συμβάλλει κατά 54,6% στο συνολικό (δηλ. σ’ αυτό που αντιστοιχεί στο σύνολο του μελετηθέντος συστήματος) δυναμικό όξυνσης του φαινομένου του θερμοκηπίου (GWP). Ακολουθεί η καύση του μαζούτ με 36,2%, ενώ η συνεισφορά καθενός εκ των υπολοίπων υποσυστημάτων (παραγωγής μαζούτ και πετρελαίου κίνησης, κύκλου ζωής αμύλου και σταδίων μεταφοράς) είναι αρκετά μικρή. Επίσης, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας συμβάλλει κατά 69,1% στις συνολικές εκπομπές SO2. Ακολουθεί η καύση του μαζούτ με 24,3% και εν συνεχεία το υποσύστημα της παραγωγής αυτού με 6,1%, ενώ τα υπόλοιπα υποσυστήματα παρουσιάζουν αμελητέα συνεισφορά. Σε ότι αφορά το πρόδρομο δυναμικό σχηματισμού του τρoποσφαιρικού όζοντος (ΤΟPP), η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και η καύση του μαζούτ συμβάλλουν κατά 36,9% και 38,1%, αντίστοιχα, στην τιμή αυτού. Τα στάδια των μεταφορών συνεισφέρουν σημαντικά στη συγκεκριμένη κατηγορία περιβαλλοντικών επιπτώσεων (περίπου 10,2%), όπως και το υποσύστημα της παραγωγής του μαζούτ (περίπου 11,2%). Επίσης, η παρατηρούμενη άμεση εξάρτηση του περιβαλλοντικού «αποτυπώματος» του μελετηθέντος συστήματος από την περιβαλλοντική «επίδοση» του συστήματος ηλεκτροπαραγωγής της χώρας συνεπάγεται τη βελτίωση του πρώτου με την αναμενόμενη αύξηση του ποσοστού ένταξης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο δεύτερο. Έτσι, για παράδειγμα, εκτιμάται πως το έτος 2020 το συνολικό δυναμικού όξυνσης του φαινομένου του θερμοκηπίου του μελετηθέντος συστήματος θα έχει μειωθεί κατά 33%. Επιπλέον, διεπιστώθη πως η εφαρμογή ενός συστήματος Σ.Η.Θ. με καύσιμο το φυσικό αέριο στο στάδιο της παραγωγής των χαρτιών συσκευασίας οδηγεί σε σημαντική μείωση των αέριων εκπομπών σε ολόκληρο το μελετηθέν σύστημα. Αυτό λαμβάνει χώρα ιδιαιτέρως στην περίπτωση που το σύστημα έχει σχεδιασθεί με στόχο την πλήρη κάλυψη των θερμικών αναγκών της μονάδας και παράλληλα εξασφαλίζεται η διοχέτευση της πλεονάζουσας ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας στο εθνικό δίκτυο διανομής ηλεκτρισμού. Στην περίπτωση αυτή παρατηρείται μείωση (σε σχέση με την παρούσα κατάσταση) του συνολικού δυναμικού όξυνσης του φαινομένου του θερμοκηπίου κατά 62%. Οι εκπομπές ΝΟχ και SO2 μειώνονται κατά 64% και 115,9% αντίστοιχα. Ειδικότερα οι εκπομπές SO2 παρουσιάζουν αρνητικές τιμές, γεγονός που οφείλεται στις αποφευχθείσες εκπομπές από την παραγωγή ηλεκτρική ενέργειας. Σε ότι αφορά το δεύτερο σκέλος της εργασίας, διερευνήθηκε η περιβαλλοντική αξιολόγηση διαφορετικών σεναρίων διαχείρισης απορριμμάτων για την περίπτωση των κυματοειδών χαρτοκιβωτίων και επιχειρήθηκε η ανάδειξη των βασικών παραμέτρων που επιδρούν στα αποτελέσματα μίας τέτοιας μελέτης. Οι εναλλακτικές επιλογές διαχείρισης απορριμμάτων που μελετήθηκαν ήταν η ανακύκλωση, η καύση και η ταφή. Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης μελέτης εστιάσαμε μόνο στην κατηγορία των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που αφορά στην όξυνση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Διαρθρώθηκαν τρία βασικά σενάρια αναλόγως του ποσοστού ανακύκλωσης των απορριπτόμενων κυματοειδών χαρτοκιβωτίων. Το πρώτο αφορούσε στην περίπτωση του μηδενικού ποσοστού ανακύκλωσης, το δεύτερο στην περίπτωση του μέγιστου δυνατού ποσοστού ανακύκλωσης (80%) και το τρίτο σε μία ενδιάμεση κατάσταση (40% ανακύκλωση). Το κάθε σενάριο περιλάμβανε ένα υποσενάριο ταφής και ένα καύσης για την ποσότητα των κυματοειδών χαρτοκιβωτίων που δεν ανακυκλώνονταν. Τα υποσενάρια αυτά διαφοροποιούνταν, επιπλέον, αναλόγως του καυσίμου που επιλέγεται για να ισοσταθμίσει τις ροές ενέργειας στο σύστημα (δηλαδή, καύσιμο που αντικαθιστά τη δασική βιομάζα και καύσιμο που αντικαθίσταται λόγω της ανάκτησης ενέργειας κατά την καύση και την ταφή των κυματοειδών χαρτοκιβωτίων) και του διαφορετικού ποσοστού βιοαποδόμησης των κυματοειδών χαρτοκιβωτίων κατά την ταφή αυτών. Διεπιστώθη πως τα στάδια της δασικής αξιοποίησης και της διαχείρισης των απορριμμάτων παρουσιάζουν δύο αντικρουόμενες τάσεις σε ότι αφορά τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Στο στάδιο της δασικής αξιοποίησης παρατηρείται αύξηση των περιβαλλοντικών «επιδόσεων» με αύξηση του ποσοστού ανακύκλωσης, φαινόμενο το οποίο γίνεται εντονότερο όσο λιγότερο «καθαρό» είναι το καύσιμο που επιλέγεται για να υποστηρίξει τη διαδικασία διεύρυνσης του συστήματος. Αντίθετα, στα στάδια που ανακτάται ενέργεια μέσω της αξιοποίησης των απορριμμάτων χάρτου παρατηρείται αύξηση των περιβαλλοντικών «επιδόσεων» με μείωση του ποσοστού ανακύκλωσης. Επίσης, φάνηκε πως, σε γενικές γραμμές, η ανακύκλωση είναι περιβαλλοντικά ορθότερη επιλογή, με όρους όξυνσης του φαινομένου του θερμοκηπίου, διαχείρισης των απορριπτόμενων κυματοειδών χαρτοκιβωτίων σε σχέση με την καύση και, ιδιαίτερα, με την ταφή αυτών.

The pulp and paper industry has historically been considered a major consumer of natural resources (wood, water and others) and energy (fossil fuels, electricity) and a significant contributor of pollutant discharges to the environment. However, in regions with a well developed pulp and paper industry, by means of a number of environmental measures for improved emission control, the emissions have been reduced considerably. Nevertheless, the environmental issues from the operation of relative units remain very important. Additionally, the accumulation of population in urban areas and the increase of consuming habits, that takes place more intensely during the last decades, have designated as a major environmental affair the management of municipal solid wastes (MSW), great part (usually above 30% in the case of developed countries) of which, constitute the post-consumer paper products. In the frame of an integrated and environmental friendly management of MSW, recycling is represnted as a necessary action. The incineration consists an alternative management system. The decision-making which is related with issues that are focused on the protection of natural environment, such as the production of paper products and the management of waste paper, requires methods and tools to measure and compare the environmental impacts of human activities for the provision of goods and services. During the last decades, Life Cycle Assessment (LCA) consists the most reliable tool for the estimation of environmental impacts that are connected with some product, process or activity and, for this reason, it is often applied in issues that concern with waste paper management. In the present work we studied, according to LCA methodology, the environmental impacts which are connected with life cycle of corrugated cardboards. These recommend the most widely spread packaging materials and present the higher utilization rate between the paper products. This work serves a dual purpose. On the one hand we are focused on the assessment of environmental impacts that are connected with the production of recycled corrugated cardboards. On the other hand we studied the environmental evaluation and comparison of different choices of used corrugated cardboards management. Regarding to the first purpose, the system under study corresponds in the Greek reality. The system boundaries include the stages of corrugated cardboards production and the stages of waste paper transport from the collection points to the production units. It was realised that the combustion of heavy fuel oil and the consumption of electricity recommend the main sources of air emissions. The production of packaging papers consumes the greatest quantity of energy and, hence, that stage presents the greater contribution to air emissions. The electricity consumption contributes 54.6% to the total Global Warming Potential (GWP). The second most important contributor (36.2%) to this potential impact is onsite energy production by heavy fuel oil combustion. The contribution of each one from the rests of subsystems (heavy fuel oil production and transportation, starch life cycle and transport of waste paper and packaging papers) is enough small. Furthermore, the consumption of electricity contributes 69,1% to the total SO2 emissions and it is followed by the combustion of heavy fuel oil with 24,3% and, finally, by the subsystem of production and transportation of this fuel with 6,1%. The remainder subsystems present negligible contribution. The Tropospheric Ozone Precursor Potential (TOPP) is mainly owed to electricity consumption (36.9%) and heavy fuel oil combustion (38.1%). The transport stages have also considerable influence (10.2%) on this impact category. So, it was found that the environmental "imprint" of the system under study depends strongly on the environmental "performance" of electricity production national system. That has as result the environmental burdens reduction with the expected increase of renewable energy resources integration in the national energy sector. Thus, for example, it is appreciated that in 2020 the total Global Warming Potential of studied system will have been decreased by approximately 33%. Also, it was found that the application of a Combined Heat and Power generation (CHP) system, which use natural gas, in the stage of paper packaging production leads to a significant air emissions reduction to the entire studied system. This takes place particularly in the case where the system has been designed to cover completely the thermal demands and at the same time is ensured that the excess of electricity could be carry to the public grid. In this case, the total GWP is reduced by 62% (in comparison with the present situation). The NOx and SO2 emissions are decreased by 64% and 115.9%, respectively. Regarding to the second purpose, it has been investigated the environmental evaluation of different scenarios of old corrugated cardboard (OCC) management and it has been attempted the emergence of basic factors as parameters that affect in the results of such studies. The alternative choices of OCC management that were studied was recycling, incineration and landfilling. In the frame of this particular study we focused only on the environmental impact category that concerns in global warming. There have been structurd three basic management scenarios according to recycling rate of OCC. The first scenario concerns to the case of null recycling rate. In the second scenario we investigate the case of the maximum possible recycling rate (80%). The third scenario concern an intermediary situation (40% recycling). Each scenario includes incineration and lanfilling subscenarios. These have been differentiated, moreover, according to the fuel that is selected, in order to equilibrate the energy flows (fuel that replaces the forest biomass and fuel that are replaced because of energy recovery during incineration or landfilling of OCC), and to the rate of OCC decomposition during landfilling. The investigation of these different scenarios shows that the forestry stage and the final disposal stage present two opposite tendencies regarding to the environmental impacts. In the forestry stage, it has been observed increase of environmental records when the increase of the recycling rate. This phenomenon becomes more intense in the case where the alternative energy source, which is used for expanding system boundaries, has low environmental “performance”. On the contrary, in the stages where energy recovery takes place, it has been observed an increase in the environmental "imprint" with the reduction in the rate of recycling. With regard to global warming, the recycling seems to be more favourable than incineration. The landfilling presents worse environmental performance, even in the case of lowest decomposistion rate and energy recovery from selected.