من الإنتاج إلى إدارة النفايات.. تحويل قطاع البلاستيك إلى بالوعة كربون.. 3 مسارات بديلة لتخفيف انبعاثات البلاستيك

البلاستيك أقوى انتشارا ونموا جزءًا أساسيًا من اقتصادنا، ومسؤول عن 4.5% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية، إذا لم يتم تنفيذ سياسات جديدة، زاد إنتاجه من 2 مليون طن في عام 1950 إلى 380 مليون طن في عام 2015، يتوقع مضاعفة الطلب العالمي على البلاستيك بحلول عام 2050، وأكثر من ثلاثة أضعاف بحلول عام 2100، مما يجعل البلاستيك المادة السائبة مع أقوى نمو إنتاج على مستوى العالم،مع زيادة مكافئة تقريبًا في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

في حين يمكن للبلاستيك أن يقدم فوائد بيئية مثل تقليل استهلاك الوقود من خلال جعل المركبات أكثر خفة في الوزن، فالاستهلاك المتزايد يؤثر سلبًا على البيئة، ويمكن تحويل قطاع البلاستيك في النهاية إلى بالوعة كربون صافية مع تقليل الحاجة إلى المواد الأولية.

نشرت مجلة nature دراسة حديثة تعتبر تحليلا لثلاثة أنواع بديلة من ثاني أكسيد الكربون مسارات التخفيف من الانبعاثات لقطاع البلاستيك العالمي حتى عام 2100، والتي تغطي دورة الحياة بأكملها من الإنتاج إلى إدارة النفايات.

عزل الكربون الحيوي في المنتجات البلاستيكية

تظهر النتائج، أنه من خلال عزل الكربون الحيوي في المنتجات البلاستيكية، يمكن أن يؤدي الجمع بين استخدام الكتلة الحيوية وطمر النفايات إلى انبعاثات سلبية على المدى الطويل؛ لكن هذا ينطوي على استمرار الاعتماد على المواد الأولية، يعمل نهج الاقتصاد الدائري دون دفع إضافي للاقتصاد الحيوي على تقليل استهلاك الموارد بنسبة 30٪ وتحقيق تخفيضات أكبر بنسبة 10٪ في الانبعاثات قبل عام 2050 مع تقليل احتمالية الانبعاثات السلبية على المدى الطويل.

ويمكن لنهج الاقتصاد الحيوي الدائري الذي يجمع بين إعادة التدوير مع استخدام أعلى للكتلة الحيوية أن يحول القطاع في نهاية المطاف إلى بالوعة كربون صافية، مع التخلص التدريجي في نفس الوقت من دفن النفايات وتقليل استهلاك الموارد.

إعادة التدوير أو عزله في مدافن النفايات

استخدام الكتلة الحيوية كمواد وسيطة وتدابير الاقتصاد الدائري (CE) مثل إعادة التدوير هما خياران قد يقللان بشكل كبير من استخدام المواد الأولية الأحفورية وانبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة بقطاع البلاستيك، يمكن أن تساهم هذه العناصر في الاقتصاد الحيوي الدائري (CBE) للبلاستيك، وربما حتى تحقيق انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السلبية عن طريق عزل الكربون الحيوي في المنتجات البلاستيكية للاستخدام طويل الأجل.

إذا تم بعد ذلك الاحتفاظ بهذه المواد البلاستيكية قيد الاستخدام عن طريق إعادة التدوير أو عزلها في مدافن النفايات، فيمكن نظريًا أن تصبح بالوعة كربون متوسطة أو طويلة الأجل، يمكن أن يؤدي استخدام الطاقة المتجددة في إنتاج البلاستيك وإدارة النفايات إلى تقليل انبعاثات غازات الدفيئة في قطاع البلاستيك.

تحليل الاتجاهات العالمية طويلة الأجل في قطاع البلاستيك

ونقل البحث المنشور في مجلة nature ، أنه من المستحيل أن نفهم تمامًا إمكانات التخفيف من آثار تغير المناخ والمفاضلات بين استراتيجيات التخفيف دون تحليل الاتجاهات العالمية طويلة الأجل في قطاع البلاستيك، وتفاعلاته مع النظم الاجتماعية والاقتصادية والطبيعية الأخرى، لم يتضمن أي من النماذج المناخية والاجتماعية والاقتصادية المستخدمة في تقارير الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ تمثيلاً مفصلاً لقطاع البلاستيك.

نموذج التقييم المتكامل للبلاستيك (PLAIA)، والذي يغطي دورة الحياة الكاملة للبلاستيك، بدءًا من الإنتاج الكيميائي الأولي إلى الإنتاج النهائي للبوليمرات البلاستيكية، وتحويلها إلى منتجات بلاستيكية، واستخدامها في قطاعات مختلفة ونهاية عمرها الافتراضي.

كجزء من نموذج التقييم المتكامل ، يتفاعل PLAIA مع قطاعي الطاقة والزراعة ومع أنظمة المناخ والمياه والأراضي. باستخدام PLAIA ، نقارن مسارات مختلفة للتخفيف من تغير المناخ لقطاع البلاستيك العالمي حتى عام 2100 بناءً على استبدال المواد الأولية (على سبيل المثال، استخدام الكتلة الحيوية)، واستخدام الطاقة المتجددة  وإعادة التدوير، وعزل الكربون الحيوي في المنتجات ومدافن النفايات. النتائج الإقليمية ومتغيرات المدخلات الرئيسية معروضة في المعلومات الداعمة.

إنتاج البلاستيك والنفايات والمخزون

باستخدام الإسقاطات الاجتماعية والاقتصادية من سيناريو تطوير منتصف الطريق، يتوقع مضاعفة إنتاج البلاستيك لعام 2020 بأكثر من الضعف بحلول عام 2050، وأكثر من ثلاثة أضعاف بحلول عام 2100، في هذا السيناريو الأساسي، يزداد توليد النفايات وفقًا لذلك ويهيمن عليه اللدائن المستخدمة في التغليف والمنتجات الأخرى ذات العمر الافتراضي القصير .

مواد البناء والتشييد

تهيمن المنتجات ذات العمر الطويل على مخزونات البلاستيك، وتشكل مواد البناء والتشييد وحدها أكثر من نصف المواد البلاستيكية المستخدمة، على الرغم من وجود حصة تبلغ حوالي 17٪ فقط من الإنتاج السنوي، باستخدام توزيعات عمر المنتجات البلاستيكية، نقدر إجمالي مخزونات البلاستيك المستخدمة في عام 2020 بنحو 3.2 مليار طن متري، ويمكن أن يرتفع هذا إلى حوالي 7.7 جيجا طن في عام 2050، وإلى ما يقرب من 15 جيجا طن في عام 2100.

سيناريوهات استخدام المواد الوسيطة والانبعاثات

يشير النمو في الطلب على البلاستيك إلى زيادة أخرى في انبعاثات غازات الدفيئة من إنتاج البلاستيك إذا لم تكن هناك تغييرات جوهرية في استخدام المواد الأولية وطاقة العمليات.

يحدد نموذج PLAIA استخدام الفحم والنفط والغاز الطبيعي والكتلة الحيوية والنفايات البلاستيكية كمواد وسيطة أو طاقة عملية بناءً على القدرة التنافسية الاقتصادية المصممة محليًا لهذه الموارد ومسارات إنتاج البلاستيك ذات الصلة،ويشتمل النموذج على ناقلات الطاقة الثانوية والحرارة، وتستخدم بشكل رئيسي في بلمرة البلاستيك، والتحول إلى منتجات وإعادة التدوير، ويحلل PLAIA تأثير استبدال المواد الأولية (على سبيل المثال ، الكتلة الحيوية للنفط) واستخدام طاقة العملية المتجددة على ثاني أكسيد الكربونانبعاثات قطاع البلاستيك.

كما يقوم PLAIA بتقييم استراتيجيات إدارة النفايات المختلفة للبلاستيك، والتي تغطي إعادة التدوير الميكانيكي وإعادة التدوير الكيميائي (عن طريق الانحلال الحراري) ، وطمر النفايات وتحويل النفايات إلى طاقة (الكهرباء والحرارة)  .

أربعة سيناريوهات لصناعة البلاستيك

تبلغ الانبعاثات المقدرة لقطاع البلاستيك العالمي في عام 2020، 2.2 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون، وهو ما يمثل حوالي 7 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المتعلقة بالطاقة، نقارن بين أربعة سيناريوهات لصناعة البلاستيك في المستقبل.

مسارًا اجتماعيًا اقتصاديًا لوسط الطريق SSP2 ينتج عنه تركيز مستمر على الموارد الأحفورية وامتصاص صغير فقط من الكتلة الحيوية كمادة وسيطة، في هذا السيناريو ، يستمر استخدام الفحم في الزيادة حتى عام 2030 مدفوعًا بالصين، التي تستثمر حاليًا في التقنيات الكيميائية القائمة على الفحم لتقليل اعتمادها على واردات النفط والغاز ، مقارنة بعام 2020، يضاعف هذا السيناريو انبعاثاته تقريبًا حتى عام 2050، ووصل إلى ذروته في عام 2090 مع 5.7 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون ، وهو ما يعادل تقريبًا إجمالي صافي انبعاثات غازات الدفيئة في الولايات المتحدة لعام 2019 .

في السيناريو الأساسي، يتمثل المحرك الرئيسي للانبعاثات في الانتقال إلى تحويل النفايات إلى طاقة باعتباره تكنولوجيا مهيمنة لمعالجة النفايات يحتوي هذا السيناريو على أعلى نسبة انبعاثات واستخدام نهائي للطاقة بسبب قلة نسبة إعادة التدوير.

تتضمن سيناريوهات التخفيف الثلاثة ارتفاعًا في أسعار انبعاثات غازات الدفيئة، مما يؤدي إلى تغييرات في نظام الطاقة واستخدام الأراضي بما يتفق مع هدف تغيير متوسط ​​درجة الحرارة العالمي بمقدار 2 درجة مئوية بحلول عام 2100.

تتضمن سيناريوهات 2 درجة مئوية CE و2 درجة مئوية المزيد من استراتيجيات التعليم المستمر ؛ بالنسبة لسيناريو البنك المركزي المصري ، فإننا ندعم أيضًا استخدام الكتلة الحيوية في قطاع البلاستيك.

تصل سيناريوهات التخفيف الثلاثة إلى ذروتها عند 2.8 – 3.0 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون حوالي عام 2030 . تحليل حساسية النموذج ( طرق) أن انخفاض أسعار النفط من شأنه أن يزيد بشكل كبير من انبعاثات غازات الدفيئة لقطاع البلاستيك. و

هذا يسلط الضوء على أهمية تنظيم أسعار الوقود الأحفوري من خلال تسعير الكربون لتسهيل تخفيف انبعاثات غازات الدفيئة. في حين أن نتائج انبعاثات غازات الدفيئة حساسة أيضًا للكفاءات المفترضة للإنتاج الكيميائي، فإن مسارات الإنتاج التقليدية تعمل إلى حد كبير بالقرب من الحد الأقصى النظري 20 .

فقط المسارات الجديدة (على سبيل المثال ، المسارات الحيوية) يمكن أن تتوقع تحسينات ملحوظة ، مما يحتمل أن يزيد من تقليل انبعاثات غازات الدفيئة في القطاع.

في جميع سيناريوهات التخفيف الثلاثة، يؤدي ارتفاع سعر ثاني أكسيد الكربون إلى إزالة الكربون من إنتاج الكهرباء، مما يؤثر بشكل كبير على انبعاثات قطاع البلاستيك، ويؤدي سعر ثاني أكسيد الكربون إلى تحول نحو الكتلة الحيوية والغاز الطبيعي في الإنتاج الكيميائي المنبع، وبالتالي التخلص التدريجي من الفحم وتقليل استخدام النفط. علاوة على ذلك، فإنه يقلل بشكل كبير من استخدام النفايات إلى طاقة  والتي يتم تقليل انبعاثاتها، ويتم استبدال إنتاجها من الطاقة بمزيج من الحرارة والكهرباء أكثر اخضرارًا بشكل متزايد.

عندما تهدف إلى التخلص التدريجي من الوقود الأحفوري من قطاع البلاستيك، هناك حاجة إلى المزيد من مجرد زيادة سعر ثاني أكسيد الكربون على عكس نظام الطاقة، فإن أجزاء كبيرة من مدخلات الكربون في قطاع البلاستيك لا تنبعث بشكل مباشر ولكن يتم عزلها في المنتجات وبالتالي لا تتعرض لتسعير ثاني أكسيد الكربون .

يؤدي سعر ثاني أكسيد الكربون وحده (سيناريو 2 درجة مئوية) إلى زيادة معتدلة في إعادة التدوير بينما لا يزال استخدام المواد الأولية الأولية يهيمن على إنتاج البلاستيك ، يتم تقليل إعادة التدوير الكيميائي عن طريق الانحلال الحراري فعليًا مقارنةً بالسيناريو الأساسي، نظرًا لمتطلبات الطاقة العالية والعقوبات المقابلة الناتجة عن تسعير ثاني أكسيد الكربون.

ويؤدي سعر ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة هائلة في تراكم المواد البلاستيكية التي يتم طمرها، والتي تتراوح من 6.4 جيجا طن من المنتجات البلاستيكية المدفونة في عام 2020 إلى 17.5 جيجا طن في عام 2050 وما يقرب من 66 جيجا طن في عام 2100، مع ارتفاع ثاني أكسيد الكربونالأسعار ، يصبح دفن النفايات البلاستيكية بديلاً جذابًا لأنه يعزل معظم البلاستيك وكربونه لقرون  وأرخص من تقنيات معالجة النفايات الأخرى .

تخزين الكربون والانبعاثات السلبية

نظرًا لأن حوالي 75٪ من وزن البلاستيك التقليدي يشتمل على الكربون، فإن مخزوناتها (قيد الاستخدام وفي مدافن النفايات) تشكل نوعًا من تخزين الكربون، باستخدام الكتلة الحيوية المتجددة كمادة وسيطة، قد يؤدي استخدام البلاستيك إلى انبعاثات سلبية، ويتوقع أنه بين عامي 2020 و2100، سيتم إنتاج حوالي 100 جيجا طن من البلاستيك بشكل تراكمي.

إذا كانت كل هذه المواد بلاستيكية غير قابلة للتحلل الحيوي، فيمكن افتراضيًا عزل 75 جيجا طن من الكربون الحيوي، أي ما يعادل 275 جيجا طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السلبية ( ما يقرب من تسعة أضعاف الانبعاثات السنوية العالمية الحالية المتعلقة بالطاقة)،هذه أيضًا كمية ذات مغزى مقارنة بإجمالي إمكانات التقاط الكربون وتخزينه للطاقة الحيوية التي أبلغت عنها الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ للسيناريوهات التي تلبي هدف درجة الحرارة 1.5 درجة مئوية (بحد أقصى 1،191 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون الحيوي المنشأ تم تخزينه تراكميًا بحلول عام 2100 ) .

فإمكانية عزل هذا الكربون على المدى الطويل في البلاستيك تعتمد على عمر المنتج واستراتيجيات إدارة النفايات.

نتيجة للانبعاثات السلبية الناتجة عن عزل المواد البلاستيكية الحيوية في المنتجات ومقالب القمامة، يمكن لسيناريو 2 درجة مئوية أن يقلل بشكل كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في قطاع البلاستيك، حتى أنه يحول القطاع إلى بالوعة للكربون بحلول نهاية القرن .

ونظرًا لتركيزه على إنتاج البلاستيك الأولي وطمر النفايات، يحافظ سيناريو 2 درجة مئوية على مدخلات عالية من الطاقة والمواد،ويمكن أن يؤدي إلى تفاقم الآثار البيئية السلبية الأخرى الناجمة عن استخراج هذه الموارد وإنتاجها، وإنتاج المواد الكيميائية والبلاستيك، ودفن النفايات.

فوائد الاستراتيجيات الدائرية

فقط مع الاقتصاد الدائري يظهر النموذج انخفاضًا كبيرًا في مدخلات الطاقة النهائية في قطاع البلاستيك، من خلال التخلص التدريجي من دفن النفايات وتعزيز مسارات إعادة التدوير، يصل سيناريو CE (2 درجة مئوية) إلى معدل إعادة التدوير بأكثر من 70٪ بحلول عام 2050 ، ويزداد هذا الوضع حتى عام 2100.

في عام 2050، ينتج عنه حصة سوقية تبلغ 60٪ من البلاستيك المعاد تدويره في إنتاج البلاستيك السنوي ، مما يؤدي إلى انخفاض استخدام الطاقة النهائي بنسبة 30٪ تقريبًا بحلول عام 2050 مقارنة بخط الأساس وسيناريو 2 درجة مئوية.

لا يمكن إعادة تدوير جميع أنواع ومنتجات البلاستيك ميكانيكيًا، كما تنخفض جودة البلاستيك مع الاستخدام وإعادة التدوير الميكانيكي، لذلك، تلعب إعادة التدوير الكيميائي التكميلي عبر الانحلال الحراري دورًا متزايدًا في سيناريو CE، على الرغم من أن الانحلال الحراري أيضًا غير مناسب لجميع أنواع النفايات البلاستيكية.

من المستحيل تحقيق دائرية كاملة للمواد البلاستيكية

ومن المستحيل تحقيق دائرية كاملة للمواد البلاستيكية لأن المواد الأولية المتاحة لا يمكنها مواكبة الطلب المتزايد المفترض على البلاستيك، حتى عند تجاهل خسائر المعالجة في إعادة التدوير. في سيناريو 2 درجة مئوية، تبلغ الحصة السوقية القصوى الناتجة عن عمليات إعادة التدوير حوالي 80٪ بحلول نهاية القرن، لا يمكن تحقيق الاستدارة الكاملة للقطاع إلا من خلال خفض الطلب النهائي.

 نحو قطاع بلاستيك مستدام

التحليل المقدم هنا هو خطوة أولى نحو دراسة أفضل للبلاستيك و CE في نماذج الطاقة والانبعاثات العالمية، من الواضح أنه لا يزال من الممكن تحسين نموذج PLAIA من حيث تمثيل التكنولوجيا، أيضًا ، يمكن تحليل المفاضلات مع التأثيرات البيئية الأخرى من أجل تقييم أكثر تكاملاً للاستراتيجيات نحو قطاع بلاستيك مستدام. من شأن تطوير نماذج بلاستيكية إقليمية وأكثر تخصيصًا للتكنولوجيا أن يسمح بتمثيل أفضل لتنوع التحديات والتقنيات المحلية.

ومن غير المحتمل أن يؤدي سعر ثاني أكسيد الكربون وحده إلى قطاع بلاستيك خالٍ من الانبعاثات الصافية بحلول عام 2050 ، كما أنه لن يكون كافياً لتحقيق CE للبلاستيك، من الضروري اتخاذ مزيد من تدابير السياسة لتسريع نشر الكتلة الحيوية في قطاع البلاستيك، مثل الإعانات لاستخدام الكتلة الحيوية. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي النظر في احتجاز الكربون (واستخدامه) أثناء إنتاج البلاستيك ، لزيادة تقليل تأثير غازات الدفيئة في القطاع  .

يجب استكمال إعادة التدوير الميكانيكي بإعادة التدوير الكيميائي لتحسين جودة المواد المعاد تدويرها وبالتالي زيادة عدد رحلات إعادة التدوير  . إلى جانب تقنيات إعادة التدوير الكيميائي الخاصة بالبوليمر ، يعد الانحلال الحراري أيضًا تقنية مهمة لأنه يقبل مجموعة واسعة من البوليمرات المختلطة التي لا يمكن إعادة تدويرها لولا ذلك.

فإن قطاع البلاستيك الدائري بالكامل سيكون مستحيلًا طالما استمر الطلب على البلاستيك في النمو. وفقًا لذلك ، يجب أن تنظر إجراءات العمل والسياسات المستقبلية في التغييرات السلوكية والمجتمعية المحتملة التي يمكن أن تقلل من الطلب السريع النمو على المواد البلاستيكية.

أظهر أن التركيز على أهداف CE وحدها قد يؤدي إلى مقايضات مع تخفيف انبعاثات غازات الدفيئة، لأن CE يمكن أن تقلل من احتمالية الانبعاثات السلبية على المدى الطويل.