Ответственное потребление и производство в системе целей устойчивого развития: комплексный подход в системе утилизации отходов

Введение

Согласно официальным данным Всемирного экономического форума в докладе о природных рисках за 2020 год, разнообразные отрасли жизнедеятельности человечества привели к гибели 83% диких млекопитающих и 50% растений [1].

Существующий экономический цикл производства и потребления, землепользование и урбанизация, торговля, промышленность – требуют радикального пересмотра в вопросах влияния человека на природу, поскольку ненадлежащее отношение к окружающей среде и ресурсам влечет за собой множество неблагоприятных последствий в области экологии, таких как:

- загрязнение почвы: по оценкам, деградация земной поверхности влияет на благосостояние по меньшей мере 3,2 млрд человек при глобальной площади от 1 млрд га (10 млн км²) до 6 млрд га (60 млн км²) [3] (Remus Prăvălie, 2021);

- «кислотные дожди»: максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе – с рН = 2,3, в Китае – с рН = 2,25. При пониженной кислотности происходит разрушение структуры почвы, что вызывает ухудшение ее водно-физических свойств, угнетение растений и жизнедеятельности микроорганизмов. Автором учебного пособия на экспериментальной базе Экологического центра РАН в Подмосковье в 1990 г. был зарегистрирован дождь с рН = 2,15 [4];

- загрязнение воздуха: в 2019 году в атмосферу попало 22,7 млн тонн вредных веществ, почти 155 кг на каждого жителя страны ежегодно, или около 13 кг в месяц [5];

- вырубка лесов: в России осталось 247 млн га первозданных лесов, которые не были затронуты человеком. Но они исчезают со скоростью более 1,6 млн га в год [6];

- значительное сокращение запасов невосполнимых природных ресурсов: обеспеченность России запасами нефти при существующем уровне ее добычи составляет 59 лет, природного газа – 103 года [7];

- потеря биологического разнообразия: в результате деятельности человека глобальные популяции диких видов сократились за последние 40 лет на 60% [8].

Но в силу активной переориентации стран на концепцию устойчивого развития (УР) у потребительского сектора повышается интерес к целям УР (ЦУР) и вместе с тем к продукции, которая несет меньше вреда по отношению к окружающей среде, а также сокращает глобальные экологические последствия, связанные с ростом количества твердых коммунальных отходов (ТКО), вследствие уменьшения использования традиционной упаковки: из стекла, пластика, тетрапака и подобных материалов. Для Российской Федерации ЦУР 12 (ответственное потребление и производство) представляет серьезный интерес в связи с отсутствием необходимого законодательства, слаборазвитой инфраструктурой и фактической недостаточностью просветительской деятельности граждан об осознанном потреблении. Благодаря Указу Президента РФ «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» [9] удалось сделать первые шаги в закреплении ЦУР 12 в законодательстве РФ. На рисунке 1 отражены пункты Указа, относящиеся к цели «Ответственное потребление и производство» и обращению с отходами.

Рисунок 1. Действующее законодательство по обращению с отходами

Источник: составлено авторами на основе Указа Президента РФ «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» [9].

Тем не менее энергоресурсы, необходимые для производства более экологичной упаковки, наносят антропогенный удар по экосистемам суши. Получается, что при решении одной цели УР, относящейся к ответственному потреблению и производству, на современном этапе в области изготовления альтернативной упаковки под удар попадает другая – сохранение экосистемы суши, что противоречит концепции устойчивого развития, связанной с согласованным процессом экономических и социальных изменений.

Компании перепрофилируют и налаживают выпуск продуктов со следующими сертификатами [10]:

– маркировка ECOCERT присваивается продуктам питания, бытовой химии, косметике, текстилю;

– ICEA Eco Bio Cosmetic – присваивается натуральной косметике;

– BDIH маркируются косметика, средства личной гигиены, фармацевтические препараты, медицинские изделия, пищевые добавки;

– DAAB – знак гипоаллергенных товаров;

– ЛИСТОК ЖИЗНИ – знак добровольной сертификации;

– CRUELTY FREE INTERNATIONAL применяется для косметических продуктов и производства бытовых товаров, и многие другие.

Также компании заручаются поддержкой ассоциаций (ESA, WWF, Greenpeace); выстраивают свои внутренние процессы после экологического аудита.

В бизнес-модели В2В (бизнес для бизнеса) наиболее актуальным вопросом оптимизации являются упаковочные материалы. Производители стремятся изготавливать упаковку, которая сокращает воздействие на окружающую среду и минимизирует риски возникновения ранее выявленных экологических проблем, связанных с антропогенным влиянием на экосистему суши при производстве альтернативной упаковки, а также использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ) в цепочке создания стоимости.

На сегодняшний день наиболее экологичной является бумажная/картонная упаковка, но несмотря на это, имеющая следующие недостатки: на ее создание требуется большое количество ресурсов: сырья, воды, энергии, логистических затрат; при производстве на бумажных фабриках используются токсичные добавки-химикаты: формальдегид, метанол и толуол; для ее изготовления вырубаются лесные массивы, которые в условиях глобального изменения необходимы, поскольку эффективно влияют на сокращение выбросов CO₂. Таким образом, научное сообщество продолжает изучать возможности создания экологичной упаковки, лишенной выявленных недостатков, с целью соответствия ранее указанной концепции устойчивого развития.

Все вышесказанное подтверждает актуальность выбранной тематики исследования.

Цель исследования состоит в анализе альтернативных вариантов упаковочных материалов для определения наименее влияющих на состояние окружающей среды и в оценке возможности идентификации и сортировки проанализированной экологически чистой упаковки.

Авторы выдвигают гипотезу о том, что внедрение идентификатора повысит эффективность определения фракций отходов и их последующей сортировки с целью увеличения качества переработки, поскольку фракции не будут смешиваться друг с другом, препятствуя процессу.

Научная новизна исследования заключается в представлении комплексного подхода к сбору и сортировке твердых коммунальных отходов при помощи разрабатываемого идентификатора.

Биоматериалы

Возможным решением проблемы производства большого объема неэкологичной упаковки, которая негативно влияет на окружающую среду, может являться внедрение биоматериалов в повседневное использование.

В результате инновационных исследований разработано несколько вариантов альтернативных материалов, минимизирующих несогласованность реализации целей УР (когда при осуществлении одной цели под риск попадает другая), в частности следующие виды экологически чистой упаковки [11]:

- компостируемая упаковка (одна из наиболее экологически чистых альтернатив с точки зрения скорости и эффективности процессов разложения в определенных условиях – компосте);

- биоразлагаемая упаковка (способна к биодеградации в открытой среде. Такую упаковку можно распознать по маркировке «100% degradable»);

- упаковка из переработанного пластика (в будущем такую упаковку также можно переработать. Ее можно идентифицировать по отметке «100% recycled»).

Также оригинальными решениями являются метод «переиспользования» (анг. reuse) существующего сырья: листьев, которые переделывают в бумагу для продуктов; целлюлозного слоя тетрапака, переделанного в обложки; разлагающийся скотч, в состав которого входит только лента из бумаги и инновационный клей.

Что же касается производимой упаковки – активно растет рынок биопластиков, которые оцениваются в качестве перспективного решения по минимизации ущерба, связанного с засорением окружающей среды упаковочными материалами.

Согласно последним рыночным данным, собранным Европейским институтом биопластиков, глобальные производственные мощности по производству биопластиков планируется увеличить примерно с 2,01 млн тонн в 2019 году до 2,43 млн тонн в 2024 году. На рисунке 2 представлен прогноз производства биопластиков.

Рисунок 2. Прогноз производства биопластиков, млн тонн

Источник: составлено авторами на основе данных Европейского института биопластиков [12].

Географически рынок биоразлагаемой упаковки достаточно разнообразен и представлен следующими регионами: Северная Америка, Латинская Америка, Азиатско-Тихоокеанский регион, Европа, Ближний Восток и Африка. На рисунке 3 представлено географическое распределение рынка биоразлагаемой упаковки.

Рисунок 3. Географическое распределение рынка биоразлагаемой упаковки в 2019 году

Источник: составлено авторами на основе данных Европейского института биопластиков [12].

Но несмотря на повышенный интерес к биоразлагаемой упаковке, также ожидается увеличение мирового потребления пластмасс, при этом существенное развитие получат все категории полимеров, так как пластики продолжают вытеснять не только альтернативные упаковочные материалы, но и традиционные, включая сталь, дерево и стекло.

По экспертным оценкам, биопластикам удастся прочно занять от 1,5 до 4,8% общего рынка пластмасс, эта динамика зависит от технологического уровня разработок и исследований в области новых биопластиковых полимеров [12].

Типы биопластиков

Биопластики или биополимеры – это название группы для нескольких типов материалов, разделяемых по двум основным характеристикам [11]:

- полимеры на биологической основе – по составу;

- биоразлагаемые и компостируемые полимеры – по жизненному циклу.

Согласно европейской классификации, оба материала можно назвать биоразлагаемыми. Например, пластмассы на биологической основе не всегда поддаются биологическому разложению, а биоразлагаемые пластмассы не всегда изготавливаются из биомассы (например, пластик PBAT изготавливается из нефти, но его можно компостировать). Существуют три основных типа биопластиков: компостируемые, биоразлагаемые (оксо-), на основе компостируемых полимеров и нефти.

Классификация биопластиков представлена в таблице 1.

Таблица 1

Классификация биопластиков

Основным недостатком биоразлагаемых полимеров является их высокая стоимость. Однако следует отметить, что экономическая ценность включает в себя затраты на утилизацию и использование. В этом смысле предпочтительны биоразлагаемые полимеры – возобновляемые ресурсы, необходимые для их производства, более прибыльны и выгодны.

Более того, высокая цена материала – временное явление практически для любого инновационного продукта. В данный момент производство биополимеров не стало массовым и процесс их выпуска до конца не отлажен, поэтому стоит учитывать, что в будущем стоимость биопластиков снизится и станет доступной для широкого круга компаний и потребителей.

Варианты биопластической упаковки включают: мешки для компоста, сельскохозяйственную пленку, садоводческие продукты, игрушки и текстиль. Их также часто используют для изготовления одноразовых стаканчиков, салатников, тарелок и пищевых контейнеров. Области применения биопластиков представлены в таблице 2.

Таблица 2

Области применения биопластиков

Таким образом, в настоящее время существуют вполне жизнеспособные инновационные решения в сфере производства упаковочных материалов, которые позволяют сократить применение загрязняющих окружающую среду веществ. Основной проблемой альтернативных биоразлагаемых материалов является то, что они не могут полноценно разлагаться на полигонах твердых коммунальных отходов (ТКО) и требуют сортировки для перенаправления в участки компостирования. Это приводит к тому, что необходимо исследовать возможности и принимать инновационные решения с целью отделения таких материалов из общего числа ТКО

Альтернатива текущей системы

Страны всего мира определяют проблему обращения пластика как одну из наиболее критичных и выделяют большое количество ресурсов для улучшения инфраструктуры и внедрения инноваций в данной отрасли.

Однозначно можно сказать, что рынок и инфраструктура еще не готовы к полномасштабному внедрению биопластика. Биоразлагаемые пакеты и упаковку трудно обрабатывать в потоке переработки, более того, они могут засорять оборудование. Компостируемые пластмассы не предназначены для вторичной переработки и могут загрязнять и нарушать поток вторичной переработки, если их смешивать с пластмассами на основе нефти, которые не поддаются компостированию.

Данная система является саморегулируемой: если в районе нет программы сбора отходов для компостирования и органики, ее следует организовать самостоятельно. Некоторые компании разрешают переработку одноразовых пакетов, если они упакованы вместе в плотно завязанную упаковку. Во многих супермаркетах и магазинах есть мусорные баки для сбора одноразовых пакетов. Таким образом, система самооптимизируется в режиме реального времени [18] (Lamberti, Román-Ramírez, Wood, 2020).

Основная проблема заключается в том, что на данный момент еще не выявлена возможность отделить биоразлагаемое сырье от общего числа отходов, поскольку обычный пользователь при употреблении альтернативной тары или упаковки расценивает ее как самоутилизируемую: потребитель покупает, пользуется и выкидывает биопродукт как обычный отход в смешанный бак. В итоге получается мокрый смешанный мусор, который трудозатратно определить и отделить друг от друга, дальнейшее взаимодействие с которым должно быть лицензировано.

Ситуация осложняется тем, что возможность исключения попадания подобной упаковки в бак со смешанными отходами – остается на решение самих потребителей, поскольку система сбора только адаптируется к этому.

На данный момент самым реалистичным выходом из сложившейся ситуации для России будет предложение по внедрению дополнительного бака под органику и биоразлагаемую тару/посуду/упаковку. Предполагаемое решение можно реализовать локальными силами – частная компания устанавливает обычные баки под смешанные отходы, вторсырье и органику + био- тары/посуды/упаковку. Также во дворах и территориях выдавать бесплатно биоразлагаемые пакеты, что активно реализуется на данный момент в Копенгагене, Дания: с 2020 года ТСЖ начали применять систему по сбору органики именно в биоразлагаемые компостируемые пакеты.

В рамках исследований авторы данной статьи продолжают активно искать возможности масштабирования идеи сбора биоразлагаемой упаковки (компостируемой и на растительном сырье) и проводят эксперименты по подтверждению гипотез, связанных с идентификацией биопластиков.

Подавляющая часть вендингов по приему тары, представленных на рынке, идентифицируют оборотную тару оптическим методом: сканируя штрих-код или иной знак на этикетке. Данный метод многократно подтвердил свою простоту и удобство, однако имеет ключевой недостаток: низкая эффективность приема оборотной тары из общей массы из-за высоких требований к целостности этикетки и в частности штрих-кодов.

Настоящий проект предполагает создание сортировочного узла для машин по приему тары, основными методами определения вторсырья в котором станут спектрофотометрический, индукционный и химический.

На первом этапе будет создан макет узла, способный принимать пластиковые бутылки, а также алюминиевые банки, распознавать их и сортировать согласно виду материала.

Рисунок 4. 3D-модель экспериментальной установки

Источник: составлено авторами с помощью программы Fusion 360.

На втором этапе предполагается создание полноценного MVP сортировочного узла, способного в полном объеме выполнять функции по опознанию уже принимаемых фракций, а впоследствии найти и внедрить метод по определению чистой биоразлагаемой упаковки.

Потенциальный эффект для бизнеса будет заключаться в получении ряда преимуществ: упрощение процесса сборки установок в промышленных масштабах и, как следствие, удешевление производства; увеличение эффективности работы установок, что благоприятно скажется на продажах установок в целевом сегменте.

На данный момент, проектной группой были получены первые результаты по работе экспериментальной установки. Были проведены испытания по опознанию и сортировке пластиковой и алюминиевой тары, которая была рассортированы по принципам взаимодействия материалов.

Заключение

Резюмируя вышесказанное, можно сделать следующие выводы:

1. Современная промышленность в качестве упаковочных материалов использует вредные вещества, которые загрязняют окружающую среду;

2. В настоящее время разработаны альтернативные виды экологически чистых упаковочных материалов, которые не нашли должного отклика у производителей ввиду их дороговизны по сравнению с традиционным пластиком;

3. Оценка экологической ситуации в мире подводит к единственно правильному решению – переориентировать производство на совершено иной уровень, позволяющий заботиться и сохранять окружающую среду;

4. Разрабатываемая экспериментальная установка имеет следующие преимущества:

- возможность приема тары по материалу без определяющего знака или рисунка;

- скорость приема – до 5 единиц в минуту.

5. Текущая система не решает проблему переработки уже разработанных экологически чистых вариантов упаковки, поэтому необходимо разработать инновационный способ определения биоразлагаемой упаковки на установках по идентификации вторсырья.

В дальнейшем исследовании проектной группой запланировано проверить гипотезу с помощью экспериментальной установки по определению тары без опознаваемых элементов, а также гипотезу по опознанию биоразлагаемой упаковки и посуды. Стоит также отметить, что проанализированные инновации рационально внедрять комплексно вместе со всеми сопутствующими мерами по просвещению и систематизации раздельного сбора отходов.