Rozwiązywanie równań różniczkowych, albo też obliczanie całek po okręgu niekoniecznie należy do przyjemnych wspomnień okresu szkolnego, bowiem wyższa matematyka jest delikatnie mówiąc rozkoszą jedynie dla wąskiego grona koneserów i nie będę tu nikogo do tego typu „rozrywek” namawiał, pragnę jednak przywołać we wdzięcznej pamięci czytelników mało ambitną, lecz niezwykle pomocną na co dzień, figurę matematyczna jaką jest „wspólny mianownik”.

mgr inż. Andrzej Kubik, REPLAS Recycling Plastics

Abstrahując od samej matematycznej metodologii sprowadzania różnych ułamków do wspólnego mianownika (w celu ich porównania ze sobą lub dokonania na nich arytmetycznych operacji) skoncentrujmy się na powszechnym znaczeniu tego idiomu, które doskonale wyjaśnia nam Słownik Frazeologiczny Języka Polskiego. W ślad za nim „wspólny mianownik” to „wspólna płaszczyzna czegoś”, „podobieństwo” a występuje on zwykle w połączeniu z czasownikiem „sprowadzić/sprowadzać coś do wspólnego mianownika” … i to właśnie powinniśmy zrobić, chcąc obiektywnie porównać dwie, na pozór trudne do porównania rzeczy, jakimi są np. dwa zupełnie różne opakowania, wykonane różnymi metodami, z absolutnie różnych materiałów mających całkowicie różne właściwości i wymagające zupełnie różnych sposobów postępowania z nimi, gdy już staną (lub aby nie stały) się odpadem.

Na wstępie naszego „Traktatu o ROP” ustaliliśmy, że potrzebny nam będzie Obiektywny system wartościowania, gdyż – o tym, czy dane rozwiązanie (opakowanie) jest mniej czy bardziej ekologiczne nie może decydować czyjeś przeświadczenie lub jakiś silny lobbing, lecz jednolita metoda porównawcza, dzięki której możliwe będzie zróżnicowanie stawek eko-modulacyjnych (o czym była mowa w poprzednim rozdziale Traktatu) dla wprowadzających podobne produkty, w różnych opakowaniach.

Przyglądając się różnym metodom porównawczym, ich wadom i zaletom, a jednocześnie chcąc pozostać w zgodzie ze zdrowym rozsądkiem oraz własnym sumieniem na pierwsze miejsce (zostawiając daleko w tyle innych konkurentów) wysforowuje się Analiza łącznego śladu środowiskowego w całym cyklu życia = LCA (Life Cycle Assesment) i to w nim większość specjalistów od eko-modulacji upatruje owego „wspólnego mianownika” będącego tytułem tej część Traktatu.

Czym jest ów tajemniczy „ślad środowiskowy”? Czy faktycznie gdzieś w środowisku naturalnym możemy odnaleźć jakiś „odcisk stopy” (z ang. „footprint”), który posłuży nam do zrobienia „pomiarów” i na ich podstawie do jednoznacznej oceny, na ile dane rozwiązanie sprzyja, a na ile szkodzi naturalnemu otoczeniu człowieka? Otóż nie jest to tak proste – to, co nazywamy „śladem środowiskowym” jest w rzeczywistości pewną kalkulacyjną wielkością opisującą poziom zapotrzebowania człowieka na zasoby naturalne przy realizacji danego przedsięwzięcia. Ponieważ dostępne nam zasoby naturalne są z zasady ograniczone, obowiązuje zasada im mniejsze ich zużycie, tym lepiej dla środowiska, gdyż tym szybciej będzie ono w stanie się zregenerować. Można to obrazowo porównać do „deptania trawnika” – jeśli raz na tydzień przebiegnie po nim pies, nie zauważymy żadnej zmiany, gdy jednak co dzień pozwolimy na nim rozgrywać wielu drużynom turniej piłki nożnej, po tygodniu po trawie pozostanie jedynie wspomnienie. Umówmy się więc, że myśląc o „śladzie środowiskowym” stale przed oczami będziemy mieć ten regenerujący się na naszych oczach trawnik, któremu jednak musimy dać szansę na tę regenerację. Oznacza to jednak, że tempo zużywania zasobów nie powinno przekraczać zdolności ich samo-regeneracji. I tu dotykamy dramatycznej statystki naszego „rozpasanego konsumpcjonizmu”.

Od początku lat siedemdziesiątych XX. wieku liczba ludności na świecie podwoiła się, a globalny produkt krajowy brutto wzrósł czterokrotnie – aby napędzić rozwój gospodarczy i związany z nim wzrost dobrobytu ludzi konieczne było zaangażowanie dużych zasobów naturalnych, jak się niebawem okazało znacznie większych niż nasza planeta była w stanie nam zaoferować. Co roku międzynarodowa organizacja ekologiczna Global Footprint Network wyznacza tzw. Dzień Długu Ekologicznego, czyli datę od której nasza planeta nie jest w stanie już zrównoważyć naszego rocznego zapotrzebowania na jej zasoby, czyli dzień od którego do końca roku „żyjemy na kredyt” przyszłych pokoleń konsumując to, co powinniśmy zostawić naszym dzieciom i wnukom, by mogły się cieszyć światem, jakim go znaliśmy.

W roku 1970 Dzień Długu Ekologicznego przypadał na 30. grudnia – był to rok, w którym po raz pierwszy zaciągnęliśmy „jednodniowy” kredyt u swoich dzieci – w roku 2021 „na kredyt” żyliśmy już od 29. lipca (https://www.overshootday.org/newsroom/past-earth-overshoot-days/) czyli przez pięć miesięcy z dwunastu, co oznacza, że nasze zapotrzebowanie na zasoby naszej planety o 60-70% przekroczyło jej zdolności regeneracyjne (stale przed oczami mamy ten deptany przez piłkarzy trawnik), więc by utrzymać naturalne środowisko w stanie znanym nam z dzieciństwa, znaczną część ludzkiej populacji należałoby z końcem lipca zapakować w wielki statek kosmiczny i wysłać na jakąś „bliźniaczą” planetę. To przerażająca wizja konsumpcjonizmu XXI w. (https://klimada2.ios.gov.pl/zuzycie-zasobow/), ale nie jest moją intencją kogokolwiek przerażać – pojęcie Długu Ekologicznego przybliżyłem jedynie w celu uzasadnienia, że opracowana dla potrzeb powyższego monitoringu eksploatacji środowiska metoda Łącznego Śladu Środowiskowego jest prawdziwym ekologicznym „wspólnym mianownikiem” i należy z niej korzystać przy ocenie pro – lub anty-środowiskowość np. poszczególnych rodzajów opakowań.

Przyjrzyjmy się bliżej Analizie Łącznego Śladu Środowiskowego w Całym Cyklu Życia (LCA) oraz jej praktycznemu wykorzystaniu. Podstawą tej metody jest norma europejska EN 14044 (obliczenie oceny cyklu życia) a analizowanymi kategoriami wpływu na naturalne środowisko są:

• zmiana klimatu („ślad węglowy”) [kg CO2-eq];
• potencjał zakwaszenia [kg SO2-eq];
• letni smog [kg etylenu];
• eutrofizacja lądowa [mol N-eq];
• eutrofizacja słodkowodna [kg P-eq];
• eutrofizacja morza [kg N-eq].

Jak widać z powyższego zestawienia, analiza LCA nie ogranicza się jedynie do tak spopularyzowanego „śladu węglowego” (carbon footprint), ale analizuje szereg dodatkowych wpływów na nasze otoczenie, jak emisje związków siarki, azotu, fosforu (do gleby i wód) czy też emisje pyłów (do atmosfery) – zaś parametrami analizy cyklu życia produktu są:

• zubożenie zasobów abiotycznych – surowce mineralne [kg SB-eq];
• skumulowane zapotrzebowanie na energię z podziałem na energię ze źródeł nieodnawialnych i odnawialnych [MJ-eq];
• użytkowanie gruntów [m2.a];
• cząstki stałe [PM < 2,5 µm];
• zużycie wody [l].

Każdy z wyżej wymienionych parametrów obrazuje inny aspekt korzystania z naturalnego środowiska (ziemi, wody, powietrza), a tym samym zapotrzebowania na zasoby naturalne w procesie wytworzenia, transportu, użytkowania i ponownego wykorzystania/utylizacji (recyklingu) danego opakowania.

W maju 2019 roku firma ALPLA opublikowała wyniki rozległego projektu badawczego przygotowanego przy współudziale austriackiej firmy doradczej C7-Consult e.U., w ramach którego przeanalizowano LCA aż dla 59 różnych, najbardziej popularnych opakowań znajdujących się na sklepowych półkach (https://secure.sitebees.com/file/static/23080/84/c7-consult+-+ALPLA+packaging+POLAND+-+9_+Mai+2019.pdf). Inspiracją dla tego projektu było rozpowszechnione wśród konsumentów oraz podsycane przez media przekonanie o „nie-ekologiczności” butelek z tworzyw sztucznych (PET, PE), w porównaniu z butelkami szklanymi czy puszkami metalowymi – rzetelna analiza LCA miała te wszystkie opakowania sprowadzić na wspólny mianownik i potwierdzić lub obalić ową „anty-plastikową” tezę.

Analizowano opakowania jednorazowego (OW) i wielorazowego (MW) użytku dla wody mineralnej i soków (PET, szkło, karton), napojów gazowanych i piwa (PET, szkło, aluminium) oraz mleka i ketchupu (HDPE, karton, szkło) oraz jedzenie (PET, szkło, stal) i detergenty (PET, HDPE, PP). W związku z dyspozycją dyrektywy SUP nakazującą stosowanie w butelkach PET (najpóźniej do roku 2030) co najmniej 30% recyklatów, ślad środowiskowy tych butelek analizowano z rozbiciem na butelki nie zawierające wcale recyklatu (rPET) i będące w połowie oraz w całości wykonane z surowców wtórnych. Niektóre konkluzje z przeprowadzonych analiz były zaskakujące nawet dla samych badaczy:

• szklana butelka jednorazowego użytku jest najmniej ekologicznym opakowaniem ze wszystkich analizowanych alternatyw – tylko puszka na żywność ma większy wpływ na środowisko niż ona;
• butelki PET jednorazowego użytku na wodę i sok mają mniejszy wpływ na środowisko niż szklane butelki wielokrotnego użytku, zaś butelki PET wielokrotnego użytku sprawdzają się najlepiej jako opakowanie do wody i napojów gazowanych – użycie recyklatu w butelkach PET (jedno – i wielorazowego użytku) dodatkowo zmniejsza ich wpływ na środowisko;
• w przypadku piwa szklana butelka wielokrotnego użytku jest wyraźnym zwycięzcą środowiskowym i lepszym rozwiązaniem niż jednorazowa butelka PET czy puszka aluminiowa, która ma od niej nawet nieco większy wpływ na środowisko;
• w przypadku mleka butelki HDPE mają mniejszy wpływ na środowisko niż jednorazowe butelki PET, które z kolei mają podobne wyniki do kartonów – zastosowanie odcinanego rogu w kartonie, zamiast zakrętki, zmniejszyłoby jeszcze dodatkowo jego wpływ na środowisko;
  PET jest wyraźnym zwycięzcą, jeśli chodzi o opakowania do żywności.

Jak powyższe wyniki rzetelnej analizy LCA mają się do „prawd obiegowych” i „mitów miejskich” o wyższości opakowań szklanych nad „plastikami” można teraz ocenić samemu… a jak wytłumaczyć tę „nieoczekiwaną zamianę miejsc”?

Otóż szkło jest materiałem ciężkim (gęstość 2,5 g/cm3) w porównaniu z tworzywem sztucznym (PET 1,37 g/cm3; HDPE 0,94 g/cm3) oraz kruchym, czyli wymagającym znacznie grubszych ścianek butelek, co już na starcie daje niekorzystną proporcję wagi opakowania do wagi samej zawartości. To z kolei znacznie zwiększa ślad środowiskowy transportu (tu głównie ślad węglowy spalonego paliwa) do konsumenta oraz analogiczny ślad zbiórki odpadu powstałego z opakowań. Ponadto ciężkie opakowania jednostkowe (butelki) wymagają masywnego opakowania zbiorczego (skrzynki) oraz solidnego opakowania transportowego (palety) podczas gdy „zgrzewka” butelek PET wymaga tylko odrobiny folii termokurczliwej – to również przekłada się na zwiększony ślad węglowy transportu (zwiększone zużycie paliwa).

Kolejnym mankamentem środowiskowym szkła jest jego wysoka temperatura topnienia (ok. 1000°C-1500°C), którą musimy wytworzyć dostarczając energii (zwykle ze spalania surowców kopalnych) chcąc formować z niego opakowania – proces ten musimy powtórzyć chcąc przeprowadzić recykling jednorazowych butelek szklanych. W przeciwieństwie do szkła butelki z PET czy HDPE formowane oraz recyklingowane są w dużo niższych temperaturach (ok. 260°C – 300°C) co powoduje, że ślady węglowe procesów wytwarzania i utylizacji dla obu butelek znacznie się różnią, oczywiście ze wskazaniem na butelkę z tworzywa sztucznego.

To tylko dwa aspekty wpływające na zróżnicowanie śladu pozostawianego przez dane opakowanie w środowisku, a jest ich znacznie więcej i należy je prześledzić na każdym etapie całego „cyklu życia” opakowania. Zaczynając od zaprojektowania i wytworzenia samego opakowania, następnie napełnienia go zawartością, dostarczenia produktu w opakowaniu do handlu i jego sprzedaży, w końcu zwrotu lub selektywnej zbiórki zużytych opakowań, sortowania i transportu odpadu do recyklera, a następnie samego procesu recyklingu należy wszystkie drobne „ślady” dodać do siebie.

Tym samym zatoczywszy wielkie koło wróciliśmy znów do „królowej nauk” – matematyki, która nie tylko pozwala nam dodawać ze sobą te wszystkie drobne ułamki z wykorzystaniem naszego tytułowego „wspólnego mianownika”, ale po ich zsumowaniu daje możliwość porównania tak sporządzonych sum dla różnych opakowań nie pozostawiając wątpliwości, która z nich jest większa a tym samym które opakowanie jest bardziej uciążliwe dla środowiska… i to właśnie kocham w matematyce, że niezależnie od trendów medialnych i nacisków politycznych lub społecznych liczba 522 (CO2 equ. – ślad węglowy butelki szklanej) zawsze będzie większa od 133 (CO2 equ. – ślad węglowy butelki PET)i nie ma tu miejsca na żadne polemiki, wątpliwości czy dywagacje.

Plastime Magazine

Artykuł ukazał się w „Plastime Magazine”, nr 3/2022. W najnowszym numerze miesięcznika ukazał się kolejny artykuł z cyklu Traktat o ROP: Efekt Skali – zobacz ten numer „Plastime Magazine”: https://plastime.pl/wydanie/5-2022/