اختصاصی بسپار/ تمام پلاستیک‌هایی که تاکنون ساخته شدهاند، کجا هستند؟!
بسپار/ ایران پلیمر پلاستیک‌ها از نظر میزان تولید از بسیاری از مواد ساخته‌شده توسط انسان پیشی گرفته‌اند و مدت‌هاست که از دیدگاه زیست‌محیطی زیر ذره‌بین قرار دارند. با این حال، اطلاعات جامع جهانی، به‌ویژه درباره سرنوشت آن‌ها در پایان عمر، بسیار محدود است. با شناسایی و یکپارچه‌سازی داده‌های پراکنده درباره تولید، استفاده و مدیریت پایان‌عمر بسپارها، الیاف مصنوعی و افزودنی‌ها، این مقاله اولین تحلیل جهانی از تمام پلاستیک‌های تولیدشده در مقیاس انبوه را ارائه می‌دهد. برآورد میشود که تا امروز حدود 8300 میلیون تن پلاستیک نو تولید شده است. تا سال ۲۰۱۵، حدود 6300 میلیون تن از این پلاستیک‌ها به زباله تبدیل شدهاند که از این مقدار، حدود 9 درصد بازیافت شده، ۱2 درصد سوزانده شده و ۷9 درصد در محل‌های دفن زباله یا محیط طبیعی انباشته شدهاند. اگر روندهای فعلی تولید و مدیریت پسماند ادامه یابد، تا سال ۲۰۵۰ حدود 12000 میلیون تن زباله پلاستیکی در محیط یا محل‌های دفن باقی خواهد ماند.
برگردان: مهندس رویا پورشوشتر
Roya.p7@gmail.com
مقدمه
جهانی بدون پلاستیک‌ها، یا بسپارهای آلی مصنوعی، امروزه تقریبا غیرقابل تصور است، با این حال تولید و استفاده گسترده از آن‌ها تنها به سال ۱۹۵۰ بازمی‌گردد. اگرچه اولین پلاستیک‌های مصنوعی مانند باکلیت در اوایل قرن بیستم ظاهر شدند، اما استفاده گسترده از پلاستیک‌ها خارج از کاربردهای نظامی تا پس از جنگ جهانی دوم اتفاق نیفتاد. رشد سریع تولید پلاستیک‌ها پس از آن چشم‌گیر بود و از بیشتر مواد ساخته‌ی انسان پیشی گرفت. استثناهای قابل توجه، موادی مانند فولاد و سیمان هستند که در ساخت‌وساز به‌طور گسترده استفاده می‌شوند.
در عوض، بزرگ‌ترین بازار پلاستیک‌ها، بسته‌بندی است؛ کاربردی که رشد آن با گذار جهانی از استفاده چندبارمصرف به بسته‌بندی‌های یک‌بارمصرف شتاب گرفت. در نتیجه، سهم پلاستیک‌ها در زباله‌های شهری (از نظر وزنی) از کمتر از 1 درصد در سال ۱۹۶۰ به بیش از 10 درصد تا سال ۲۰۰۵ در کشورهای با درآمد متوسط و بالا افزایش یافت. هم‌زمان، تولید جهانی پسماند جامد که با درآمد سرانه ملی ارتباط نزدیکی دارد، طی پنج دهه گذشته به‌طور پیوسته افزایش یافته است.
بیشتر تک‌‌پارهای مورد استفاده برای ساخت پلاستیک‌ها، مانند اتیلن و پروپیلن، از هیدروکربن‌های فسیلی به‌دست می‌آیند. هیچ‌یک از پلاستیک‌های رایج به‌طور طبیعی تخریب‌پذیر نیستند. در نتیجه، به‌جای تجزیه شدن، در محل‌های دفن یا محیط طبیعی انباشته می‌شوند. تنها راه حذف دائمی پسماند پلاستیک‌ها، تخریب گرمایی مانند سوزاندن یا تَف‌‌کافت (Pyrolysis) است. بنابراین، آلودگی تقریبا دائمی محیط طبیعی با پسماند پلاستیکی یک نگرانی رو به رشد است.
پسماند پلاستیکی در تمام حوضه‌های اصلی اقیانوسی یافت شدهاند و برآورد میشود که در سال ۲۰۱۰ بین ۴ تا ۱۲ میلیون تن پسماند پلاستیک تولیدشده در خشکی وارد محیط دریایی شده باشد. گزارش‌ها از آلودگی سامانه‌های آب شیرین و زیستگاه‌های خشکی نیز رو به افزایش است؛ همان‌طور که آلودگی محیط با الیاف مصنوعی نیز بیشتر گزارش میشود. پسماند پلاستیکی اکنون آن‌قدر در محیط فراگیر شدهاند که به‌عنوان نشانه‌ای زمین‌شناسی از دوره پیشنهادی آنتروپوسن (Anthropocene era) مطرح شدهاند.
این مقاله اولین تحلیل جهانی از تمام پلاستیک‌های تولیدشده در مقیاس انبوه را با توسعه و ترکیب داده‌های جهانی درباره تولید، استفاده و پایان‌عمر بسپارها، الیاف مصنوعی و افزودنی‌ها ارائه می‌دهد. این تحلیل شامل گرمانرم‌‌ها، گرماسخت‌‌ها، پلییورتانها، لاستیک¬ها، پوشش‌ها و آب‌بندها است، اما تمرکز بر رایج‌ترین بسپارها و الیاف دارد، از جمله: پلیاتیلن پرچگالی (HDPE)، پلیاتیلن کمچگالی (LDPE) و پلیاتیلن کمچگالی خطی (LLDPE)، پلیپروپیلن (PP)، پلی‌‌استایرن (PS)، پلی‌‌وینیل‌‌کلرید (PVC)، پلی‌‌اتیلن‌‌ترفتالات (PET) و پلییورتانها (PUR)؛ و نیز الیاف پلیاستر، پلی‌‌آمید و آکریلیک (PP&A). بسپار خالص با افزودنی‌‌هایی جهت افزایش خواص مواد ترکیب میشود.
نتایج و بحث
تولید جهانی بسپارها و الیاف از ۲ میلیون تن در سال ۱۹۵۰ به ۳۸۰ میلیون تن در سال ۲۰۱۵ افزایش یافت، با آهنگ رشد مرکب سالانه (CAGR) برابر با 8.4 درصد، که حدود 2.5 برابر آهنگ رشد تولید ناخالص داخلی جهانی در همین دوره است. مجموع کل بسپارها و الیاف تولیدشده از سال ۱۹۵۰ تا ۲۰۱۵ برابر با 7800 میلیون تن بوده است که نیمی از آن (3900 میلیون تن) تنها در ۱۳ سال اخیر تولید شده است. امروزه، چین به‌تنهایی 28 درصد از تولید جهانی بسپار و 68 درصد از تولید جهانی الیاف PP&A را به خود اختصاص داده است. پلاستیک‌های زیست‌پایه یا زیست‌تخریب‌پذیر در حال حاضر ظرفیت تولید جهانی بسیار کمی (حدود ۴ میلیون تن) دارند و در این تحلیل لحاظ نشده‌اند.
در این مقاله آمار تولید بسپارها، الیاف و افزودنی‌ها از منابع مختلف صنعتی گردآوری و بر اساس نوع و بخش مصرف‌کننده دسته‌بندی شدهاند. داده‌های مربوط به تولید الیاف و افزودنی‌ها به‌راحتی در دسترس نیستند و معمولا تا کنون نادیده گرفته شدهاند. به‌طور متوسط، پلاستیک‌های غیرالیافی شامل ۹3 درصد وزنی بسپار و 7 درصد وزنی افزودنی هستند. با احتساب افزودنی‌ها، مقدار پلاستیک‌های غیرالیافی تولیدشده از سال ۱۹۵۰ به ۷۳۰۰ میلیون تن افزایش می‌یابد. الیاف PP&A نیز ۱۰۰۰ میلیون تن دیگر به این مقدار اضافه می‌کنند. نرم‌کننده‌ها، پرکننده‌ها و بازدارنده‌های شعله حدود سه‌چهارم تمام افزودنی‌ها را تشکیل می‌دهند. بزرگ‌ترین گروه‌ها در پلاستیک‌های غیرالیافی شامل پلیاتیلن (۳6 درصد)، پلیپروپیلن (۲1 درصد) و PVC (12 درصد) هستند، پس از آن PET، PUR و PS قرار دارند که سهم هر یک کمتر از 10 درصد است. پلیاستر که عمدتا PET است، حدود ۷0 درصد کل تولید الیاف PP&A را تشکیل می‌دهد. این هفت گروه در مجموع 92 درصد از کل پلاستیک‌هایی که تا کنون تولیدشده را شامل می‌شوند. حدود 42 درصد از پلاستیک‌های غیرالیافی برای بسته‌بندی استفاده شدهاند که عمدتا از PE، PP و PET تشکیل شدهاند. بخش ساختمان و ساخت‌وساز که 69 درصد از PVC را مصرف می‌کند، دومین بخش بزرگ مصرف‌کننده است و 19 درصد از پلاستیک‌های غیرالیافی را به خود اختصاص می‌دهد.
داده‌های تولید پلاستیک با توزیع‌های طول عمر محصولات برای هشت بخش مختلف مصرف صنعتی، یا دسته‌های محصول، ترکیب شد تا مدل‌سازی شود که پلاستیک‌ها چه مدت در حال استفاده باقی می‌مانند تا به پایان عمر مفید خود برسند و دور ریخته شوند. در شکل 1 توزیع‌های لگاریتمی نرمال با میانگین‌هایی از کمتر از یک سال برای بسته‌بندی تا چند دهه برای ساختمان‌سازی فرض شد. این رویکرد یکی از روش‌های رایج مدل‌سازی برای برآورد تولید پسماند یا مواد خاص است. یک روش مستقیم‌تر برای اندازه‌گیری تولید پسماند پلاستیک، ترکیب داده‌های تولید پسماند جامد با اطلاعات مشخصه‌های پسماند است، همان‌طور که در مقالات دیگر انجام شده است. با این حال، برای بسیاری از کشورها این داده‌ها با جزئیات و کیفیت لازم برای این تحلیل در دسترس نیستند.
برآورد میشود که در سال 2015، مقدار 407 میلیون تن پلاستیک اولیه (پلاستیک تولیدشده از مواد نو) وارد مرحله استفاده شد، در حالی که 302 میلیون تن از این مرحله خارج شدند. بنابراین، در سال 2015، مقدار 105 میلیون تن به موجودی در حال استفاده افزوده شد. برای مقایسه، برآورد میشود که تولید پسماند پلاستیک در سال 2010 برابر 274 میلیون تن بوده است، که تقریبا برابر با برآورد مستقل 275 میلیون تن در مطالعات دیگر ذکر شده است. طول عمرهای متفاوت محصولات منجر به تغییرات قابل‌توجهی در استفاده صنعتی و نوع بسپار بین پلاستیک‌هایی میشود که در یک سال مشخص وارد به چرخهی استفاده و از آن خارج می‌شوند. بیشتر پلاستیک‌های بسته‌بندی در همان سالی که تولید می‌شوند از چرخه استفاده خارج می‌شوند، درحالیکه پلاستیک‌های ساختمانی که از مصرف خارج می‌شوند، دهه‌ها پیش و در دوره‌ای تولید شدهاند که حجم تولید بسیار کمتر بوده است. برای مثال، در سال 2015، 42 درصد از پلاستیک‌های اولیه غیرالیافی تولیدشده (146 میلیون تن) به‌عنوان بسته‌بندی و 19 درصد (65 میلیون تن) در ساخت‌وساز وارد استفاده شدند. درحالیکه پسماند پلاستیک غیرالیافی خارج‌شده از چرخهی استفاده شامل 54 درصد بسته‌بندی (141 میلیون تن) و تنها 5 درصد ساخت‌وساز (12 میلیون تن) بود. به‌طور مشابه، در سال 2015، PVC حدود 11 درصد از تولید پلاستیک‌های غیرالیافی (38 میلیون تن) را تشکیل می‌داد اما تنها 6 درصد از تولید پسماند پلاستیک غیرالیافی (16 میلیون تن) را شامل می‌شد.
تا پایان سال 2015، کل پسماند پلاستیکی که تاکنون از پلاستیک‌های اولیه تولید شده بود به 5800 میلیون تن رسید که 700 میلیون تن آن الیاف PP&A بود. به‌طور کلی سه سرنوشت متفاوت برای پسماند پلاستیک وجود دارد. نخست، می‌تواند بازیافت یا دوباره فراوری و به ماده ثانویه تبدیل شود. بازیافت، دفع نهایی را به تاخیر می‌اندازد، نه اینکه از آن جلوگیری کند. این کار تنها در صورتی تولید پسماند آینده را می‌کاهد که جایگزین تولید پلاستیک اولیه شود؛ با این حال، به‌دلیل ماهیت فرضی این جایگزینی، اثبات آن بسیار دشوار است. علاوه بر این، آلودگی و اختلاط انواع بسپارها باعث تولید پلاستیک‌های ثانویه با ارزش فنی و اقتصادی محدود یا پایین میشود. دوم، پلاستیک‌ها را می‌توان به‌صورت گرمایی نابود کرد. اگرچه فناوری‌های نوظهوری مانند تف‌‌کافت وجود دارند که سوخت را از پسماند پلاستیک استخراج می‌کنند، اما تا به امروز تقریبا تمام تخریب گرمایی از طریق زباله‌سوزی با یا بدون بازیابی انرژی، انجام شده است. اثرات زیست‌محیطی و بهداشتی زباله‌سوزها به‌شدت به فناوری کنترل انتشار، طراحی و نحوه‌ی کار زباله‌سوز وابسته است.
برآورد میشود که 2500 میلیون تن پلاستیک—یعنی 30 درصد از کل پلاستیک‌هایی که تا کنون تولیدشده—در حال حاضر در حال استفاده هستند. بین سال‌های 1950 تا 2015، مجموع تولید پسماند پلاستیک اولیه و ثانویه (بازیافتی) به 6300 میلیون تن رسید. از این مقدار، حدود 800 میلیون تن (12 درصد) سوزانده شده و 600 میلیون تن (9 درصد) بازیافت شدهاند، که تنها 10 درصد از آن‌ها بیش از یک بار بازیافت شدهاند. حدود 4900 میلیون تن—یعنی 60 درصد از کل پلاستیک‌های تولیدشده—دور ریخته شده و در محل‌های دفن یا محیط طبیعی انباشته شدهاند (شکل 2). از این مقدار، 600 میلیون تن الیاف PP&A بوده است. هیچ‌یک از پلاستیک‌های تولیدشده به‌طور معنی‌دار زیست‌تخریب‌پذیر نیستند؛ با این حال، نور خورشید باعث تضعیف مواد و خرد شدن آن‌ها به ذراتی در مقیاس میلی‌متر یا میکرومتر میشود. پژوهش درباره‌ی اثرات زیست‌محیطی این «ریزپلاستیک‌ها» در محیط‌های دریایی و آب شیرین در سال‌های اخیر سرعت گرفته است، اما درباره اثرات پسماند پلاستیک در زیست‌‌بوم‌‌های خشکی اطلاعات کمی وجود دارد.
قبل از سال 1980، بازیافت و سوزاندن پلاستیک ناچیز بود. از آن زمان تا کنون، تنها پلاستیک‌های غیرالیافی هدف تلاش‌های قابل‌توجه بازیافت قرار گرفته‌اند. نتایج زیر تنها برای پلاستیک‌های غیرالیافی کاربرد دارد: آهنگ‌های جهانی بازیافت و سوزاندن به آرامی افزایش یافته و در سال 2014 به‌ترتیب به 18 درصد و 24 درصد از پسماند پلاستیک غیرالیافی تولیدشده رسیده‌اند. بر اساس داده‌های محدود موجود، بیش‌ترین آهنگ‌های بازیافت در سال 2014 در اروپا (30 درصد) و چین (25 درصد) بوده است، در حالی که در ایالات متحده، بازیافت پلاستیک از سال 2012 در سطح 9 درصد ثابت مانده است. در اروپا و چین، آهنگ‌های سوزاندن در طول زمان افزایش یافته و در سال 2014 به‌ترتیب به 40 درصد و 30 درصد رسیده‌اند. با این حال، در ایالات متحده، سوزاندن پلاستیک‌های غیرالیافی در سال 1995 به اوج 21 درصد رسید و سپس با افزایش آهنگ‌های بازیافت به 16 درصد در سال 2014 کاهش یافت، در حالی که آهنگ دفع در این دوره در حدود 75 درصد ثابت باقی ماند. اطلاعات مدیریت پسماند برای 52 کشور دیگر نشان می‌دهد که در سال 2014، بقیه جهان آهنگ‌های بازیافت و سوزاندنی مشابه ایالات متحده داشته‌اند. تا به امروز، منسوجات پایان‌عمر (محصولات الیافی) آهنگ بازیافت قابل‌توجهی ندارند و بنابراین همراه با سایر پسماندهای جامد سوزانده یا دفع می‌شوند.
داده‌های تولید پلاستیک اولیه روند زمانی قوی و پایداری را در طول تاریخ نشان می‌دهند. اگر تولید با همین روند ادامه یابد، بشر تا سال 2050 حدود 26,000 میلیون تن بسپار، 6,000 میلیون تن الیاف PP&A و 2,000 میلیون تن افزودنی تولید خواهد کرد. با فرض الگوهای ثابت مصرف و برون‌یابی روندهای فعلی مدیریت پسماند تا سال 2050، حدود 9,000 میلیون تن پسماند پلاستیک بازیافت، 12,000 میلیون تن سوزانده و 12,000 میلیون تن در محل‌های دفن یا محیط طبیعی دفع خواهد شد.
هر تحلیل جریان مواد از این دست نیازمند فرض‌ها و ساده‌سازی‌های متعددی است که در بخش مواد و روش‌ها آمده‌اند و با عدم‌قطعیت قابل‌توجهی همراه هستند؛ بنابراین، تمام نتایج تجمعی به نزدیک‌ترین 100 میلیون تن گرد شدهاند. بزرگ‌ترین منابع عدم‌قطعیت شامل توزیع طول عمر دسته‌های محصول و آهنگ‌های سوزاندن و بازیافت خارج از اروپا و ایالات متحده است. افزایش یا کاهش میانگین طول عمر همه‌ی دسته‌های محصول به میزان یک انحراف معیار، تولید تجمعی پسماند پلاستیک اولیه (1950 تا 2015) را از 5,900 به 4,600 یا 6,200 میلیون تن تغییر می‌دهد (4- تا 5+ درصد). افزایش یا کاهش آهنگ‌های جهانی سوزاندن و بازیافت به میزان 5 درصد و نیز تنظیم روندهای زمانی بر این اساس، مقدار تجمعی پسماند دفع‌شده را از 4,900 به 4,500 یا 5,200 میلیون تن تغییر می‌دهد (8- تا 6+ درصد).
رشد تولید پلاستیک در 65 سال گذشته به‌طور قابل‌توجهی از رشد هر ماده تولیدی دیگر پیشی گرفته است. همان ویژگی‌هایی که پلاستیک‌ها را برای کاربردهای بی‌شمار چنین چندمنظوره می‌کنند، دوام و مقاومت در برابر تخریب، باعث می‌شوند طبیعت نیز به‌سختی یا اصلا نتواند این مواد را جذب و تجزیه کند. بنابراین، بدون یک راهبرد مدیریت مناسب و دقیق برای پلاستیک‌های مصرف شده، انسان‌ها در حال انجام یک آزمایش کنترل‌نشده عظیم در مقیاس جهانی هستند که در آن میلیاردها تن ماده در تمام زیست‌‌بوم‌‌های خشکی و آبی انباشته خواهد شد. مزایا و معایب نسبی کاهش مصرف، جایگزینی، استفاده دوباره، بازیافت، تبدیل به انرژی و فناوری‌های تبدیل باید با دقت بررسی شوند تا بهترین راه‌حل‌ها برای چالش‌های زیست‌محیطی ناشی از رشد عظیم و مداوم تولید و مصرف پلاستیک طراحی شود.
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 288 ماهنامه بسپار می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
