煤炭燃烧如何增加环境塑料足迹

苏黎世联邦理工学院的Livia Cabernard最近接受AZoCleantech的采访，强调了塑料对环境的影响，以及煤炭燃烧是如何在世界各地增加这一足迹的。

你是如何开始研究塑料对环境的影响的?

当我在苏黎世联邦理工学院开始我的博士论文时，我的研究重点是分析瑞士黄金贸易的供应链，因为瑞士提炼了全球三分之二的黄金。这些黄金的来源通常是关键的。在这种情况下，我的第一步是开发一种绘制全球供应链的方法。

下一步，我们在联合国《2019年全球资源展望》中应用该方法评估了全球物质、粮食和燃料生产对环境的影响。

最后，我意识到研究结果对塑料的环境足迹特别有趣，所以我决定深入研究这个话题。我对塑料对环境的影响特别感兴趣，因为这已经是我硕士论文的一个研究重点——但从不同的角度:我关注的是微塑料对环境的污染。在这方面，我花了六个月的时间在北海的一个名叫赫尔戈兰的岛上，分析因其流动性和生态毒性而被认为对环境和人类健康有害的小型微塑料的命运。

自1995年以来，塑料的碳和微粒相关健康足迹增加了一倍。造成这种情况的原因是什么?它对我们的环境有什么影响?

一方面，全球对塑料的需求有所增加，由此带来了相关的环境足迹。需求增长的一个关键驱动因素是新兴经济体日益增长的基础设施。例如，自1995年以来，中国交通、印尼电子工业和印度建筑行业与塑料相关的碳足迹增加了50多倍。

另一方面，全球塑料市场越来越多地供应以煤炭为基础的经济体生产的塑料，如中国、印度尼西亚和南非。这意味着生产塑料的能源——这是一个高度能源密集型的过程——越来越多地由煤炭供应，而煤炭会因温室气体和颗粒物排放而对气候和健康造成影响。通过观察整个全球塑料供应链，我们还发现，高收入地区，如欧盟和美国，通过将塑料生产外包给以煤炭为基础的经济体，对塑料日益增长的环境足迹做出了贡献。这意味着高收入地区越来越多地消费以煤炭为基础的经济体生产的塑料(例如，电子、机械等中的塑料)。因此，塑料对全球气候的影响占4.5%。绝大多数(95%)与气候和颗粒物相关的塑料健康足迹与生产阶段有关(主要是燃煤发电和供热)。

煤炭排放与塑料相关的碳和颗粒物有什么关系?

由于塑料生产的增长和向以煤炭为基础的经济体的转移，生产塑料的能源越来越多地由煤炭提供。

图片来源:I. Noyan Yilmaz/Shutterstock.com

目前，全球6%的煤电被用于塑料生产。煤的燃烧，无论是发电还是供热来生产塑料，都会释放出许多温室气体和颗粒物。虽然塑料生产产生的温室气体排放影响全球气候变化，但由于呼吸问题而吸入的颗粒物排放会对当地健康造成影响。

我们可以做些什么来防止这种对环境的巨大影响呢?

我们应该重复利用和回收塑料，减少初级塑料的生产，加强循环经济。然而，全面禁止使用塑料会适得其反，因为替代材料往往对环境有更高的影响。例如，如果用钢铁代替汽车内的塑料，就会对气候产生更高的影响，而且驾驶过程中增加的重量会增加直接的温室气体排放。此外，我们的研究强调了塑料生产链本身在减少塑料对气候和健康的影响方面具有特别强大的影响力。有效的措施包括逐步淘汰煤炭、向可再生能源过渡以及提高塑料生产过程的能源效率。正如我们对过去和未来的研究所显示的那样，《巴黎协定》所规定的在高收入地区减少排放是不够的。这种做法甚至促使塑料生产向环保政策不那么严格、经济实力有限、无法实施最先进的低碳技术的新兴地区转移。重要的是，高收入地区应投资于整个供应链的清洁能源生产。关于在印度、印度尼西亚和其他亚洲国家与颗粒物有关的健康影响，安装先进的烟道气处理装置可以大大减少塑料生产对当地健康的影响。

为什么整个塑料价值链的可再生能源投资对塑料的可持续生产和消费至关重要?

我们发现，塑料的绝大多数(95%)与气候和颗粒物相关的健康足迹归因于生产阶段，主要是由于煤的能源供应(电或热)，而焚烧塑料等寿命结束阶段只占一小部分(<5%)。另一个惊人的结果是，作为塑料生产燃料燃烧的化石碳甚至是作为塑料原料所含的化石碳的两倍。

这意味着目前的主要问题是塑料生产的能源供应，而不是原料。在这种情况下，我们还发现，如果2015年生产的所有塑料都被焚烧，这将使塑料的年度碳足迹增加19%(从能源回收中减去信用)。虽然塑料焚烧的温室气体排放众所周知，但我们的研究结果表明，即使在所有塑料都被燃烧的最坏情况下，由于能源供应(主要是煤炭能源)，温室气体排放的主要份额仍然发生在生产阶段。这就是为什么对可再生能源的投资在减少塑料与气候微粒相关的健康足迹方面具有如此强大的影响力。

你认为全球塑料需求的未来会怎样?

我认为对塑料的需求在增加。即使采取措施避免使用某些塑料(例如食品店的单向使用袋)，效果也很小，因为塑料在难以替代的地方有如此多的应用(正如前面以汽车为例所提到的，用其他材料替代塑料可能会导致更大的环境影响)。此外，目前回收塑料的潜力是有限的。一个问题是塑料的多功能性，这使得生产具有与初级塑料相同功能的二次塑料变得困难。另一个问题是在回收过程中塑料中有害化学物质的积累，这对食品包装中的塑料来说是一个特别的问题。

如果全球对塑料的需求只增不减，我们怎么可能确保我们没有加剧对环境和人类健康的影响呢?必须考虑哪些关键战略以减少塑料工业的破坏性影响?

如上所述，改用清洁能源是在初级塑料生产过程中减少与气候和颗粒物有关的健康影响的有效措施。在这方面，高收入地区在整个供应链上投资清洁能源生产是很重要的。此外，我们应该尽可能避免、重用和回收塑料，以减少初级塑料的生产，促进循环经济的发展。为了提高回收率，产品设计需要改进更均匀的塑料，因为目前的回收率也受到塑料的多功能性的限制。对于环境中的塑料垃圾，适当的报废处理至关重要。这需要建设回收和焚烧厂，特别是在新兴经济体(如中国、印度尼西亚、越南、菲律宾)，目前由于不当的垃圾填埋，许多塑料最终进入环境。就在最近，联合国环境大会批准了一项具有法律约束力的条约计划，以减少塑料对环境的影响，这是朝着这个方向迈出的重要一步。

你有进一步的研究可以讨论吗?

去年十月，我完成了我的博士论文题目“提高全球价值链及其对环境影响的透明度，以支持可持续发展政策”。我的论文包括在全球和国家尺度的几个案例研究，以说明一个改进的方法和数据库的潜力，以绘制全球供应链。除了关于塑料的案例研究外，最近的一个案例研究是关于20国集团(G20)内部的资源使用。在这项研究中，我们发现，如今，甚至全球一半的煤炭被G20的金属和建筑材料行业使用，其中大部分是中国生产的钢铁和水泥。与塑料类似，主要驱动因素包括中国日益增长的基础设施和机械、运输和电子产品中的金属出口，而欧盟和美国等高收入地区则因日益依赖中国生产的煤炭密集型金属而有所贡献。此外，我们的研究结果强调了G20转向可再生能源的重要性，避免使用高影响的材料(例如，在建筑中使用可持续来源的木材来使用水泥和钢铁)，以及改善供应链管理。

读者在哪里可以找到更多的信息?

我通过塑料的案例研究来解释我的研究:https://www.youtube.com/watch?v=Bc9MJDCbe7c

题为“煤炭燃烧导致塑料对环境的影响不断增加”的文章https://doi.org/10.1038/s41893-021-00807-2

关于“二次塑料的有限利用选项可能限制其圆度”的研究:https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.01.002

塑料中的化学物质研究:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c00976

联合国关于联合国环境署终止塑料污染条约的新闻:https://news.un.org/en/story/2022/03/1113142

我的博士论文是关于“提高全球价值链及其环境影响的透明度，以支持可持续发展政策”:https://doi.org/10.3929/ethz-b-000532983

关于“G20材料、燃料和食品供应链可持续性评估”的文章:https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac52c7

测绘全球供应链环境影响的软件工具和数据库:

软件工具:http://dx.doi.org/10.17632/nddmgkm3cc.4

数据库:https://zenodo.org/record/3993659#.YkmP_i-22Cc

《2019年联合国全球资源展望》第三章“自然资源利用的环境影响”:https://doi.org/10.18356/64c3b469-en

关于利维亚Cabernard

我一直在做博士后研究员环境工程研究所自2021年起在苏黎世理工学院任教．我的研究重点是改善全球供应链的可持续性评估，特别是在金属行业、未来生物经济和能源转型方面。

我的目标是在解决联合国议程列出的关键环境问题的同时，弥合从本地资源开采规模到国际加工、制造和最终消费规模之间的信息鸿沟。在我的跨学科研究中，我探索如何设计更可持续的供应链和最终产品，为行业和政策提供决策支持。

我已经完成了我的博士学位环境工程研究所和科学、技术和政策研究所在苏黎世联邦理工学院．在我的论文中，我专注于“在全球价值链中建立透明度及其对环境的影响，以支持可持续发展政策”，并通过在全球和国家范围内的案例研究，包括金属和建筑材料工业、粮食和农业系统以及全球塑料生产，展示了实际的相关性。我的工作已经发表在自然杂志和报告欧洲委员会生物经济知识中心，的联合国环境规划署,国际资源小组，包括对G20主席国的要求。

我的发现已经被收录在UNEA该指南被瑞士联邦委员会引用，并获得了媒体的高度报道。我的工作还支持行业和政策，通过我创建的开源软件和数据库，以改善全球供应链的可持续性评估。

我还在苏黎世联邦理工学院学习了环境科学，主修生化循环和污染物动力学。在我的学习期间，我对微塑料的研究特别感兴趣。为了完成我的硕士论文，我在赫尔戈兰(德国)的阿尔弗雷德魏格纳研究所花了6个月的时间来优化基于拉曼光谱的北海微塑料分析自动化方法。作为州环境办公室(AWEL)的实习生，我实施了一项程序，以量化苏黎世地表水和污水中的微塑料。