ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEK
1.2 1.5
Csomagolóanyagok többdimenziós környezeti értékelése Tárgyszavak: életciklus; elemzés; klaszter; csomagolóanyag.
A vizsgálat alapvető célja, hogy komplex környezetvédelmi problémák egyidejű mennyiségi és minőségi értékelésére szolgáló módszert dolgozzon ki – annak érdekében, hogy a kvantitatív módszerekkel esetleg figyelmen kívül hagyott megfontolásokat is érvényesíteni lehessen. A kialakítandó elemzési megközelítés alkalmazására példaként az üdítőitalok (soft drinks) csomagolóanyagait választották. Mivel a csomagolóanyagok élettartama viszonylag rövid, hulladékaik mennyisége közelítőleg megfelel az adott időpontban piacon lévő csomagolóanyagokénak. Európában a csomagolóanyagok a települési szilárd hulladéknak tömeg szerint mintegy 17%-át, és a teljes hulladékáramlás 3%-át képviselik. Ezen belül egyes csomagolóanyag-fajták különösen nagy arányban vannak jelen – így például az üveghulladék 70%a, a műanyag, illetve a papír és karton 60, és 40%-a csomagolásokhoz kapcsolódik. Európában 1998-ban 1 főre vetítve átlagosan 155 kg (összesen 58 M t) csomagolóanyagot használtak fel. E mind nagyobb problémát képező környezetterhelés kezelésére 1994-ben megfelelő irányelvet (94/62/EC) is hatályba léptettek. Tajvanon a csomagolási hulladék növekvő mennyiségének korlátozását szolgáló, 2002. július 3-i „Törvény az erőforrások újrafelhasználásáról és újrahasznosításáról” kezeli ezt a kérdést. A csomagolóanyagok hulladékai okozta környezetterhelés vizsgálatára számos megközelítést alkalmaznak – kezdve a kérdőíves felméréstől, a kockázatbecslésen és a környezeti hatás vizsgálaton át a környezetvédelmi auditálásig, valamint az anyagáramok és az életciklusok folyamán felmerülő környezeti hatások tanulmányozásáig (LCA). E módszerek egy része mennyiségi megközelítést alkalmaz, és következteté-
seit próbálja statisztikákra támaszkodva számszerűen is megalapozni (pl. költség/haszon elemzés, az energiafogyasztás és a káros kibocsátások mennyiségének vizsgálata), mások viszont inkább interjúkra, megfigyelésekre, kisszámú kérdőívre vagy célcsoportra és esettanulmányokra támaszkodnak. A kétféle értékelési megközelítés eltérő jellegzetességeket kezel – a mennyiségi módszerek a minőségieknél alkalmasabbak ok–okozati öszszefüggések feltárására, míg a minőségi megközelítés az egyes szereplők és a környezet meghatározott szegmensei közötti viszony elemzésére.
Módszertani alapok Mindkét tényező együttes figyelembevételére létrehozott kutatási megközelítés háromféle módszert alkalmaz az egyes anyagok környezeti hatásainak értékelésére: – a hierarchikus elemzési módszert (analytic hierarchy process – AHP), amely szakértői véleményeket feldolgozó minőségi megközelítés; – a környezetterhelés mennyiségi becslésére szolgáló életcikluselemzést (life cycle assessment – LCA) és – az előbbi két módszer eredményeinek integrálására szolgáló, klaszterenkénti elemzést. Az alkalmazott LCA-módszerben a potenciális környezetterhelést a SimaPro 4.0 szoftver segítségével becsülték – minél nagyobb az ennek kapcsán kapott LCA-pontérték, annál jelentősebb az adott anyag környezetterhelése is. Mivel azonban az anyagok számos tulajdonságát nem könnyen lehet számszerűen kifejezni, a vizsgált anyagokat megfelelő AHP felmérések során képzett pontértékek alapján kialakított rangsor szerint is értékelték – minél nagyobb ez utóbbi pontérték, annál kisebb a becsült környezetterhelés. Végezetül pedig az anyagokat jellemzőik alapján csoportosítva klaszterenkénti elemzést is végeztek (1. ábra). Az adatgyűjtés során minden piacon lévő üdítőitalnak az alábbi kilenc különböző csomagolását vizsgálták: poli(etilén-tereftalát) (PET) palackok, nagy sűrűségű polietilén (HDPE) palackok, polipropilén (PP) palackok; acél-, alumínium- és üvegpalackok; kartondobozok és folyadékok számára készülő kartondobozok (pl. Tetra Pak). Közülük az utóbbi kettő főként papírt tartalmazó kompozit anyagú. A kartondobozokban 85% papír és 15% PE van, míg a folyadékok számára készülő kartondobozok 73,5% papírt, 21% PE-t és 5,5% alumíniumot tartalmaznak.
a csomagolóanyagokra vonatkozó adatgyűjtés
inputadatok a G SimaPro 4.0 LCA szoftver alkalmazásához
az energetikai és anyagi erőforrások kimerülésének számbavétele
a fontos értékelési szempontok áttekintése és kiválasztása
a szennyező kibocsátások számbavétele
az anyagok besorolása az ISO 14021 módszerrel
a szakértői vélemény áttekintése
az anyagok besorolása az Ecoindicator 95 módszerrel
integrált súlyértékek meghatározása minden egyes szempont hierarchiának megfelelően
az anyagok LCA-pontértékeinek meghatározása
az egyes anyagok AHPpontértékeinek megállapítása
a mennyiségi módszer eredményei
a minőségi módszer eredményei
klaszterenkénti elemzés
a környezeti szempontú értékelés eredményei
1. ábra A vizsgálati eljárás
Mennyiségi vizsgálat LCA-elemzéssel A kiterjedt termékrendszerek környezetterhelésének becslésére a 60’-as évektől használt LCA-eljárást csomagolóanyagok esetében első ízben a Coca Cola Co. alkalmazta, számszerűsítve a termékei csomagolásával összefüggő anyag- és energiafelhasználás és a gyártás stb. környezeti hatásait. A Környezeti Toxikológiai és Kémiai Társaság (SETAC – Society of Environmental Toxicology and Chemistry) erőfeszítéseinek köszönhetően a 90’-es években az LCA alkalmazását az ISO 14040
környezetvédelmi szabvány is előírja. Eszerint az elemzés négy szakaszban történik: – a célok és a vizsgálat hatókörének világos, az eredmények felhasználásával összhangban álló meghatározása; – a megfelelő termékek és termékrendszerek input és output adatainak gyűjtése és meghatározása; – hatásvizsgálat az előbbi adatok alapján a potenciális környezeti hatások jelentőségének felmérésére; – az eredmények értékelése: az adatgyűjtés és a hatásvizsgálatok eredményeinek kombinálása. 1. táblázat A kilenc csomagolóanyag funkcionális egységei Csomagolóanyagok/palackok
A palackok funkcionális egységeinek átlagos értéke (g/l)
A palackok zárókupakjai funkcionális egységeinek átlagos értéke (g/l)
PET palackok
PET
89,02
PP
5,12
HDPE palackok
HDPE
59,57
PP
12,77
PP palackok
PP
82,33
PP
7,17
PS palackok
PS
57,00
2,00
Acéldobozok
ónozott lemez alumíniumöntecsek üveg (barna)
alumíniumfólia nincs
1015,63
alumíniumöntecs
8,13
Kartondobozok
kartondobozok folyadékokhoz + PE
37,76 6,66
PP
1,2
Karton folyadékok
kartondobozok
29,46
nincs
számára
folyadékokhoz + PE
Alumíniumdobozok Üvegpalackok
alumíniumfólia
156,27 46,20
8,42 2,21
Funkcionális szempontból a csomagolóanyagok alapvető feladata az üdítőital tárolása – a márkajelzés és a külső megjelenés adott esetben nem annyira fontos. Ebből kiindulva funkcionális egységként a gramm/liter (g/l) tekinthető, miközben az italok sűrűségét feltételesen 1 g/ml-nek tekintik. Az egyes csomagolóanyag-fajtákra kalkulált funkcionális egységek átlagos értékeit az 1. táblázat tartalmazza. (Meg kell je-
gyezni, hogy a zárókupakokat nem mindig ugyanabból az anyagból készítik, mint a palackot.) Egyszerűség kedvéért az életciklus-elemzésnél az alábbi négy környezetterhelő fázist vették figyelembe: erőforrások kitermelése, palackok gyártása, használat, ártalmatlaníts (amely után Tajvanon az anyag 63%-a lerakóba, 37%-a pedig égetésre kerül). Az újrahasznosítási fázis környezeti hatását itt azért nem vették figyelembe, mert az anyag ekkor már nem palack formájában jelenik meg. Az értékelés során az alábbi kilenc környezeti hatást vették figyelembe: a felső légköri ózonmennyiség csökkenése, nehézfémek, rákkeltő vegyületek, nyári és téli szmog, növényvédő szerek, üvegházhatás, savasodás és a vizek tápanyagokban történő feldúsulása.
I. szint: cél
II. szint: tevékenység minősítő pontok az anyagi jellemzőkre
az AHP segítségével végzett környezeti értékelés eredményei
II. szint: értékelési tényezők
HDPE palackok
komposztálható
PET palackok PP palackok
a szétszerelés figyelembevételével tervezték
PS palackok
energiakinyerés
acéldobozok
újrahasznosítható
alumíniumdobozok üvegpalackok kartondobozok karton folyadékok számára
csökkenti az erőforrásfelhasználást újrafelhasználható és utántölthető elősegíti a hulladékok csökkentését
2. ábra Az AHP megközelítés elemzési hierarchiája
Minőségi elemzés hierarchikus módszerrel A többkritériumos döntéshozatali folyamatként a 70’-es években kifejlesztett AHP csökkenti e döntések bizonytalanságát, és a komplex problémákat hierarchikus rangsorok kialakításával szisztematikusan egyszerűsíti. Egy sor, a tényezőket páronként egybevető összehasonlítás segítségével mindegyik alternatíva relatív működését az egyes döntési kritériumokhoz mérten veszi vizsgálat alá. Adott esetben a környezetkímélő jelleg becslésére hét tényezőt vettek át az ISO 14021-ből: az adott termék komposztálható, a szétszerelés figyelembevételével tervezték, újrahasznosítható, csökkenti az erőforrás-felhasználást, újra felhasználható vagy utántölthető, illetve elősegíti a hulladékok csökkentését és energia kinyerését. A célok és az értékelési tényezők meghatározását követően a 2. ábrán látható hierarchikus elemzési modellt állítottak össze. Az értékelési tényezők relatív súlyait AHP-kérdőívek és egy ún. konzisztencia index segítségével határozták meg. A súlyozás az egyes anyagokhoz kapcsolódó értékelési tényezők felhasználásával történik. Bár egyes kvalitatív módszerek 1–5, 1–9 vagy 1–10 fokozatú skálát alkalmaznak, csupán azt vizsgálták, hogy az adott tulajdonság mennyiben felel meg az értékelési tényezőknek. Amelyik teljesen megfelelt (a legjobb), az 2 pontot kapott, a közepes (részleges megfelelés) egyet, a legrosszabb (nem felelt meg) pedig egyet sem. A pontértékeket és az öszszesített pontszámot a 2. táblázat tartalmazza. 2. táblázat Súlyozási eljárás AHP-módszerrel Értékelési tényezők
AHP-súly
PET palackok
HDPE palackok
PP palackok
PS palackok
Komposztálható
0,23
0
0
0
0
A szétszerelés figyelembevételével tervezték
0,10
1
1
2
1
Energiakinyerés
0,13
2
2
2
2
Újrahasznosítható
0,17
2
1
1
1
Csökkenti az erőforrásfelhasználást
0,20
2
2
2
1
Újrafelhasználható és utántölthető
0,05
2
2
1
1
Elősegíti a hulladékok csökkentését
0,12
1
2
2
2
1,32
1,27
1,32
1,02
Teljes pontszám
2. táblázat folytatása Értékelési tényezők
Acéldobozok
Alumíniumdobozok
Üvegpalackok
Kartondobozok
Karton folyadékok számára (LPB)
Komposztálható
0
0
0
1
1
A szétszerelés figyelembevételével tervezték
2
2
2
0
0
Energiakinyerés
0
0
0
1
1
Újrahasznosítható
2
1
2
0
0
Csökkenti az erőforrásfelhasználást
1
0
0
0
0
Újra felhasználható és utántölthető
0
0
2
0
0
Elősegíti a hulladékok csökkentését
0
1
0
2
2
Teljes pontszám
0,73
0,49
0,63
0,61
0,61
A fentiekkel az alábbi elbírálási megfontolásokat érvényesítették a kutatók: 1. A teljesen komposztálható anyagok 2, a részben komposztálhatók 1, a nem komposztálhatók pedig 0 pontot kaptak. 2. Egykomponensű anyagoknak 2 pont, könnyen szétválasztható kompozitanyagoknak 1 pont, nehezen szétszedhető kompozit anyagoknak pedig pont nem jár. 3. Nagy fűtőértékű anyagoknak 2 pont, alacsonyabb fűtőértékkel 1 pont, hőt alig leadóknak pedig 0 pont jár. 4. A helyi környezetvédelmi főhatóság adatai alapján 2 pont a legnagyobb arányban újrahasznosítható anyagokat tartalmazó csomagolásoknak, kevesebbet tartalmazóknak 1 pont, nem újrahasznosíthatók pedig pont nélkül. Ennek alapján a későbbi, klaszterek keretében történő elemzéshez három csoport képezhető. 5. Hasonlóan jártak el – megfelelő referencia-adatbázis segítségével – az energiafelhasználás esetében is. 6. A legtöbb pontot a többször újra felhasználható vagy újratölthető csomagolások kapták, és kérdőíves közvélemény-kutatás segítségével itt is képeztek három csoportot.
7. Referenciaadatok alapján a kevesebb funkcionális egységet kapott csomagolások kaptak több pontot. 8. A teljes pontszám az adott értékelési tényező súlyának megfelelő szorzótényezővel ellátott pontszámok összege.
Klaszterenkénti elemzés A többvariációs klaszterenkénti elemzés előre megadott szempontok szerint úgy csoportosítja a vizsgált objektumokat, hogy ugyanabba a csoportba egymáshoz nagyon hasonlók kerüljenek. Így az adott klaszteren belül nagyfokú homogenitás, az egyes csoportok között pedig az eltérő jelleg lesz jellemző. Geometriai ábrázolás esetén a hasonlóság egymáshoz közeli elhelyezkedésben, az eltérő jelleg pedig megfordítva – viszonylag nagy távolságban jut kifejezésre. Az egyes objektumokat a klaszterváltozó(k) tekintetében vetik egybe egymással. Két klaszter (a tanulmány által vizsgált esetben az AHP-pontértékek és az LCA-pontok) távolságát összehasonlított elempárjaik távolságának átlagolásával határozzák meg. A klaszterenkénti elemzést megelőzően az AHP-pontértékeket és az LCA-pontokat normalizálják, és ugyanabban az egységben fejezik ki. Az AHP-pontértékek SA-val jelölt normalizált értéke (3. táblázat):
SA =
Si − Ms Ms
ahol: Si az i-edik anyag AHP-pontértéke, Ms pedig az összes AHP-pont átlaga. Ugyanígy az LCA-pontok esetében: ⎛ P − Mp ⎞ ⎟ SL = − ⎜ i ⎜ M ⎟ p ⎝ ⎠ ahol: Pi az i-edik anyag LCA-pontja, Mp pedig az összes LCA-pont átlaga. A negatív előjel kevesebb környezeti hatásra utal. A klaszterenkénti elemzésnél az anyagokat a köztük lévő távolság alapján lehet csoportba sorolni.
Eredmények és értékelés A tanulmány keretében alkalmazott mennyiségi és minőségi értékelési módszer meglehetősen eltérő eredményeket ad. Alumíniumdobozok és az üvegpalackok például az LCA-módszerrel – rákkeltő anyagok és a nehézfémek kibocsátása miatt – kevéssé környezetkímélőeknek bizonyultak, míg AHP-módszerrel környezetvédelmi szempontból a legroszszabb eredményeket a kartondobozok, a kartoncsomagolás folyadékok számára és az alumíniumdobozok „produkálták”. Az LCA-módszer szerint ugyanis a legkevésbé környezetterhelőnek a HDPE és a PP palackok, illetve a folyadékok számára szolgáló kartoncsomagolás mutatkozott. Az alumíniumdobozok és az üvegpalackok teljes életciklusuk környezetterhelése alapján kaptak rossz besorolást, mivel gyártásuk során több rákkeltő anyag, illetve nehézfém jut a környezetbe. Ha viszont csupán a hulladékkezelési fázist vennék figyelembe, a legrosszabb minősítést a PS palackok kapnák. A környezetterhelés túlnyomó része (több mint 90%) azonban ez esetben a gyártási fázisban történik. Az AHP-módszer szerint közreadott kérdőívekre beérkezett válaszok alapján viszont a legfontosabb értékelési tényező a komposztálhatóság és az erőforrások újrahasznosíthatósága – súlyuk a szempontrendszeren belül megfelelően 0,25 és 0,20. A szétszerelhetőség és az újrahasznosíthatóság/újratölthetőség itt kisebb súllyal (0,01 és 0,05) esik latba. A 3. táblázat adatai szerint a PET, a HDPE és a PP egyes, nagyobb súllyal figyelembe vett tényezők (kismértékű erőforrásfelhasználás, energiakinyerés) esetében több pontot kaptak. A csoportosítás a klaszterek keretében történő elemzéshez a 3. ábra szerint történt. Az ábra x-tengelyén a normalizált AHP-pontértékek, az y-tengelyen pedig a normalizált LCA-pontok szerepelnek. A koordinátarendszer első negyedébe HDPE, a PP, a PET és a PS palackok azért kerültek, mert környezeti teljesítményük mind az LCA, mind az AHP megközelítés szerint jónak minősül. Mindegyikük műanyagból készül, ezért az AHP számukra a nagy energiakinyerés és a csökkentett erőforrás-felhasználás miatt ad (az égetés során leadott jelentős, a gyártásuk során viszont kis energiamennyiséggel összefüggésben) magas pontértéket. A HDPE és a PP az LCA szerint is elismerten kis környezetterheléssel jellemezhetők, nem így az elégetésük során sok nehézfémet kibocsátó PS és PET palackok. Mindazonáltal, mindent egybevetve a környezeti szempontból a legkedvezőbb anyagoknak a fenti csomagolóanyagok minősíthetők.
3. táblázat Az AHP-pontértékek és az LCA pontok normalizálása Anyagok
PET palackok
AHPpontérték1
Sorrendben2
LCApontok3
Sorrendben2
Az AHPpontérték normalizálása
1,32
1
7,75 · 10–4
4
0,485
0,32
10–4
3
0,485
0,69
Az LCApontok normalizálása
PP palackok
1,32
1
3,50 ·
HDPE palackok
1,27
3
2,66 · 10–4
1
0,42875
0,77
PS palackok
1,02
4
8,95 · 10–4
6
0,1475
0,21
Acéldobozok
0,73
5
9,53 · 10–4
7
–0,17875
0,16
Üvegpalackok
0,63
6
2,69 · 10–4
8
–0,29125
–1,37
Kartondobozok
0,61
7
5,13 · 10–4
4
–0,31375
0,55
Karton folyadékok számára
0,61
7
9,53 · 10–4
2
–0,31375
0,16
Alumíniumdobozok
0,49
9
2,83 · 10–3
9
–0,44875
–1,49
Minél magasabb a pontérték, annál kisebb a környezetterhelés A környezetkímélő jelleg szerint rangsorolva 3 Minél magasabb a pontérték, annál nagyobb a környezetterhelés 1 2
1,0 karton folyadékok számára kartondobozok
HDPE palackok PP palackok PET palackok PS palackok
0,5 acéldobozok
LCA-pont
0,0 -0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
-0,5
-1,0 üvegpalackok akumíniumdobozok
-1,5
-2,0 AHP-pontértékek
3. ábra Az LCA pontok és az AHP pontértékek ábrázolása
0,6
A második negyedben szereplő, folyadékok tárolására készült karton, a kartondobozok és az acéldobozok esetében viszont ez csak az LCA-minősítés szerint adódik, és ugyanez érvényes – az AHPszempontok túlsúlyával – a harmadik negyedre is. Az ide sorolt csomagolások gyengébb környezeti minősítése az AHP-megközelítésben olyan fontos tényezők alapján indokolható, mint az energiakinyerés és a mérsékelt erőforrás-felhasználhatóság. A harmadik negyedbe sorolt üvegpalackok és alumíniumdobozok szintén az energiakinyerés és a mérsékelt erőforrás-felhasználás alapján kapták ezt a minősítést, mivel az égetés során kevés hőt adnak le, az üvegpalackok gyártása több anyagot, az alumíniumöntecsek finomítása pedig több energiát igényel, de sokat nyomott a latban a mindkettőjük élettartama során kibocsátott rákkeltő anyagok nagy mennyisége is. Az AHP- és az LCA-megközelítés szerint kapott eredmények egybevetésére általában megfelelő rangsorokat állítanak össze (3. táblázat). Adott esetben azonban az egyes adatpárok közötti távolság nem felel meg az egyes csomagolások e rangsorokban elfoglalt helyének. Az AHP szerint például a PS palackok, az acéldobozok és az üvegpalackok a 4., 5. és a 6. helyet kapták, noha a 2. ábrán a PS palackok és az acéldobozok között nagyobb a távolság, mint az acéldobozok és az üvegpalackok között. A rangsorban ugyan közel helyezkednek el egymáshoz, de e mögött eltérő tulajdonságok állhatnak, amit az eredményeket csoportosító, a másik két módszer eredményeit szintetizálni képes klaszteres elemzés tud figyelembe venni. Összeállította: Dr. Balog Károly Chien-Chung Huan; Hwong-Wen Ma.: A multidimensional environmental evaluation of packaging materials. = Science of The Total Environment, 324. k. 1–3. sz. 2004. máj. 25. p. 161–172. Kaczmarek, H.; Swiatek, M.; Kaminska, A.: Modification of polystyrene and poly(vinyl chloride) for the purpose of obtaining packaging materials degradable in the natural environment. = Polymer Degradation and Stability, 83. k. 1. sz. 2004. p. 35–45. Bringezu, S.; Schütz, H.; Steger, S.: International comparison of resource use and its relation to economic growth. The development of total material requirement, direct material inputs and hidden flows and the structure of TMR. = Ecological Economics, 51. k. 1/2. sz. 2004. nov. 1. p. 97–124.
