Alternativa råvaror till plastpåsar

Transkript

1 Alternativa råvaror till plastpåsar Har plastpåsen en framtid? SP, 4 februari 2009 Thomas Hjertberg Polymerteknologi, Chalmers / Borealis AB

2 Plast görs idag av fossila råvaror Användning av olja i Västeuropa Uppvärmning 35% Polymerer 4% Petrokemi 3% Övrigt 7% Elektricitet 22% Transport 29% Källa: APME, 1998

3 Användningsområden för plast i Västeuropa, 1998 Övrigt 6% Förpackning 39% Fritid/sport 2% Husgeråd 4% Jordbruk 3% El/elektronik 6% Hälsa/hygien 3% Redskap 2% Möbler 4% Bilar/transport 7% Husbyggnad 21%

4 Polyeten -- användningsområden Övrigt 8% Fritid/sport 1% Hushållsgods 6% Förpackning/ Distribution 56% Jordbruk 5% Elektriska/elektroniska 2% Hygien 5% Byggnader 9% Bilar 6% Möbler 2%

5 Varför tillverka polymerer från förnyelsebar råvara? 1. Minska oljeberoendet; pris & tillgänglighet 2. Minska utsläpp av CO 2 3. Klart förbättra opinionsbilden för plaster 4. Beredskap för politiska beslut 5. Krav från kunder 6. Återvinning via energiåtervinning (biobränsle)

6 Förnyelsebara råvaror till plast -- möjligheter Polymerer från naturen, t.ex. stärkelse, biofiber Polymerer genom bioprocess, t.ex. PHB mha bakterier Monomerer genom bioprocess, t.ex mjölksyra (PLA) mha jäst eller propandiol (Sonora, DuPont) Förnyelsebar råvara för dagens syntetpolymerer som PE, PP, PVC,..

7 Vad menar vi med bioplaster? most cellulose derivatives, sugar based PE+ PVC, castor oil based PU+PA, P3GT biomass Starch blends, Cellophane, PLA, PHA, non-biodegradable biodegradable Plastics majority PE, PP, PS, PVC, PET, PMMA, PU, PA,... fossil PCL, PBAT, PBS,... PVOH/PVA, Additiv. PE or PP

8 Stärkelse kan omvandlas till ett material som går att bearbeta med vanliga bearbetningsmaskiner. Det krävs också tillsatser, t.ex. vatten, etylenglykol, PVOH,.. Det finns kommersiellt tillgängligt (MaterBi, Bioplast) och används i första hand i olika korttidsapplikationer. Stärkelse som plast

9 Polyhydroxybutyrat -- PHB I slutet av 80-talet utvecklade ICI en process för att tillverka PHB från socker mha en bakterie. Monsanto köpte processen 1996 men har lagt ner den. Utvecklingen fortsätts av Metabolix i Massachusetts. Hittills har prisnivån begränsat användningen av PHB till ex.vis medicinska applikationer. O O CH 3 [ ]

10 Polylactic acid -- PLA Mjölksyra kan tillverkas genom jäsning av socker (majs, vete, ). Efter dimerisering kan den polymeriseras till PLA. Gargill Dow LCC startade en fullskalig produktion ( ton/år) Tillsammans med partners utvecklar de olika applikationer för PLA t.ex. inom förpackning och textil. O O [ ] CH 3

11 Plast baserad på biopolymerer förnyelsebar råvara hydrolyserbara komposterbara korttidsapplikationer eller specifika egenskaper prisnivå?? - PHB ~100kr/kg PLA kr/kg ofta känsligt för vatten, bl.a. permeabilitet om krav på lång livslängd?? LCA bionedbrytbara polymerer?? Total produktionskapacitet 2006: ca ton

12 Förnyelsebar råvara för petrokemi Eten är den kemikalie som har störst produktionsvolym, ca 120 Mton/år (PE, vinylklorid, styren, etenoxid,..). Det finns flera möjligheter baserade på förnyelsebara råvaror, t.ex.: Biomassa Etanol Eten Biomassa Syntetgas Metanol Biomassa Synfuel Nafta Solceller Vätgas Metanol Eten Propen Buten

13 Vad händer i världen -- eten och PE Annonserad produktion av grön eten - Braskem; t/y, start 2010; t/y start Crystalev + Dow; t/y; planerad start Solvay i Brasilien; t/y; planerad start 2010; för PVC - Songyuan Ji`an Biochemical; t/y start? - Dow s uttalande; 2020 kan marknadsandelen för bioeten vara 12 % Åtgärder mor plastpåsar - ett antal beslut eller planer att förbjuda PE-påsar - bionedbara lösningar lyfts fram Andra uttalande om förnyelsebara polymerer - Biomass Nippon Strategy; 2020 skall 20% of all plast vara förnyelsebar

14 Chemical Engineering Progress; Mar 2008; 104, 3; ABI/INFORM Trade & Industry, pg. S7 Produktionskostnad för eten

15 Chemical Engineering Progress; Mar 2008; 104, 3; ABI/INFORM Trade & Industry, pg. S7 Produktionskostnad för eten

16 Produktionsvägar för förnyelsebara olefiner Sugar Starch; wheat maize Cellulose: Straw, Stalks, wood, paper Fermentation 32 C Yeast Ethanol 350 C Al-cat 60% Ethylene 40% Water Fermentation Coskata Energy: 30 % utbyte, 1,7 kr/l Gasification Black liquor Wood chips Organic waste 1000 C 30bar CO, CO 2, H C 70Bar Methanol Fe or Co-cat 350 C Al-cat 17%Propylene 17%Ethylene 5% Butene 2% C5+ 57% Water 2% Flue gas

17 Är förnyelsebar råvara hållbart? Det finns många möjligheter att tillverka kemikalier och polymerer från förnyelsebar råvara. Rätt hanterat ger det stor vinst vad gäller CO 2 men Miljöpåverkan av kemikalier från förnyelsebara råvaror är inte så liten som många antar. Användning av förnyelsebar energi är en förutsättning... Det finns frågor runt användning av land i förhållande till livsmedelsproduktion och miljöeffekter.

18 Bionedbrytbara polymerer På marknaden finns det flera alternativ om man vill ha en bionedbrytbar plastpåse. Det finns produkter baserade på on fossil och förnyelsebar råvara, t.ex.: Stärkelse + tillsatser för att tillåta bearbetning PLA Polyeten + stärkelse Polyeten + prooxidanter Oljebaserad biopolyester + PLA

19 Bionedbrytbar eller inte? Avfallssystem. - Sverige: % av plastpåsarna går till energiåtervinning - Australien: 95+ % till deponi Mänskligt beteende kommer bionedbrytbarhet leda till att det slängs mer plastpåsar i naturen? Återvinning om bionedbrytbara plaster kommer in i återvinningssystem försämras materialegenskaperna Energiåtervinning om alla plastpåsar togs bort måste olja tillsättas för att hålla uppe förbränningstemperaturen Kommunalt avfall behövs en särskild plastpåse (polyeten) för avfallet?

20 Budskapet Jag är övertygad om att polyeten från förnyelsebar råvara, grön polyeten, är det bästa alternativet för plastpåsarna, också med hänsyn till miljön. Flera argument stöder denna åsikt: 1. LCA-analys visar den minsta miljöpåverkan för grön PE. 2. Materialet är samma som vanlig polyeten materialåtervinning är OK. 3. Grön PE kan energiåtervinnas utan nettotillskott av CO 2. Biomassan används då två gånger. 4. Produkttillverkare, t.ex. av plastpåsar, kan använda existerande utrustning och behöver inte investera i nya maskiner. 5. Det är möjligt att göra grön PE bionedbrytbar om det behövs för speciella applikationer. Valet kan påverkas av randvillkoren enl. förra bilden!

21 ?

22 Plast och miljön -- opinionsbild Vad blir svaret om man frågar allmänheten vad de tycker om kombinationen plast och miljö???? Negativt!!! Varför?????? det skräpar ner mycket onödig plast plast görs ju av olja Plast från förnyelsebara råvaror uppfattas som mycket mer positivt

23 Krav från kunder Under de senaste 3-4 åren har en rad företag i våra kontakter uttryckt att polyeten från förnyelsebara råvaror har mycket hög prioritet. Detta omfattar olika applikationer; t.ex.: laminat för vätskeförpackningar-- Tetra Pak förpackning -- Stora Enso hygienprodukter, t.ex. blöjor -- Procter & Gamble, SCA PE-film, t.ex. film för blöjor, ensilagefilm -- Trio Plast Återvunnen PE, särskilt HV-kablar -- Stena Metall Det är också tydligt att dessa företag utvärderar alternativa lösningar, t.ex. baserade på bioplaster. Den drivande faktorn är hållbarhet, inte bionedbrytbarhet.

24 Drivkrafter hållbara polymerer Hållbarhet är nyckelfaktorn Miljöavgifter euro/kg förpackning Bio-polymerer börjar få frisedel Packaging Environment Indicator (PEI); ja/nej-test för introduktion av nya förpackningar. Kriterier: CO 2 och avfall. Direktiv om återvinning - förpackning, t.ex. laminat papper-plast är svårt att återvinna - isolering för högspänningskabel (förnätad PE), om det förs in i direktivet för elektriska och elektroniska produkter % materialåtervinning detta är inte möjligt PE från förnyelsebar råvara kan betraktas som biobränsle. Energiåtervinning kan ske utan CO 2 skatt.

25 Opinion & politiska beslut Drivkrafter: CO 2 - växthuseffekten Fossila råvaror är begränsade Konsekvenser: Konsumentbeteende - ibland EU-direktiv om återvinning (ibland negativt för miljön!) EU-direktiv om förnyelsebar råvara - finns redan för bränsle: %; % - när kommer det för polymerer???

26 Plastpåsar -- miljö- eller symbolfråga?

27 Plastpåsen -- en synlig symbol Förpackning representerar en stor och mycket synlig del av plastanvändningen. En intensiv debatt har uppstått runt plastpåasarna I affärerna. Några exempel från världen: San Francisco - inga fossila påsar på supermarkets. Lobbykampanj i England för att påverka städer. Förbud/avgifter kommer att införas i Kina & Australien COOP och ICA testar bionedbrytbara plastpåsar i ett antal affärer. Flera olika bionedbrytbara plastpåsar har introducerats på markanden. Argument i debatten: Förnyelsebar råvara Bionedbrytbarhet

28 Användning av land och investeringsbehov för att täcka nuvarande etenproduktion Chemical Engineering Progress; Mar 2008; 104, 3; ABI/INFORM Trade & Industry, pg. S7

29 Hur hållbart är det? Oavsett vad vi väljer fossil eller förnyelsebar råvara, bionedbrytbart eller ej måste strävan vara att få så liten total miljöpåverkan som möjligt då vi slår samman effekten av såväl råvara som process. LCA-analys kan ge en del svar: Selim Nouri, licentiatavhandling, Chalmers, Cradle to factory gate energy use and GHGs emissions GHG fossil PE GHG grön PE Nylon 66 Nylon 6 Polycarbonate High impact polystyrene Cellophane General purpose polystyrene Low density polyethylene High density polyethylene Polyethylene terephtalate solid state Polypropylene Polyethylene terephtalate amorphous Polylactide High density polyethylene BTP scenario Energy [MJ/kg] GHG emiss. X 10 [kgco2eq./kg]

30 Hur hållbart är det? Jämförelse olika lösningar på plastpåsen -- Australien Reduktion av CO 2 om biomassa används Karli James and Tim Grant, Center for Design RMIT University Melbourne