التدفقات الورقية لدورة الحياة العالمية ، ومقاييس إعادةالتدوير ، وكفاءة المواد

ملخص

على الرغم من التحسينات الرئيسية في إعادة التدوير على مدى العقود الماضية ، فإن قطاع اللب والورق يساهم بشكل كبير في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية والضغوط البيئية الأخرى. يتطلب التقليل الإضافي لمتطلبات المواد البكر والتأثيرات البيئية فهمًا تفصيليًا لتدفقات المواد العالمية في إنتاج الورق واستهلاكه. تبني هذه الدراسة مخطط سانكي لتدفقات المواد العالمية في دورة حياة الورق ، من المدخلات الأولية إلى معالجة نفايات نهاية العمر ، بناءً على مراجعة البيانات المتاحة للجمهور. ثم يحلل التحسينات المحتملة في تدفقات المواد ويناقش مقاييس إعادة التدوير وكفاءة المواد. يجادل المقال بأن استخدام معدل التجميع كمقياس لإعادة التدوير لا يحفز بشكل مباشر على تجنب المدخلات الأولية والآثار المرتبطة بها. يقارن مقياس بديل الورق لإعادة التدوير (الورق المسترجع) بإجمالي المدخلات الليفية ويشير إلى أن المعدل الحالي يزيد قليلاً عن نصف الإمكانات التقنية. تم العثور على مقاييس كفاءة المواد لتكون أكثر فائدة إذا كانت تتعلق بإمكانية إعادة استخدام النفايات. يوفر توازن المواد الذي تم تطويره في هذا البحث أساسًا متينًا لمزيد من الدراسة للإنتاج والاستهلاك المستدام للورق على مستوى العالم. ينبغي النظر في الاستنتاجات بشأن إعادة التدوير والكفاءة لتحسين التقييم البيئي وتحفيز التحول نحو كفاءة الموارد والاقتصاد الدائري. يوفر توازن المواد الذي تم تطويره في هذا البحث أساسًا متينًا لمزيد من الدراسة للإنتاج والاستهلاك المستدام للورق على مستوى العالم. ينبغي النظر في الاستنتاجات بشأن إعادة التدوير والكفاءة لتحسين التقييم البيئي وتحفيز التحول نحو كفاءة الموارد والاقتصاد الدائري. يوفر توازن المواد الذي تم تطويره في هذا البحث أساسًا متينًا لمزيد من الدراسة للإنتاج والاستهلاك المستدام للورق على مستوى العالم. ينبغي النظر في الاستنتاجات بشأن إعادة التدوير والكفاءة لتحسين التقييم البيئي وتحفيز التحول نحو كفاءة الموارد والاقتصاد الدائري.

المقدمة

غالبًا ما يتم الاستشهاد بمعدلات إعادة التدوير المرتفعة كدليل على الأداء البيئي لقطاع الورق. ومع ذلك ، يساهم نظام الورق العالمي في العديد من المشكلات البيئية ، بما في ذلك تغير المناخ وتلوث المياه وتلوث الهواء. أظهر Allwood وزملاؤه ( 2010 ) أنه حتى في ظل سيناريو العمل المتفائل للغاية كالمعتاد ، فإن انبعاثات الكربون من قطاع الورق في عام 2050 ستتجاوز هدف التخفيض البالغ 50٪. من غير المحتمل أن تتحقق تخفيضات التأثير الضرورية ما لم يتم استكشاف جميع الإمكانات. لاكتشاف هذه الإمكانات ، يلزم إجراء تحليل تفصيلي لتدفق المواد (MFA) لإنتاج الورق واستهلاكه ومعالجة النفايات. تقدم هذه المقالة مثل هذا التحليل لتدفق الورق العالمي من المدخلات الأولية إلى معالجة النفايات في نهاية عمرها.

تم تفصيل MFAs للورق ولب الورق في الأدبيات الحالية على المستوى الوطني (Hekkert et al. 2000 ؛ Cote et al. 2015 ؛ Hong et al. 2011 ؛ Sundin et al. 2001 ) أو مجمعة للغاية على المستوى العالمي (Allwood وآخرون 2010 ). الهدف من هذه الدراسة هو إنتاج توازن مواد عالمي مفصل لتدفقات الورق مثل تلك المنشورة للصلب (Cullen et al. 2012 ) والألمنيوم (Cullen and Allwood 2013 ؛ Liu et al. 2012). يساعد توازن المواد هذا في تحديد الخيارات لتقليل مدخلات المواد الأولية والآثار البيئية المرتبطة بها. يمكن للتحليل المستند إلى مبدأ توازن الكتلة أن يقارب التدفقات المهمة ولكن لم يتم الإبلاغ عنها مثل مدخلات الأخشاب البكر والمدخلات غير الليفية وتدفقات معالجة النفايات.

التوازن المادي هو مساهمة مفيدة لسببين. أولاً ، يتم استخدامه في هذه المقالة لمقارنة مقاييس الأداء القائمة على الكتلة وتحليلها. تستخدم هذه المقاييس على أساس الكتلة من قبل الحكومات في جميع أنحاء العالم لتتبع الأداء البيئي وبالتالي فهي تستحق التحليل النقدي. توضح هذه المقالة أوجه القصور في مقاييس إعادة التدوير والكفاءة شائعة الاستخدام وتقدم توصيات لتحسينها. تحدد المقالة أيضًا إمكانية إعادة التدوير الفنية. ثانيًا ، يمكن أن يعمل توازن المواد كأساس لطرق أكثر تقدمًا قد تأخذ في الاعتبار الطاقة والمياه والانبعاثات واستخدام الأراضي والتأثيرات البيئية الأخرى. تتطلب تقييمات دورة الحياة هذه (LCAs) توازنًا ماديًا للبدء به ، ولا يوجد مثل هذا التوازن حتى الآن لنظام الورق.

ويتمحور المادة على النحو التالي. يوضح القسم التالي مصادر البيانات والافتراضات والطرق المستخدمة لبناء ميزان المواد. ويلي ذلك النتائج ، في شكل مخطط Sankey ، ومناقشة مقاييس إعادة التدوير ، ومقاييس الكفاءة ، وتقييم إعادة استخدام النفايات. تختتم المقالة باقتراح تحسينات في مقاييس الأداء البيئي والإشارة إلى اتجاهات البحث المستقبلي.

البيانات والطرق

تُنشئ هذه الدراسة توازنًا ماديًا للإشارة إلى أصل ووجهة وحجم التدفقات العالمية للخشب واللب والورق والورق المستهلك لعام 2012. تم استخلاص البيانات من مجموعة متنوعة من المصادر ويتم حساب القيم باستخدام معادلات توازن المواد والجبر المصفوفة. يأخذ التقييم في الاعتبار الكتل الجافة لجميع التدفقات - لا يتم تضمين الغازات والمياه. يعتمد استهلاك خمس فئات من الورق ، ولباب الورق الكيميائي ، واللب الميكانيكي ، والورق لإعادة التدوير على منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة (الفاو) (الفاو 2016)). يتم تحديد التدفقات في كل مرحلة من مراحل دورة الحياة بشكل أكبر باستخدام معلمات من الأدبيات وتقارير الصناعة (انظر القسم SI 1 في المعلومات الداعمة المتاحة على موقع المجلة الإلكتروني). يشار إلى المواد المشار إليها على أنها منتجات ثانوية أو منتجات مشتركة في الأدبيات باستمرار على أنها نفايات في هذا التحليل وتشمل الخمور الأسود والزيت الطويل وزيت التربنتين. يُشار إلى نفايات الورق المعاد تدويره ، والتي تسمى أحيانًا الورق المسترجع ، بالورق لإعادة التدوير. يُشار إلى اللب من الورق لإعادة التدوير ، والذي يُطلق عليه أحيانًا اللب الثانوي أو اللب المُعاد تدويره ، باللب المُعاد تدويره. يشار إلى جزء نفايات الورق بعد الاستهلاك الذي لا يتم إعادة تدويره ولا ينتهي به المطاف في المجاري على أنه ورق نفايات متبقية.

الشكل 1يعرض المراحل الرئيسية في دورة حياة الورق من الحصاد إلى معالجة النفايات. يتم إنتاج الورق من الخشب ، والحصاد غير الخشبي ، والورق المهدور ، والمواد غير الليفية. يتم تحويل الخشب إلى عجائن ميكانيكية وكيميائية وشبه كيميائية. يتكون فصل اللب الميكانيكي من طحن الخشب ويستهلك طاقة عالية. يتم استخدام عملية فصل الألياف الكيميائية للمنتجات عالية الجودة نظرًا لأنها تزيل اللجنين غير المرغوب فيه من الخشب. يجمع فصل اللب شبه الكيميائي بين مرحلة الطحن والمعالجة الكيميائية ، ولكنه ينقسم إلى أجزاء متساوية من عملية فصل الألياف الكيميائية والميكانيكية في التحليل الإضافي. بالإضافة إلى الخشب ، يتم استخدام جزء من عجينة الورق غير الخشبية من مواد مثل القش ، بشكل رئيسي في الصين والهند. يتم فصل الورق المُعاد تدويره بشكل منفصل وغالبًا ما يتم تفكيكه. العجائن المختلفة مع المواد غير الليفية ،1 ). بعد الاستهلاك ، يُضاف الورق إلى المخزون ، أو يُعاد تدويره ، أو ينتهي به المطاف في الحرق (مع أو بدون استعادة الطاقة) ، أو مكب النفايات ، أو الصرف الصحي. يقوم قطاع الورق بتوليد الورق لإعادة التدوير والنفايات الصناعية مثل الحمأة ، والتي تستخدم لاستعادة الطاقة ، أو استرداد غير الطاقة ، أو دفن النفايات.

شكل 1

فتح في عارض الشكل باور بوينت

نظام الورق.

نسب العائد

يمكن حساب مدخلات عملية فصل الألياف الكيميائية والميكانيكية من إنتاج اللب العالمي المبلغ عنه (منظمة الأغذية والزراعة 2016 ) ومعدلات إنتاج اللب (الجدول 1 ). يقترح مارتن وزملاؤه ( 2000 ) نطاقات نسب إنتاجية اللب بالنسبة إلى مدخلات الخشب في عملية فصل الألياف الميكانيكية واللب الكيميائي. يستخدم هذا التحليل القيم المتوسطة. تشير مراجع أخرى مثل MacLeod ( 2007 ) و Briggs ( 1994 ) إلى قيم مماثلة. يفترض أن تكون معدلات إنتاج عجينة الورق غير الخشبية مماثلة لتلك المستخدمة في فصل عجينة الخشب الكيميائية. يتم حساب نسبة إنتاجية فصل الألياف المعاد تدويرها من خلال مراعاة استخدام الورق لإعادة التدوير لكل درجة ورق ونسبة الإنتاجية لكل درجة ورق. يستخدم الحساب مصفوفة الإنتاج في الجدول2 ونسب إنتاجية اللب المعاد تدويره من Stawicki and Read ( 2010 ). يفترض أن ما بين 0٪ و 50٪ من المدخلات المعاد تدويرها للتغليف قد تم فك ارتباطها (انظر القسم SI-3 في المعلومات الداعمة على الويب).

الجدول 1. نسب المحصول لللب وصناعة الورق

الجدول 2. جزء من المدخلات في خمس درجات رئيسية من الورق

تعتمد نسب العائد لصناعة الورق على درجة الورق التي يتم إنتاجها ويمكن أن تختلف بشكل كبير لكل منتج ورقي. وبالتالي ، يتم اشتقاق نسبة إنتاجية صناعة الورق من إجمالي نفايات الورق وإجمالي إنتاج الورق في قطاع اللب والورق والطباعة في الاتحاد الأوروبي 28 (يوروستات 2016 ؛ منظمة الأغذية والزراعة 2016 ). يتم إعادة تدوير هذه الخسائر وهي جزء من إجمالي كمية الورق العالمي لإعادة التدوير التي أبلغت عنها منظمة الأغذية والزراعة. نسبة العائد الناتجة قريبة جدًا من القيمة في وكالة الطاقة الدولية (IEA) (IEA 2007 ، 264) ويستخدمها Allwood وزملاؤه ( 2010). وتجدر الإشارة إلى أن هذه النفايات ناتجة في الغالب عن تحويل الورق وطباعته ولا تشكل عدم كفاءة في مصانع الورق. يتم حساب كمية مواد الحشو غير الليفية من الفرق النهائي بين مدخلات اللب ، وفقد التحويل ، ومخرجات الورق في صناعة الورق والمراجعة المتقاطعة مع البيانات الأوروبية (CEPI 2012 ).

مصفوفة الإنتاج

يوضح الجدول 2 كسور مدخلات اللب والمواد غير الليفية في درجات الورق الخمسة الرئيسية. الكميات الإجمالية من اللب ودرجات الورق الأربعة و "الورق الآخر" مأخوذة من منظمة الأغذية والزراعة ( 2016 ). يتم تعديل متطلبات اللب والحشو الكلي للخسائر في صناعة الورق. تم حساب القيم الواردة في الجدول 2 في إجراء من ثلاث خطوات. أولاً ، يتم حساب جزء اللب المعاد تدويره في كل درجة من استخدام الورق لإعادة التدوير الذي أبلغ عنه اتحاد الصناعات الورقية الأوروبية (CEPI) (CEPI 2012) ونسبة المحصول لللب المعاد تدويره. يتم تقليص كل جزء من اللب المعاد تدويره إلى أسفل استنادًا إلى إجمالي الكمية العالمية من اللب المعاد تدويره ، لتصحيح الفرق بين مستويات إعادة التدوير الأوروبية والعالمية. ثانيًا ، جزء المادة غير الليفية عبارة عن تقديرات تقريبية بناءً على كوت وزملائه ( 2015 ). يتم حساب جزء المواد غير الليفية في "أخرى" من الفرق النهائي بين إجمالي استخدام المواد غير الليفية والاستخدام في جميع درجات الورق الأخرى. أخيرًا ، وفقًا لوريجسن وزملائه ( 2010) ، يُفترض أن المدخل الإضافي لأوراق الصحف هو اللب الميكانيكي ، أما بالنسبة للطباعة + الكتابة والصحية + الورق المنزلي ، فهو لب كيميائي. يتم تخصيص الكمية المتبقية من اللب الميكانيكي للتغليف. يتم تخصيص ما تبقى من اللب الكيميائي إلى "أخرى".

نفايات ما بعد الاستهلاك والمخزون

يعرض الجدول 3 المعلمات ذات الصلة لحساب تدفقات النفايات بعد الاستهلاك. في كل عام ، يضيف المستهلكون بعض الأوراق المشتراة حديثًا للتخزين والتخلص من بعض مشترياتهم أو المخزون القديم. يتم تقييم صافي الإضافات إلى المخزون بثلاث طرق. أولاً ، تم استخدام توزيعات عمر المنتج. يمكن التقاط توزيع عمر المنتج بمرونة باستخدام ، من بين أمور أخرى ، توزيع Weibull (Müller et al. 2014 ). تستخدم هذه الدراسة توزيع Weibull لإجمالي نفايات الورق السنوية في ألمانيا بناءً على المعايير التي حددها Cote وزملاؤها ( 2015 ) وتطبقها على استهلاك الورق والكرتون العالمي. الطريقة الثانية تتبع منظمة الأغذية والزراعة ( 2010) ويستخدم نموذج تسوس بعمر نصف يبلغ عامين لجميع المنتجات الورقية. لكلتا الطريقتين ، صافي الإضافة للمخزون في سنة واحدة حساس للغاية للتغيرات في الاستهلاك السنوي. للتعامل مع هذا ، تم تقريب المتسلسلة الزمنية العالمية لاستهلاك الورق والكرتون (1961-2012) بوظيفة الانحدار التربيعي للمربعات الصغرى. ينتج عن الطريقتين كسور من الإضافات الصافية للمخزون 0.06 و 0.09 على التوالي. تم أخذ تقدير ثالث من وكالة الطاقة الدولية ( 2007 ، 264). يقترح هذا التقرير قيمة من 0.12 إلى 0.15 ، ولكن بسبب التناقض مع النتائج من التقديرات الأكثر تقدمًا ، يتم النظر فقط في القيمة الأقل وهي 0.12.

الجدول 3. معلمات معالجة النفايات وصافي الإضافات إلى المخزون

تم حساب كميات ورق النفايات المتبقية لكل بلد من منظمة الأغذية والزراعة ( 2016 ) ومعايير الإضافات إلى المخزون والخسائر في مياه الصرف الصحي. يتم تعيين معامل الورق الصحي لمياه الصرف الصحي بناءً على جزء ورق التواليت المُبلغ عنه في ألمانيا (كوت وآخرون ، 2015 ). كان من المفترض أن يتم معالجة جميع النفايات الورقية المتبقية بشكل فعال كمخلفات صلبة بلدية متبقية (MSW). معدلات النفايات الصلبة المحلية المتبقية التي تذهب إلى استعادة الطاقة ، والحرق دون استعادة الطاقة ، وطمر النفايات (أو التخلص منها بطريقة أخرى) لـ 30 من 34 دولة من دول منظمة التنمية الاقتصادية والتعاونية (OECD) والصين مأخوذة من OECD ( 2015). من المفترض أن تذهب النفايات المتبقية من بقية العالم إلى مكب النفايات. يُفترض أن الورق الموجود في حمأة الصرف الصحي يتلقى نفس المعاملة مثل الورق المتبقي مع اختلاف أن الجزء غير المحترق مقسم بالتساوي بين مكب النفايات واستعادة غير الطاقة مثل تطبيق الأرض.

مخلفات صناعية

يتم استقراء مصير النفايات الصناعية المتولدة أثناء فصل الألياف من تقارير استدامة الصناعة والتقارير السنوية. الجدول 4تلخص البيانات من أربع من أكبر شركات الورق في العالم ، وتغطي 11٪ من إنتاج الورق والكرتون العالمي. يوضح إجمالي إنتاج الورق لكل شركة والكميات المبلغ عنها للنفايات المدفونة أو المستخدمة لاستعادة غير الطاقة. تم حساب بعض هذه الكميات من معالجة النفايات المبلغ عنها لكل طن من المنتج النهائي أو المعالجة كنسبة مئوية من إجمالي توليد النفايات. يشمل الاسترداد غير القائم على الطاقة استخدام الأرض أو تحويل الحمأة إلى سماد. لا يتم الإبلاغ عن النفايات المستخدمة لاستعادة الطاقة بشكل مباشر من قبل معظم الشركات ، ولكنها تأتي من الفرق بين خسائر فصل الألياف وكميات النفايات المدفونة والمستخدمة لاستعادة غير الطاقة. مونتي وزملاؤه ( 2009) قم بإدراج العديد من المعالجات المسبقة لاستعادة الطاقة ، لكن تقارير الشركة تميل إلى عدم التمييز بين هذه المعالجات المسبقة.

الجدول 4. إنتاج الورق وتدفق النفايات الصناعية كما أفاد منتجو الورق الرئيسيون

·        ^(أ) استناداً إلى السعة المبلغ عنها واستخدام 90٪ من السعة المفترض.

يتم اختراق تمثيل البيانات من خلال التحيز في الاختيار - الإبلاغ طوعي ويظل أصحاب الأداء الأسوأ صامتين بشكل طبيعي - لكن العينة تتميز بتغطية جغرافية جيدة. تم استبعاد البيانات التي أبلغت عنها UPM و Stora Enso و Resolute FP و SCA لأن هذه الشركات تنتج أيضًا كميات كبيرة من الأخشاب. يتم تخصيص الأجزاء الصغيرة من النفايات التي تتعامل معها أطراف ثالثة لاستعادة غير الطاقة. يعتبر الحرق دون استعادة الطاقة ضئيلاً. من المفترض ، في المتوسط ​​، أن تنتج الشركات أكبر قدر من اللب حسب الحاجة لإنتاجها من الورق والكرتون ، وبالتالي تعكس المتوسط ​​العالمي لنفايات اللب لكل وحدة من المنتج النهائي. تكشف الأرقام عن اختلافات كبيرة في الأداء بين الشركات المختلفة. في المتوسط ​​، 0.06 (0.04 إلى 0.

ريبة

تعتبر مصادر البيانات موثوقة بدرجة كافية للسماح ببناء توازن كامل ومتسق للمواد. التطابق الواضح بين المعلمات والقيم من مصادر البيانات المستقلة يعزز صحة النتائج. لا يمكن التحقق من التدفقات التالية باستخدام مبدأ توازن الكتلة: المدخلات غير الليفية ، والمدخلات الليفية البكر ، وتوليد النفايات الصناعية ، ومعالجة النفايات الورقية المتبقية ، ومعالجة النفايات الصناعية. تم حساب كمية المواد غير الليفية كفرق نهائي. يمثل المحتوى غير الليفي 15.1٪ من الإنتاج النهائي للورق والكرتون في عام 2012. يكشف الفحص المتقاطع أن هذه القيمة قريبة جدًا من كمية المواد غير الليفية (14.9٪) المستخدمة في مجموعة مختارة من البلدان الأوروبية (CEPI 2012). يتم قياس عدم التيقن من التدفقات الأخرى المذكورة أعلاه من خلال تحليل الحساسية.

يُظهر تحليل الحساسية تأثير اختلاف المعلمات ويتم تطبيقه بشكل متكرر لتقييم متانة نماذج تدفق المواد (Laner et al. 2014 ). تتمثل الطريقة في هذه المقالة في حساب الحد الأدنى والأعلى للتدفق بناءً على نطاق المعلمة ذات الصلة. تؤثر المعلمة الخاصة بنسبة إنتاجية استخلاص اللب الكيميائي والميكانيكي على المدخلات الليفية البكر وتوليد النفايات الصناعية ، وتؤثر المعلمة الخاصة بالإضافات الصافية للمخزون على معالجات نفايات الورق المتبقية ، وتؤثر معاملات معالجة النفايات الصناعية على إجمالي الكميات التي لا تعتمد على الطاقة. الانتعاش ودفن النفايات. يتم تضمين جزء النفايات التي يتم حرقها ، ولكنها تظل على شكل رماد ، في الاسترداد غير القائم على الطاقة أو طمر النفايات. تم الإبلاغ عن جميع التدفقات إلى أقرب 1 ميغا طن.

نتائج ومناقشة

يوضح الشكل 2 مخطط Sankey لتدفقات الورق العالمية في عام 2012. يعرض الرسم البياني تدفق المواد من الحصاد (يسار) إلى نهاية عمرها (يمين). عرض التدفق يعكس الكمية. تشير نفايات المطاحن إلى تدفقات النفايات في الصناعة التي تُستخدم إما في استعادة الطاقة في الموقع ، أو التي لا تعتمد على الطاقة ، أو يتم دفنها. يتم عرض استعادة الطاقة في الموقع بواسطة منتجي الورق بشكل منفصل عن الحرق مع أو بدون استعادة طاقة الورق في النفايات الصلبة المحلية المتبقية. يتم تصوير نفايات الورق الناتج عن صناعة الورق على أنها خسائر ليفية وغير ليفية منفصلة ، وتدخل في نفس حلقة إعادة التدوير مثل ورق نفايات ما بعد الاستهلاك. النتائج التفصيلية بما في ذلك المعادلات ترد في القسم SI-2 من المعلومات الداعمة على الويب.

الشكل 2

فتح في عارض الشكل باور بوينت

تدفقات الورق العالمية في عام 2012 بالميغاطن.

يوضح الجدول 5 الحدود العلوية والسفلية للعديد من تدفقات المواد بناءً على تحليل الحساسية. الاختلاف النسبي للحدود الدنيا والعليا من القيمة المستخدمة هو الأكبر لاستعادة غير الطاقة ودفن النفايات الصناعية. تميل النطاقات نحو قيم أعلى بسبب توزيع أداء الشركة. على الرغم من عدم اليقين ، فإن توازن المواد مفيد لمقارنة الأحجام النسبية للتدفقات وتحليل التحسينات المحتملة. بمرور الوقت ، قد يتم تحديث الرصيد وتحسينه ببيانات جديدة. تناقش الأقسام التالية مقاييس إعادة التدوير والكفاءة وتقييم إعادة استخدام النفايات بناءً على توازن المواد.

الجدول 5. تدفقات المواد وحدتها العليا والسفلى

مقاييس إعادة التدوير

توفر مقاييس إعادة التدوير الحالية فقط صورة مشوهة لنظام الورق. تُحسب إعادة التدوير عادةً بقسمة الورق لإعادة التدوير على إجمالي إنتاج الورق والكرتون (Ervasti et al. 2015). بالنسبة لنظام الورق العالمي ، ينتج عن ذلك معدل تحصيل يبلغ 54٪. ومع ذلك ، فإن هذا المقياس غير متسق ويفتقر إلى المعنى. وهو غير متسق لأنه يقارن كمية من مرحلة فصل الألياف (ورق لإعادة التدوير) بكمية من مرحلة صناعة الورق (إجمالي الإنتاج أو الاستهلاك). يتجاهل المقياس الخسائر التي تحدث بين المرحلتين ويتجاهل أنه لا يتم التخلص من الورق بالكامل وبالتالي لا يتوفر لإعادة التدوير. يفتقر المقياس أيضًا إلى المعنى لأن قيمته لا تعكس الغرض من إعادة التدوير. الهدف الرئيسي من إعادة التدوير هو تقليل التأثيرات عن طريق استبدال الإنتاج البكر (Geyer et al. 2016). يمكن لمقياس إعادة التدوير أن يعكس فقط تجنب المدخلات البكر من خلال التركيز مباشرة على مرحلة الحصاد في دورة الحياة. يجب أن يقارن مقياس إعادة التدوير المتسق والهادف مدخلات نفايات الورق (الورق لإعادة التدوير) بإجمالي المدخلات (الورق لإعادة التدوير بالإضافة إلى الحصاد الليفي البكر). تمت مناقشة مثل هذا المقياس بواسطة Graedel وزملاؤه ( 2011 ) وسمي معدل المدخلات المعاد تدويره (RIR).

تبلغ قيمة RIR 38٪ بينما يبلغ معدل التحصيل 54٪. يعكس الاختلاف نسبة إنتاجية عالية نسبيًا لعجينة اللب المعاد تدويرها مقارنة باللب الكيميائي. بعبارة أخرى ، لا تعني الزيادة في الورق المخصص لإعادة التدوير انخفاضًا نسبيًا في متطلبات المدخلات الأولية. نظرًا للاختلافات في كفاءة فصل الألياف ، قد تقوم وحدة كتلة واحدة من الورق لإعادة التدوير إما بإزاحة 0.9 وحدة من الخشب لعملية فصل الألياف الميكانيكية أو 1.7 وحدة من الخشب لعزل اللب الكيميائي. عندما يحل الورق لإعادة التدوير المدخلات الأولية دون التأثير على النسبة بين مدخلات اللب الميكانيكية والكيميائية ، يكون متوسط ​​معدل الاستبدال العالمي حوالي 1.5. من الناحية العملية ، يعتمد الأمر على الخصائص المرغوبة للمنتج النهائي ما إذا كان اللب المعاد تدويره سيحل في الغالب محل اللب الميكانيكي أو الكيميائي.2013 ). المقياس حساس أيضًا لجزء المدخلات غير الليفية حيث يمكن أيضًا أن تحل محل اللب البكر. إنه خارج نطاق هذه المقالة لمناقشة المستويات المرغوبة لاستبدال الألياف بمواد غير ليفية.

قد تخلق مقاييس إعادة التدوير المعبر عنها كنسب مئوية انطباعًا خاطئًا بأن الورق المعاد تدويره بنسبة 100٪ ممكن تقنيًا. لذلك من المهم الإبلاغ عن الحد الأقصى من الأداء الممكن تحقيقه تقنيًا جنبًا إلى جنب مع الأداء الفعلي. عند مستويات الاستهلاك لعام 2012 ، يمكن جمع 351 طنًا (± 12 طنًا) من الورق لإعادة التدوير. يتم فقد باقي الاستهلاك بشكل لا يمكن إصلاحه في المجاري أو يضاف إلى المخزون. يعتمد الحد الأدنى والأعلى على التباين في الإضافات إلى المخزون. بالإضافة إلى ذلك ، تنتج صناعة الورق 21 طناً من الورق لإعادة التدوير. تشير الكمية الإجمالية المحتملة لإعادة تدوير الورق إلى معدل تجميع من 90٪ إلى 96٪. لا يمكن استخدام هذا الإمداد الكبير من الورق لإعادة التدوير إلا مع تحسين التحكم في التلوث. بيفنينكو وزملاؤه ( 2015) تبين أن 51 من الملوثات الموجودة حاليًا في الورق يمكن أن تشكل تحديات لإعادة التدوير. قد يؤدي التلوث إلى استبعاد استخدامات معينة للورق لإعادة التدوير أو يؤدي إلى انخفاض إنتاجية اللب. الإجراء الأكثر فعالية ليس فصل المصدر أو إزالته ، ولكن التخلص التدريجي من استخدام المواد الكيميائية تمامًا (Pivnenko et al. 2016 ).

يمكن حساب القيمة القصوى لـ RIR المرغوب فيه على افتراض وجود جزء ثابت من المحتوى غير الليفي ونسبة ثابتة بين اللب الميكانيكي والكيميائي للمدخلات الليفية البكر. يفترض الحساب انخفاض نسبة إنتاجية اللب المعاد تدويره البالغة 0.73 لتعكس الحاجة المتزايدة لإزالة الأحبار. في ظل هذه الافتراضات ، فإن الحد الفني لـ RIR هو 67٪ إلى 73٪ (انظر القسم SI-4 في المعلومات الداعمة على الويب). بمعنى آخر ، يمكن توفير 67٪ إلى 73٪ فقط من المدخلات الليفية عن طريق نفايات الورق ، والباقي يحتاج إلى ألياف عذراء. الأداء الحالي للمقياس هو 38٪ ، وهو ما يزيد قليلاً عن نصف الإمكانات الفنية. يمكن أن يدعم تضمين الإمكانات التقنية في الإبلاغ عن مقاييس إعادة التدوير اتخاذ قرارات أفضل. سيكون من المفيد لواضعي السياسات والصناعة معرفة مقدار إعادة التدوير الممكنة.

مقاييس كفاءة المواد

هناك طريقة أخرى لتحسين إنتاج الورق وهي زيادة كفاءة المواد لعمليات التحويل لأنها تقلل من متطلبات المدخلات. تعتمد الكفاءة الكلية للمواد (أو نسبة المحصول) لإنتاج الورق بشدة على درجة الورق ومدخلات اللب المطلوبة. على سبيل المثال ، إنتاج اللب الميكانيكي أعلى بكثير (0.90 إلى 0.95) من عملية فصل الألياف الكيميائية (0.40 إلى 0.55). ومع ذلك ، تُستخدم النفايات الناتجة عن عملية فصل الألياف الكيميائية لاستعادة الطاقة ويمكن أن تكون كافية لتلبية الطلب على الطاقة في المصنع. وبالتالي فإن الإنتاجية المنخفضة في عملية فصل الألياف الكيماوية لا تمثل بالضرورة عدم كفاءة غير مرغوب فيها. يجب التقاط الاستخدام المفيد لمواد النفايات عند مناقشة كفاءة المواد.

تتجاهل حسابات كفاءة المواد الأساسية دور إعادة استخدام النفايات. المقياس القياسي لكفاءة المواد هو النسبة بين المواد المستخدمة في المنتج (M · _p ) والمواد الموردة إليه (M · _s ) (Lifset و Eckelman 2013 ).

يوضح Allwood وزملاؤه ( 2011 ) كيف يمكن تضمين استخدام الطاقة وانبعاثات الكربون المرتبطة بعمليات التحويل في هذه المعادلة. ومع ذلك ، يوضح مثال صناعة الورق أنه يمكن أيضًا تلبية احتياجات الطاقة من خلال استعادة الطاقة من النفايات من نفس عملية التحويل. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام النفايات لاستعادة غير الطاقة. قد تكون مقاييس كفاءة المواد أكثر فائدة إذا تم حسابها في جميع هذه الأنواع من إعادة استخدام النفايات. يُعرَّف مصطلح إعادة الاستخدام هنا على أنه أي استخدام إضافي للنفايات بما في ذلك إعادة التدوير ، واستعادة الطاقة ، والاسترداد غير المتعلق بالطاقة - جميع الاستخدامات التي يحتمل أن تحل محل المدخلات البكر وتساهم في كفاءة الموارد الإجمالية للإنتاج والاستهلاك.

يمكن تضمين إعادة استخدام النفايات في مقاييس الكفاءة من خلال النظر في إمكانية إعادة استخدام تدفقات النفايات. تم اقتراح واستكشاف مفهوم إمكانية إعادة الاستخدام من قبل Park and Chertow ( 2014 ) لمنتجات احتراق الفحم الثانوية. تعتمد إمكانية إعادة استخدام النفايات على خصائص المواد والعوامل السياقية وقد تتغير بمرور الوقت. يتمثل التحدي الرئيسي في توفر البيانات ، خاصة وأن المواد يمكن أن يكون لها استخدامات متعددة. يتم تفعيل إمكانية إعادة الاستخدام كقيمة بين 0 (لا يمكن إعادة الاستخدام) و 1 (إعادة الاستخدام الكاملة ممكنة) (Park and Chertow 2014 ). جزئيًا ، توجد معايير استخدام النفايات بالفعل في الوثائق الخاصة بأفضل التقنيات المتاحة (Suhr et al. 2015). يمكن تضمين إمكانية إعادة الاستخدام عدديًا في حسابات كفاءة المواد. بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة لأنظمة المواد المعقدة ، مثل التي تم تحليلها في هذه المقالة ، يمكن تقييم نمط التدفق الإجمالي المثالي بافتراض الاستغلال الكامل لإمكانية إعادة الاستخدام لكل تدفق. يمكن أن يعمل مخطط Sankey على عرض كل من التدفقات الفعلية (كما في هذه المقالة) والتدفقات المثالية بناءً على إعادة استخدام النفايات القصوى. تتزامن الفكرة الأخيرة مع أحد الاستخدامات الأولى لمخطط Sankey باسمه. في عام 1898 ، استخدم سانكي مخططين لمقارنة التدفقات الفعلية والمثالية لتدفقات الطاقة في المحرك البخاري (شميدت 2008 ؛ سانكي 1898 ) - ويمكن فعل الشيء نفسه لتدفقات المواد.

ترتبط تقييمات معدلات إعادة التدوير وكفاءة المواد ارتباطًا وثيقًا لأن كلاهما يعتمد على تحديد الإمكانات. بالنسبة لنفايات ما بعد الاستهلاك ، يمكن تحديد إمكانية إعادة الاستخدام بدقة أكبر كإمكانية إعادة تدوير تقنيةوتتعلق بكمية النفايات المتاحة بالفعل ليتم جمعها كموارد لإعادة المعالجة. من أجل كفاءة المواد ، ينبغي النظر في إمكانية إعادة الاستخدام لعدد من نفايات العملية. بمعنى آخر: يجب الحكم على أداء نظام الإنتاج والاستهلاك من خلال مدى استخدام النفايات التي يمكن استخدامها كمصادر بالفعل كمصادر. الأهم من ذلك ، أن النفايات مؤهلة كمورد إذا كان يمكن (بشكل مفيد) أن تحل محل المدخلات البكر. تنطبق هذه القاعدة على كل من نفايات ما بعد الاستهلاك والنفايات الصناعية. تم بالفعل حساب إمكانية إعادة التدوير الفنية لنفايات الورق في هذه المقالة. يتطلب حساب إمكانية إعادة الاستخدام للنفايات الصناعية معرفة تفصيلية بالتدفقات ذات الصلة ووضع معايير لإعادة استخدام النفايات ويترك لمزيد من الدراسة ،

الاستنتاجات

قامت هذه الدراسة بحساب التدفقات الورقية العالمية التفصيلية ومناقشات نقدية لمقاييس إعادة التدوير وكفاءة المواد. تم تقديم ميزان المواد كمخطط Sankey ويعرض ، لأول مرة ، تدفق المواد في جميع مراحل دورة حياة الورق العالمية من المدخلات الأولية إلى معالجة النفايات في نهاية العمر. أدت مناقشة مقاييس الأداء البيئي إلى ثلاث استنتاجات متميزة.

1.    يقسم مقياس إعادة التدوير الشائع حاليًا الورق لإعادة التدوير حسب إجمالي إنتاج الورق. لا يحفز هذا المقياس بشكل مباشر على تجنب المدخلات الأولية والآثار المرتبطة بها. المؤشر الأفضل هو RIR ، الذي يقسم الورق لإعادة التدوير حسب إجمالي المدخلات الليفية.

2.    تكون مقاييس إعادة التدوير أكثر أهمية إذا كانت الإمكانات القابلة للتحقيق معروفة. و إمكانية إعادة التدوير الفنية مقيدة الإضافات إلى الأسهم والخسائر لمياه الصرف الصحي. بافتراض السيطرة الفعالة على التلوث ، يمكن أن يتضاعف تقريبًا جزء الورق المراد إعادة تدويره في إجمالي المدخلات الليفية.

3.    يجب أن تأخذ كفاءة المواد في الاعتبار كلاً من المنتجات النهائية والنفايات المعاد استخدامها كمخرجات للعملية. يمكن أن تتناقض إعادة استخدام النفايات مع إمكانية إعادة الاستخدام ، والتي تعتمد على خصائص المواد والعوامل السياقية. قد يتم تضمين تحقيق إمكانية إعادة الاستخدام في مقاييس كفاءة المواد.

يجب أن يبني مزيد من البحث على الاستنتاجات الثلاثة المذكورة أعلاه. قدمت هذه الدراسة بداية من خلال رسم خرائط التدفقات العالمية للورق. يمكن للعمل المستقبلي تقييم إمكانات إعادة الاستخدام لتدفقات النفايات المختلفة وتحقيقها في اقتصاد دائري. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام توازن المواد كأساس لمجموعة متنوعة من التقييمات البيئية
لحجز موعد الضغط هنا