Jätemuovin kemiallinen kierrätys vähentää kasvihuonekaasupäästöjä ja fossiilisten luonnonvarojen ehtymistä

Neste sai päätökseen elinkaariarvioinnin¹ kemiallisen kierrätyksen ympäristövaikutuksista muovien arvoketjussa. Tutkimuksessa simuloitiin Nesteen kemiallisen kierrätyksen mallia, jossa yhdistetään jätemuovin nesteyttäminen (esim. pyrolyysiin avulla) ja jalostus drop-in-raaka-aineiksi uusien polymeerien kuten esimerkiksi muovien tuotantoon. 

Elinkaariarviointi osoittaa, että ottamalla kemiallinen kierrätys osaksi muovien arvoketjua muovijätteen energiapolton välttämiseksi ja neitseellisten fossiilisten syöttöaineiden korvaamiseksi polymeerien tuotannossa, voidaan merkittävästi vähentää kasvihuonekaasupäästöjä ja fossiilisten energiavarojen ehtymistä.

Elinkaariarviointi useasta näkökulmasta

Tutkimus sisälsi useita skenaarioita. Yhdessä niistä kemiallinen kierrätys olisi osa polymeerien kiertotaloutta, mikä tuo uuden näkökulman teknologiaa koskevaan keskusteluun. Tutkimustulokset tuovat esiin kemiallisen kierrätyksen ympäristöhyödyt sekä tarjoavat konkreettista ja mitattavaa tietoa kemiallisen kierrätyksen myönteisistä vaikutuksista. 

Nesteen elinkaariarvioinnissa sovellettiin kolmea eri lähestymistapaa: 
1. jätehuollon näkökulma, jossa kemiallista kierrätystä tarkasteltiin vaihtoehtona jätemuovin polttamiselle 
2. tuotannon näkökulma, jossa kemiallista kierrätystä tarkasteltiin vaihtoehtona neitseellisten fossiilisten raaka-aineiden käytölle uusien polymeerien tuotannossa 
3. näkökulma, jossa kemiallista kierrätystä tarkasteltiin osana muovien kiertotaloutta. 

Elinkaariarvioinnissa tarkasteltiin kahta aikaväliä: lähitulevaisuutta (2023) ja pidempää aikaväliä (2030). Näissä tarkasteluissa otettiin huomioon taustatekijät, kuten sähköntuotanto ja kemiallisen kierrätyksen kapasiteetin kasvu. Elinkaariarvioinnin tulokset osoittavat, että riippumatta näkökulmasta ja aikavälistä, kasvihuonekaasupäästöt ja fossiilisten energiaraaka-aineiden käyttö vähenivät merkittävästi verrattuna tilanteeseen, jossa kemiallinen kierrätys ei ollut käytössä. 

Ensimmäisessä ja toisessa lähestymistavassa käytettiin kuluttajamuovijätettä, jota on vaikea kierrättää mekaanisesti ja joka yleensä päätyy poltettavaksi (esim. folio- ja sekamuovijäte). Kolmannessa lähestymistavassa tarkasteltiin muovien koko elinkaarta, jossa polypropeenia ja pientiheyksistä polyeteenimuovia kierrätettiin kemiallisesti samoiksi muoveiksi. 

Näiden kolmen lähestymistavan lisäksi elinkaariarvioinnissa tarkasteltiin myös kemiallisen kierrätyksen positiivisia vaikutuksia eli hiilikädenjälkeä sekä sen kädenjälkeä fossiilisten luonnonvarojen ehtymisen suhteen.

Jätehuollon näkökulma

Ensimmäisessä lähestymistavassa kemiallista kierrätystä tarkasteltiin vaihtoehtona jätemuovin energiapoltolle, joka on tällä hetkellä yleisin jätemuovin loppukäsittelymenetelmä Euroopassa². Tutkimukseen sisältyivät muun muassa seuraavat kemiallisen kierrätyksen vaiheet: esikäsittely (paperin, PVC:n, kosteuden ja muiden sopimattomien materiaalien poistaminen mekaanisen kierrätyksen poistovirrasta), nesteytys sekä jätemuovin jalostaminen petrokemian drop-in-raaka-aineeksi. 

Tässä tapauksessa kemiallinen kierrätys vähensi kasvihuonekaasupäästöjä vähintään 50 % (2023) ja 60 % (2030). Tutkimus myös osoitti, että fossiilisten energiaraaka-aineiden ehtyminen väheni vähintään 75 % ja 140 %³, kun jätemuovi kierrätettiin kemiallisesti polttamisen sijaan. 
 

Muovien tuotannon näkökulma

Toiseksi kemiallista kierrätystä tarkasteltiin keinona, jolla voidaan tuottaa raaka-ainetta uusien polymeerien valmistukseen. Tällöin tutkimukseen sisältyivät seuraavat käsittelyvaiheet ensimmäisen lähestymistavan lisäksi: jätemuovin keräys ja lajittelu etukäteen sekä jätemuovista saatavan petrokemian raaka-aineen käyttö höyrykrakkauksessa ja sen jälkeen polymerointi polypropeeniksi. 

Kemiallinen kierrätys vähensi kasvihuonekaasupäästöjä vähintään 60 % (2023) ja 110 % (2030)³ verrattuna neitseellisen fossiilisen naftan tuotantoon ja sen höyrykrakkaukseen ja polymerointiin polypropeeniksi. Analyysi myös osoitti, että fossiilisten energiaraaka-aineiden ehtyminen väheni vähintään 30 % ja 40 %, kun polypropeenia tuotettiin kemiallisesti kierrätetystä jätemuovista neitseellisen fossiilisen naftan sijaan. 

Kiertotalouden näkökulma 

Viimeiseksi tutkimuksessa tarkasteltiin kemiallista kierrätystä puhtaasti kiertotalouteen perustuvassa muovien arvoketjussa, johon sisältyivät jätemuovin kemiallinen kierrätys, polymeerien valmistus kierrätetystä raaka-aineesta sekä jätemuovin käsittely arvoketjun alkuun sopivaksi. Sitä verrattiin nykyiseen lineaariseen arvoketjuun, joka alkaa fossiilisten raaka-aineiden, kuten naftan, tuotannosta ja päättyy jätemuovin polttamiseen. 

Puhtaasti kiertotalouteen perustuva muovien arvoketju on vasta tulevaisuutta, joten tässä lähestymistavassa tarkasteltiin vain vuoden 2030 skenaariota. Kemiallinen kierrätys vähensi kasvihuonekaasupäästöjä vähintään 35 % ja fossiilisten energiaraaka-aineiden ehtymistä vähintään 35 %. 

Tähän näkökulmaan sisältyi oletus, että kaikkea muovia ei tuoteta kemiallisesti kierrätetystä raaka-aineesta. Tutkimuksessa oletettiin, että lajittelu- ja jalostushävikin vuoksi noin 55 % polymeereistä tuotettaisiin kemiallisesti kierrätetystä raaka-aineesta, kun taas loput valmistettaisiin neitseellisestä fossiilisesta raaka-aineesta. 

Polymeerien tuotannossa on myös toinen mahdollinen suuntaus eli uusiutuvien raaka-aineiden käytön lisääntyminen. Tämän vuoksi tutkimuksessa tarkasteltiin myös skenaariota, jossa tämä raaka-aine perustuisi uusiutuviin jätteisiin ja tähteisiin. Tässä tapauksessa kasvihuonekaasupäästöt vähenivät vähintään 60 % ja fossiilisten energiaraaka-aineiden ehtyminen vähintään 80 %. 
 

Kemiallisen kierrätyksen hiilikädenjälki sekä fossiilisten luonnonvarojen ehtymisen kädenjälki

Elinkaariarvioinnin hiilikädenjälki osoittaa ilmastohyödyt, jotka kemiallisen kierrätyksen avulla voidaan saavuttaa verrattuna tämänhetkiseen skenaarioon, jossa polypropeeni tai petrokemian raaka-aine tuotetaan neitseellisestä fossiilisesta raaka-aineesta ja jätemuovi poltetaan. Laskelma vuoden 2023 skenaariolle tehtiin neitseellisen fossiilisen petrokemian raaka-aineen ja polypropeenin tuotannolle sekä jätemuovin käsittelylle. Kädenjälki laskettiin vähentämällä kemiallisen kierrätyksen jalanjälki vastaavasta referenssisysteemin jalanjäljestä. Laskelma ottaa huomioon polypropeenin tai petrokemian raaka-aineen tuotannon sekä muovijätteen polttamisen.

Kun jätemuovin kemiallisen kierrätyksen hiilijalanjälkeä verrataan nykyiseen skenaarioon (neitseellisen fossiilisen polypropeenin tuotanto ja jätemuovin energiapoltto), kemiallisen kierrätyksen hiilikädenjälki on 1 tonni hiilidioksidiekvivalenttia polypropeenitonnia kohti – eli 28 prosentin vähennys hiilikädenjäljessä. Fossiilisten luonnonvarojen käyttöä voitaisiin vähentää 66 % tai 25 GJ/tonni. Kemiallisen kierrätyksen kautta valmistetun petrokemian raaka-aineen hiilikädenjälki on 0,9 tonnia CO₂-ekvivalenttia tuotettua raaka-ainetonnia kohden – eli 39 prosentin vähennys. Fossiilisten luonnonvarojen ehtymistä voitaisiin vähentää 72 % tai 19 GJ/tonni.

Kemiallisella kierrätyksellä voi olla merkittävä rooli polymeeriteollisuuden muutoksessa

Elinkaariarvioinnin tulokset osoittavat, että vaikka jätemuovin kierrätys vaatii useita käsittelyvaiheita, teknologian avulla voidaan vähentää merkittävästi kasvihuonekaasupäästöjä ja fossiilisten luonnonvarojen käyttöä muovien arvoketjuissa. Tämän vuoksi kemiallinen kierrätys toimii hyvänä täydentävänä ratkaisuna muovin perinteiseen mekaaniseen kierrätykseen. 

Vaikka kemiallista kierrätystä jo tehdään pienemmässä mittakaavassa, vuotta 2030 koskevat tulokset osoittavat myös, että kasvihuonekaasupäästöjä ja fossiilisten energiaraaka-aineiden ehtymistä voidaan teknologian avulla vähentää entistä tehokkaammin tulevaisuudessa. 

Neste uskoo, että elinkaariarvioinnissa käytetyt eri lähestymistavat vahvistavat, että kemiallisella kierrätyksellä voidaan todella saada aikaan monia myönteisiä vaikutuksia verrattuna nykytilaan. Neste myös toivoo, että tutkimus tuloksineen saa aikaan hedelmällistä vuoropuhelua myös niiden tahojen kanssa, jotka suhtautuvat kriittisesti kemialliseen kierrätykseen.

1)  Life Cycle Assessment on Environmental Impacts of Chemical recycling of waste plastic - Case Neste (lokakuu 2022).
2) PlasticsEurope: Plastics – the Facts 2022 (lokakuu 2022). 
3) Jos vähennykset ylittävät 100 %, arvot kasvihuonekaasupäästöille tai fossiilisten luonnonvarojen ehtymiselle eivät ole vain vertailuarvoaan alhaisempia, vaan myös negatiivisia.