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纸质塑料包装替代材料能否减少污染和碳排放?

Jun 09,2025

纸质塑料包装替代材料能否减少污染和碳排放?

塑料因其广泛的污染问题及化学成分而备受批评,甚至被视作20世纪最糟糕的发明。在迈向绿色、低碳与循环经济的社会进程中,相较于其他材料,塑料材料的优势正逐渐丧失。因此,通过技术创新开发塑料替代材料的呼声日益高涨。在此背景下,包装行业也正积极尝试用纸质材料取代塑料,以减少污染和碳排放。然而,目前我们对塑料的认知仍难以有效遏制其需求的快速增长——过去20年里,全球塑料产量已翻一番,其中超过一半的塑料是在2004年之后生产的。这也从侧面反映出塑料应用领域的多样性与广泛性。那么,塑料制品的生产和使用是否必然导致污染?抑或,开发可替代塑料的新型材料,真的能从根本上降低污染与碳排放?答案是否定的。我们认为,塑料不仅在日常生活中扮演着重要角色,比如有助于减少食物浪费、保持食品品质,更在提升资源利用效率、减轻污染及温室气体排放方面具有巨大潜力。事实上,塑料污染问题的根本原因在于回收体系的不完善,包括回收利用的经济效益偏低等挑战。这就要求我们采取切实措施,推动塑料的高效回收与再生,同时避免或减少塑料对环境的泄漏风险,持续提升塑料产品的环保性能。

包装行业是塑料的主要应用领域。

塑料的应用主要集中在包装行业,而这一领域也是塑料对环境造成最大影响的区域。

从国际视角来看,塑料包装材料主要来源于树脂,包括PP、PE、PVC、ABS和PS五大类树脂,这些树脂约占塑料总产量的67%至75%。近年来,主要用于塑料包装生产的PE和PP树脂已占到树脂总量的40%至45%。其中,PE又主要分为HDPE、LDPE和LLDPE三种类型。而PET则是一种聚酯,广泛应用于纺织工业中合成纤维的生产,其第二大应用领域便是塑料包装。

自20世纪50年代以来,全球有两个行业占据了塑料生产和使用总量的60%以上:包装行业和建筑领域(如图所示),其中仅塑料包装就占到了塑料总消费量的44.8%。在塑料包装的消费中,食品行业是最大领域,约占柔性包装的70%,其次是用于软饮料和医疗领域的设备包装与药品包装。

在中国,包装膜几乎占所有塑料包装的50%;而在各类塑料包装膜中,PE包装膜的用量最大,占比高达65.2%(如表1所示)。

尽管塑料的主要应用领域是包装行业,但纸包装仍占据着整个包装行业的主导地位。根据材质不同,包装产品可分为五大类:纸类、塑料类、金属类、玻璃类和软木类包装。目前,纸包装是包装行业中规模最大的类别,由于其易于加工、成本低廉、适合印刷、轻便易折叠、无毒无味且环保等优势,已成为市场上应用最广泛的包装材料。而塑料包装材料则位居第二,使用范围最为广泛。

纸质包装材料未必比塑料包装材料更低碳、更环保。

塑料污染已成为一个日益严重且全球性的环境问题与威胁。从沙漠到农田,从山顶到深海,从热带垃圾填埋场到北极雪地和南极降雪——全球各地均发现了塑料污染的踪迹,甚至连世界上最偏远的地区也未能幸免。此外,塑料还是温室气体排放的重要来源之一。据估计,2015年塑料产生的温室气体排放量已达17亿吨二氧化碳当量(CO2e),而这一数字到2050年将占全球碳排放总量的17%。

鉴于塑料污染的全球性和严重性,业界正兴起一股趋势,即用纸质包装取代塑料包装,以减少污染和碳排放。其潜在前提是,纸质包装材料的环境影响低于塑料包装。然而,事实上,传统纸质包装并不像人们想象的那样低碳环保,它同样是一种高能耗、高污染的产品。

主要原因如下:

首先,造纸行业属于高能耗、高污染、高排放的产业。其中,化石燃料占所用燃料的80%以上,其碳排放量已接近中国碳排放总量的2%(2015年为1.67%),仅次于电力、石化、化工、建材、钢铁和有色金属等高耗能行业。因此,该行业已成为中国首批被纳入碳交易的八大行业之一。此外,造纸行业还产生并排放大量污染物,对水体和空气造成严重污染。

其次,纸质包装极易加剧资源供需压力与矛盾。纸张源自自然资源,尤其是森林资源。而中国本身就是一个森林资源相对匮乏的国家。随着对纸制品需求的不断增长,资源供应压力正持续加大。2020年,全国纸及纸板产量达到1.13亿吨,消费量则高达1.18亿吨。预计未来一段时间内,纸及纸板的生产和消费仍将持续增长。与此同时,中国纸制品的生产和消费日益依赖国际市场。自2003年起,中国木浆进口量已稳居全球第一,且需求仍在攀升。其中,2020年中国木浆进口量高达3064万吨,占全国木浆总消费量的72.8%,这也导致了整个市场供需矛盾的显著加剧。因此,通过提升废纸回收利用率,并积极开发以秸秆、竹子等速生植物为原料的替代性制浆方式,有助于缓解市场供需失衡的局面。然而,从长远来看,随着废弃物禁令的出台以及废纸回收市场竞争的日趋激烈,造纸行业正面临机遇与挑战并存的局面。在“双碳”目标的推动下,造纸行业对节能降碳的需求愈发迫切。这不仅加速了造纸行业的转型升级,也促使企业更加重视节能环保技术的研发,以及在制浆、化学品回收、漂白、余热利用、废纸再利用、热电联产等生产环节中,优先采用低碳清洁原料,努力实现绿色可持续发展。

在环境影响方面,纸包装材料与塑料包装材料相比,哪一种更高、哪一种更低?

由于纸张和塑料包装材料都可能引发资源与环境问题,那么究竟哪一种的环境影响更大或更小?这一问题的答案不能局限于某个特定阶段或环节,也无法简单地一概而论。相反,应从生命周期评估(LCA)的视角出发,进行全面分析和探讨。

美国环境保护署采用WARM模型,也称为LCA,来评估材料的环境影响。不同材料的排放因子是指生产一吨材料所排放的二氧化碳量,具体数值见表2。具体公式如下:

净排放量指的是制造业本身产生的排放量——减去(碳储量增加量 + 避免设施所产生的排放量)。

例如,如果从源头减少塑料材料PET的使用,每吨可减少相当于2.39吨二氧化碳的碳排放;若进行回收再利用,则每吨可进一步减少相当于1.15吨二氧化碳的排放。

3. 参考美国环境保护署的数据,所采用的电网排放因子有所不同。

从表格中可以看出,尽管纸张具有良好的可回收性,但它很可能成为塑料包装的替代品。然而,考虑到纸张与塑料的密度比——纸张比塑料更重——对于相同的产品包装而言,纸张排放的环境足迹(EF)反而高于塑料。在回收阶段,虽然纸张能实现更高的减排效果,但其EF值依然较高,净排放量仍超过塑料。而在焚烧阶段,纸张的排放则相对较低。因此,在末端处置环节,使用纸张更具优势;但在上游生产和回收环节,其排放量却超过了塑料。

如果使用聚乳酸(PLA)代替塑料,尽管在包装重量相同的情况下,PLA生产阶段的排放量高于塑料,但在填埋处置时,PLA的碳排放量却低于塑料。

在饮料行业,铝罐也被用作包装材料,其生产阶段的排放量高于塑料。但在再生阶段,铝罐的减排效果则显著更高。而玻璃回收阶段的减排效果则低于塑料。

麦肯锡2022年报告《塑料的气候影响》选取了超过200种不同包装材料产品,进行全面生命周期比较。研究发现,普通纸袋的承重能力提升了约25%,但其重量却是典型高密度聚乙烯(HDPE)袋的6倍左右(55克对8克)。因此,由于纸制购物袋原材料用量更大且运输排放较高,其生产阶段的碳排放量是HDPE袋的两倍。若进一步考虑废弃后及使用过程中的影响(例如采用“双层袋”等措施),HDPE袋与纸袋之间的温室气体排放差距还将扩大至五倍。

报告还评估了三种塑料杯(EPS、PET和PP)的温室气体排放影响,并将其与纸杯及可重复使用的玻璃杯进行了对比(如表3所示)。结果显示,由于EPS杯重量较轻,其温室气体排放量最低。而纸杯的温室气体排放量则与EPS杯相近,这主要得益于其较低的生产阶段排放。此外,纸杯的涂层中含有约5%的LDPE,属于一种塑料混合材料。例如,牛奶盒采用纸盒外层搭配LDPE内衬,正是为了使纸杯能够安全盛装液体。值得注意的是,可重复使用玻璃杯的排放情况对清洁过程极为敏感,尤其是当选用高温水或常温水清洗时。假设一只玻璃杯可重复使用多达500次,每次批量清洗时可用商用洗碗机以热水清洗50只杯子。相比之下,若使用常温水清洗,温室气体排放量将高出五倍;而与EPS杯和纸杯相比,采用环保型水清洗的可重复使用玻璃杯,其温室气体影响反而更小。

由于PET瓶重量轻巧,其排放量最低,甚至比铝罐和玻璃更轻。然而,与这两种材料相比,PET的回收率较低,且在焚烧过程中会释放碳排放,而铝和玻璃则不会。尽管如此,由于PET在生产环节的排放影响更大,最终它仍保持着最低的总体排放量。

如何减少塑料包装材料的排放?

基于上述分析,要明确塑料对环境和气候的影响,必须进行全面的生命周期评估,而不能仅局限于某一特定阶段或环节。为应对塑料带来的环境影响,从根本上讲,亟需加强塑料的回收利用力度,提升塑料的回收率,而非简单地用纸质材料替代塑料。目前,仍有巨大的潜力可待挖掘——高达90.5%的塑料尚未被回收利用。另一方面,我们还需推动塑料生产过程向清洁能源转型。若塑料生产过程中全面采用100%可再生能源,排放量将有望减少51%。

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