Przy okazji dyskusji nt. szkodliwości plastiku padł w pewnym momencie argument nt. że z tworzyw sztucznych emitowane są gazy (cieplarniane) podczas ich degradacji. O ile taki proces następuje podczas przetwórstwa (gazów, nie cieplarnianych) o tyle emisja gazów w trakcie eksploatacji była dla mnie pewnym zaskoczeniem. Emisja związków małocząsteczkowych (gł. monomerów stanowiących podstawowy budulec) wynika z faktu, że związki te zazwyczaj mają temperaturę wrzenia niższą niż temperatura przetwórstwa danego plastiku. Należy pamiętać, że ilości związków emitowane podczas przetwórstwa są naprawdę niewielkie (w wolnej chwili pochylimy się nad tematem). Na drodze degradacji w środowisku dochodzi przede wszystkim do pękania łańcuchów, stąd statystycznie ilość powstających związków małocząsteczkowych (pękanie krańców łańcuchów) powinna być marginalna.
Skąd ten szum?
W 2018 roku ukazał się artykuł w prestiżowym czasopiśmie PLOS One przedstawiający ilość emitowanego metanu oraz etylenu (etenu) przez tworzywa sztuczne[1]. Aby ocenić ilość emitowanych związków należałoby przeliczyć kilka rzeczy i zestawić je z innymi źródłami gazów. W artykule zbadano ilości gazów emitowanych przez 7 różnych gatunków plastików w warunkach naświetlenia określonym światłem oraz w warunkach braku naświetlenia. Jest to o tyle istotne, że promieniowanie UV jest czynnikiem degradującym plastik, przez niego pękają łańcuchy polimerów i tym samym jest możliwa emisja gazów. Zmierzone wartości w pikomolach/(gram tworzywa x dzień) zebrano w Tabeli 1[1]. Przedrostek piko oznacza 10 do potęgi -12, więc jest to ilość naprawdę bardzo mała.
Tabela 1. Emisja metanu z różnych gatunków tworzyw sztucznych
| Rodzaj tworzywa | Emisja CH4 przy naświetleniu [pmol/(g x dzień)] | Emisja CH4 przy braku naświetlenia [pmol/(g x dzień)] |
| Poliwęglan (PC) | 10 ± 2 | poniżej czułości pomiarowej |
| Akryl (AC) | 30 ± 3 | poniżej czułości pomiarowej |
| Polipropylen (PP) | 170 ± 10 | poniżej czułości pomiarowej |
| Poli(tereftalan etylenu)(PET) | 500 ± 20 | 50 ± 10 |
| Polistyren (PS) | 730 ± 110 | 120 ± 30 |
| Polietylen dużej gęstości (HDPE) | 90 ± 10 | poniżej czułości pomiarowej |
| Polietylen niskiej gęstości (LDPE) | 4100 ± 200 | poniżej czułości pomiarowej |
Pierwszą interesującą rzeczą jest fakt, że w przypadku braku oddziaływania promieni UV emisja gazów jest albo niezauważalna (poniżej czułości pomiarowej maszyny). Jest to o tyle istotne, że w przypadku składowania polimerów – emitować gazy będzie tylko plastik znajdujący się na powierzchni (w przypadku składowania na placu). Kolejnym interesującym faktem jest to, że 3 najbardziej emitujące tworzywa to PET, PS i LDPE, czyli tworzywa stosowane głównie na opakowania lub folie.
W artykule zbadano również wpływ morfologii na emisję gazów – największa występuje przy proszku (55 nanomoli /(gram x dzień), czyli 10x więcej) , najmniejsza przy granulkach – co wynika z większej powierzchni. Oznacza to, że foliówki skruszone w wyniku działania warunków atmosferycznych (pisałem o tym przy okazji badań tworzyw kompostowalnych tutaj), będą emitowały większą ilość gazów (niekoniecznie aż tak dużą, na pewno większą).
Obliczenia
Przechodząc jednak do obliczeń – posłużę się tutaj całkowitą ilością wyprodukowanych tworzyw (8300 megaton[1]) oraz roczną produkcją (275 megaton rocznie[1]). Została ona pomniejszona o tworzywo spalone i poddane recyklingowi, stąd uwzględniłem 60% tej wartości[2].
Miejscem, w których tworzywa mają dużą “powierzchnię naświetlania” są przede wszystkim morza i oceany. Reszta tworzyw powinna dawać marginalną emisję ze względu na małe pole oddziaływania promieni UV. Wg badań naukowych podaje się, że aż od 4.8 do 12.7 megaton odpadów trafia do wód (średnio 8,75 megatony). Odnosząc te wartości do rocznej produkcji ustalono procentową ilość tworzyw w wodzie. Wartości te mogą się różnić od rzeczywistości, gdyż na ten moment nie mam informacji jakie były zwyczaje ludzi na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat, żeby oszacować ile trafiło do wód.
Największym emitentem gazów jest tutaj LDPE, którego udział w produkcji wynosi 17.5% (jest to udział procentowy LDPE i LLDPE, ten drugi gatunek polietylenu wykazuje zerową emisję na skutek działania światła[1]). Biorąc pod uwagę, że LDPE cechuje się największą emisją i wytwarza się go kilkukrotnie więcej niż pozostałych tworzyw – uznałem emisję z pozostałych plastików za marginalną i ją pominąłem w dalszych wyliczeniach.
Mając już komplet danych można przeprowadzić odpowiednie obliczenia mnożąc ilość LDPE przez emisję gazów w ciągu dnia. Należy zaznaczyć, że w rzeczywistości wartość będzie mniejsza, gdyż LLDPE jest całkiem popularnym tworzywem, z którego robi się m.in. folię stretch. Wartości zebrane w Tabeli 2 przeliczono już na tony (uwzględniając masę molową metanu równą ok. 18 g/mol) dla granulek i dla proszku.
Tabela 2 Emisja metanu przez wyprodukowane LDPE na świecie
| Wyprodukowane kiedykolwiek | Produkcja roczna | |
| Ilość LDPE w wodzie [megatona] | 22.75 | 1.51 |
| Emisja metanu dla granulek [tona/dzień] | 1.49 | 0.099 |
| Emisja metanu dla płatków [tona/dzień] | 19.99 | 1.32 |
Odniesienie do innych źródeł emisji CO2
Wyznaczone wartości warto odnieść do ilości CO2 generowanych przez inne sektory lub działania. Widać tu, że świeżo wyprodukowane tworzywa mają niewielki udział w emisji gazów cieplarnianych. Należy pamiętać, że metan ma ok. 30-krotnie większy wpływ na efekt cieplarniany niż CO2[4] . W Tabeli 3 można zobaczyć kilka takich przykładów.
Tabela 3. Zestawienie źródeł emisji CO2
| Przelot z Warszawy do Londynu (ekonomia, 200 osób, 1453 km)[5] | 26.2 ton CO2/lot |
| Przelot z Warszawy do Londynu(premium, 200 osób, 1453 km)[5] | 52.4 ton CO2/lot |
| Przelot z Warszawy do Nowego Jorku (ekonomia, 200 osób, 6864 km)[5] | 66.9 ton CO2/lot |
| Przelot z Warszawy do Nowego Jorku (ekonomia,400 osób, 6864 km)[5] | 133.8 ton CO2/lot |
| Gazy emitowane przez bydło na świecie łącznie[6] | 100 megaton metanu |
| Całkowita emisja CO2 w 2017 roku[7] | 36000 megaton CO2 |
Przejdźmy do porównania emisję metanu z tworzyw do poszczególnych sektorów. Przeliczając ilość emitowanych gazów przez tworzywa, to jest to ekwiwalent ok. 0.015(minimum)/0.1(średnio)/0.21(maksimum) megatony CO2 rocznie. Dla porównania samych przelotów mamy 40 milionów rocznie[5]. Zakładając, że latamy tylko na odcinku Warszawa-Londyn, to emitowali byśmy 1000 megaton, czyli co najmniej 4 rzędy wielkości więcej CO2. Z kolei krowy produkują ekwiwalent ok. 3000 megaton CO2 rocznie w metanie. W porównaniu do całkowitej emisji CO2 wpływ metanu z plastiku jest co najmniej 6 rzędów wielkości mniejszy (milion razy mniejszy).
Werdykt: półprawda
Rzeczywiście zjawisko emisji gazów w plastiku istnieje. Na podstawie powyższych wyliczeń jasno widać, że emisja metanu przez plastik ma względnie dużą wartość – szczególnie, jeżeli założymy duże współczynniki emisji gazu (dla proszku). Jednakże gdy odniesiemy te wyliczenia do emisji gazów przez inne sektory (lub całościowej emisji CO2 na świecie), to będą to ilości naprawdę marginalne. Nie mówiąc już o argumencie, że należy zakazać produkcji nowego plastiku, bo emituje on gazy, gdyż będą to wartości o co najmniej 8 rzędów wielkości mniejsze (100 milionów razy mniejsze) od całkowitej emisji CO2.
Nie oznacza to, że nie warto skupić się na problemie usuwania plastiku ze środowiska. Należy jednak mieć świadomość, że nie zawsze problem jest tak istotny, jakim go media malują. W szczególności gdy chodzi o plastik.
Literatura
- [1] Royer S.J., Ferron S., Wilson S.T., Karl D.M. (2018) Production of methane and ethylene from plastic in the environment. PLoS ONE 13(8): e0200574. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0200574
- [2] https://cosmosmagazine.com/society/global-plastic-waste-totals-4-9-billion-tonnes
- [3] Raport Plastics Europe 2018
- [4] Yvon-Durocher, Gabriel, Andrew P. Allen, David Bastviken, Ralf Conrad, Cristian Gudasz, Annick St-Pierre, Nguyen Thanh-Duc, Paul A. del Giorgio. 2014. Methane fluxes show consistent temperature dependence across microbial to ecosystem scales. Nature. Article published online before print: March 19, 2014. DOI: 10.1038/nature13164 and in the March 27, 2014 print edition.
- [5] https://www.icao.int/environmental-protection/Carbonoffset/Pages/default.aspx
- [6] https://ourworldindata.org/co2-and-other-greenhouse-gas-emissions
- [7] https://www.statista.com/statistics/564769/airline-industry-number-of-flights/
Grafika pochodzi ze strony PXFuel i została użyta zgodnie z licencją Creative Commons Zero – CC0
One Comment