Инжиниринг устойчивого развития/экономика технической подготовки производства

В контексте данной работы будет рассмотрено применение пластиковых контейнеров для упаковывания пищевых продуктов. Предприятие, производящее полуфабрикаты производит новый продукт для разогревания в микроволновой печи. Для данного продукта необходима упаковка, в которой продукт можно непосредственно подвергать термическому воздействию. Выбор стоит между одноразовой пластиковой тарой, которая является более дешевой, и фольгированной упаковкой, производство которой дороже, но воздействие на экологию меньше, поскольку возможна переработка упаковки.
Таким образом, необходимо подробно рассмотреть жизненный цикл изделия из полиэтилена, чтоб сделать выбор в отношении более экологически безопасного производства.
Согласно ISO 14040 оценка жизненного цикла состоит из четырех этапов.

1. Определение цели и области применения (ISO 14041)

По назначению полимерные пищевые контейнеры подразделяются на 2 большие группы:
• тара (для расфасовки продукции производителями);
• посуда (использование в быту одноразовых или многоразовых контейнеров).
В быту наибольшее распространение получили контейнеры вместительностью от 0,3 до 2,5 л, они представлены в двух основных типах конструкций:
• ланч-боксы – контейнеры с крышкой, прикрепленной к корпусу;
• контейнеры со съемной крышкой.

2. Инвентаризационный анализ жизненного цикла (ISO 14041).

Пищевые полимерные контейнеры изготавливают посредством двух основных способов: литья под давлением и формования.
При литье под давлением форму заполняют вязким расплавом полимера, она впоследствии затвердевает, охлаждается и изымается. Здесь важно соблюдение определенных температурных режимов на каждой из стадий технологической цепочки.
Способ литья под давлением считается менее производительным из-за длительного цикла изготовления, зато позволяет создавать контейнеры различных конфигураций.
Формование производится из заготовки, чаще выполненной в виде полимерной ленты, при этом формуются изделия заданных параметров. Это высокопроизводительный метод, который позволяет наносить печать на изделия, однако имеет свои недостатки: разнотолщинность продукции, большое количество отходов.
Формование осуществляется посредством двух основных технологий.
• Пневмоформование – сжатый воздух воздействует на разогретую до определенного состояния пластиковую основу. С помощью такого метода изготавливает крупногабаритные, толстостенные изделия, например, контейнеры для мороженого, готовой еды;
• Вакуумформование – получение изделий требуемой конфигурации за счет создания разности давлений. Материал либо формуется на поверхности выпуклой формы-пуансона либо втягивается в углубления формы-матрицы.
В производстве контейнеров распространены следующие полимерные материалы:
• Полистирол (контейнеры прозрачные, легкие, герметичные с откидной или съемной крышкой. Чаще используется в качестве одноразовой упаковки кисломолочных продуктов, мороженого, салатов. Однако полистирол практически не подлежит вторичной переработке, посему на экологически ответственном Западе его в большинстве случаев заменили полипропиленом. Диапазон температур использования контейнеров из полистирола: -30, +80 °С; из ориентированного полистирола: - 25, + 85 °С);
• Полипропилен (контейнеры имеют все перечисленные достоинства полистирола, к тому же выдерживают высокие температуры, подходят для разогрева в микроволновке. Популярны для расфасовки готовой еды и охлажденных полуфабрикатов. Диапазон используемых температур: -40, + 120 °С);
• Полиэтилентерефталат (контейнеры прочные, износостойкие, однако плохо защищают от ультрафиолета и кислорода. Температурный диапазон эксплуатации таких контейнеров: от -40 °С до +60 °С).
Так, контейнеры из ориентированного полистирола более всего ценятся за их прозрачность. Из вспененного полистирола – за функцию сохранения температуры упакованного продукта в течение двух часов. Из полипропилена – за возможность разогрева в микроволновой печи. При выборе материала для изготовления такой тары учитывается степень жирности, кислотность, консистенция и другие характеристики фасуемого продукта.
Основные функциональные свойства пищевых контейнеров, за которые их любят потребители:
• универсальность, практичность;
• легкость, эргономичность;
• устойчивость к воздействию влаги и жира;
• прочность к механическому воздействию;
• устойчивость к воздействию разных температур.
Вместе с тем, у полимерных контейнеров есть и свои конкурирующие виды тары из полимерных материалов: дойпаки и паучи (мягкая упаковка, например, для собачьего и кошачьего корма).
В приведенной ниже таблице для сравнения приведены наиболее важные для производителей и потребителей упаковки особенности соответствующих полимеров.

3. Оценка воздействия на протяжении жизненного цикла (ISO 14042).

Общепризнанно, что одним из способов сокращения выбросов СО2 специалисты считают использование экологичной упаковки. Одной из таких является пластиковая тара (ПЭТ), так как она оказывает меньшее влияние на окружающую среду, чем стеклянные бутылки или алюминиевые банки.
Ученые разных стран мира установили, что жизненный цикл ПЭТ-бутылки связан с меньшим потреблением энергии, созданием меньшего объема и массы твердых отходов, а также меньшей эмиссией парниковых газов.
В среднем, при производстве стеклянных бутылок объемом 0,5 литра эмиссия составляет около 0,4-0,5 кг СО2 на литр продукции, такого же размера алюминиевых банок – 0,25-0,3 кг на литр, а ПЭТ-бутылок объемом 1,5 литра – всего 0,14 кг на литр. Таким образом, пиво, упакованное в ПЭТ, гораздо меньше способствует глобальному потеплению, чем разлитое в стеклянные бутылки и алюминиевые банки.
ПЭТ-тара разлагается на полигонах 150 лет, алюминиевая банка – 500, стекло не разлагается вообще. Однако самым правильным способом утилизации ПЭТ является, конечно, переработка. Из вторичного ПЭТ производится первоклассное сырье для производства химических волокон и пленок, а также материал для тротуарной плитки, черепицы, упаковочной ленты или, к примеру, щетины щеток уборочных машин. При этом переработка пластиковых бутылок экономит 50-60% энергии, которая бы понадобилась для производства продукта из новых материалов.

4. Интерпретация жизненного цикла (ISO 14043).

Подведем итоги по жизненному циклу полиэтиленовой упаковки:
1. Производство пластиковой тары происходит методом производства формы из готового полимерного полотна. Данное производство не требует значительных затрат по времени, а также практически автоматизировано. Производство малоотходно по причине легкости обработки сырья.
2. Контейнер поступает на производство пищевой продукции, где идет на упаковывание готовой продукции в контейнер. Далее готовое изделие поступает потребителю. В качестве отходов выступают бракованные упаковки, которые передаются обратно на формование.
3. Продукт употребляют в пищу, далее контейнер поступает на полигон ТБО, где будет накапливаться для процесса полного разложения.