Globálna ročná produkcia a dopyt po plastoch, vrátane elastomérov a vlákien, dosiahli v roku 2019 impozantných 460 miliónov metrických ton (Mt). Od roku 2000 táto produkcia neustále rástla s priemernou ročnou mierou 3,6 %. Tento rýchly nárast výroby plastov a ich pokračujúca závislosť na fosílnych palivách, ktoré slúžia ako suroviny (vstupné materiály) aj ako energia pre výrobné procesy, významne prispievajú k rozsiahlym environmentálnym problémom a škodám na zdraví. Znečistenie plastmi sa tak stáva čoraz vážnejšou hrozbou nielen pre prírodné ekosystémy a ľudské zdravie, ale aj pre klímu. V reakcii na túto narastajúcu globálnu krízu podporilo 175 krajín na zasadnutí Environmentálneho zhromaždenia OSN (UNEA) v marci 2022 uznesenie 5/14 s cieľom ukončiť znečistenie plastmi a do roku 2024 vyvinúť medzinárodný, právne záväzný nástroj, známy aj ako globálna zmluva o plastoch.

Výroba plastov je zložitý viacstupňový proces. Zahŕňa ťažbu fosílnych palív, rafináciu a spracovanie uhľovodíkov, výrobu monomérov (základných stavebných jednotiek), samotnú polymerizáciu (spájanie monomérov do dlhých reťazcov) a napokon tvarovanie konečných produktov. Medzi deväť hlavných typov plastových polymérov vyrábaných vo veľkom objeme patria polyetylény (LDPE, LLDPE, HDPE), polypropylén (PP), polyetyléntereftalát (PET), polyvinylchlorid (PVC), polystyrén (PS) a ďalšie styrénové plasty (SAN, ABS), a polyuretán (PU). Tieto polyméry tvoria takmer 80 % súčasného dopytu po plastoch. Najviac sa plastové výrobky používajú v obalovom priemysle (približne 31 %), stavebníctve (16 %) a doprave (14 %).

Napriek rastúcemu povedomiu o probléme existuje nedostatok detailných a transparentných informácií o príspevku celého životného cyklu plastov k celkovým emisiám skleníkových plynov (GHG) a o tom, aké dôsledky to má pre zostávajúci globálny uhlíkový rozpočet potrebný na dosiahnutie medzinárodných klimatických cieľov. Emisný príspevok jednotlivých výrobných štádií a rôznych typov plastových polymérov nie je dostatočne pochopený a otvorene komunikovaný, čo sťažuje presné posúdenie skutočného klimatického vplyvu výroby plastov.

Podľa analýz dosiahli emisie GHG z globálnej primárnej výroby plastov v roku 2019 úroveň približne 2,24 GtCO2e. Projekcie naznačujú, že v závislosti od scenárov rastu dopytu by tieto emisie mohli v roku 2050 dosiahnuť 4,75 až 6,78 GtCO2e.

Pre pochopenie významu týchto emisií je kľúčové posúdiť ich vo vzťahu k zostávajúcemu globálnemu uhlíkovému rozpočtu, ktorý určuje, koľko ďalších skleníkových plynov môžeme vypustiť, aby sme s určitou pravdepodobnosťou obmedzili globálne otepľovanie na 1,5 °C do roku 2050. Tento rozpočet je odhadovaný na približne 500 GtCO2e s 50% pravdepodobnosťou alebo 400 GtCO2e so 67% pravdepodobnosťou.

Analýza ukazuje, že kumulatívne emisie GHG z globálnej primárnej výroby plastov v rokoch 2020 až 2050 by mohli tvoriť významnú časť tohto obmedzeného uhlíkového rozpočtu:

• Pri scenári nulového rastu dopytu po plastoch by kumulatívne emisie dosiahli 66,1 GtCO2e, čo predstavuje 13 % rozpočtu pre 50% pravdepodobnosť a 16 % rozpočtu pre 67% pravdepodobnosť obmedzenia otepľovania na 1,5°C.
• Pri scenári 2,5% rastu by kumulatívne emisie vzrástli na 88,7 GtCO2e, čo zodpovedá 17 % (50% pravdepodobnosť) až 22 % (67% pravdepodobnosť) uhlíkového rozpočtu.
• Najvyšší scenár 4% rastu by viedol ku kumulatívnym emisiám 105,0 GtCO2e, ktoré by si ukrojili 21 % (50% pravdepodobnosť) až 26 % (67% pravdepodobnosť) zostávajúceho uhlíkového rozpočtu.

Tieto čísla jasne demonštrujú, že bez zásadných zmien v spôsobe výroby a spotreby plastov predstavuje ich primárna výroba vážnu prekážku v úsilí o splnenie globálnych klimatických cieľov.

Energetická náročnosť rôznych výrobných procesov prispieva k emisiám. Tvarovanie výrobkov, ktoré premieňa polymérne pelety na finálne produkty, spotrebuje typicky 3 až 22 GJ energie na tonu výrobku. Polymerizácia má tiež premenlivú energetickú náročnosť v závislosti od typu polyméru.

Analýza citlivosti výsledkov ukázala, že emisie sú najviac ovplyvnené podielom výroby olefínov z metanolu (MTO), najmä kvôli vysokej energetickej náročnosti výroby metanolu z uhlia, ktoré tvorí približne 55 % súčasnej globálnej produkcie metanolu. Aj procesy s relatívne nižšou spotrebou energie na jednotku, ako napríklad extrúzia fólií pre LDPE a LLDPE, môžu významne prispievať k celkovým emisiám kvôli ich vysokému podielu na celkovej výrobe týchto polymérov. Zdroje tiež spomínajú uvoľňovanie CFC-11 počas výroby VCM, čo je silný plyn prispievajúci k poškodzovaniu ozónovej vrstvy a zmene klímy.

Záverom možno konštatovať, že primárna výroba plastov je významným, ale často prehliadaným zdrojom emisií skleníkových plynov, ktorý má zásadný vplyv na schopnosť planéty zostať v rámci bezpečných klimatických limitov. Detailné pochopenie a adresovanie emisí vo všetkých fázach životného cyklu plastov je nevyhnutné pre dosiahnutie globálnych klimatických cieľov. JaroR

Výskumná správa bola zverejnená na Berkeley.lab

Slovník kľúčových pojmov

• ABS (Akrylonitril butadién styrén): Teroplastický kopolymér vyrobený z troch monomérov: akrylonitrilu, butadiénu a styrénu.
• AGO (Atmosférický plynový olej): Zložka ropy získaná zospodu veže ADU.
• ADU (Atmosférická destilačná jednotka): Jednotka, kde sa ropa prvýkrát destiluje pri atmosférickom tlaku.
• Butadién: Uhľovodík používaný pri výrobe ABS a ako produkt parného krakovania.
• Benzén: Aromatický uhľovodík používaný pri výrobe PS, SAN, ABS a PU.
• Blow molding (Vyfukovanie): Proces tvarovania plastových výrobkov fúkaním vzduchu do zahriateho plastového predlisku v dutine formy.
• BTX: Zmes benzénu, toluénu a troch izomérov xylénu (o-xylén, m-xylén, p-xylén).
• CMTO (Methanol-to-olefin na báze uhlia): Proces premeny metanolu získaného z uhlia na olefíny ako etylén a propylén.
• CFC-11 (Chlórofluorouhľovodík-11): Plyn, ktorý uvoľňuje sa počas výroby VCM a polymerizácie PVC, prispieva k poškodzovaniu ozónovej vrstvy a klimatickým zmenám.
• Extrusion (Extrúzia): Proces tvarovania plastov pretlačovaním zahriateho plastu cez tvarovú matricu.
• EDC (Etylén dichlór): Chemická látka používaná na výrobu VCM.
• EG (Etylén glykol): Monomér používaný pri výrobe PET.
• EO (Etylén oxid): Chemická látka používaná pri výrobe EG a polyolov.
• EPS (Expandovaný polystyrén): Penový polystyrén používaný na izoláciu a balenie.
• Ethylene (Etylén): Kľúčový monomér používaný na výrobu mnohých polymérov, predovšetkým polyetylénu.
• Film extrusion (Extrúzia fólií): Proces výroby plastových fólií pretlačovaním plastu cez štrbinovú matricu.
• Flexible foam (Pružná pena): Typ PU peny.
• Fractionation (Frakcionácia): Proces oddeľovania zložiek zemného plynu.
• Gas mix (Plynová zmes): Zmes ľahkých uhľovodíkov ako LPG, propán a butén používaná pri parnom krakovaní.
• GHG (Greenhouse Gas): Skleníkový plyn (napr. CO2, CH4).
• GPPS (Polystyrén na všeobecné použitie): Neupravený PS.
• HCTO (Uhľovodíkový chvostový olej): Zložka ropy získaná z hydrokrakovacej jednotky.
• HDPE (Polyetylén s vysokou hustotou): Typ polyetylénu s vysokou hustotou a kryštalinitou.
• HIPS (Polystyrén s vysokou odolnosťou proti nárazu): Polystyrén modifikovaný pridaním kaučuku.
• HVCs (High Value Chemicals): Vysoko hodnotné chemické látky, často vedľajšie produkty parného krakovania (napr. etylén, propylén, butadién, benzén, toluén).
• Hydrocracking (Hydrokrakovanie): Proces spracovania ropy, ktorý rozkladá ťažšie uhľovodíky na ľahšie v prítomnosti vodíka.
• Injection molding (Vstrekovanie): Proces tvarovania plastových výrobkov vstrekovaním roztaveného plastu do formy.
• LAO (Lineárne alfa-olefíny): Olefíny s dvojitou väzbou na konci uhlíkového reťazca, používané napr. pri výrobe LLDPE.
• LDPE (Polyetylén s nízkou hustotou): Typ polyetylénu s nízkou hustotou a vysokou rozvetvenosťou.
• LLDPE (Lineárny polyetylén s nízkou hustotou): Typ polyetylénu s nízkou hustotou a lineárnou štruktúrou.
• LPG (Kvapalný ropný plyn): Zmes propánu a butánu, používaná ako surovina pri parnom krakovaní.
• MDI (Metyldifenylizokyanát): Diizokyanát používaný pri výrobe PU.
• Monomer: Malá molekula, ktorá sa viaže s inými monomérmi a vytvára polymér.
• MTO (Methanol-to-olefin): Proces premeny metanolu na olefíny ako etylén a propylén.
• Naphtha (Nafta): Ľahká uhľovodíková zmes získaná z rafinácie ropy, používaná ako surovina pri parnom krakovaní.
• PDH (Propane Dehydrogenation): Proces odstraňovania vodíka z propánu na výrobu propylénu.
• PET (Poly(etyléntereftalát)): Polyesterový polymér, ktorý sa používa na fľaše, vlákna a fólie.
• Phosgene (Fosgén): Chemická látka používaná pri výrobe MDI a TDI.
• Polybutadiene (Polybutadién): Kaučuk používaný pri výrobe HIPS a ABS.
• Polymer: Veľká molekula zložená z opakujúcich sa jednotiek (monomérov).
• Polyol (Polyol): Kľúčová zložka polyuretánov, môžu byť polyéterové alebo polyesterové.
• Polymerization (Polymerizácia): Chemická reakcia, pri ktorej monoméry reagujú a vytvárajú polymér.
• PO (Oxid propylénu): Chemická látka používaná pri výrobe polyolov.
• PP (Polypropylén): Polymér používaný v mnohých aplikáciách, vrátane vlákien a obalov.
• Propylene (Propylén): Monomér používaný na výrobu PP a ako produkt parného krakovania.
• PS (Polystyrén): Polymér vyrobený z monoméru styrénu.
• PTA (Purifikovaná kyselina tereftalová): Monomér používaný pri výrobe PET.
• PU (Polyuretán): Polymér používaný v penách, elastoméroch, lepidlách a náteroch.
• PVC (Polyvinylchlorid): Polymér používaný vo fóliách, rúrach a profiloch.
• Pygas (Pyrolytický benzín): Vysoko aromatický uhľovodík vyrobený parným krakovaním, používaný ako surovina pre BTX.
• p-xylene (p-xylén): Izomér xylénu používaný pri výrobe PTA.
• Rigid foam (Tuhá pena): Typ PU peny.
• SAN (Styrén akrylonitril): Kopolymér styrénu a akrylonitrilu.
• SC (Steam cracking): Parné krakovanie, proces rozkladu uhľovodíkov za vysokých teplôt a s prítomnosťou pary na výrobu olefínov a iných HVC.
• SMR (Steam Methane Reformer): Jednotka na výrobu vodíka zo zemného plynu.
• SMPO (Styrén monomér/propylén oxid): Proces, ktorý koprodukuje styrén a PO.
• SSP (Solid-state polymerization): Polymerizácia v pevnej fáze, používaná na zvýšenie molekulovej hmotnosti PET.
• Styrene (Styrén): Monomér používaný na výrobu PS, SAN a ABS.
• Thermoforming (Tepelné tvarovanie): Proces tvarovania plastových fólií alebo plátov zahriatím a následným tvarovaním.
• TDI (Toluéndiizokyanát): Diizokyanát používaný pri výrobe PU.
• Toluene (Toluén): Aromatický uhľovodík používaný pri výrobe benzénu a ako surovina pre TDI.
• VCM (Vinylchloridový monomér): Monomér používaný na výrobu PVC.
• VDU (Vákuová destilačná jednotka): Jednotka na destiláciu ropy pri zníženom tlaku na oddelenie ťažších zložiek.
• VGO (Vákuový plynový olej): Zložka ropy získaná z VDU.
• XPS (Extrudovaný polystyrén): Penový polystyrén vyrábaný extrúziou, používaný na izoláciu.