Circularity assessment of multiple subsequent product lifecycles : plastic film and packaging case studies

The way we currently consume plastic, explicitly packaging, in a make-take-waste system is no more sustainable. Plastic production with greenhouse gas emissions throughout its lifecycle largely contributes to climate change and finite resource depletion, and threats to humans and nature, with millions of tons of waste entering the ocean each year (Ellen MacArthur Foundation, 2020). Governments and institutions issued regulatory frameworks and taxation to target this ever-present 'throw away' culture. Priorities are given to avoid waste mismanagement through their reduction, reuse, and recycling. These require interventions in the pre-design phase, following a life cycle thinking from generation to disposal of such waste. The motivation for this work is to contribute to the nowadays top relevant plastic issue and work as a valuable instrument for decision-makers to choose one direction for plastic recyclate material from the design phase of products. A review of existing methodologies, including Life Cycle Assessment (LCA) for environmental impact and other indicators for circularity, arose the necessity of a more straightforward tool focusing on the entire lifespan of materials and on their possible subsequent lives. The methodology here developed refines an already existing circularity index to apply it to products with short life and high recycling potential, like plastic film and packaging. The numerical combination of the environmental and circularity indicators returns a ranking of all possible scenarios characterized by diverse End of Life treatments and second lives for products. Finally, a comparison with market demand is assessed through numerical optimization to have a more realistic model. For the case study under analysis, the results indicate that recycling is always preferred to incineration, but also that closed-loop recycling is very resource-demanding. Therefore, the best alternative for an LDPE film is to be recycled in a refuse bag or concrete aggregates. On the other hand, closed-loop recycling is unadvisable for the often small and contaminated packaging unit, where the refuse bag would still be the preferred application for its second life. In conclusion, higher efficiencies for collection, sorting, and recycling are needed to allow increasing the maximum recyclate content in secondary products and complete the transition towards a circular economy for plastic.

Il consumo attuale di imballaggi plastici, con un ciclo temporale molto ristretto tra produzione, consumo e rifiuto, non è più sostenibile. La produzione di plastica con le emissioni di gas serra durante tutto il suo ciclo di vita contribuisce in gran parte al cambiamento climatico e all'esaurimento delle risorse fossili, oltre che essere una minaccia per l'uomo e la natura, con milioni di tonnellate di rifiuti che ogni anno vengono immesse negli oceani (Ellen MacArthur Foundation, 2020). I governi e le istituzioni hanno emesso norme, anche fiscali, per contrastare questa permanente cultura del "buttare via". La priorità è evitare la scorretta gestione dei rifiuti per mezzo della loro riduzione, riutilizzo e riciclaggio, richiedendo interventi sin dalla fase di pre-progettazione, seguendo lo schema dell'intero ciclo di vita dalla generazione allo smaltimento. L'intenzione di questo lavoro è quella di contribuire, con un valido strumento, a supportare i responsabili decisionali nella scelta dell'applicazione del materiale plastico riciclato, fin dalla fase di progettazione dei prodotti. Una revisione delle metodologie esistenti, incluso il Life Cycle Assessment (LCA) per l'impatto ambientale e altri indicatori per la circolarità, ha fatto emergere la necessità di uno strumento più diretto che si concentri sull'intero ciclo di vita dei materiali e anchesulle loro possibili vite successive. La metodologia qui sviluppata perfeziona un indice di circolarità già esistente, per applicarlo a prodotti con una vita breve ed un alto potenziale di riciclaggio, come ad esempio, i film plastici e gli imballaggi. La combinazione numerica degli indicatori ambientali e di circolarità restituisce una classifica di tutti i possibili scenari caratterizzati da diversi trattamenti di fine vita e seconde vite per i prodotti. Infine si è confrontato con la domanda del mercato attraverso l'ottimizzazione numerica per avere un modello più realistico. Per il caso di studio considerato, i risultati indicano che il riciclaggio è sempre preferito all'incenerimento, ma anche che il riciclaggio a ciclo chiuso richiede molte risorse. Pertanto, l'alternativa migliore per un film LDPE è quella di essere riciclato come sacco per i rifiuti o in aggregati di cemento. D'altra parte, il riciclaggio a circuito chiuso è sconsigliabile per la confezione singola, spesso piccola e contaminata, per cui il sacco dei rifiuti sarebbe ancora l'applicazione di seconda vita preferita. In conclusione, sono necessari incrementi nelle efficienze di raccolta, smistamento e riciclaggio dei rifiuti per permettere l'aumento del contenuto massimo di riciclato nei prodotti secondari e consentire una transizione completa verso un'economia circolare per la plastica