Milieueffecten van product-verpakkingscombinaties

Vaak worden LCA’s als een achteraf assessment uitgevoerd. EnvPack is juist geschikt om door verpakkingsontwerpers in opleiding (BSc-niveau) proactief te worden ingezet om de verduurzaming van verpakkingen al in de ontwerpfase te optimaliseren. EnvPack rekent vanuit het zogenoemde Cradle-to-Grave perspectief en is in de wetenschappelijke literatuur beschreven door onder meer Ligthart, Thoden van Velzen en Brouwer (2018).

Er zijn diverse commerciële LCA-producten beschikbaar, zoals COMPASS en PIQET. Deze zijn meestal alleen tegen hoge kosten en als ‘gesloten’ systeem te gebruiken. Deze methoden worden vooral gebruikt om assessments achteraf te doen, niet om ontwerpers tijdens ontwerpprocessen te ondersteunen.

Het doel van EnvPack is onder meer om Life Cycle Assessment (LCA) als instrument transparant te maken, zodat studenten snel inzicht kunnen verkrijgen in het ‘waar’ en ‘waarom’ van de milieu-impact van hun verpakkingsdesign beslissingen. Om deze transparantie te verkrijgen zijn in het door Ligthart ontwikkelde EnvPack-model de milieueffecten uitgesplitst naar verschillende levenscyclusfasen, te weten: materiaalgebruik, productie van verpakking, distributie, gebruik, recycling/inzameling en tot slot de vermeden producten en energie.

Daarnaast presenteert Ligthart alternatieve effectbeoordelingsmethodes, namelijk Gemodificeerde ReCiPe midpoint met schaduwprijzen, ReCiPe endpoint, Cumulative Energy Demand (CED) en Circulaire Economie Endpoints (gebaseerd op ReCiPe). De ReCiPe-methode laat toe om de impact op individuele milieu-impactindicatoren te berekenen en deze te groeperen tot een totaalscore (uitgedrukt in punten). Hoe hoger de score, hoe groter de milieu-impact. Ook bracht Ligthart een aantal verbeteringen in ten opzichte van traditionele benaderingen. Dit betreft de afleiding van schaduwprijzen voor landgebruik en voor waterschaarste.

Tot slot is een aantal specifieke verbijzonderingen beschikbaar gemaakt die, indien gewenst, in de analyse kunnen worden meegenomen. Zo biedt EnvPack  de mogelijkheid (optioneel) om:

• Productverliezen als gevolg van technische kenmerken van de verpakking in de analyse mee te nemen. Het gaat dan om de hoeveelheid product die achterblijft in de verpakking bij normaal gebruik gebruik als gevolg van de structuur en vorm van de verpakking.
• De consumptiecontext in de analyse mee te nemen, met name of het product buitenshuis (out-of-home) of binnenshuis (in-home) wordt gebruikt. Dit heeft namelijk effect op de wijze van afvalverwerking.
• De allocatie van milieudruk en milieuvoordelen van recycling of energieterugwinning gelijkmatig te modelleren (volgens de 50:50 regel) tussen het systeem dat het gerecycled materiaal of de teruggewonnen energie produceert enerzijds en het systeem dat die (her)gebruikt anderzijds.

Het EnvPack model is initieel ontwikkeld voor de drie productcategorieën binnen het wetenschappelijk onderzoeksprogramma Sustainable Packaging van het Kennisinstituut Duurzaam Verpakken (KIDV) en het Topinstituut Food & Nutrition (TiFN). Dit zijn tomatensoep, douchegel en niet-koolzuurhoudende dranken in verpakkingen tot maximaal 500 ml. Voor elk van deze verpakkingen werden de dominante verpakkingsmaterialen in de analyse betrokken: aluminium, glas, karton, PET, HDPE, pouch. Inmiddels is het repertoire van verpakkingsmaterialen aanzienlijk uitgebreid. Het omvat nu onder meer ook biobased en gemetalliseerde kunststoffen (zie figuur 1). Met deze uitbreiding naar andere verpakkingsmaterialen is de tool ook te gebruiken als analyse-instrument voor andere verpakkingscombinaties voor deze drie productgroepen.

Samengevat heeft EnvPack een aantal specifieke kenmerken in vergelijking met commerciële alternatieven. Het model:

• Is vrij toegankelijk voor onderwijsinstellingen, in tegenstelling tot commerciële alternatieven;
• Is uniek gebaseerd op de ecoinvent-database met specifieke aanvullingen (de ecoinvent-database bevat gegevens van meer dan 10.000 producten, materialen en processen die nodig zijn voor een LCA om de impact op  het milieu uit te rekenen);
• Neemt naast product en verpakking ook productverliezen mee die aan de verpakking zijn gerelateerd;
• Biedt de mogelijk om een eigen ontwerp in te voeren en te vergelijken met referentieverpakkingen;
• Biedt – in tegenstelling tot sommige alternatieven - onderzoekers de mogelijkheid om nieuwe afvalscenario’s (bijvoorbeeld out-of-home) in te voeren door parameters te wijzigen;
• Kent qua allocatie een 50:50 verdeling tussen gerecycled en virgin materiaal;
• Rapporteert vier alternatieve impact-assessmentmethoden, zodat de milieueffecten via verschillende perspectieven kunnen worden geanalyseerd;
• Presenteert de resultaten op basis van zowel environmental profile als de een totaalscore (single score) en wijst de onderdelen van een verpakking aan die het meest bijdragen aan de milieu-impact.

In de EnvPack-LCA worden zestien milieueffecten bekeken. Ze zijn onderverdeeld in drie hoofdcategorieën: humane gezondheid, ecosystemen en natuurlijke bronnen (zie figuur 2).

Schaduwprijzen landgebruik en zoetwater als hulpbron aangepast

Om tot de single score te kunnen komen, worden schaduwprijzen gebruikt. Binnen EnvPack zijn de schaduwprijzen in de aangepaste ReCiPe midpoint methode gebaseerd op de in figuur 2 genoemde zestien impact categorieën (Ligthart, Thoden van Velzen & Brouwer, 2018). De aanpassingen zitten in de impact categorieën Landgebruik (vervangen door Organische bodemstoffen) en Waterconsumptie (vervangen door Waterschaarste).

De schaduwprijzen voor ‘Uitputting, metalen’ en ‘Uitputting, fossiele brandstoffen’ zijn in LCA’s op € 0,00 gesteld, zoals in de normaal gebruikte ReCiPe midpoint schaduwprijzenset. Dit is gebaseerd op de veronderstelling dat toenemende schaarste aan grondstoffen zich al in een stijgende marktprijs door vertaalt. Er is dus geen effect buiten het economische systeem. De breed ingezette beweging naar een meer circulaire economie, om daadwerkelijk duurzaam te opereren, staat overigens haaks op de veronderstelling van een schaduwprijs van nul euro.

Vier assessment methoden

EnvPack rapporteert vier effectbeoordelingsmethoden. Dit betekent dat de milieueffecten vanuit meerdere perspectieven kunnen worden bekeken en geëvalueerd.

1. Aangepaste ReCiPe midpoint methode met schaduwprijzen
   Deze methode richt zich op feitelijke impact mechanismen en de staat van de omgeving, zoals de opwarming van de aarde en eutrofiëring. Hierbij zijn de oorspronkelijke impact categorieën Landgebruik, Landbezit en Landtransformatie en Waterconsumptie vervangen door de impact categorieën Landgebruik en Waterschaarste, met de schaduwprijzen specifiek afgeleid binnen dit project (Ligthart en Van Harmelen, 2018). Zoals aanbevolen door ILCD (International Reference Life Cycle Data System, European Commission, 2012).
2. ReCiPe endpoint methode
   Deze methode richt zich op de schade die wordt berokkend aan de drie hoofdcategorieën, te weten humane gezondheid, ecosystemen en natuurlijke bronnen. Dit model neemt overigens niet de impact op de categorie Uitputting zoetwater (waterschaarste) mee.
3. Cumulative Energy Demand (CED) methode
   Deze methode focust op specifieke types van natuurlijke bronnen, in het bijzonder hernieuwbaar en niet-hernieuwbaar. De methode adresseert daarmee de sturende krachten van milieueffect en milieudruk. Deze methode is speciaal geschikt om de energie-intensiteit van processen te bepalen en te vergelijken. Deze methode geeft een eerste indicatie van de milieudruk vanuit energie.
4. Circulaire Economie methode
   Deze methode richt zich op natuurlijke bronnen die uitgeput kunnen raken, in het bijzonder metalen, fossiele brandstoffen en zoetwater. Voor de impact categorieën Uitputting metalen en Uitputting fossiele brandstoffen wordt gebruik gemaakt van de surplus-kosten voor toekomstige winning, zoals gebruikelijk bij de ReCiPe endpoint methode. De andere impact categorie Uitputting zoetwater (waterschaarste) is gebaseerd op de ILCD-methode en de schaduwprijs om de schade te beheersen. De schaduwprijs voor deze impact categorie is gebaseerd op de economische schade als gevolg van zoetwaterschaarste; deze is specifiek afgeleid voor deze studie (zie hierboven) door Ligthart en Van Harmelen (2019).

In een tweede paper (Ligthart & Ansems, 2018) wordt de EnvPack tool toegepast op de drie productcategorieën uit het wetenschappelijk onderzoek van het KIDV en TiFN: tomatensoep, douchegel en niet koolzuurhoudende drankverpakkingen kleiner dan 0.5 l. Deze komen in verschillende verpakkingsmaterialen voor in de markt (glas, pouch, PET, HDPE, karton etc.). In deze deelstudie worden de uitkomsten van de vier assessmentmethoden met elkaar vergeleken.

Het onderzoek laat het volgende zien:

• Over de elf betrokken product-verpakkingscombinaties (bijvoorbeeld tomatensoep in blik, 0.5 liter PET-fles en douchegel in HDPE-fles) correleren de assessmentmethoden zeer sterk met elkaar. Ze geven hetzelfde resultaat (Spearman rangcorrelaties >0.90) in de volgorde van impact, zeker wat betreft de hoogste en laagste scores. Daar tussenin is de volgorde wel enigszins afhankelijk van de gekozen impact assessmentmethode.
• Dit geldt zowel voor de situatie waarin verpakking-gerelateerde productverliezen wél worden meegenomen als in het geval ze niet worden meegenomen.
• In termen van hotspots geldt dat in de meeste toepassingen de productie van grondstoffen van de verpakkingen de grootste bijdrage levert aan de totaalscores. De keuze van de assessmentmethode beïnvloedt echter wel de geïdentificeerde hotspot binnen de verschillende levenscycli van verpakkingen.

De publicaties die beschikbaar en vrij van copyright zijn, kunt u hier downloaden.

Ligthart, T.N., E.U. Thoden van Velzen & M. Brouwer (2018), EnvPack an LCA-based tool for environmental assessment of packaging chains. Part 1: scope, methods and inventory of tool. The International Journal of Life Cycle Assessment.

Ligthart, T. N., & Ansems, T. (A. M. M. (2018). EnvPack, an LCA-based tool for environmental assessment of packaging chains. Part 2: influence of assessment method on ranking of alternatives. The International Journal of Life Cycle Assessment.

Ligthart, T.N. & T. van Harmelen (2019), Estimation of shadow prices for soil organic carbon depletion and water depletion for use in LCA. The International Journal of Life Cycle Assessment (in press).

Lees hier het interview met onderzoeker Tom Ligthart.