Butelki z tworzyw i szkła

Jednym z najczęściej stosowanych opakowań w życiu codziennym są butelki. Można w nich przechowywać wodę i inne ciekłe produkty spożywcze, ale także kosmetyki czy środki czystości. Tradycyjnym materiałem do produkcji butelek jest szkło – materiał o bardzo długiej historii, ale w ostatnich latach, w wielu zastosowaniach, zastępowany przez tworzywa sztuczne, najczęściej przez politereftalan etylenu, oznaczany skrótowo „PET” a także tworzywa z grupy poliolefin, jak polietylen dużej gęstości (PE-HD) czy polipropylen (PP), rzadziej przez inne materiały, jak np. poliwęglan (PC).

Tradycyjne materiały vs. nowoczesne tworzywa sztuczne

Rozprzestrzenianie się tworzyw sztucznych w przemyśle opakowań ma swoje uzasadnienie praktyczne. Butelki z tworzyw są lżejsze od swoich odpowiedników ze szkła, z dwóch powodów: pierwszym jest gęstość materiału a drugim – możliwość wyprodukowania z tworzywa cienkościennego produktu, który łatwo nie ulegnie zniszczeniu. Gęstość szkła to 2,5 g/cm3, czyli około dwukrotnie więcej, niż wynosi gęstość tworzyw sztucznych. Dla przykładu, gęstość tworzyw PE-HD i PP wynosi, odpowiednio, 0,95 i 0,90 g/cm3 (wartości średnie), a tworzywa PET: około 1,4 g/cm3. Ponadto, butelka z tworzywa może mieć znacznie cieńszą ściankę. Tworzywa sztuczne do produkcji opakowań, a zwłaszcza materiał PET, używany przede wszystkim do butelek na wodę i napoje, nie ulegają łatwo uszkodzeniom. Z kolei kruchość szkła narzuca konieczność wytworzenia opakowania o grubszej ściance, co w efekcie daje jeszcze większą masę butelki. Dla przykładu, masa butelki z PET o pojemności 0,5 litra to niecałe 20 g, natomiast butelka ze szkła o tej samej pojemności waży około 300 g. Masa butelki o pojemności 1 litra to odpowiednio: około 25 g (tworzywo) i około 470 g (szkło) [1,2]. Z tworzywa PET, dzięki jego właściwościom wytrzymałościowym, można wyprodukować cienkościenną butelkę do użytku jednorazowego (z możliwością dalszego recyklingu) ale także butelkę o grubszej ściance, odpornej na zgniatanie, do użytku wielokrotnego. Nie bez znaczenia jest także udoskonalanie właściwości tworzyw, jakie nastąpiło w ciągu kilku ostatnich dekad. Rozwój materiałów spowodował, że wytrzymałość stosowanego obecnie tworzywa PET jest większa, niż kilkadziesiąt lat temu, dzięki czemu produkuje się butelki o ściankach cieńszych, niż kiedyś, zachowując wytrzymałość produktu. Niewielka masa butelek tworzywowych to zarówno wygoda dla użytkownika, który chętnie pakuje do plecaka lekką butelkę, ale także mniejsze koszty transportu produktów do sklepów. Ryzyko uszkodzenia butelek szklanych podczas transportu jest czynnikiem powodującym ograniczenie zastosowania butelek szklanych.

Recykling – szkło vs. tworzywa sztuczne

To, co w jednym aspekcie jest wadą, w innym może stać się zaletą. Kruchość szkła sprzyja jego recyklingowi, ponieważ ułatwia uzyskanie stłuczki szklanej, dodawanej do produkcji nowych wyrobów. W przypadku tworzyw sztucznych rozdrabnianie odpadów jest również możliwe, jednak wymaga stosowania specjalnych maszyn bądź linii produkcyjnych. Oba materiały – szkło i tworzywo, należy oczyścić przed skierowaniem do ponownego przetwórstwa, gdyż nawet niewielkie ilości zanieczyszczeń mogą zaburzyć proces wytwarzania nowych wyrobów i zdyskwalifikować je przed wprowadzeniem na rynek. Z odpadów tworzywowych można uzyskać surowiec do ponownego przetwarzania albo w postaci regranulatu bądź, jak to ma miejsce w przypadku tworzywa PET, w postaci tzw. płatków. Taki surowiec może być przetwarzany powtórnie, o ile mamy do czynienia z tworzywem termoplastycznym, ale tworzywa stosowane powszechnie do produkcji butelek ten warunek spełniają. W oznaczeniach materiału pochodzącego z recyklingu dodaje się literkę „r” i stąd np. oznaczenie rPET. Surowiec z recyklingu (o ile ma odpowiednią czystość) można dodać nawet częściowo do produkcji nowych butelek do napojów, a jeżeli nie będzie odznaczał się odpowiednią czystością, można zastosować go do produkcji innych wyrobów codziennego użytku. Dzięki właściwościom włóknotwórczym można z tworzywa PET uzyskać włókno, stosowane do produkcji ubrań, wypełnień zabawek typu maskotki, kołder itp. Można także wyprodukować przeźroczystą folię do pakowania narzędzi, sprzętu komputerowego i innych wyrobów. 

Odporność chemiczna opakowań

Odporność chemiczna to pożądana cecha opakowań. Doskonała odporność chemiczna jest niewątpliwą zaletą szkła. W przypadku tworzyw sztucznych PE-HD i PP ich duża odporność chemiczna sprawia, że są stosowane na opakowania do środków czystości. Dodatkowo, przetwórstwo tworzyw daje możliwości wytwarzania wyrobów kilkuwarstwowych, z których jedna warstwa, wykonana z innego tworzywa, będzie pełniła rolę tzw. „bariery”, chroniącej przechowywane substancje przed dostępem np. tlenu. Składające się z warstw kilku różnych materiałów wyroby nie są jednak preferowane przy recyklingu, gdzie najbardziej pożądanym przypadkiem jest jednorodny materiał.

Barwienie jest również możliwe w przypadku obu materiałów. Szkło białe może być stosowane do butelek na wodę, ale można je też uzyskać szkło koloru brązowego (tzw. szkło oranżowe) aby chronić zawartość butelki przed promieniami UV czy też zielonego, bądź też inne kolory szkła, dobierając odpowiedni zestaw składników przy topieniu masy szklanej. Uzyskanie szerokiej gamy kolorów to niepodważalna zaleta tworzyw sztucznych. PET wykazuje dużą przezroczystość, ale jest też możliwe wytworzenie z tego tworzywa butelek nieprzeźroczystych, o różnych kolorach, jak to ma miejsce np. w przypadku butelek do ketchupów. Tworzywa PE-HD czy PP można bardzo łatwo barwić, za pomocą specjalnych dodatków barwiących, uzyskując najróżniejsze kolory, o subtelnych nawet różnicach, co jest mile widziane, zwłaszcza w przypadku opakowań do produktów kosmetycznych. Generalnie, w przypadku tworzyw sztucznych możliwa jest modyfikacja ich właściwości, w tym również i kolorów.

Energochłonność produkcji i wpływ na środowisko

W dobie poszukiwania oszczędności energii oraz ograniczania emisji ciepła, energochłonność produkcji jest sprawą nie do przecenienia. Przy produkcji wyrobów ze szkła temperatura panująca w piecu do topienia składników i uzyskania masy szklanej przekracza nawet 1500 °C i jest to proces bardzo energochłonny. Rozdmuchiwanie butelki z tworzywa wiąże się z koniecznością przetwarzania granulatu w temperaturze około 200°C (rozdmuch poliolefin) a wytworzenie półfabrykatu z PET, tzw. preformy, odbywa się w temperaturze około 280°C. Trzeba też pamiętać o samym procesie wytwarzania surowca – granulatu tworzywa, który też wymaga podwyższonej temperatury a także ciśnienia, w zakładach przetwarzających m. in. produkty rafinacji ropy naftowej. Szkło natomiast produkowane jest z surowców mineralnych. Ograniczenie zużycia paliw kopalnych to jeden z bodźców do recyklingu tworzyw sztucznych.

Tendencja do ograniczania emisji CO2 i jej obliczania dla różnych działań w produkcji przemysłowej, rolnej i w innych aspektach życia jest również widoczna w porównaniach różnych opcji materiałów opakowań. Energia zużyta w procesie produkcji szkła odpowiada emisji 3,0 g  CO2 na 1 g szkła, przy wartości 3,8 g CO2 na 1 g tworzywa sztucznego, podczas jego wytwarzania i przetwórstwa [3]. W tym porównaniu przewagę tworzywom daje jednak mniejsza masa opakowań, bowiem z 1 kg tworzywa można wyprodukować więcej butelek niż 1 kg szkła. Wyniki analizy cyklu życia (LCA – Life Cycle Assessment) obejmującej, obok samej produkcji, napełniania butelek, również (między innymi) transport i recykling, są raczej korzystne dla tworzyw sztucznych, choć tutaj wiele zależy od tego, jaki przypadek się porównuje. Jeżeli założyć, że butelka ma być jednorazowego użytku, to dla butelki o pojemności 1 litra na wodę mineralną emisja CO2 (wskaźnik ekwiwalentu emisyjności CO2 do środowiska) dla butelki szklanej jest szacowana na 522 g CO2 natomiast dla butelki z PET ta wartość jest  czterokrotnie mniejsza: 133 g CO2 [2]. Wartości te mogą być natomiast porównywalne, gdy weźmie się pod uwagę szklaną butelkę zwrotną (wielorazowego użytku) i jednorazową butelkę PET: w opracowaniu [4] obliczono następujące wartości: 190,5 g CO2 dla butelki szklanej i 188,5 g CO2 dla butelki z PET. Należy przy tym pamiętać, że uzyskane w analizach LCA wartości mogą się różnić, ponieważ zależą od wielu czynników, jakimi są np. droga transportu podczas dystrybucji wody butelkowanej a nawet to, czy woda jest gazowana (wymaga to większej grubości ścianki butelki z PET), czy nie [4]. Wskaźnik ekwiwalentu emisyjności CO2 na jedną butelkę PET jest mniejszy, gdy podczas produkcji dodaje się tworzywo z recyklingu (rPET) i, oczywiście, tym mniejszy, im większa zawartość tworzywa z odzysku  w materiale butelki [5÷7], ale także im większa efektywność systemu zbierania butelek [7]. To kolejny argument za segregacją odpadów i ponownym użyciem materiałów.

Opakowania z tworzyw sztucznych niejednokrotnie są postrzegane jako potencjalne śmieci. Spowodowane jest to między innymi utrzymywaniem się butelek z tworzywa na wodzie, a to przez małą gęstość tworzyw, mniejszą bądź zbliżoną do gęstości wody. Przedmioty szklane czy metalowe zazwyczaj toną w zbiorniku wodnym i pozostaną niewidoczne na pierwszy rzut oka, choć i tak zaśmiecają środowisko. Dbałość o czystość środowiska i skierowanie opakowania do ponownego przetworzenia to przede wszystkim rola i odpowiedzialność konsumentów. Wyrzucenie butelki szklanej bądź tworzywowej do odpowiedniego pojemnika (w kolorze żółtym) zwiększa szansę tej butelki na bycie ponownie wykorzystaną i to bez większego zanieczyszczenia. Warto zatem zadać sobie pewien wysiłek, aby nie stać się „użytkownikiem końcowym” butelki. W dalszym ciągu istnieje potrzeba poprawienia efektywności recyklingu. Być może, iż zanim zostaną osiągnięte ambitne cele, jakie są stawiane społeczeństwom państw, zwłaszcza europejskich, trochę jeszcze wody w rzekach upłynie. Oby nie było w tej wodzie żadnej butelki.

Literatura

1. Fakty i mity o opakowaniach z tworzyw sztucznych. Rzeczpospolita. 27.08.2020: https://www.rp.pl/wydarzenia/art556591-fakty-i-mity-o-opakowaniach-z-tworzyw

2. https://sozosfera.pl/srodowisko-i-gospodarka/tworzywa-sztuczne-i-mniejsze-emisje-co2/ (2021)

3. Moczyńska H.: Opakowania szklane a opakowania plastikowe – niższy koszt i lepsza trwałość. Świat Przemysłu Farmaceutycznego. 14.01.2021: https://przemyslfarmaceutyczny.pl/artykul/opakowania-szklane-a-opakowania-plastikowe-nizszy-koszt-i-lepsza-trwalosc

4. Ferrara C., De Feo G., Picone V.: LCA of Glass Versus PET Mineral Water Bottles: An Italian Case Study, Recycling 2021 https://www.mdpi.com/2313-4321/6/3/50

5. Amienyo D., Gujba H., Stichnothe H., Azapagic A.: Liffe cycle environment al impacts of carbonated soft drinks, Int. J. Life Cycle Assess. 18, 77-92 (2013): https://link.springer.com/article/10.1007/s11367-012-0459-y

6. Radaal H.L., Iversen O.M.K., Modahl I.S.: LCA of beverage container production, collection and treatment systems, Ostfoldforskning na zlecenie Infinitum AS, Sep. 2016: https://norsus.no/wp-content/uploads/or-14-16_v10-lca-beverage-containers.pdf

7. Stefanini R., Borghesi G., Ronzano A., Vignali G. Plastic or glass: a new environmental assessment with a marine litter indicato for the comparison of pasteurized milk bottlers, Int. J. Life Cycle Assess. 26, 767-784 (2021): https://link.springer.com/article/10.1007/s11367-020-01804-x

Data opracowania: 17.08.2023 r.

dr inż. Tomasz Jaruga