Упаковка имеет долгую историю, переплетенную с человеческой цивилизацией, ее концепция возникла, когда древние люди впервые использовали инструменты. Одним из самых ранних примеров «упаковки», вероятно, является использование листьев для упаковки продуктов питания. В наше время под упаковкой обычно понимают объект, который окружает и защищает продукты при распространении, хранении, транспортировке, продаже, использовании и повторном использовании. Его основной функцией является надежная защита продуктов, но по мере ухудшения состояния окружающей среды из-за увеличения количества упаковочных отходов растет спрос на упаковку, которая должна разрабатываться, производиться, потребляться и перерабатываться более экологично.
Вопреки острой потребности в более здоровой и устойчивой экосистеме, концепция экономики замкнутого цикла (CE) была предложена политиками ЕС и Китая для решения глобальных проблем путем замыкания цикла жизненного цикла продукта. Переход к CE требует радикального отхода от линейной экономической модели; ее основополагающий принцип — замкнутый цикл ресурсов, при котором материалы используются, повторно используются и перерабатываются, создавая ценность на протяжении нескольких жизненных циклов. Товары в конце срока службы преобразуются в ресурсы для других, сводя к минимуму отходы с помощью этой замкнутой системы.
Развитие CE требует совместных усилий различных секторов: поставщиков, производителей, переработчиков, дистрибьюторов, розничных продавцов, потребителей и поставщиков услуг по сбору отходов. Упаковочная промышленность является важнейшим, быстрорастущим сектором экономики: ее оборот в Западной Европе составляет около 2% ВВП, причем крупнейшим потребителем является пищевая промышленность (почти 60% от общего объема производства). Упаковка пронизывает повседневную жизнь, но ее недостатком являются огромные экологические проблемы, связанные с традиционными линейными моделями «производство-транспортировка-потребление-утилизация». Пластмассы доминируют в упаковочных материалах: мировое потребление пластиковой упаковки выросло с 1950-х годов, составляя 40,5% всех производимых пластмасс (крупнейший сектор потребления пластмассы в ЕС). Однако уровень переработки остается низким — 34,6% в ЕС, при этом более 23% выбрасывается на свалку; В Китае и США показатели еще ниже (25% и 9% соответственно), что приводит к серьезному загрязнению.
В упаковке участвуют множество заинтересованных сторон: производители сырья, дизайнеры, производители, перевозчики, дистрибьюторы, потребители и органы власти. Дизайн упаковки является решающим звеном в цепочке создания стоимости, поскольку он определяет материалы, производственные процессы и варианты завершения срока службы — все это имеет решающее значение для модели замкнутого цикла CE. Тем не менее, существующие обзоры литературы редко систематически рассматривают дизайн упаковки, ориентированный на CE; большинство из них сосредоточены на поведении потребителей, управлении пластиковыми отходами или методах переработки, пренебрегая стадией проектирования. Примечательно, что дизайн влияет примерно на 80% воздействия упаковки на окружающую среду. Хотя некоторые исследования затрагивают разработку промышленной упаковки и базовые инструменты проектирования, процесс детального проектирования и его аспекты остаются недостаточно изученными. Ни один из предыдущих обзоров специально не рассматривал дизайн упаковки для CE с точки зрения дизайна.
Таким образом, данное исследование фокусируется на дизайне упаковки, связанной с CE, и проводит обзор современной литературы. Результаты синтезируются в структуру кругового дизайна упаковки, в которой излагаются ключевые факторы и соображения для процесса проектирования. Статья структурирована следующим образом: Раздел 1 знакомит с вопросами CE и упаковки; В разделе 2 представлен обзор правил/политики в отношении дизайна упаковки, связанных с CE, на различных государственных уровнях; В разделе 3 подробно описана методология обзора литературы; В разделе 4 представлены систематические обзоры научных публикаций по дизайну упаковки, ориентированной на CE; В разделе 5 обсуждаются результаты и будущие тенденции исследований.
В этом разделе представлен обзор правил и политики, введенных правительствами на разных уровнях для решения проблем с отходами упаковки и достижения экономики замкнутого цикла.
Для решения насущных проблем защиты окружающей среды ЕС принял многочисленные правила и политики. Законодательство ЕС об отходах определяет цели и положения по переработке отходов: как подробно описано в Рамочной директиве об отходах 2018/851, уровень повторного использования и переработки муниципальных отходов должен достичь 55% к 2025 году, 60% к 2030 году и 65% к 2035 году. Поскольку упаковочные отходы составляют значительную долю бытовых отходов, достижение этих целей требует, чтобы упаковка была спроектирована для многократного повторного использования и улучшена перерабатываемость.
Среди типов отходов, таких как бумага и стекло, отходы пластиковой упаковки особо выделены в Директиве 2018/852, которая устанавливает строгие цели по переработке пластмасс на основе веса: минимум 65% всех упаковочных отходов должны быть переработаны к 2025 году, а к 2030 году эта цифра увеличится до 70%. В соответствии с политикой и законодательством ЕС в отношении отходов была запущена первая Европейская стратегия использования пластмасс в экономике замкнутого цикла, направленная на улучшение дизайна пластиковых изделий, повышение темпов переработки пластиковых отходов и повышение качества переработанный пластик.
Для достижения долгосрочных целей, изложенных в Законодательстве ЕС об отходах, в «Новом плане действий экономики замкнутого цикла для более чистой и конкурентоспособной Европы» ЕС был предложен план действий. Ключевым компонентом этого плана является разработка и производство экологически чистых продуктов при одновременном изменении моделей потребления. План сосредоточен на нескольких секторах, при этом упаковка и пластмассы имеют высокий потенциал безотходного производства. Таким образом, дизайнеры упаковки играют ключевую роль в развитии экономики замкнутого цикла: создавая экологически чистую упаковку, они могут влиять на поведение потребителей и минимизировать отходы как на этапе производства, так и на этапе потребления.
Национальный уровень
В ответ на Директиву ЕС об упаковке и упаковочных отходах 2018/852 и Законодательство ЕС об отходах многие национальные правительства сформулировали соответствующую политику. Например, правительство Великобритании опубликовало политическое заявление «Пакет экономики замкнутого цикла» (CEP), в котором излагаются три основных требования к упаковке:
(i) упаковка должна быть спроектирована, изготовлена и коммерциализирована таким образом, чтобы обеспечить возможность повторного использования или восстановления;
(ii) содержание опасных или вредных веществ в упаковке должно быть сведено к минимуму;
(iii) вес и объем упаковки должны быть ограничены до необходимого минимума, обеспечивая при этом требуемый уровень гигиены, безопасности и приемлемости для потребителей.
Кроме того, в 2020 году Франция приняла новый закон, направленный на сокращение потребления пластика, расширение повторного использования и переработки, расширение ответственности производителей и обязательное предоставление информации потребителям для облегчения сортировки упаковки. Швеция также объявила о национальной стратегии экономики замкнутого цикла, в которой устойчивый дизайн продуктов и связанной с ними упаковки, а также устойчивое использование материалов определены в качестве двух из четырех ключевых направлений ее деятельности. Для получения подробной информации о политике и стратегиях в других странах читатели могут обратиться к соответствующей литературе.
Региональный уровень
В соответствии с национальной политикой и законодательством циркулярной экономики (ЦЭ), местные власти выпустили региональные стратегии и дорожные карты, адаптированные к их местному экономическому контексту. Эти региональные планы формируются не только с учетом экологических соображений, но и интересов ключевых секторов региона.
В официальном документе «Городские власти и их роль в обеспечении перехода к безотходной экономике» обобщены муниципальные дорожные карты CE, многие из которых основаны на отраслевом подходе. Например, план экономики замкнутого цикла Роттердама отдает приоритет сектору биоматериалов в качестве основного направления. Дорожная карта CE другого города предлагает меры по сокращению использования одноразовых пластиковых упаковочных пакетов, что имеет решающее значение, поскольку местный туризм, являющийся основным двигателем экономики, также генерирует значительное количество отходов одноразовой упаковки. Париж стремится установить питьевые фонтаны, чтобы сократить потребление бутилированной воды и связанных с ней пластиковых отходов.
Стратегия экономики замкнутого цикла Глазго призывает дизайнеров выбирать экологически чистые материалы, устранять отходы посредством проектирования и придерживаться принципов проектирования, обеспечивающего разборку и адаптируемость. Города по всему миру, например [примеры опущены], разработали аналогичные стратегии; соответствующие официальные документы содержат подробные обзоры глобальных муниципальных циркулярных инициатив.
В этих стратегиях CE, проводимых местными властями, проявляется постоянный акцент: чтобы реализовать цикличность, дизайнеры и производители должны взять на себя большую ответственность за отходы после использования своей продукции - ответственность, которую они в настоящее время не несут не в полной мере.
Методы
Чтобы выявить научные исследования, посвященные дизайну упаковки в контексте экономики замкнутого цикла, был проведен систематический обзор литературы с использованием предложенной методологии. Обзор проходил в три основных этапа: планирование, выполнение и отчетность.
На этапе планирования были определены ключевые ключевые слова исследования вместе с подробным протоколом обзора. Этап выполнения включал поиск литературы в нескольких авторитетных академических базах данных, включая ISI Web of Science, Scopus, Google Scholar и Ei Compendex, с последующим первоначальным отбором и углубленным анализом соответствующих источников. Наконец, результаты обзора были обобщены и задокументированы на этапе отчетности.
В соответствии с принятой методологией были выбраны конкретные ключевые слова и условия поиска (перечислены ниже). Чтобы обеспечить всесторонний обзор, комбинации этих ключевых слов использовались при поиске в нескольких базах данных для поиска исследований, имеющих отношение к дизайну упаковки, ориентированному на экономику замкнутого цикла. Поиск проводился исключительно через вышеупомянутые академические базы данных для подбора подходящей литературы для исследования.
Результаты и обсуждения
В этом разделе основное внимание уделяется обзору последних исследований в области дизайна упаковки в контексте экономики замкнутого цикла. Результаты этого обзора литературы можно найти на этапе выбора материала, стадии концептуального проектирования, стадии разработки проекта, а также инструментах и индикаторах для проверки проекта. Было проведено углубленное обсуждение результатов и определены возможности будущих исследований.
Выбор материала
Принципы выбора материала
Выбор материалов лежит в основе концепции экономики замкнутого цикла (CE). Важность внедрения экологически чистых материалов неоднократно подчеркивалась как в академической литературе, стратегиях национальных правительств, так и в общественном дискурсе. Упаковка может быть изготовлена из различных материалов — бумаги, стекла, металла, пластика и т. д. При этом особое внимание привлекают пластмассы: отходы пластиковой упаковки составляют наибольшую долю упаковочных отходов в мире, представляя серьезную угрозу для экосистем Земли.
На фоне серьезных изменений в законодательстве ЕС, полимерные материалы, используемые в упаковке, теперь должны должным образом управляться на протяжении всего жизненного цикла продукта. Двумя важнейшими приоритетами для достижения целей ЕС являются: сокращение образования упаковочных отходов и повышение возможности вторичной переработки упаковочных материалов для вторичной переработки материалов. Сокращение отходов может быть достигнуто за счет минимизации использования материалов за счет продуманного проектирования (подробно описанного в последующих разделах, посвященных концептуальному проектированию, разработке дизайна и повторному использованию упаковки) и использования биоразлагаемых материалов, которые позволяют избежать захоронения или сжигания. Между тем, переработка материалов может быть реализована за счет использования переработанных материалов или материалов с высоким содержанием переработанных материалов; когда переработка невозможна, жизнеспособной альтернативой служит рекуперация энергии (преобразование отходов в энергию). Практические примеры включают «зеленую» упаковку Dell — в ее лотках используется более 93% перерабатываемого пластика по весу, в том числе 25% пластика, доставленного в океан, и переработанный полиэтилен высокой плотности (HDPE) из бутылок и пищевых контейнеров, а также стратегию Adidas-Parley AIR, в которой кроссовки из морской пены включают волокна полиэтилентерефталата (ПЭТ) из пластиковых бутылок и нейлон из выброшенных жаберных сетей.
Помимо принципов выбора материалов, специфичных для CE, остаются применимыми традиционные критерии дизайна упаковки:
(i) повышение функциональности материала для защиты качества продукции;
(ii) снижение затрат;
(iii) использование чистых, безопасных материалов, неопасных для человека и экосистем.
В следующих подразделах излагаются ключевые соображения по выбору материалов для дизайна круглой упаковки.
Свойства повторно используемых и переработанных упаковочных материалов
Материалы и механические свойства повторно используемых и переработанных материалов
Жизнеспособность замыкания материальных циклов во многом зависит от свойств повторно используемых и переработанных материалов, в частности от того, могут ли эти материалы (или компоненты и продукты, изготовленные из них) быть эффективно восстановлены, переработаны и перераспределены для повторного использования или переработки, учитывая их остаточные свойства, характеристики и функциональные возможности.
Ученые призвали дизайнеров и инженеров понять материальные и механические свойства упаковочного пластика, поскольку они могут постепенно разрушаться после многократного использования или циклов переработки. Исследования показывают, что пластик обычно портится до непригодности для использования после семи циклов переработки. Например, исследования показали, что модуль упругости полипропилена (ПП) снижается после обработки, что делает материал менее эластичным и более хрупким; Повторная стирка также отрицательно влияет на качество полипропиленовой упаковки. Кроме того, переработка вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТ) увеличивает вязкость расплава, снижая сыпучесть материала во время выдувного формования и приводя к получению некачественной готовой продукции. Напротив, полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) сохраняет практически неизменные механические свойства в течение нескольких циклов переработки, что делает его превосходящим в этом отношении ПП и ПЭТ. Другое исследование изучало соотношение смеси первичного и переработанного ПЭТ и обнаружило, что смесь 70/30 демонстрирует благоприятные реологические, механические и термические свойства во время экструзии. Исследования, анализирующие технологичность и механические характеристики переработанных образцов ПЭТ, полиэтилена (ПЭ) и ПП, показали, что отходы ПЭТ, даже при высокой гетерогенности, хорошо подходят для переработки по замкнутому циклу и могут быть переработаны многократно, тогда как отходы ПП (смешанные или однотипные) нет из-за существенной деградации во время переработки. Дальнейшие исследования оценили влияние содержания этиленвинилового спирта (EVOH) в переработанной многослойной упаковке пищевых продуктов из полиэтилена высокой плотности (например, в бутылках из-под питьевого йогурта для употребления вне дома). Как указывалось в предыдущей работе, пластик из океанов и другой переработанный полиэтилен высокой плотности смешивают в соотношении 1:3 в некоторых упаковочных материалах, гарантируя, что химический состав и качество конечного продукта не будут существенно ухудшены примесями в переработанном пластике. При выборе материалов для дизайна круглой упаковки дизайнеры должны также учитывать последующие процессы переработки: например, переработка ПЭТ потребляет больше энергии из-за его устойчивости к высоким температурам и относительной инертности. Исследование экономического и экологического воздействия различных полимеров выявило ПП, ПЭ, поливинилхлорид (ПВХ) и полимолочную кислоту (ПЛА) как предпочтительные варианты, поскольку их производство снижает истощение ископаемых, а их переработка требует меньше энергии. Кроме того, полиолефины имеют более высокую скорость сорбции загрязнений, чем ПЭТ, что требует интенсивной очистки во время переработки и увеличивает связанные с этим затраты. Для получения более подробной информации о методах переработки и утилизации пластиковых отходов читатели могут обратиться к цитируемой литературе.
Примечательно, что при выборе потенциальных материалов в первую очередь следует учитывать применение продукта, поскольку оно в значительной степени ограничивает доступность материала. Например, многоразовая упаковка геля для мытья рук требует жестких, прочных материалов — в идеале полупрозрачных в определенных местах — в то время как многоразовые бутылки для напитков требуют эластичных, легких материалов (для снижения транспортных расходов) с отличной способностью к повторной переработке для нескольких циклов переработки.
Опасности переработанных материалов
Хотя План действий ЕС по циркулярной экономике поощряет использование переработанных материалов в качестве основного «золотого правила», важно отметить, что некоторые переработанные материалы несут в себе присущие опасности. Дизайнеры должны полностью осознавать эти потенциальные риски при использовании таких материалов в конкретных целях, особенно при упаковке пищевых продуктов и упаковке детских игрушек.
Переработанные полимеры представляют опасность, прежде всего, из-за фталатов — класса вредных для здоровья человека химикатов, которые обычно добавляют в качестве пластификаторов при производстве пластмасс. Однако полное исключение фталатов не всегда возможно, поскольку они являются важными добавками для придания продуктам желаемой формы. Дополнительные фталаты могут попадать во время переработки переработанных пластиков или на более поздних этапах производства (например, маркировка и склеивание), и эти вещества обычно не удаляются во время переработки бытовых пластиковых отходов.
Исследователи разработали базу данных, документирующую химические вещества, используемые в пластиковой упаковке, в том числе опасные для здоровья человека и окружающей среды. Исследования по измерению содержания фталатов в первичном, переработанном и отходном пластике показали, что переработанный пластик накапливает больше фталатов в процессе переработки. Дальнейшие исследования связали более широкое использование переработанных ПЭТ-бутылок в упаковке пищевых продуктов с более высоким воздействием фталатов на детей. Помимо фталатов, в детских игрушках были обнаружены и другие добавки, такие как антипирены, причем данные свидетельствуют о том, что эти вещества попадают в жизненный цикл новых продуктов через переработанные материалы. Запрещенные антипирены бромдифенилового эфира (БДЭ) также были обнаружены в высоких концентрациях в различных новых и многоразовых потребительских товарах и упаковке (включая детские игрушки и автомобильные компоненты). Эти биоаккумулятивные БДЭ и другие стойкие вещества невозможно эффективно отделить от потоков пластиковых отходов, поэтому следует ввести более строгие ограничения на использование переработанного пластика для конкретных продуктов и применений.
Этап концептуального проектирования
После выбора подходящих материалов следующим этапом является создание нескольких концепций дизайна упаковки. Следует подчеркнуть, что это итеративный процесс от выбора материала до концептуального проектирования, учитывая их взаимосвязанный характер. В этом подразделе рассматриваются и обобщаются факторы, которые дизайнеры должны учитывать на этапе создания концепции.
Многоразовая упаковка
Многоразовая упаковка идеально согласуется с концепцией экономики замкнутого цикла и должна быть основной целью дизайнеров там, где это возможно: ее использование позволяет избежать дополнительных затрат, связанных с переработкой переработанной упаковки и ее последующим восстановлением. В целом многоразовую упаковку можно разделить на четыре типа: многоразовая упаковка (многоразовая), многоразовая исходная упаковка (бутылки и контейнеры), возвратная упаковка (контейнеры, бутылки, чашки и тарелки) и транзитная упаковка (коробки и мягкие упаковки).
Ученые проанализировали факторы, влияющие на экономические и экологические последствия многоразовой упаковки. Было обнаружено, что процент возвратов, расстояния транспортировки, а также сложность и стоимость сортировки, очистки и обслуживания оказывают негативное влияние на преимущества многоразовой упаковки, причем любое увеличение этих факторов подрывает ее ценность. Необходимо соблюдать тщательный баланс между многоразовой и одноразовой упаковкой, учитывая производство материалов, утилизацию одноразовых материалов и растущие потребности в транспортировке многоразовой упаковки. Кроме того, при разработке многоразовой упаковки для рынков, традиционно зависящих от одноразовых вариантов, дизайнеры должны понимать препятствия на пути ее внедрения. Исследования показывают, что внедрение многоразовой упаковки требует системных изменений не только для производителей и ритейлеров, но и для потребителей, что достижимо только за счет реорганизации цепочки поставок и новых инвестиций в производственные линии. Ниже приводится краткое описание ключевых препятствий для каждой заинтересованной стороны:
Производители: Повышенная сложность логистики; реорганизация цепочки поставок для адаптации к новым сценариям упаковки и запасов; более высокие затраты и задержки в обработке возвращенной многоразовой упаковки (например, контейнеров), особенно в глобальных цепочках поставок; значительные инвестиции в создание систем производства многоразовой упаковки.
Розничные торговцы: дополнительные инвестиции в складские помещения для хранения возвращенной многоразовой упаковки (например, контейнеров); дополнительные расходы на соблюдение гигиенических требований к возвращаемой упаковке; текущие расходы на чистку и обслуживание оборудования (например, дозаторов для сортировки и хранения возвращаемой тары).
Потребители: Основные опасения связаны с неудобствами, включая:
(i) проблемы с удобством использования в разных возрастных группах (например, пожилым людям трудно использовать некоторые многоразовые упаковки);
(ii) необходимость возврата пустой упаковки розничным продавцам или на назначенные станции для повторного наполнения;
(iii) потенциальное отсутствие пополнения или замены и (iv) более высокие затраты на упаковку.
Исследователи выявили и оценили 14 факторов успеха многоразовой пластиковой упаковки, среди которых сокращение отходов упаковки, снижение затрат на транспортировку/упаковку/управление отходами и эффективное использование складских площадей напрямую связаны с эффективным дизайном упаковки. Однако другие исследования подчеркивают, что приверженность высшего руководства, оптимизированное управление запасами и экономичная поддержка являются тремя наиболее важными факторами жизнеспособности бизнес-моделей многоразовой пластиковой упаковки. Также были определены ключевые атрибуты эффективной многоразовой упаковки: хорошее качество и стоимость, простота использования и значительное сокращение объема производимых и распространяемых упаковочных материалов.
Использование нескольких материалов
Основным принципом дизайна круглой упаковки является минимизация количества используемых материалов — это особенно важно для бытовой пластиковой упаковки. Бытовые пластиковые отходы, как правило, неоднородны и могут содержать загрязняющие вещества, в результате чего получается переработанный пластик более низкого качества, что затрудняет переработку по замкнутому циклу. Исследование, посвященное изучению отходов упаковки одноразовых бутылочек для детского питания в ирландских родильных домах, показало, что такие бутылочки часто изготавливаются из самых разнообразных материалов (например, бутылочек, сосок и внешней упаковки), что создает проблемы при определении подходящих методов переработки отходов. Исследование рекомендовало сократить разнообразие материалов, чтобы облегчить процессы переработки.
Кроме того, по возможности следует избегать использования мультиполимерных материалов. Мультиполимеры часто содержат примеси, которые ставят под угрозу возможность вторичной переработки материала и загрязняют другие переработанные пластиковые отходы. Эти материалы обычно отбраковываются во время переработки и направляются на сжигание, вызывая дополнительное загрязнение окружающей среды. Если использование мультиполимеров неизбежно, ученые предлагают разработать отдельные, отделяемые компоненты (например, с помощью модульной конструкции), чтобы обеспечить разделение и сортировку мультиполимерных частей во время переработки.
Варианты окончания срока службы
Исследователи изучили экологические последствия повторного использования и переработки упаковки, подчеркнув, что дизайнеры должны учитывать и определять варианты завершения срока службы продукта на этапе проектирования. Воздействие на окружающую среду, соответствующее законодательство, качество упаковки и затраты (например, затраты на производство и восстановление) требуют тщательного взвешивания, поскольку эти факторы напрямую влияют на формулирование политики возврата.
Другие ученые предложили дизайнерам переосмыслить природу упаковки, рассматривая ее не просто как защитный аксессуар, а как продукт, который потребители покупают, владеют им и в конечном итоге выбрасывают. Вместо традиционных моделей собственности потребителям следует относиться к упаковке как к услуге: после использования они возвращают упаковку розничным торговцам (и, в конечном итоге, производителям) в обмен на кредиты, которые можно использовать для покупки новой упаковки.
Дизайн для логистики
Исследователи продемонстрировали повышенную логистическую сложность и связанное с этим увеличение затрат, как указано в предыдущих исследованиях. Для коммерческих предприятий крайне важно найти баланс между затратами и воздействием на окружающую среду. Более того, оценка воздействия на окружающую среду многогранна: например, многоразовая упаковка сокращает количество отходов, но может увеличить выбросы CO₂ из-за более частой транспортировки. В исследовании сравнивались две системы упаковки и распределения итальянских фруктов и овощей по всей Европе: одноразовые гофрированные контейнеры и многоразовые пластиковые контейнеры. Расстояние транспортировки и размер упаковки были определены как два наиболее важных фактора, влияющих на товар.
Это подчеркивает, что дизайнеры должны учитывать вопросы
логистики при разработке многоразовой и возвратной упаковки. Хотя расстояния транспортировки часто фиксированы, упаковка должна быть реконфигурируемой, чтобы максимизировать грузоподъемность и вмещать больше товаров в одной отправке. Тематическое исследование задокументировало изменение конструкции
транспортных коробок , чтобы их можно было реконфигурировать, что позволяет вмещать в них ЖК-панели разных размеров и снижает потребность в дополнительных контейнерах для транспортировки возвращаемых товаров. В другом исследовании была разработана концептуальная модель упаковки, объединяющая технический дизайн, факторы окружающей среды и системы цепочки поставок, которая может оптимизировать конструкцию контейнеров из гофрированного картона для минимизации воздействия на окружающую среду на протяжении всей цепочки поставок. Ученые также отметили, что снижения транспортных расходов можно достичь за счет модульности упаковки и стандартизации методов.
Исследователи также выразили обеспокоенность по поводу увеличения выбросов парниковых газов в результате многократной транспортировки многоразовой упаковки. Ярким примером является исследование, сравнивающее воздействие на окружающую среду двух упаковочных материалов для манго в Бразилии: многоразового композитного материала и традиционного одноразового картона. Ключевые проблемы заключались в более высоком потреблении электроэнергии при производстве композитной упаковки и повышенном расходе топлива для транспортировки более тяжелых композитных контейнеров. Исследование показало, что после более чем четырех использований выбросы CO₂ при транспортировке композитной упаковки стали менее экологически безопасными по сравнению с одноразовыми картонными коробками, что связано с большими географическими размерами Бразилии, требующими транспортировки на большие расстояния. Кроме того, одноразовый картон в Бразилии сжигается для восстановления энергии. Таким образом, одноразовый картон оказался лучшим вариантом после четырех повторных использований композитной упаковки. Напротив, результаты показали, что точка безубыточности (когда композитная упаковка становится более экологичной) была достигнута только после 35 повторных использований в европейском контексте. Это указывает на то, что, хотя дизайнерам обычно рекомендуется максимально увеличить циклы повторного использования упаковки, нельзя упускать из виду расстояния транспортировки и связанные с этим выбросы парниковых газов.
Более того, если продукты и их упаковка ориентированы на местные или региональные рынки, в процесс проектирования необходимо включить местные нормы возврата. Исследование оценило систему сбора отходов бытовой упаковки в Словакии и обнаружило, что уровень переработки некоторых материалов (например, ПЭТ-упаковки для напитков) значительно отстает от целевых показателей ЕС, при этом между двумя городами наблюдаются различия. Исследователи добавили, что уровень переработки является определяющим фактором, влияющим на общие затраты на логистику, поскольку более высокий уровень переработки обычно коррелирует с более низкими сопутствующими затратами. Поэтому при выборе материалов дизайнеры должны учитывать местные нормы возврата или переработки этих материалов. Обоснованный выбор материалов имеет важное значение для облегчения местной переработки отходов и тем самым снижения общих затрат.
Этап разработки дизайна
Функциональность упаковки.
Хотя основной функцией упаковки является защита упакованного продукта, другие факторы, влияющие на качество упаковки и удобство использования, также тесно связаны с образованием отходов. Ученые отмечают, что текущие исследования в значительной степени сосредоточены на продлении срока службы продуктов или использовании отходов в качестве сырья, но уделяют недостаточно внимания устранению коренных причин отходов. Исследование, изучающее пищевые отходы, связанные с неправильным дизайном упаковки, выявило три основные причины ненужных отходов: «трудность полного опорожнения упаковки», «поврежденная упаковка» и «быстрая порча продуктов в закрывающейся или открытой упаковке». Это указывает на то, что упаковка пищевых продуктов должна быть спроектирована таким образом, чтобы ее можно было легко опорожнить и повторно запечатать, обеспечивая при этом адекватную физическую и химическую защиту содержимого.
Исследователи советуют дизайнерам учитывать двойную перспективу при дизайне упаковки для пищевых продуктов: хотя упаковка, особенно упаковка из пластика, увеличивает общий объем отходов, она одновременно сокращает пищевые отходы, защищая продукты и продлевая срок их хранения. Ключевые показатели дизайна упаковки пищевых продуктов включают продление срока годности, снижение повреждения пищевых продуктов и минимизацию вторичной упаковки. Дальнейшие исследования показали, что воздействие упаковки пищевых продуктов на окружающую среду относительно незначительно по сравнению с воздействием продуктов питания, которые она содержит.
В отдельном исследовании исследователи изменили дизайн многоразовой упаковки для средств для мытья тела и обнаружили, что решающим фактором успеха было обеспечение того, чтобы потребители могли легко понять, как пополнить основной контейнер и использовать продукт. Помимо ожидаемой долговечности многоразовой упаковки, ее функциональность не менее важна и не должна подвергаться риску.
Размер, форма и цвет
С точки зрения переработки, общая передовая практика заключается в том, чтобы избегать использования черного или темного пластика для упаковки. Основная причина заключается в том, что большинство сортировочных предприятий используют сканеры спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (NIR), которые сталкиваются с техническими проблемами при обнаружении черного или темного пластика. Тем не менее, 10–11% пластиков ПЭТ, ПП и ПЭ, используемых в настоящее время в упаковке, имеют черный цвет.
Что касается размера и формы упаковки, дизайнеры должны сбалансировать объем и стоимость пополнения. Многоразовая упаковка часто проектируется большой, чтобы вместить больше содержимого, что максимизирует экономическую выгоду, но более крупные упаковки увеличивают стоимость упаковки, которая и без того дороже, чем одноразовые альтернативы. Исследователи предполагают, что упаковка пищевых продуктов должна быть хорошо адаптирована к содержимому пищевых продуктов: было обнаружено, что использование упаковки соответствующего размера сокращает как пищевые потери/отходы, так и упаковочные отходы. Ученые также отмечают, что негабаритная упаковка является основным источником пищевых отходов, и ее следует избегать. Кроме того, исследования показывают, что для дальнейшего снижения затрат на упаковку необходимо сократить разнообразие форм и размеров упаковки.
Модульная конструкция и маркировка
Модульный дизайн — это теория дизайна, которая подразделяет продукт или систему на более мелкие составные части. Эти детали могут быть независимо спроектированы, модифицированы, произведены, заменены или заменены в рамках одного продукта или в разных продуктах и системах. Для упаковки, состоящей из различных материалов или мультиполимеров, по возможности следует использовать модульную конструкцию. Это облегчает разделение и сортировку различных материалов, что особенно важно для мультиполимеров, которые нельзя смешивать с другими полимерами для переработки, поскольку такое смешивание может привести к существенному разложению переработанных материалов.
В ходе тематического исследования жизненного цикла упаковки банок для напитков Carlsberg исследователи обнаружили, что конструкция корпуса и крышки банки, обеспечивающая легкое разделение, улучшает возможность вторичной переработки, особенно в множественных системах переработки с замкнутым циклом. Четкая маркировка состава материалов и рекомендаций по переработке также была признана важной для достижения высококачественной переработки. Другое исследование предложило трехслойную структуру полиэтилена (ПЭ) для упаковки пищевых продуктов: внешние слои из чистого полиэтилена (для безопасности контакта с пищевыми продуктами) и средний слой, изготовленный из переработанных гибких полиэтиленовых пленок. Такая конструкция снижает зависимость от первичных материалов за счет включения переработанного полиэтилена в слой, не контактирующий с пищевыми продуктами. Эту концепцию можно распространить на модульную упаковку, где для изготовления конкретных компонентов используются переработанные материалы. Больницы производят значительные объемы пластиковой упаковки и отходов продукции; Исследование отходов упаковки одноразовых бутылочек для детского питания показало, что четкая маркировка о возможности вторичной переработки для каждого компонента снижает сложность процессов управления и переработки отходов.
Внедрение концепции экономики замкнутого цикла в дизайн
Экологические преимущества круглой упаковки зависят не только от характеристик дизайна упаковки (например, используемых материалов и внешнего вида), но и от готовности потребителей покупать такую продукцию. Исследования показали, что внешний вид и реклама влияют на восприятие потребителями экологичности упаковки. Исследователи, изучающие реакцию потребителей на дизайн упаковки – с двойной точки зрения материалов и графики – обнаружили, что потребители готовы платить больше за экологически чистую упаковку. Другое исследование мотивации потребителей избегать отходов пластиковой упаковки выявило готовность платить больше за переработанные и пригодные для вторичной переработки упаковочные материалы, особенно пластик. Однако термин «устойчивость» неоднозначен для потребителей, которые часто полагаются на неточные, а иногда и вводящие в заблуждение представления, чтобы судить об устойчивости упаковки. Ученые настоятельно советуют четко доводить до сведения потребителей концепции экономики замкнутого цикла, такие как многоразовая упаковка для средств для мытья тела, с четким различием между оригинальной и многоразовой упаковкой.
Это подчеркивает острую необходимость внедрения принципов экономики замкнутого цикла в дизайн упаковки, подчеркивая положительный вклад продукта и/или упаковки в замкнутый цикл. В обзорном исследовании также отмечается, что готовность потребителей перерабатывать пластиковую упаковку обусловлена экологическими проблемами, а экологические сообщения могут повысить их мотивацию к переработке пластиковой упаковки. Таким образом, дизайнеры должны подумать о том, как оптимально интегрировать и передать такие сообщения через дизайн упаковки, чтобы повысить вовлеченность потребителей в переработку отходов. Однако исследователи предостерегают от чрезмерного использования концепций экономики замкнутого цикла: включение нескольких таких принципов в единый дизайн упаковки не увеличивает готовность потребителей покупать или перерабатывать, поскольку приносит лишь минимальное дополнительное моральное удовлетворение от этих действий.
Подводные камни дизайна
Помимо различных дизайнерских соображений, которые улучшают круглую упаковку, в традиционных конструкциях упаковки есть общие ошибки, которых дизайнерам следует избегать. Например, лак широко используется в производстве упаковки для напитков (например, алюминиевых банок). Однако ученые советуют, что даже незначительное использование лака и других веществ (например, в концентрациях, составляющих миллионные доли) может отрицательно повлиять на возможность вторичной переработки. Химический состав лака может содержать загрязняющие вещества во время переработки, что затрудняет повторное использование материала. Принцип «дизайн с нулевым загрязнением» должен быть заложен в дизайн упаковки, чтобы обеспечить возможность вторичной переработки. Кроме того, как отмечалось ранее, сочетание биологических и технических стратегий или чрезмерное применение нескольких подходов к дизайну экономики замкнутого цикла не приводит к существенному улучшению функциональности упаковки и не увеличивает покупательскую готовность потребителей.
Кроме того, исследователи предложили ключевые соображения по разработке многоразовой упаковки для продуктов личной гигиены (например, средств для мытья тела). Появилось важное открытие: несмотря на техническую возможность повторного наполнения и повторного использования такой упаковки более 10 раз, потребители не хотят платить больше за этот расширенный потенциал повторного использования. Вместо этого потребители предпочитают доступ к широкому ассортименту ароматов, что делает повторное добавление одного и того же аромата менее желательным.
Инструменты и индикаторы для проверки проекта
После завершения детального проектирования предлагаемая упаковка подвергается тщательной оценке и проверке. Ряд инструментов, таких как инструменты анализа жизненного цикла (LCA), могут облегчить этот процесс, и примечательно, что эти инструменты применимы на всех этапах проектирования. В этом подразделе описаны инструменты и индикаторы, указанные в литературе, которые демонстрируют потенциал поддержки дизайна упаковки замкнутого цикла.
Исследователи разработали инструмент на основе LCA для оценки воздействия на окружающую среду, образования отходов и потребления ресурсов. Другое исследование установило набор показателей для оценки воздействия дизайна упаковки на окружающую среду, включая токсичность материалов, воздействие на биоразнообразие и использование энергии, а также представило таблицу «экоиндикаторов» для оценки концепций упаковки по трем измерениям: производство, транспортировка, захоронение и переработка. Также была предложена модель интеллектуального анализа данных, которая уменьшает разнообразие размеров упаковки за счет кластеризации схожих форм и размеров и замены их одной универсально подходящей моделью упаковки. Ученые выдвинули пять критериев оценки дизайна круглой упаковки:
(i) сократить (минимизация упаковки);
(ii) повторное использование;
(iii) рекуперация (регенерация энергии при сжигании отходов упаковки без вторичного загрязнения);
(iv) переработка;
(v) разлагаемость.
Были также предложены соответствующие меры по дизайну упаковки замкнутого цикла, призывая дизайнеров повысить осведомленность потребителей об экономике замкнутого цикла и рационально использовать ресурсы логистической упаковки. Кроме того, был разработан инструмент ОЖЦ, помогающий проектировщикам оценивать воздействие на окружающую среду при производстве материалов, очистке возвращаемой упаковки, транспортировке и управлении отходами, а еще один интегрированный инструмент ОЖЦ был создан для анализа компромиссов между функциональностью упаковки и экологическими показателями.
Другие исследователи предложили структуру, сочетающую LCA и программу сертификации Cradle-to-Cradle (C2C). В ходе исследований были изучены протокол проектирования C2C, система оценки устойчивости жизненного цикла и индикатор круговорота материалов (MCI). Протокол проектирования C2C основан на трех основных принципах: «отходы равны еде», «использовать текущий доход от солнечной энергии» и «праздновать разнообразие», а ключевые критерии сертификации, связанные с упаковкой, включают здоровье материала и возможность повторного использования, управление выбросами углерода и использование возобновляемых источников энергии. MCI оценивает потенциал восстановления материалов на всех этапах производства продукции до переработки, при этом основные факторы, связанные с дизайном упаковки, включают содержание переработанного материала, скорость переработки и эффективность переработки. Обзор трех типов моделей и инструментов разработки упаковки — протоколов, диаграмм и оценок — показал, что модели оценочного типа (например, LCA) наиболее полезны на более поздних стадиях разработки. Напротив, модели протокольного типа считались лишенными осязаемых описаний, что ограничивало их эффективность в поддержке дизайна упаковки замкнутого цикла.
Выводы
Традиционная модель производства и потребления упаковки линейна: упаковка проектируется, изготавливается, потребляется, выбрасывается и в конечном итоге сжигается или выбрасывается на свалку. Напротив, экономика замкнутого цикла направлена на достижение нулевых отходов, удерживая ресурсы в замкнутом цикле как можно дольше, а не позволяя им превращаться в отходы, наносящие вред экосистемам Земли. Интеграция принципов экономики замкнутого цикла требует инноваций в дизайне упаковки — примерно 80% воздействия на окружающую среду определяется на этом этапе, который во многом определяет упаковочные материалы, производственные процессы, модели потребления, потенциал повторного использования и возможность вторичной переработки. Это делает дизайн критически важным для реализации экономики замкнутого цикла. Насколько нам известно, это исследование является первым академическим обзором, в котором рассматриваются текущие исследования в области дизайна упаковки и экономики замкнутого цикла с точки зрения дизайна.
Хотя этот обзор литературы посвящен в первую очередь академическим исследованиям, примечательно, что промышленность активно внедряет практику циркулярной упаковки. Будущие исследования должны рассмотреть и обобщить промышленные достижения в области циркулярной упаковки, которые могут послужить действенным руководством для более широкого сообщества специалистов по упаковке. Кроме того, ожидается, что результаты этого исследования принесут пользу дизайнерам, менеджерам по исследованиям и разработкам и специалистам упаковочной отрасли при разработке решений, ориентированных на экономику замкнутого цикла, а выявленные конструктивные соображения послужат практическим справочником. Преподаватели также могут использовать эти результаты для обучения следующего поколения талантов, ориентированных на экономику замкнутого цикла.
