Традиционная экономика следует линейному пути «взять — произвести — использовать — утилизировать». В отличие от неё, экономика замкнутого цикла сохраняет ценность материалов и продуктов в цепочке поставок на более длительный срок.
Отрасли и политики рассматривают сети экономики замкнутого цикла для достижения целей устойчивого развития. Исследователь Ана Инес Торрес создаёт систематические способы помочь им принимать решения с меньшей неоднозначностью.
«В экономике замкнутого цикла идея состоит в том, чтобы максимально использовать продукт в первую очередь», — объясняет Торрес, доцент кафедры химической инженерии в Университете Карнеги-Меллона. «Затем, в конце срока службы продукта, мы включаем сам продукт или его компоненты обратно в различные части цепочки поставок».
Исследовательская группа Торрес использует математические модели для разработки более совершенных систем. Недавние работы предлагают основы для проектирования сетей экономики замкнутого цикла и применяют эти основы к цепочке поставок полиэтилентерефталата (ПЭТ) в США.
ПЭТ — один из самых распространённых пластиков в США, используемый в бутылках для воды, упаковке типа «ракушка» и текстиле, среди прочих продуктов. Хотя его легко переработать, большая часть ПЭТ в США попадает на свалки, что создаёт явную возможность для повышения цикличности.
В журнале Computers & Chemical Engineering Торрес и Абдулхаким Ахмед предлагают основу для проектирования и оптимизации сетей экономики замкнутого цикла, когда принятие решений включает несколько критериев. Они оценили затраты, выбросы парниковых газов и потребление сырья (как меру цикличности). Торрес и Ахмед, аспирант в области химической инженерии, определили оптимальный процесс переработки для каждой цели по отдельности, а также оценили компромиссы между конкурирующими целями.
Их анализ показывает, что проектирование цепочки поставок для экономики замкнутого цикла с самого начала более экономично и лучше для окружающей среды в долгосрочной перспективе, чем проектирование для линейной экономики.
Используя ПЭТ в качестве примера, Торрес и Ахмед провели технико-экономический анализ полностью циклической экономики для ПЭТ по сравнению с традиционной линейной экономикой. Они рассмотрели возможные пути производства, использования, утилизации и переработки ПЭТ.
Механические методы переработки, которые являются наиболее распространёнными, не изменяют химический состав пластика. Технологии химической переработки используют растворители и химические вещества для изменения состава пластиковых отходов, например, путём отделения полимеров от добавок. Полученные таким образом сырьё можно использовать для производства большего количества пластмасс и других продуктов. Торрес и Ахмед показывают, что сочетание механической и химической переработки является лучшим выбором для экономических целей и целей по снижению выбросов. Для максимизации цикличности химическая переработка является оптимальным вариантом.
«Чтобы прийти к эффективным решениям для цикличности, необходимо, чтобы разные люди пришли к согласию», — говорит Ахмед. «То, что может быть оптимальным для централизованной системы, может быть неоптимальным для каждого отдельного участника».
Исследовательская группа Торрес также работает над методами анализа систем на уровне участников. В журнале Industrial & Engineering Chemistry Research Торрес и Дэниел Перт используют подход системной динамики для разработки модульной основы для моделирования сетей экономики замкнутого цикла. Из своей общей модели они выводят конкретные модели для пяти участников (производителя, потребителя, предприятия по сбору материалов, предприятия по переработке и Земли) и объединяют их в типовую сеть цепочек поставок с замкнутым циклом.
«Мы пытаемся выяснить, как ведёт себя система, если каждый участник преследует свои собственные цели», — говорит Перт, аспирант в области химической инженерии. В экономике замкнутого цикла решения, принимаемые одним участником, влияют на деятельность участников, находящихся выше и ниже по цепочке. Фреймворк Торрес и Перта может быть использован для изучения этих эффектов в долгосрочной перспективе.
Большинство аналитических моделей экономики замкнутого цикла основаны на моделях установившегося состояния. Однако анализ системы на статическом уровне не учитывает долгосрочные выгоды, которые могут последовать за краткосрочными затратами. Включив в свою модель временной фактор, исследователи показывают, как изменения во времени могут привести к различным результатам.
Они применяют свою модель для сравнения долгосрочных эффектов различных инициатив в области экономики замкнутого цикла на цепочку поставок для одноразовых бутылок из ПЭТ и многоразовой упаковки из ПЭТ типа «ракушка».
Моделируя различные сценарии в рамках существующей инфраструктуры, Торрес и Перт показывают, что инициативы по «замедлению цикла», такие как повторное использование продукции, улучшают цикличность и минимизируют воздействие на окружающую среду в большей степени, чем инициативы по «закрытию цикла», такие как увеличение объёмов переработки.
Работа исследовательской группы Торрес может помочь промышленности и политикам определить наилучшие пути и процессы для внедрения циклических цепочек поставок. Они также могут обобщить свои методы для решения других задач, включая извлечение редкоземельных элементов.
Предоставлено:
[Университет Карнеги-Меллона, химическая инженерия](https://phys.org/partners/carnegie-mellon-university-chemical-engineering/)