Comparison of the carbon footprints of plastic packaging films and a fibre-based alternative

Abstract

Plastic production caused approximately 3,4 % of global greenhouse gas emissions in 2019. On top of this, plastics cause a myriad of other environmental impacts, including plastic pollution, microplastics and ecotoxins. Action has been taken on multiple levels, from single-use plastic bans to consumers switching to more environmentally friendly alternatives. To facilitate the shift from plastic to other materials, companies are providing new eco-innovations, that replace plastics in different applications.

One of these eco-innovations is Cristal HS-C, a transparent paper, that can be used to replace plastic packaging film in consumer goods packaging. In this thesis, the carbon footprint of Cristal HS-C was compared to a range of plastic film options, which included 20, 30, and 40 µm thick low-density polyethylene and poly-propylene films. The carbon footprints were calculated following global ISO 14067 standard and the Product Category Rules for North American Market Pulp, Paper and Paperboard Products, Tissue, and Containerboard with the GaBi software. A carbon handprint was then calculated based on the VTT-LUT methodology, and a displacement factor was determined.

Based on the results, Cristal HS-C had a lower carbon footprint when compared to the 40-µm thick plastic films. Due to the higher mass of Cristal HS-C, the thinner films had a lower carbon footprint. Altogether, a carbon handprint was achieved only in 11 out of 48 cases, and even then, the displacement factor revealed that the emissions that are avoided as plastic packaging film is substituted with Cristal HS-C do not immediately balance out the loss of the carbon stock in forests as raw materials for Cristal HS-C are harvested. However, the carbon footprint of Cristal HS-C is mostly coming from the production phase, which has high potential for emission reductions through utility switches. Furthermore, this work only focused on the global warming potential, and it would be interesting to see whether Cristal HS-C would be more favorable based on other impact categories.

Muovin tuotanto aiheutti noin 3,4 % globaaleista kasvihuonekaasuista vuonna 2019. Tämän lisäksi muovit aiheuttavat laajan kirjon muita ympäristöongelmia, muun muassa muovisaastetta, mikromuoveja ja ekotoksiineja. Toimia muovin vähentämiseksi on tehty monella tasolla, kertakäyttömuovien kieltämisestä kuluttajien tekemiin valintoihin kulutuksessa, jossa muovi korvataan muilla materiaaleilla. Helpottaakseen tätä muutosta muovista muihin materiaaleihin, yritykset ovat tuoneet markkinoille uusia ekoinnovaatioita, joilla muovi voidaan korvata eri sovelluksissa ja joilla on muovia matalampi ympäristövaikutus.

Yksi näistä ekoinnovaatioista on Cristal HS-C, läpinäkyvä paperi, jolla voidaan korvata muovikalvoja kuluttajatuotteiden pakkauksissa. Tässä työssä Cristal HS-C:n hiilijalanjälkeä verrattiin erilaisiin muovivaihtoehtoihin, joihin kuului 20, 30, ja 40 um paksuja matalatiheyksisiä polyetyleeni ja polypropyleeni muovikalvoja. Hiilijalanjäljen laskemisessa seurattiin kansainvälistä ISO 14067 standardia, sekä Pohjois-Amerikan tuotekategoriasääntöjä paperituotteille (Product Category Rules for North American Market Pulp, Paper and Paperboard Products, Tissue, and Containerboard). Hiilijalanjäljet laskettiin GaBi-tietokoneohjelmalla. Tämän jälkeen hiilikädenjälki laskettiin käyttäen VTT-LUT metodia, ja korvauskerroin määritettiin.

Tulosten perusteella Cristal HS-C:llä oli matalampi hiilijalanjälki vain verrattaessa 40 um paksuihin muovikalvoihin. Cristal HS-C:n korkeamman painon takia ohuemmilla muovikalvoilla oli matalampi hiilijalanjälki. Kaiken kaikkiaan, hiilikädenjälki muodostui vain 11:ssä 48 tapauksesta, ja silloinkin korvauskerroin paljasti, että muovin korvauksessa vältetyt päästöt eivät välittömästä korvaa raaka-aineen hankinnasta seurannutta metsän hiilivarannon häviämistä. Kuitenkin, suurin osa Cristal HS-C:n hiilijalanjäljestä johtui korkeista tuotantopäästöistä, joihin voidaan vaikuttaa erilaisten energialähdevaihtojen kautta. Lisäksi, tämä työ keskittyi ainoastaan materiaalien ilmaston lämpenemispotentiaaliin. Olisi mielenkiintoista tietää, olisiko Cristal HS-C muovikalvoja suotuisampi vaihtoehto muiden elinkaariarviokategorioiden perusteella.