PET 瓶系统中实现高循环性的局限：权衡取舍、政策需求及多路径回收的作用

《Journal of Cleaner Production》：Limits to achieving high circularity in PET bottle systems: Trade-offs, policy needs, and the role of multi-route recycling

　　

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  多路线PET系统优于单路线回收结构。
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  高循环率急剧增加运营成本和能源需求。
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  收集表现是PET循环转型的主要驱动力。
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  在运营受限条件下，开环回收可稳定循环率。
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  在成熟的收集条件下，集中式系统表现更佳。

引言

快速工业化和消费增长加剧了全球废物产生量及相关的环境与资源压力（Galati等人，2022）。预计到2050年，全球废物产生量将达到34亿吨，其中塑料废物仍是主要关注点（Kaza等人，2018）。一次性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶的线性经济模式加剧了环境影响和资源压力（Tamburini等人，2021）。在联合国可持续发展目标（SDGs）（Cf, 2015）框架下，各国政府日益推动减量、再利用和回收，以支持循环经济转型并减少物质泄漏（Sanchez等人，2020）。

循环经济的一项关键原则是使物质输入与输出相匹配（Tian等人，2022），以保留物质价值并减少对原生资源的依赖（Kirchherr等人，2017）。相关策略包括资源与物料效率（Elroi等人，2023）、网络优化（Konash和Nasr, 2022）以及回收环路整合（Arijeniwa等人，2024）、提高回收率（Neves等人，2024）、通过物质循环利用将废物从填埋场转移（Nordahl和Scown, 2024）以及延长物质使用寿命（Kandpal等人，2024）。在此框架下，瓶对瓶回收系统（Schlosser等人，2021）被视为减少原生PET（$vPET$）消耗并在生产周期内保持物质价值的关键策略（Kandpal等人，2024）。

PET循环性研究通过超洁净工艺推动瓶对瓶回收，将回收PET（$rPET$）重新引入瓶体生产（Welle, 2011）。相应地，德国、挪威和瑞典等国已制定回收含量政策和收集基础设施，支持瓶对瓶回收（Shen和Worrell, 2024）。尽管该路径已在工业上运行数十年（Benyathiar等人，2022），但由于水分（Paci和La Mantia, 1998）、氧气、热和剪切力（Santomasi等人，2024）、反复热加工和机械处理（Badía等人，2009）、污染（Alvarado Chacon等人，2020）、反复瓶对瓶回收过程中的污染物累积（Brouwer等人，2020）、不兼容的包装组件（Itim和Philip, 2015）以及产品设计（Santomasi等人，2024），个别物质组分可能失去瓶级适用性。这些因素可导致降解和链断裂，降低分子量和特性黏度，改变结晶度和延展性，并增加雾度和黄变。因此，受影响的组分可能需要分配至要求较低的应用领域（Straková等人，2026）。

替代路径包括聚酯纤维、包装片材、3D打印丝材和基于PET的混凝土，可在不同的运营、基础设施和市场条件下补充瓶对瓶回收（Al Rashid和Ko?, 2024）。随着对$rPET$需求的增长，在这些路线之间分配有限的原料成为运营和政策挑战。

税收激励（B?等人，2013）、押金返还制度（Edyta等人，2025）和扩展生产者责任（Dey, 2025）等政策工具被广泛讨论，作为改善收集表现、提高可追溯性和加强回收基础设施的机制。然而，政策效果和PET瓶回收表现受消费者参与度、环保意识（Orset等人，2017）、购买回收产品的意愿（Venturi等人，2025）、回收系统便利性（Truelove等人，2016）以及回收接受度（Hadjichristidis等人，2025）的强烈影响。

税收激励（B?等人，2013）、押金返还制度（Edyta等人，2025）和扩展生产者责任（Dey, 2025）等政策工具可以改善收集、可追溯性和回收基础设施。然而，其效果取决于消费者参与度、环保意识（Orset等人，2017）、购买意愿（Venturi等人，2025）、系统便利性（Truelove等人，2016）以及市场对回收产品的接受度（Hadjichristidis等人，2025）。

尽管已取得重大进展，但在单一循环经济网络内多条PET回收路径之间的相互作用仍缺乏充分了解。现有研究大多独立评估各路径，侧重物质回收或碳排放，对经济、运营、环境和社会相互作用的考虑有限。因此，规划高循环率PET系统需要考察在运营、政策和市场约束下，共享有限原料的各路径之间的资源配置权衡。

因此，本研究解决以下问题：在不同运营、政策和市场条件下，闭环和开环回收路径如何相互作用？决策优先排序和收集表现如何重塑回收路线分配、循环率、成本、能源需求和人力？此外，政策工具、市场接受度和运营限制如何影响向高循环率PET瓶系统的转型？

据此，本研究在四个方面做出贡献。首先，将瓶对瓶、聚酯纤维、3D打印丝材、包装片材、混凝土和处置路径整合在一个循环经济网络中。其次，捕捉在技术、运营、经济、政策和市场约束下共享有限收集PET的各路径之间的资源配置权衡。第三，在均衡、成本导向、能源导向、循环率导向和人力导向策略下评估成本、能源、循环率和人力。最后，整合政策工具、市场接受度、收集表现、生产缺陷、需求波动、$vPET$价格和回收过程损耗，评估它们对高循环率PET瓶系统的综合影响。

本文其余部分安排如下。第2节回顾相关文献并指出研究空白。第3节阐述问题描述和方法论，第4节描述案例研究和数据收集。第5节呈现结果与讨论，第6节为结论、局限性与未来研究。

章节摘要

文献综述

本节阐述PET瓶闭环和开环回收路径及其优缺点。

问题描述与方法论

本节呈现用于建模的问题描述和方法论框架，详见附录C-表C1。

案例研究与数据收集

本节描述案例研究及用于评估所提出PET瓶循环经济网络的数据收集过程。

结果与讨论

本节呈现的数值参数为特定于案例和数据源的输入，用于评估所提出的框架，在应用于其他PET回收系统前应重新校准。

结论

本研究开发了一个MOMILP模型，用于设计多路线PET瓶循环经济网络，并在运营、加工、运输、监管和市场约束下评估闭环和开环路径。该框架纳入了生产能力、运输量、过程限制、最低$rPET$含量法规和市场接受度。采用田口方法，围绕收集率的最差、中等和理想水平生成了九个情景，

CRediT作者贡献声明

Ali Zahedi：撰写—原始草稿、可视化、验证、软件、方法论、调查、数据管理、概念构思。Eva Selene Hernández-Gress：撰写—审阅与编辑、撰写—原始草稿、可视化、验证、监督、资源、项目管理、方法论、正式分析、概念构思。José Fernando Camacho-Vallejo：撰写—审阅与编辑、验证、监督、方法论。Richard Allmendinger：撰写—审阅与编辑，

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能被视为影响本文所报告的工作。

Ali Zahedi|Eva Selene Hernández-Gress|José Fernando Camacho-Vallejo|Richard Allmendinger