概要

食品包裝在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾巧?，推動了食品的可及性和可負擔性。它是確保食物的衛(wèi)生、保存和分配的關(guān)鍵，其直接作用是最大限度減少食物浪費。歷史上看，在食品領(lǐng)域，塑料一向是應(yīng)用最多的材料，而紙和金屬也是常用材料。如今，食品包裝的重點工作是減少塑料包裝，或完全用回收材料或可生物降解材料來代替塑料。全球中產(chǎn)階級涌現(xiàn)，貿(mào)易和消費增長，使得食品包裝的使用顯著增長，因此，包裝的循環(huán)利用和重復(fù)使用，不僅是歐洲循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略重點，在全球其他區(qū)域也受到極大關(guān)注。

過去幾年中，食品包裝的生態(tài)設(shè)計和回收技術(shù)，都有相當大的進步，但包裝的回收率，特別是塑料和聚合物淋膜包裝的回收率，仍然相對較低。例如，在美國，食品和餐飲塑料包裝回收率約為14%，在歐洲，有報告可循的塑料包裝回收率約為40%，比較而言，紙板的回收率在美國和歐洲都約為80%。一個運行良好的回收再生系統(tǒng)，不僅取決于當?shù)氐脑偕媚芰Γ€取決于收集和分類等基礎(chǔ)設(shè)施條件，而這些條件在世界上許多國家還很不成熟。

我們預(yù)見，在未來五年，將有新的包裝回收體系問世，可處理目前尚未大規(guī)?；厥盏陌b。在現(xiàn)有回收體系中，大量的包裝，特別是復(fù)合材料包裝，并不易回收。這為當今主流的物理回收帶來了挑戰(zhàn)。

雖然紙纖維材料的循環(huán)利用已經(jīng)廣泛建立，但在許多回收體系中，不包含淋膜紙包裝，這些包裝往往最終作為混合垃圾處理，而非得到循環(huán)利用?，F(xiàn)在，一些紙杯生產(chǎn)商，以及為餐飲行業(yè)提供廢棄物管理的公司，建立了具備一定經(jīng)濟規(guī)模的集中回收體系，也推出了分離聚合物和鋁質(zhì)淋膜層的新解決方案。

影響回收率的主要因素是缺乏先進的分類設(shè)備，以及缺乏可作為物理回收補充手段的化學(xué)回收技術(shù)的部署。特別是針對多層塑料包裝，有商業(yè)規(guī)模的物理回收手段非常少，化學(xué)回收被視為解決多層塑料包裝的一種有效方案。因此，我們認為，未來3-4年，美國、歐洲和東亞的化學(xué)回收產(chǎn)能將顯著提高。化學(xué)回收的重要特點是，經(jīng)由化學(xué)回收的聚合物在充分解聚后可再次用于食品包裝。而如今，市場上，僅有再生的PET材料被認證為食品接觸材料(FCM)的回收聚合物。

研發(fā)回收解決方案的根基在于，由品牌商、回收分類技術(shù)開發(fā)商和廢棄物管理公司成立商業(yè)聯(lián)盟。這種合作關(guān)系對新回收技術(shù)的未來投資至關(guān)重要；它連接了循環(huán)利用原材料的提供方和再生材料的使用方。

引言

過去十年中，包裝行業(yè)經(jīng)歷了重大變革。目前包裝設(shè)計正朝輕量化、高阻隔性的方向發(fā)展，并在設(shè)計階段就對其廢棄處理予以考慮。在食品包裝常用材料中，塑料繼續(xù)占據(jù)市場主導(dǎo)地位，紙纖維和金屬材質(zhì)也應(yīng)用廣泛，玻璃作為包裝材料越來越少見。食品包裝材料通常使用淋膜和涂層技術(shù)，它們通過系統(tǒng)整合固有特性不同的材料，來提高包裝最終的功能性，延長保質(zhì)期并減少包裝重量，而包裝減重也對低碳有一定貢獻。

包裝的主要功能是保護食物。如果沒有包裝，對人類至關(guān)重要的食品分配，在物流、經(jīng)濟和環(huán)境方面都將面臨挑戰(zhàn)，也會造成食品浪費。與此同時，食物貿(mào)易和消費的增加，導(dǎo)致包裝使用增加，各國政府正尋求運用類似歐盟循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略的政策舉措，解決消費使用后包裝的潛在負面影響。

本文首先介紹了歐洲和美國的回收現(xiàn)狀，而后介紹影響回收率的社會和技術(shù)因素，食品包裝回收的最新技術(shù)創(chuàng)新，并重點介紹預(yù)計未來五年內(nèi)可商用的解決方案。

包裝回收（現(xiàn)狀）

歐盟委員會將包裝的回收利用列為首要任務(wù)之一。事實上，最新修訂的《包裝和包裝廢棄物指令》(PPWD)，包含了促進包裝廢棄物的重復(fù)使用、回收利用和其他形式的回收新措施，而不止于廢棄處置。該指令設(shè)定的目標是，到2025年，50%的塑料包裝，以及75%的紙和紙板得到回收利用。此外，一次性塑料指令(2019/904/EC)的第一個要求已于2021年年中生效。2021年5月底，歐洲委員會通過了關(guān)于一次性塑料產(chǎn)品的導(dǎo)則，對某些一次性塑料產(chǎn)品的禁令和標簽要求于2021年7月生效。

根據(jù)歐盟統(tǒng)計局(Eurostat)的數(shù)據(jù)，2019年，歐盟41%的塑料包裝垃圾被回收，歐盟每人每年平均產(chǎn)生35公斤塑料包裝垃圾(Eurostat 2021)。在美國，平均每個美國人每年產(chǎn)生約130公斤塑料垃圾，居全球之首。美國環(huán)境保護署報告稱，塑料容器和包裝的回收率為14%，紙和硬紙板包裝的回收率為81%。瓦楞紙板是目前紙包裝回收利用的最大組成部分，而其他未涂層的紙基包裝，如紙箱和紙袋，大多作為混合紙類回收。此外，這些回收數(shù)據(jù)，不包括一次性盤/杯和垃圾袋，這兩種物品都被歸為非耐用品(圖1)。

圖1 2018年美國和歐盟消費后包裝的處理方式

紙基復(fù)合包裝整體回收率略低于紙板。根據(jù)ACE（歐洲紙基包裝與環(huán)境聯(lián)盟）數(shù)據(jù)，在2019年投放歐盟市場的所有紙基復(fù)合包裝中， 51%通過單獨渠道回收并再生（Eunomia 2020，ACE 2021）。而從實際進入再生利用階段的數(shù)量看，回收率可能更低，單獨收集的材料中包含分類錯誤或過臟的包裝，不適合再生利用。Eunomia 2020年的報告中，實際回收率估計為收集量的40-60%。單獨回收并不意味著收集的材料全用于再生處理。例如，在德國，只有47%的塑料包裝用于再生處理，而57%被焚燒（Conversio 2020）。

以下流程圖（圖2和圖3）顯示了消費使用后的紙基復(fù)合包裝和塑料包裝的處理過程。

圖2 消費使用后的紙基復(fù)合包裝處理流程

圖3 消費使用后的塑料包裝處理流程，粗線代表主要產(chǎn)品/流程

食品包裝回收價值鏈的影響因素

監(jiān)管機構(gòu)和商業(yè)機構(gòu)越來越重視包裝回收，并承諾克服回收規(guī)模增大的挑戰(zhàn)。歐盟已設(shè)定目標，到2025年12月31日，所有包裝廢棄物回收率達到65%（European Commission 2018）。主流跨國公司已簽署了關(guān)于可回收包裝的承諾，并建立了收集和回收的行業(yè)合作平臺，一方面確?？色@得廢棄包裝材料，另一方面也保證了再生材料的下游市場。

目前擴大回收的主要困難之一，不僅在于循環(huán)再生產(chǎn)能力，還包括收集和分類基礎(chǔ)設(shè)施。這些基礎(chǔ)設(shè)施在很多國家仍然不足。此外，即使有足夠的收集基礎(chǔ)設(shè)施，并收集了近80%的包裝廢棄物，但其余部分最終也以混合廢棄物形式進入垃圾填埋場或焚燒場「根據(jù)（Brouwer et al.2011，HSY 2019）計算得知」。

因此，提高回收率不僅需要廢棄物管理系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)。事實上，政府制定了很多策略，鼓勵民眾在回收利用上發(fā)揮作用。根本上，市政當局負責向居民提供相關(guān)信息，讓居民能在家中對不同垃圾分類，即在源頭分類。由此，這樣的系統(tǒng)必須讓居民免于混亂和不便。例如，瑞典和法國的研究表明，分類不便會影響居民正確分類（CITEO 2021, Rousta and Ekstr?m 2013），而回收點與居住區(qū)之間的距離等因素，會讓消費后的紙包裝與塑料包裝更易被錯誤分類。大部分包裝都用于食品產(chǎn)品，而食品包裝是家庭垃圾中最易被錯誤分類的（Nemat et al. 2020）。

在廢棄物管理基礎(chǔ)設(shè)施良好的地區(qū)，對包裝廢棄物單獨收集和分類，已成為大多數(shù)家庭的日常。即使這些地區(qū)，大部分消費使用后的包裝，仍以混合廢棄物形式處理(HSY 2019)。收集后的廢棄物包裝中，很大一部分被錯誤分類。圖4描述了荷蘭的包裝廢棄物回收流程。在收集到的17.3萬噸廢棄物中，9%（1.5萬噸）被錯誤分類，32%因嚴重污染無法被再生處理，總共有超過40%的包裝廢棄物，從再生過程中剔除，并填埋或焚燒（Brouwer et al. 2019）。

圖4 消費后塑料廢棄物的收集和回收。PMD為塑料、金屬和紙基復(fù)合包裝的縮寫，圖改編自Brouwer等人（2019年）。

幾家包裝公司已宣布了面向可持續(xù)包裝的創(chuàng)新方法。包括優(yōu)化資源使用的設(shè)計，如：1）降低包裝石油基塑料材料的比例，2）輕量化，提高可回收性和/或可重復(fù)使用性。多層多種材料的復(fù)合包裝，給可回收性帶來了特殊挑戰(zhàn)。這類材料能夠保護食物并延長保質(zhì)期（作為包裝的主要功能），卻不適應(yīng)當前回收系統(tǒng)。

可循環(huán)設(shè)計

一個優(yōu)化資源使用的例子，也具有更高的可回收性，是用可再生材料，如MFC（微纖維纖維素）或納米纖維素替代紙基復(fù)合包裝的鋁箔層。MFC用作油脂和氧氣的生物材質(zhì)阻隔層，也可作為生物降解膜替代紙板包裝中鋁和塑料淋膜（Stora Enso 2019）。通過替代這些材料，包裝的碳足跡顯著減少。

另外，Huhtamaki普樂的lidding laminates（www.worldstaraward.com）和Aronax 技術(shù)也著手減少鋁箔層，用一層薄磁性顆粒取代鋁箔，并更易從包裝上分離（EMF 2018）。

使用再生材料的食品包裝材料市場狀況

根據(jù)歐洲化學(xué)工業(yè)委員會(CEFIC)數(shù)據(jù)，目前歐盟收集的塑料廢棄物中，只有15%重新回到歐盟市場。

由于缺少工藝和出于食品安全考慮，大多數(shù)非PET塑料食品包裝無法回收再生用于新的食品包裝。因此，它通常應(yīng)用于食品包裝以外，如建筑業(yè)和農(nóng)業(yè)。

目前，只有10%的再生聚合物達到食品級，其中大多數(shù)是聚對苯二甲酸乙二醇酯材料（PET）（Leardini et al 2021）。塑料回收主要通過物理回收進行：經(jīng)過清洗和分類的塑料廢棄物被重新熔化并加工成新的食品包裝。然而，物理回收過程中，可能存在受污染的再生原料進入再生塑料，進而污染食品的風(fēng)險因素。為防止此類包裝材料進入市場，歐盟和美國制定了好幾項關(guān)于食品接觸材料(FCMs)的法律，包括塑料和再生塑料（De Tandt et al. 2021）。與食品接觸的材料和物品，當全部或部分由再生塑料制成時，必須經(jīng)過歐洲食品安全管理局(EFSA)的安全評估和歐盟委員會(European Commission)授權(quán)。rPET樹脂被美國FDA批準用于食品接觸，而中國則不允許在食品包裝中使用再生塑料。

目前市場上除了主流的食品級再生PET外，少量經(jīng)化學(xué)回收工藝再生的rPP (Packaging Europe 2021, SABIC 2020)也正進入歐洲市場(見框2)。在美國，美國食品和藥物管理局（FDA）也在20多年里，逐項批準用于食品接觸的再生HDPE (Custom-Pack 2018)。同樣，在英國，從牛奶瓶中回收的HDPE也可用于生產(chǎn)新的牛奶瓶(Ellis 2019)。

用于食品包裝的再生聚丙烯

瑞士乳制品公司Emmi正與Borealis和Greiner Packaging合作，生產(chǎn)由化學(xué)回收聚丙烯制成的Emmi咖啡杯。而再生聚丙烯技術(shù)目前仍處起步階段，故經(jīng)化學(xué)回收的聚丙烯產(chǎn)量有限。Emmi通過與開發(fā)公司的早期協(xié)議，獲得了一部分再生聚丙烯。未來，根據(jù)合適材料的產(chǎn)量，Emmi的拿鐵咖啡杯中的再生塑料含量將進一步增加。

Emmi拿鐵咖啡杯使用的經(jīng)化學(xué)回收的材料，在質(zhì)量平衡基礎(chǔ)上，完全符合ISCC(國際可持續(xù)發(fā)展和碳認證)標準，由于再生聚丙烯由化學(xué)回收工藝再生制成，可用作食品接觸材料。

瑪氏食品與沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司（SABIC）之間建立了類似構(gòu)架的合作關(guān)系，為瑪氏的寵物食品包裝提供經(jīng)化學(xué)回收的再生聚丙烯，其中PP薄膜結(jié)構(gòu)由Huhtamaki普樂提供。

目前，由不同塑料聚合物或不同材料組合成的多層食品包裝幾乎沒有被回收，因為這些層次難以分離。至于紙基復(fù)合包裝，只有紙板部分，可在現(xiàn)有回收工藝中被回收再生，但根據(jù)規(guī)定，回收的紙纖維不能與食品接觸（Geuke 2021）。涂有經(jīng)過驗證的阻隔材料 (Virtanen 2022) 的再生紙板可用于食品包裝。

目前，用于紙板和紙質(zhì)食品包裝中的塑料和鋁箔的新的淋膜工藝，以及適用于混合塑料化學(xué)回收工藝，正在開發(fā)之中。這樣，當材料完全解聚時，化學(xué)回收的聚合物可作為食品接觸材料（European Commission 2021）。

消費使用后包裝的分類和回收

使用后的包裝，通常是受到污染的廢棄物，包含不同種類。它包括各種材料類型（如多層包裝、混合物和復(fù)合材料），形狀、顏色和尺寸差異很大。為保證質(zhì)量一致，再生處理中心為其原料設(shè)定了質(zhì)量標準，并通常配備分揀線，從廢棄物原料中分揀出雜質(zhì)。隨著數(shù)字化和自動化發(fā)展，分揀技術(shù)過去十年中取得了顯著進步，其識別能力和分揀速度都有提高。隨著包裝設(shè)計的改變（如添加光學(xué)追蹤標記、避免多重材料和深色材料）和新型傳感器的應(yīng)用，自動分揀線能更好地區(qū)分不同的聚合物。目前，分類通常采用近紅外（NIR）技術(shù)完成，而新的技術(shù)創(chuàng)新，如高光譜相機，可識別分類各種顏色的塑料。在包裝設(shè)計方面，數(shù)字水印正快速發(fā)展。HolyGrail 2.0項目是一個廣為人知的發(fā)展項目，在丹麥哥本哈根的一個材料回收設(shè)施中，該項目已進入示范階段。覆蓋在消費品包裝表面的水印包含了多種信息，如包裝類型、材料和用途（圖5）。在分揀線上使用高分辨率攝像機掃描消費使用后的包裝，便可解碼數(shù)字水?。⊿taub 2021）。

圖5 Digimarc的數(shù)字水印技術(shù): (www.digimarc.com)

（本文特向相欣奕老師致謝）