Management of plastic wastes in Austria: analysis of the status quo and environmental improvement potentials

Abstract

Die Produktion sowie der Konsum von Kunststoffen hat in den letzten Jahrzehnten massiv zugenommen und damit einhergehend auch die anfallende Menge an Kunststoffabfällen, die nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt und menschliche Gesundheit verursachen können wenn diese nicht ordnungsgemäÿ behandelt werden. Die gegenständliche Arbeit zielt darauf ab ein umfassendes Verständnis der gesamten Kunststoffflüsse am Beispiel Österreichs zu entwickeln und explizit für die Abfallwirtschaft Optimierungspotentiale zu evaluieren um Umweltbelastungen durch Kunststoffabfälle zu verringern. Als erster Schritt wurde die Struktur der österreichischen Kunststoffwirtschaft für das Bezugsjahr 2010 analysiert, um die wichtigsten Prozesse zu identifizieren und entsprechende Kunststoffflüsse zwischen den Prozessen zu quantifizieren. Diese Analyse zeigte, dass sich die Primärproduktion von Polymeren im Jahr 2010 auf rund 1100 kt/a belief, während der gesamte Konsum von Kunststoffen in Österreich 1300 kt/a betrug. Verpackungen stellten dabei die wichtigste Anwendung von Kunststoffen dar und waren für etwa die Hälfte aller in Österreich anfallenden post-Consumer Kunststoffabfälle verantwortlich, wohingegen der Bausektor den mit Abstand größten Lagerzuwachs von Kunststoffen verzeichnete. Zwei Drittel der Kunststoffabfälle wurden einer energetischen Verwertung zugeführt, während die verbleibenden Abfälle werkstofflich oder rohstofflich verwertet wurden. Als zweiter Schritt wurden für den Verpackungssektor, jenen Sektor welcher die meisten Kunststoffabfälle produziert, die Kunststoffflüsse und deren Zusammensetzung im österreichischen Abfallwirtschaftssystem für das Bezugsjahr 2013 im Detail analysiert. Dieser Abfallstrom belief sich auf 300 kt/a, welcher sich zur Hälfte aus großen und kleinen Folien zusammensetzte und zu einem Drittel aus kleinen Hohlkörpern (inkl. PET-Flaschen) bestand. Die Polymerzusammensetzung bestand demnach größtenteils aus LPDE mit 46 %, PET mit 19% und PP mit 14 %. Insgesamt wurden 34% der Kunststoffverpackungsabfälle einer stofflichen Verwertung zugeführt, wodurch das aktuelle Recyclingziel von 22.5% zwar erreicht werden konnte, aber großer Verbesserungsbedarf besteht, um die für 2025 und 2030 erhöhten Ziele von 50% bzw. 55% zu erreichen. Als dritter Schritt wurde das aktuelle Abfallwirtschaftssystem für Kunststoffverpackungen aus ökologischer Sicht untersucht. Dazu wurde basierend auf der im zweiten Schritt entwickelten Materialflussanalyse eine Ökobilanz erstellt. Die Ergebnisse der Analyse zeigten in 15 von 16 untersuchten Wirkungskategorien größere Nutzen als Belastungen durch die gegenwärtige Abfallbewirtschaftung, wobei der größte Nutzenbeitrag in den meisten Wirkungskategorien durch die stoffliche Verwertung erzielt wird. Darüber hinaus wurde anhand drei verschiedener Szenarien der Effekt von veränderten Recyclingquoten auf die Umweltauswirkungen untersucht. Für 10 von 16 Wirkungskategorien konnte gezeigt werden, dass der Netto-Nutzen höher wird, je mehr Material werkstofflich verwertet wird. Allerdings zeigten die Hälfte der Wirkungskategorien einen sinkenden Grenznutzen oder eine absolute Verminderung des Netto-Nutzens, wodurch sich schließen lässt, dass abhängig von der Wirkungskategorie die optimale Recyclingquote unter 100% liegt. Aufgrund der Tatsache, dass eine Steigerung der Recyclingrate die einzelnen Wirkungskategorien unterschiedlich beeinflusst, ergeben sich je nach Wirkungskategorie unterschiedliche Optima für die Recyclingquote. Um zukünftig eine solide Grundlage für den Vorschlag von Recyclingzielen zu schaffen, sollten die Effekte von erhöhten Recyclingquoten auf Umweltauswirkungen des Abfallwirtschaftssystems genauer untersucht werden.

The production and consumption of plastics has seen an exceptional growth over the past decades. Simultaneously, concerns around the need for sound management of plastic wastes to prevent adverse effects on environmental and human health and resource use have emerged. This thesis aims to develop a thorough understanding of the societal flows and waste management of plastics to evaluate the potential of a national waste management system to mitigate the environmental problems caused by plastic wastes, using Austria as a case study. In the first step, the general structure of the plastics economy in Austria is analysed for 2010 to identify the major processes handling plastics and to quantify the flows connecting these processes. This shows that the primary production of polymers amounted to 1100 kt/a, whereas the total plastics consumption in Austria equalled 1300 kt/a. Packaging was the most important application and was responsible for about half of the post-consumer waste generation, while the building & construction sector was responsible for by far the largest stock increase. Two thirds of plastic wastes were incinerated with energy recovery, while the remaining waste was recycled mechanically and chemically. The second step analyses the plastic flows and its composition in the Austrian waste management system for 2013 in more detail, for the sector that produces the largest amount of plastic wastes, packaging. This waste stream amounted to 300 kt/a, half of which was composed of large and small films while one third consisted of small hollow bodies, including PET bottles. The polymer composition was consequently dominated by LDPE (46 %), PET (19 %) and PP (14 %). 34% of the waste was sent to mechanical recycling, which achieved the current recycling target but leaves large improvements needed to reach the recently increased targets of 50% and 55% by 2025 and 2030, respectively. In the third step, the waste management system for plastic packaging is investigated from an environmental performance perspective by using the material flow model developed in step two as a basis for a life cycle assessment. This shows larger benefits than burdens for the overall waste management system for 15 out of the 16 investigated impact categories, with the largest contribution to the benefits for most impact categories coming from mechanical recycling. Furthermore, the effect of changes in the recycling rate on the environmental performance is explored as well using three alternative scenarios. For ten out of the 16 impact categories, the more material is mechanically recycled, the higher the overall net benefits are. However, half of the impact categories show a decreasing marginal benefit or absolute decrease in the net benefit, suggesting that depending on the impact category, the optimal recycling rate may lie below 100 %. Furthermore, the response of the different impact categories varies widely, so no one optimal recycling rate exists across all impact categories. The effects of increasing the recycling rate on the environmental performance of the waste management system should thus be investigated in detail to create a sound basis for proposing recycling targets leading to an environmentally optimal outcome.