Muovipakkaukset kiertoon laskennan ja optimoinnin avulla

Blogit
Kirsikka Kiviranta,
Tomi Thomasson
Different colored recycled plastic parts

Kuten blogisarjan ensimmäisessä osassa todettiin, muovipakkausten kierrätykseen liittyvien tavoitteiden saavuttamiseksi tarvitaan luotettavaa tutkimukseen pohjautuvaa tarkastelua. Eri lähteistä saatavilla olevaan tietoon pohjautuvan pohdinnan ja näkemysten tueksi voidaan tuottaa konkreettisia lukuarvoja, jotka kertovat esimerkiksi eri ohjauskeinojen vaikutuksista muovipakkausten kierrätysprosessien taloudelliseen kannattavuuteen ja osoittavat mahdolliset pullonkaulat liiketoimintaekosysteemissä. 

VTT on toteuttanut laskenta- ja optimointimallin, joka mahdollistaa vaihtoehtoisten tulevaisuusskenaarioiden muodostamisen sekä eri muutos- ja kehitystoimenpiteiden kokonaisvaikutusten arvioinnin muovipakkausekosysteemin eri toimijoiden ja muovivirtojen näkökulmasta. Liiketoimintaekosysteemi kuvataan prosessivaiheittain sisältäen muovipakkausjätteen keräyksen, kuljetuksen ja varsinaiset käsittelyprosessit. Muovipakkausjätteen käsittelyprosesseiksi mallissa on otettu tarkasteluun sekä perinteinen jätteenpoltto että muovipakkausjätteen mekaaninen kierrätys. Mallin avulla on myös mahdollista tarkastella muovipakkausjätteen termokemiallisten kierrätysprosessien, kuten pyrolyysin, kannattavuutta suhteessa muihin liiketoimintaekosysteemin vaihtoehtoihin. 

Lähtöarvoista liiketoimintaekosysteemin kustannus- ja päästörakenteeseen

Kehitetty malli laskee liiketoimintaekosysteemin kustannus- ja päästörakenteen käyttäjän asettamien lähtöarvojen mukaan. Mallin dynaamisen luonteen ansiosta muutos yhdessä osassa mallia vaikuttaa kaikkiin siihen yhteydessä oleviin osiin, jolloin yksittäisen prosessivaiheen lähtöarvojen muutosten vaikutuksia voidaan tarkastella systeemitasolla. Teknisemmin kuvattuna kehitetty malli on lineaarinen optimointimalli, jonka toiminta perustuu systeemin nettokustannusten, hiilidioksidipäästöjen tai molempien samanaikaiseen minimointiin. Kun eri prosesseihin päätyvälle muovipakkausjätteelle on määritetty määrästä riippuvat tulo- ja kustannusfunktiot, voidaan jätteen optimaalinen käyttötapa ratkaista. Mallilla voidaan myös tunnistaa parametrikohtaisia raja-arvoja, jotka kertovat esimerkiksi millä keräyskustannuksen hinnalla tarkasteltava kierrätysmenetelmä olisi kannattava suhteessa muihin mallinnettaviin kierrätysmenetelmiin.

VTT:n tutkimuksessa optimointimallia käytettiin tuhansien erilaisten skenaarioiden laskennassa, jonka avulla pyrittiin löytämään muovipakkausten kierrätystä tukevia tekijöitä. Laskennassa sovellettiin Monte Carlo -menetelmää, jossa jokainen muutettava parametri saa satunnaisen arvon määritetystä jakaumastaan. Tulosten helpomman tulkittavuuden vuoksi laskennassa käytettiin myös kahden parametrin herkkyysanalyysia. Tällöin laskentamallin tuloksia voidaan esittää kahden parametrin välisinä hinta-alueina, joissa mekaaninen kierrätys voisi olla jätteenpolttoa kannattavampi vaihtoehto. Tuloksista ymmärretään myös, kuinka suuri muutos nykytilanteeseen verrattuna vaadittaisiin. 

Konkreettisia hyötyjä kannattavuuden arvioinnista

Datapohjaisessa mallinnuksessa tulokset riippuvat vahvasti lähtöoletuksista, ja kuten ensimmäisessä blogisarjan kirjoituksessa jo todettiin, ajanmukaisen ja luotettavan tiedon löytäminen on haastavaa. Johtopäätöksiä eri kierrätysprosessien suhteellisesta kannattavuudesta voi kuitenkin pitää luotettavina mallin yksittäisten prosessien kuvauksen sekä systeemitason dynamiikan yhdistelmästä muodostuvan rakenteen vuoksi. Muovipakkausten kierrätyksen lisäksi kehitetty malli soveltuu hyvin muidenkin kierrätysprosessien kannattavuuden arviointiin tarjoten eri toimijoille konkreettisia hyötyjä. Esimerkiksi kierrätysteknologiaa kehittävä yritys voi arvioida teknologialtansa vaadittavaa suorituskykyä, tai kaupunki muodostaa lisäymmärrystä esteistä ja vaadittavien kannustimien tasosta päästäkseen kierrätystavoitteisiinsa. Blogisarjan kolmannessa ja viimeisessä osassa keskitytään tarkastelemaan vielä läheisemmin Suomen muovipakkausekosysteemin eri toimijoiden tunnistamia mahdollisuuksia ja haasteita kohti kiertotalouden arvonluontimalleja ja siirtymistä fossiilipohjaisesta muovista biopohjaiseen PEF-muoviin. 

 

Siirry blogisarjan seuraavaan osaan: Kiertotalous vaatii muovipakkausekosysteemiltä monialaisia ratkaisuja

Palaa blogisarjan ensimmäiseen osaan: Minkä verran muovipakkauksia Suomessa liikkuu ja kuinka ne kiertäisivät paremmin?

Jaa