Usporedbena procjena cjeloživotnih ciklusa biorazgradivih i konvencionalnih materijala

master's thesis

• Title (english): Comparative life cycle assessment of biodegradable and conventional plastics
• Author: Lucija Vuković
• Mentor: Marin Kovačić (mentor)
• Committee member: Marin Kovačić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Josipa Papac Zjačić (član povjerenstva)
• Committee member: Mirela Leskovac (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2024-09-26, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering

Abstract

U ovom radu metodom procjene životnog ciklusa (eng. Life Cycle Assessment LCA) provedena je usporedbena analiza ekološkog utjecaja dvaju polimera, konvencionalnog polipropilena (PP) i biorazgradive polimliječne kiseline (eng. polylactic acid, PLA).
Granice sustava u analizi obuhvaćaju životni ciklus polimera od kolijevke do vrata, odnosno od ekstrakcije sirovine, do proizvedenog polimera spremnog za isporuku korisnicima. Analizirane su četiri kategorije utjecaja na okoliš: potencijal globalnog zagrijavanja, potencijal zakiseljavanja, potencijal eutrofikacije i potencijal iscrpljivanja abiotskih resursa fosilnih goriva. Izračuni su provedeni korištenjem Python programskog jezika, a podaci o ulazima i izlazima temelje se na stručnim izvorima. Usporedba utjecaja provedena je korištenjem dvije metode procjene, korištenjem srednjih vrijednosti i Monte Carlo simulacijom. Rezultati pokazuju da se ovim metodama uglavnom dobivaju bliski rezultati, s time da Monte Carlo metoda pruža preciznije izračune jer uzima u obzir varijacije u podacima. Usporedbom rezultati LCA pokazuje da proizvodnja polipropilena ima veći utjecaj u kategorijama globalnog zagrijavanja, zakiseljavanja i iscrpljivanja abiotskih resursa, dok je utjecaj na eutrofikaciju veći pri proizvodnji polimliječne kiseline. Moguća poboljšanja koja bi smanjenjila ekološki otisak pri proizvodnji polimliječne kiseline uključuju: smanjenje potrošnje električne energije, povećanje udjela obnovljivih izvora energije, povećanje stope konverzije materijala u proizvodnom procesu, korištenje organskih i vodotopivih gnojiva umjesto konvencionalnih te korištenje sirovine iz sekundarnih izvora, kao što su otpaci krumpira ili kukuruza. Kod proizvodnje polipropilena, potencijalna poboljšanja uključuju smanjenje emisija CO2 u procesu parnog krekiranja povećanjem prijenosa topline u zračnoj peći, korištenje zelene energije i smanjenje stvaranja koksa. Veliki izvori zagađenja u procesu proizvodnje polipropilena je električna energija proizvedena iz neobnovljivih izvora, čijom bi se bar djelomičnom zamjenom za obnovljive izvore utjecalo na smanjenje ukupnih emisija.

Abstract (english)

Herein a life cycle assessment (LCA) study was performed to compare the environmental impacts of two polymers, namely polypropylene (PP) and biodegradable polylactic acid (PLA). The system boundaries in the performed study encompass the cradle-to-gate scenario, i.e., from the production of the polymers from raw materials to the production of polymers for industrial customers. Four key environmental impact categories were analyzed: global warming potential, acidification potential, eutrophication potential, and abiotic resource depletion of fossil fuels. The calculations were conducted using Python programming language, and input-output data were sourced from relevant expert literature.
The environmental impact comparison is based on two methods, namely average value estimation and Monte Carlo simulation. The results indicate that both methods yield largely consistent outcomes; however, Monte Carlo simulation provides more accurate results by accounting for data variability. The comparative analysis shows that polypropylene production has a greater impact on global warming, acidification, and abiotic resource depletion, while PLA production exhibits a higher eutrophication potential. Potential improvements which would faciliate the decrease in the environmental impacts of PLA include the reduction of energy consumption, increase of the share of renewable energy in the production thereof, enhancing material conversion rates, using organic and water-soluble fertilizers instead of conventional ones during the crop growth, and utilizing raw materials from secondary sources such as potato or corn waste. For polypropylene production, improvements could be achieved by reducing CO2 emissions in the steam cracking process through enhanced heat transfer, using green energy, and reducing coke formation.
Non-renewable electricity is a major source of pollution in this process, and substituting it with renewable energy would significantly reduce overall emissions.

• Keywords: biorazgradivi polimeri; konvencionalni polimeri; polimliječna kiselina; polipropilen; procjena cjeloživotnog ciklusa
• Keywords (english): biodegradable polymers; conventional polymers; polylactic acid; polypropylene; life cycle assessment
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:111378
• Study programme: Title: Chemical Engineering - Graduate study; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: sveučilišni/a magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (sveučilišni/a magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Embargoed access; Embargo expiration date: 2026-10-05
• Created on: 2024-11-07 10:23:08