Biocomposite as an alternative packaging material in beverage industry : comparison of environmental aspects against aluminium and PET plastic

Abstract

Opinnäytetyön antoi toimeksiantona startup -yritys, joka pyrkii tuomaan markkinoille uuden, innovatiivisen virvoitusjuomapakkauksen. Tutkimuskysymyksenä oli, voiko biokomposiittia pitää ympäristöystävällisempänä panimoteollisuuden pakkausratkaisuna verrattuna alumiinitölkkeihin ja PET-pulloihin. Työn tarkoitus oli verrata kolmen materiaalin elinkaaren aikaisia merkittävimpiä ympäristövaikutuksia.

Oletuksena oli, että biokomposiitti on ympäristöystävällisempi ratkaisu uusiutuvista raaka-aineista sekä tuotantoketjuun liittyvistä vähäisimmistä riskeistä johtuen. Materiaalien vertailu osoittautui ongelmalliseksi, sillä PET:iä ja alumiinia on tutkittu laajasti, mutta markkinoilla ei ole vielä yhtään biokomposiitista tehtyä panimoteollisuuden pakkausta. Tästä syystä vertailu tehtiin teoreettisella tasolla. Tarkastellut ympäristövaikutukset rajattiin kaikkein merkittävimpiin. Työn tarkoitus ei ole tarjota tarkkoja arvoja tai lukuja, vaan keskittyä todellisiin tai mahdollisiin vaikutuksiin. Vertailukohteena on käytetty puupohjaista biokomposiittia. Tutkimismenetelmänä käytettiin tieteellisiin julkaisuihin ja tutkimuksiin sekä elinkaarianalyyseihin pohjautuvaa kirjallisuuskatsausta.

Tutkimuksen tulokset osoittivat, että biokomposiitti ei välttämättä ole automaattisesti ympäristöystävällinen vaihtoehto. Biokomposiitin elinkaaren aikaiset hiilidioksidipäästöt olivat korkeimmat verrattuna muihin materiaaleihin ja energian sekä veden kulutus alumiinin ja PET:n välissä. Biokomposiitin hyödyt pohjautuvat uusiutuvaan alkuperään, mutta vain, mikäli materiaali pohjautuu uusiutuviin raaka-aineisiin, sekä hiilensidontaan että vähäisempiin tuotannonaikaisiin riskeihin.

Biokomposiitit tarjoavat mahdollisuuden uusille tutkimuksille erilaisten biokomposiittien sekä niiden kierrätysmahdollisuuksien osalta, sillä biokomposiittien uusiutuvuus vaihtelee perustuen käytettyihin raaka-aineisiin.

This thesis was commissioned by a start-up company aiming to place a new, innovative beverage container in the market. The main research question was whether a biocomposite could be seen as more environmentally friendly solution as a packaging material when compared with the two most common materials in the beverage industry, aluminium cans and bottles made of PET (polyethylene terephthalate). The purpose of this study was to compare the most significant environmental effects of the three materials during their life cycles.

Hypothesis was that biocomposite is more environmentally friendly due to its renewable raw materials and lower risks related to the different stages of production. Problems related to this study consisted mostly of the comparability of the three materials. Whereas PET and aluminium are subjects of number of studies and research, not a single biocomposite container has yet been placed on the markets and the wide interest in the material has only recently risen, and so the comparison is merely theoretical. Additionally, the comparison itself is forced to be limited to merely the most significant environmental aspects. Since the life cycle related processes of the three materials vary greatly depending on the country and used technologies, rather than on exact numbers and values, attention is paid on the magnitude of the real or potential effects. Also, the focus of this study has been only on fully renewable wood-based biocomposite which is the intended material for the invention. The methodology used is a comparison based on literature review covering scientific research, life cycle assessments and environmental reports are studied.

The results of the study showed that renewable biocomposites may not automatically offer an environmentally friendly solution. During the life cycle biocomposite was credited with the highest carbon dioxide emissions. Energy and water consumption levels varied between the compared materials. Still, the benefits of biocomposites lie on renewability, when renewable raw materials are chosen, in carbon dioxide sequestration, and minimized risks related to production cycles.

Possibilities for further studies are related to different types of biocomposites and opportunities for recycling of them since newest biocomposites vary regarding renewability due to raw material choices.