Un desastre de plástico
No está claro qué estrategias serán más efectivas para mitigar el daño del problema global de la contaminación plástica. Borrelle y col. y Lau et al. discutir las posibles soluciones y sus impactos. Ambos grupos encontraron que se pueden lograr reducciones sustanciales en la generación de desechos plásticos en las próximas décadas con una acción inmediata, concertada y enérgica, pero incluso en el mejor de los casos, se acumularán grandes cantidades de plástico en el medio ambiente.
Ciencia , este número p. 1515 , pág. 1455
Resumen
La contaminación plástica es un problema generalizado y creciente. Para estimar la efectividad de las intervenciones para reducir la contaminación plástica, modelamos las existencias y flujos de desechos sólidos municipales y cuatro fuentes de microplásticos a través del sistema plástico global para cinco escenarios entre 2016 y 2040. La implementación de todas las intervenciones factibles redujo la contaminación plástica en un 40% a partir de 2016 tasas y 78% en relación con el “negocio como de costumbre” en 2040. Incluso con una acción inmediata y concertada, 710 millones de toneladas métricas de desechos plásticos ingresaron acumulativamente a los ecosistemas acuáticos y terrestres. Para evitar una acumulación masiva de plástico en el medio ambiente, se necesita urgentemente una acción global coordinada para reducir el consumo de plástico; aumentar las tasas de reutilización, recolección de desechos y reciclaje; ampliar los sistemas de eliminación segura; y acelerar la innovación en la cadena de valor del plástico.
La contaminación plástica es omnipresente en todo el mundo. Se encuentra en todos los océanos, en lagos y ríos, en suelos y sedimentos, en la atmósfera y en la biomasa animal. Esta proliferación ha sido impulsada por un rápido crecimiento en la producción y el uso de plástico combinado con modelos económicos lineales que ignoran las externalidades de los residuos ( 1 , 2 ). Un fuerte aumento en el consumo de plástico de un solo uso y una cultura de “descarte” en expansión ( 1 ) han exacerbado el problema. Los sistemas de gestión de residuos no tienen la capacidad suficiente a nivel mundial para eliminar o reciclar residuos plásticos de forma segura ( 3 , 4), lo que resulta en un aumento inevitable de la contaminación por plásticos en el medio ambiente. Estudios anteriores estimaron que ~ 8 millones de toneladas métricas (Mt) de macroplástico ( 5 ) y 1,5 Mt de microplástico primario ( 6 ) ingresan al océano anualmente. Aún no se han cuantificado estimaciones comparables para la contaminación terrestre por plásticos. Si la producción de plástico y la generación de desechos continúan creciendo al ritmo actual, se prevé que la masa anual de desechos mal administrados se duplique en 2050 ( 1 , 2 ), y la masa acumulada de plástico oceánico podría aumentar en un orden de magnitud a partir de 2010. niveles para 2025 ( 5). A pesar de la magnitud de estos flujos, se desconocen la eficacia y los costos económicos de las soluciones propuestas para resolver el problema de los desechos plásticos, la liberación incontrolada de desechos plásticos al medio ambiente como resultado de una gestión ineficaz.
Un creciente cuerpo de evidencia apunta a una amplia gama de efectos perjudiciales de la contaminación plástica. Se sabe que casi 700 especies marinas y más de 50 especies de agua dulce han ingerido o se han enredado en macroplásticos ( 7, 8), y hay evidencia creciente que el plástico es ingerido por una gama de organismos terrestres (9). La contaminación plástica afecta a muchos aspectos del bienestar humano: afecta a la estética de las playas (10), bloquea los sistemas de drenaje e ingeniería de aguas residuales (11),y proporciona un caldo de cultivo para los vectores de enfermedades (10, 12). La estimación de límite inferior del impacto económico en los costos de la contaminación plástica para la pesca, los turismosy el transporte marítimo se ha estimado en $ 13 mil millones anuales. (13). Aunque los efectos nocivos de los microplásticos (aquí definidos como plásticos <5 mm) no han sido calificados consistentemente, la ingestión se ha documentado en todos los tróficos. niveles y en todas las profundidades del océano,en organismos individuales y conjuntos de especies (8, 14) yen organismos terrestres (15). Los microplásticos también se encuentran cada vez más en el sistema alimentario humano, aunque sus impactos sobre la salud humana son difíciles de afirmar y requieren más. investigación (16, 17). La producción, recoleccióny eliminación de plástico también son fuentes importantes de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) (18).
Las soluciones rentables para la gestión de los residuos plásticos varían considerablemente entre geografías y entornos sociales (3), y se han propuesto una variedad de soluciones al problema de la contaminación plástica en los países locales, a nivel nacionaly regional (19, 20). Algunas intervenciones propuestas se centran en la gestión posterior al consumo, lo que requiere un crecimiento considerable de la inversión y la capacidad de las soluciones de gestiónde residuos (21, 22). Otras intervenciones priorizan la reducción del plástico mediante la sustitución por productos alternativos, la reutilizacióny el desarrollo de nuevos modelos de entrega (23 ). Los distintos países han establecido prohibiciones o gravámenes sobre determinados productosdeplástico, prestando especial atención a la prohibición de las bolsas de transporte de un solo uso y las microperlas en los productos cosméticos ( 24, 25). La Unión Europea adoptó recientemente una Directiva sobre plásticos de un solo uso (26), y el Convenio de Basilea fue modificado para regular el comercio internacional de plástico residuos (27). La comunidad científica y las organizaciones no gubernamentales también están trabajando para identificar soluciones (21, 28). A pesar de estos esfuerzos, aún no existeuna estrategia global basada en la evidencia que incluya intervenciones prácticas y medibles destinadas a reducir la contaminación plástica.
Enfoque de modelado
El diseño de una estrategia global efectiva requiere una comprensión del potencial de mitigación de diferentes soluciones y la magnitud del esfuerzo global necesario para reducir apreciablemente la contaminación plástica. Para estimar la mitigación potencial bajo diferentes escenariosde intervención, desarrollamos el modelo Plastics-to-Ocean (P2O). P2O es un modelo de ecuación diferencial ordinaria acoplada (ODE) basado en datos que calcula el flujo de plásticos a través de sistemas representativos. Utilizamos el modelo para caracterizar las existencias y flujos clave para las fuentes terrestres de contaminación plástica en toda la cadena de valor de los macroplásticos de residuos sólidos urbanos (PES) (figs. S1 y S2) y cuatro fuentes de microplásticos primarios (los que entran en el medio ambiente como microplásticos)[ materiales complementarios (SM) sección 15 e higos. S3 a S6]. Crucialmente, proporciona estimaciones de la entrada de residuos plásticos en el medio ambiente. Los costos se calculan en función de los flujos de plástico modelados, y los cambios en los costos debidos a la escala de producción y al avance tecnológico se tienen en cuenta. a través de curvas de aprendizaje y retornos a escala (SM sección 16.1).
Calculamos el crecimiento proyectado en la demanda de plástico utilizando el tamaño de la población a nivel nacional(29), los RSMOS macroplásticos per cápita (30, 31)y las tasas de uso y pérdida de productos generadores de microplásticos. . Procesos per cápita de generación y gestión de residuos (como los costesde recogida, los residuos de recogida y tratamiento y el valorde recuperación de reciclaje) y las tasas de valor primario La generación de microplásticos varía según la geografía y la categoría o fuente de plástico (6, 32–34). Para tener en cuenta estas diferencias, la población mundial se dividió en ocho arquetipos geográficos de acuerdo con las categorías de ingresos del Banco Mundial (bajos ingresos, más bajosy superiores). – ingresos medios y altos)y clasificaciones urbano-rurales de las Naciones Unidas (29). Las poblaciones se diferenciaron aún más por su distancia al agua (<1 km o >1 km) para estimar sus flujos relativos de contaminación plástica a la tierra frente a la tierra. sistemas acuáticos(lagos, ríosy ambientesmarinos). Para tener en cuenta las diferentes vías de gestión de residuos (35) y las tasas de movimiento de residuos en el medio ambiente (35), los plásticos de losCOS se diferenciaron en tres categoría demateriales: monomaterial rígido, monomaterialflexible y multimaterial o multicapa. Se modelaron cuatro fuentes de microplásticos: textiles sintéticos, neumáticos, gránulos de plástico y productosde cuidadopersonal.
Se desarrollaron cinco escenarios para estimar las reducciones en la contaminación plástica durante el período 2016-2040. Los escenarios fueron definidos por cuatro clases de intervenciones de alto nivel (reducir, sustituir, reciclary eliminar)y ocho intervenciones del sistema: (i) reducción de la cantidad de plástico en el sistema,(ii ) la sustitución de los plásticos por materiales alternativos y sistemas de suministro, iii)la aplicación del diseño para el reciclado,iv) el aumento de la capacidad de recogida, la ampliación de la clasificación y la capacidadde reciclado mecánico, (vi) la ampliación de la capacidadde conversión química, (vii) la reducción de las fugas ambientales y(viii) la reducción del comercio de residuos plásticos (cuadro S7). Los escenarios modelados incluyen (i) “Business as Usual” (BAU), (ii) “Collect and Dispose”, (iii) “Recycling”, (iv) “Reduce and Substitute” y (v) un “Cambio desistema” integrado que implementó todo el conjunto de intervenciones (tablas S8 y S57).
En todas las escalas geográficas relevantes, la producción de residuos y el manejo de datos son notoriamente difíciles de obtener. Muchas entradas del modelo tienen un alto grado de incertidumbre, que se propagó con el muestreode Monte Carlo. Las entradas de datos y las incertidumbres asignadas se describen en la sección 5.6 del SM. En ausencia de conjuntos de datos con los que validar formalmente el modelo, se realizaron análisis de sensibilidad para cuantificar la influencia del modelo individual enputs e identificar principales impulsores de la contaminación plástica. Los resultados del modelo del escenario BAU también se compararon con los resultados de otros estudios globales (2, 5, 36).
Negocios como de costumbre
El escenario BAU destaca la escala del problema de la contaminación plástica y proporciona una base a partir dela cual comparar estrategias de intervención alternativas (Fig. 1). A escala mundial de 2016 a 2040, la tasa anual de macro y microplásticos que ingresan a los sistemas acuáticos desde la tierra aumentó 2,6 veces(Fig. 1C y Tabla 1). Durante el mismo período, la tasa de pollución plástica retenida en los sistemas terrestres aumentó 2,8 veces(Fig. 1D y Tabla 1).
Fig. 1 Tasas anuales de contaminación plástica que ingresan al medio ambiente estimadas a partir de 300 simulacionesde MonteCarlo.
(A) Series temporales de la contaminación plástica que ingresa a los ecosistemas acuáticos y terrestres (millones de toneladas métricas /año ± IC del 95%) por escenario,2016 a 2040. Los escenarios son Business as Usual (BAU), Collect and Dispose scenario (CDS), Recycling scenario (RES), Reduce and Substitute scenario (RSS) y System Change scenario (SCS). Las tasas de contaminación plástica para todos los escenarios entre 2016 y 2020 son idénticas. La estimación de black point en 2040 representa la tasa anual de contaminación plástica asumiendo que los compromisos globales para reducir el uso de plástico y aumentar el reciclaje anunciados antes de junio de 2019 son implementado antes de 2040. No se presenta una serie temporal para este escenario porquese desconocen los plazos de implementación. (B) Estimaciones de densidad de kernel para la contaminación plástica (millonesde toneladas métricas)en 2040 por escenario. (C y D)Diagramas de contaminación plástica que ingresan a (C) ecosistemas acuáticos y (D) terrestres por escenario para los años iniciales, mediosy finales de implementación delescenario. Los boxplots siguen la convención de Tukey: Las bisagras indican el primer y tercer cuartil; los bigotes indican el valor más extremo no más allá de 1,5 veces el rango intercuartílico de la bisagra;y las lines horizontales indican la mediana.
| Destino al final de la vida útil | Masa plástica (Mt/año) | El destino como % de la demanda de plástico | SCS 2040 % de variación | |||||
| 2016 | CONSTRUCCIÓN 2040 | SCS 2040 | 2016 | CONSTRUCCIÓN 2040 | SCS 2040 | 2016 | CONSTRUCCIÓN 2040 | |
| Reducción | 0 [0, 0] |
0 [0, 0] |
130 [110, 150] |
0 [0, 0] |
0 [0, 0] |
31 [28, 33] |
— | — |
| Sustitución | 0 [0, 0] |
0 [0, 0] |
71 [62, 81] |
0 [0, 0] |
0 [0, 0] |
17 [15, 18] |
— | — |
| Reciclaje | 31 [26, 32] |
55 [46, 63] |
84 [75, 93] |
14 [12, 15] |
13 [11, 15] |
20 [18, 21] |
170 [140, 200] |
54 [46, 61] |
| Disposición | 97 [83, 97] |
140 [120, 150] |
100 [89, 110] |
44 [39, 45] |
32 [28, 33] |
24 [22, 26] |
3.5 [3.3, 3.8] |
–26 [–24, –28] |
| Mal administrado | 91 [84, 100] |
240 [220, 260] |
44 [40, 49] |
42 [41, 47] |
56 [53, 59] |
10 [9.4, 12] |
–51 [–48, –54] |
–81 [–76, –87] |
| Grabación abierta * | 49 [40, 60] |
130 [110, 160] |
23 [18, 29] |
54 [42, 63] |
56 [44, 65] |
53 [41, 65] |
–53 [–45, –61] |
–82 [–70, –95] |
| Vertedero* | 12 [7.4, 21] |
25 [14, 41] |
3.2 [1.5, 5.0] |
13 [8.2, 22] |
11 [5.9, 17] |
7.3 [3.3, 11] |
–74 [–49, –99] |
–87 [–54, –120] |
| Contaminaciónacuática* | 11 [9,0, 14] |
29 [23, 37] |
5.3 [3.8, 7.0] |
12 [9,8, 14] |
12 [9,8, 15] |
12 [9.0, 15] |
–52 [–43, –60] |
–82 [–68, –95] |
| Contaminaciónterrestre* | 18 [13, 25] |
52 [34, 70] |
12 [7.8, 18] |
20 [13, 27] |
22 [14, 29] |
28 [18, 39] |
–33 [–23, –42] |
–76 [–55, –97] |
Colapsare
Tabla 1 Estadísticas resumidas y comparación de los destinos al final de su vida útil para el plástico de los PES en BAU y SCS.
De izquierda a derecha se muestra la masa plástica, el porcentaje de la demanda total de plástico bajo diferentes destinos al final de su vida útil para el año 2016 y para el año 2040 bajo el Negocio como Usual(BAU) y El Sistema Escenarios de cambio (SCS) y cambio porcentual en la masa plástica, bajo diferentes destinos al final de la vida útil de SCS en 2040 en relación con 2016 y BAU en 2040. Los valores entre corchetes representan los límites inferior y superior del IC del 95% para los valores por encima de ellos. Los guiones indican valores indefinidos cuyo cálculo implica la división por cero.
*Componentes del destino mal administrado al final de la vida útil. Estas categorías se suman al total de residuos mal gestionados.
Cuando modelamos los compromisos actuales para reducir la contaminación plástica asumiendo la plena implementación (SM sección 9.1), las tasas anuales de contaminación plástica en ambientes acuáticos y terrestres disminuyeron solo en 6,6% [intervalo de confianza (IC) del 95%: 5,4, 7,9] y 7. 7% [5.2, 10] para 2040, respectivamente (Fig. 1A) (37). Este resultado confirma que los compromisos actuales unidos a políticas adecuadas pueden reducir la entrada de residuos plásticos en el medio ambiente, pero también muestra que un esfuerzo adicional considerable ser necesario para igualar la escala sin precedentes de la contaminación plástica ambiental proyectada.
Se ha encontrado quelas tasas de contaminación plástica son particularmente sensibles a la masa plástica total, las tasasde recolección y la proporción de residuos gestionados y mal gestionados. Por ejemplo,una reducción de1 tonelada en la masa de RSW de plástico (através de intervenciones de reducción y sustitución) disminuyó la contaminación plástica acuática en un promedio de 0,088 toneladas en baja-y Arquetipos de ingresos medios y un promedio de 0.0050 toneladas en arquetiposde ingresos altos. En todos los arquetipos, un aumento equivalente en la recolección de desechos plásticos (a través de los sectoresformal e informal) resultó en unadisminución promedio de 0.18 toneladas en los sectores acuáticos. la contaminaciónplástica, mientras que una disminución similar en los residuos mal gestionados después de la recolección produjo una disminución promedio de 0,10 toneladas en la contaminación plástica acuática.
Escenarios para reducir la contaminación plástica
El enfoque de las estrategias de reducción de la contaminación plástica se puede dividir ampliamente en aguas arriba (preconsuelo, como la reducción de la demanda)y aguas abajo (después del consumo), como la recolección y el consumo. medidasde reciclaje. Para parametrizar el desarrollo de soluciones de gestión y reciclaje de residuos en los escenariosde Recogida y Eliminación, Reciclajey Cambio de Sistema, estimamos el máximo previsto tasas de crecimiento y aplicación sobre la base de las tendencias históricas y la evaluación por consenso de los grupos de expertos (sección 1 del SM). En comparación con BAU, las tasas anuales de contaminación por plástico terrestre y acuático combinadose redujeron en un 57 % en 2040 [45, 69] en el escenario de recogida y eliminación y en un 45 % [35, 54] en el escenario reciclaje (Fig.1, A y B).
Las estrategias centradas en soluciones upstream (preconshumor) fueron representadas por el escenarioReducir y Sustituir. Desarrollamos un marco de evaluación de viabilidad para modelar el desarrollo potencial de soluciones upstream destinadas a reducir el volumen de plásticos utilizados y eliminados en el flujo de residuos (SM sección 9). Evaluamos 15 aplicaciones principales de plástico en función de cuatro criterios de preparación tecnológica y consecuencias no deseadas relacionadas con la salud y la seguridad alimentaria, la aceptación del consumidor (para e xample, conveniencia e impactosdel cambio climático), y asequibilidad (tablas S21 y S22). Evaluamos la viabilidad de la sustitución con material alternativo frente al potencial de escalamiento a niveles significativos dentro del período de modelado. El papel,el papel escubierto ylos materiales compostables cumplieron estos criterios. Bajo el escenario de Reducir y Sustituir, la contaminación plástica terrestre y acuática combinada anual en 2040 disminuyó un 59% [47, 72] en relación con BAU, mientras que la producción anual de plástico disminuyó. en un 47% [44, 49]. En consecuencia, la producción de plástico en 2040 bajo el escenario de Reducir y Sustituir (220 Mt /año [200, 240]) fue similar a la producción en 2016 (210 Mt /año [200, 230]).
Ni las intervenciones previas ni posteriores al consumo por sí solas son suficientes para abordar el problema del plástico. La combinación de la aplicación máxima prevista de soluciones pre y postconsuje representa la solución más agresiva posible dada la tecnologíaactual: el escenariode cambio de sistema. En este escenario, la contaminación anual combinada terrestre y plástica aquatic disminuyó en un 78% [62, 94] en relación con BAU en 2040, pero solo en un 40% [31, 48] en relación con las tasas de contaminación de 2016 (Fig. 1, A y By tabla 1). En 2040, la tasa anual de fuentes terrestres de plástico que ingresan a los sistemas acuáticos y terrestres disminuyó en un 82% [68, 95] y un 76% [55, 97] en relación con BAU, respectivamente (Fig. 1, C y D,y Tabla 1).
Bajo el escenario de Cambio de Sistema en 2040, se logró una reducción sustancial de los residuos mal gestionados y eliminados a través de aumentos en la proporción de la demanda de plástico reducida, sustituida por alternativas. materiales,y reciclados (Fig. 2A y Tabla 1). Estos cambios en el sistema de plástico dieron como resultado que se produjera un 11% [10, 12] menos de plástico virgen en 2040 bajo el escenario de cambio de sistema que en 2016, y un 55% [51, 58] menos que en 2040. bajo BAU. Además, esta reducción fue impulsada por el aumento de la materia primade plástico reciclado, que tiene menores emisiones de GEI durante elciclo de vida (18). En conjunto, el escenario de Cambio de Sistema avanza hacia la consecución de una economía circular en la que se conservan los recursos, se minimiza la generación de residuos (38), y los GEI emisiones reducidas .
Fig. 2 Destino para todo el plásticode los PSW, 2016 a 2040, bajo el escenario de cambio de sistema (SCS).
(A) Masa anual de plástico (millones de toneladas métricas/ año) para cada uno de los cinco destinos al final de su vida útil. (B) Boxplots que muestran la masa de utilidad de plastic (millones de toneladas métricas /año) abordados por intervención modelada en 2040, después de 20 años de implementación de SCS, organizado por el destino al final de la vida. NDM, nuevo modelo de entrega; P2F química, plástico-acombustible conversión química; Química P2P, conversión química de plástico aplástico; Incineración ER, incineración con recuperación de energía; Encuesta acuática., contaminación plástica en sistemas acuáticos; Encuesta terrestre., contaminación plástica en sistemas terrestres. Los boxplots siguen la convención de Tukey: Las bisagras indican los primeros yd terceros cuartiles; los bigotes indican el valor más extremo no más allá de 1,5 veces el rango intercuartílico de la bisagra;y las líneas horizontales indican la mediana.
El valor actual de las operaciones acumulativas de gestión global de residuos de 2016 a 2040 se aprox., para evaluar el coste relativo de cada escenario (Fig. 3). Entre los escenarios, los costos variaron en menos del 20% en relación con BAU, fueron más bajos en los escenariosde Cambio de Sistema y Reciclaje, y fueron más altos para el Collect and Dispose escenario. Los costos bajo el escenario de cambio de sistema fueron un 18% [14, 23] más bajos que BAU, con un aumento de los costos de gestión de residuos compensado por los ahorros de costos de la reducción de la producción de plástico y los ingresos de las ventas de reciclado, que aumentaron debido al rediseño del producto y a la mejora de la economía del reciclaje (SM sección 16.8). Estos costes representan únicamente los costesde gestión de residuos, que generalmente corren a cargo de los contribuyentes. El compromiso corporativo, a través de la mejora del diseño del producto, el desarrollode materiales alternativos y nuevos modelos de negocio será necesario para alcanzar los niveles de contaminación observados en el Sistema. Escenario de cambio . Es probable que esteinterés requiera un cambio sustancial en la inversióndel sector privado.
Fig. 3 Costos de valor actual para la gestión (recolección, clasificación, reciclajey eliminación) de los REG de plástico por escenario,2016 a 2040.
Costos (miles de millones 2018 EE.UU. Los dólares ± IC del 95%) se calculan asumiendo una tasa de descuento del 3,5% y son netos de los ingresos asociados con la venta de materia prima de plástico reciclado y la electricidad generada a partir de la incineración de plástico con energía recuperación. Los escenarios son Business as Usual (BAU), Collect and Dispose scenario (CDS), Recycling scenario (RES), Reduce and Substitute scenario (RSS) y System Change scenario (SCS).
Nuestros resultados subrayan la urgencia con la que se necesitan intervenciones extensas. A pesar de una reducción considerable en la producción anual de plástico y un aumento en la proporción de RSN que se gestiona eficazmente en el mejorde los casos, el cambio de sistema, una cantidad sustancial de residuos plásticos permaneció mal gestionada (no recogida y clasificada, reciclada o eliminadade forma segura) entre 2016 y 2040. Cuando comience la implementación de las intervenciones en 2020, la masa acumulada de contaminación plástica agregada entre 2016 y 2040 asciende a 250 Mt [190, 310] en sistemas acuáticos (Fig. 4A)y 460 Mt [300, 640] en terrestres. sistemas (Fig. 4B), que son aproximadamente 1 y 2 veces la producción total anual de plástico en 2016, respectivamente. Si la implementación de las intervenciones se retrasa solo 5 años, se espera que se acumulen 300 Mt adicionales de residuos plásticos mal administrados en el medio ambiente. .
Fig. 4 Masa acumulada de WSN de plástico, 2016 a 2040.
(A y B)Acumulativo masa de sistemas plásticos contaminantes (A) acuáticos y (B) terrestres por escenario y tipo de plástico para los años 2016 a 2040 (millonesde toneladas métricas ± IC del 95%). (C)Masa acumulada de plástico reciclado para cada uno de los cuatro tipos de plástico modelados. (D) Masa acumulada de puntos finales de RSM de plástico no circular , incluidas las soluciones en el mal administrado (vertedero o quema a cielo abierto), eliminado efectivamente [vertedero, incineración con las categorías de recuperaciónde energía, o conversión química de plásticoacombustible (P2F) y reciclaje (reciclajede bucleabierto). Las barras de incertidumbre para la conversión química P2F no son visibles porque sus puntos finales no exceden el radio de la estimación puntual trazada. Los escenarios son Business as Usual (BAU), Collect and Dispose” scenario (CDS), ‘Recycling’ scenario (RES), ‘Reduce and Substitute’ scenario (RSS) y System Change scenario (SCS).
Perspectivas por categoría de plástico
La compleja composición de las plastécnicas multimateriales limita la viabilidad técnica de la clasificación y el reprocesamiento (39), disminuyendo el atractivo económico del reciclaje. Enconsecuencia, la producción anual de estos plásticos disminuyó en 19 Mt [18, 20] de 2016 a 2040 bajo el escenariode Cambio de Sistema, con un cambio de magnitud similar a producción de plástico monomaterial flexible (20 Mt/año [19, 21]).
Debido a la relativa facilidad de recolección y clasificación, el reciclaje estuvo dominado por plásticos rígidos en todos los arquetipos y en todos los escenarios (Fig. 4C). Bajo el escenario de cambio de sistema en 2040, los plásticos rígidos representaron el 62% [58, 67] de la masa anual de reciclaje, con un componente considerable de plástico monomaterial flexible (33% [28, 37]) ( Fig. 5A). En comparación, solo el 5,0% [4,2, 5,4] del material reciclado se derivó de residuos plásticos multimateriales o multicapa (Fig. 5A).
Fig. 5 Destino de los PSN plásticos por tipo de plástico bajo el Escenario de Cambio de Sistema (SCS).
(A) Proporción de MSW (± IC del 95%) producidos en 2040 absorbidos por cada una de las tres soluciones de reciclaje y las categorías de eliminación y mal administradas al final de su vida útil. Incluso bajo SCS, se implementan pocas soluciones efectivas para manejar microplásticos primarios. (B y C) La proporción de contaminación plástica (± IC del 95%) que ingresa (B) a los sistemas acuáticos globales y (C) terrestres por tipo de plástico, 2016 a 2040.
La diversidad de tiposde polímeros, la contaminación superficial y la baja densidad del monomaterial flexible postconsumo limitan su capacidad de reciclaje, particularmente en las geografías donde los servicios de recolección de residuos son proporcionados por el sector informal. A escalamundial, la contribución absoluta y relativa de los plásticos monomateriales flexibles a la contaminación ambiental creció entre 2016 y 2040, del 45% [35, 56] al 56% [40, 73] en ambientes acuáticos y del 37% [18]. , 52] a 48% [22, 67] en ambientes terrestres (Fig. 5, B y C). Enconsecuencia, encontrar una solución económicamente viable para gestionar eficazmente los plásticos flexibles será esencial para resolver el problema de la contaminación plástica.
Del mismomodo, la proporción de contaminación plástica total originada por microplásticos en el escenario de cambio de sistema creció del 11% [6.5, 18] al 23% [11, 42] en sistemas acuáticos y del 16% [8.2, 27] al 31% [18, 51] en Sistemas terrestres durante el período modelado (Fig. 5, B y C). Las tecnologías para capturar microplásticos, que a menudo dependen de la gestión y el tratamiento de aguas pluviales y aguas residuales, rara vez son económicamente viables, incluso en regiones ricas,debido a costes de infraestructura asociados. Este desafío tecnológico es especialmente agudo para las partículas de neumáticos, que contribuyeron con el 93% [83, 96] de la contaminación global por microplásticos en masa en 2040.
Dificultades a superar
Ampliar la recolección a todos los hogares a nivel mundial es una tarea monumental que requeriría conectar a más de un millón de hogares adicionales a los servicios de recolección de RSW por semana de 2020 a 2040; la mayoría de estos hogares desconectados se encuentran en países de ingresos medios. Por lo tanto, el esfuerzo para aumentar la recogida de residuos domésticos requerirá un papel clave para los ” recicladores “[el sector informal de recolección y reciclaje (40)], que vincular la cadena de servicios (recolección de REG) a la cadena de valor (reciclaje)en entornos de ingresos bajosy medios. Globally, este sector fue responsable del 58% [55, 64] de los residuos plásticos postconsumo recolectados para su reciclaje en 2016. Incentivar la recolección de plásticos de bajo valor (monomaterial flexible y plástico multimaterial o multicapa) por parte del sector informal, la compatibilidad del reciclaje estos materiales tendrían que aumentar para crear demanda para su colección. En consecuencia, las inversiones en infraestructura de recogida deben coordinarse con una mejor gobernanza en torno a la recogida, clasificacióny gestión segura de los residuos generados. (41).
Los residuos plásticos mal gestionados (en vertederos, quemados abiertamente o liberados en ambientes acuáticos o terrestres) se asocian con una serie de riesgos para la salud humana y ecológica ( 42 ). Es probable que cantidades sustanciales de tales desechos continúen emitiéndose al medio ambiente o quemándose abiertamente a través del tiempo. Bajo el escenariode Cambio deSistema, además de la contaminación acuática y terrestre, ~ 250 Mt [130, 380] de residuos plásticos se acumularían en vertederos a cielo abierto de 2016 a 2040 y seguirían siendo un fuente potencial de contaminación ambiental (Fig. 4D). Muchas comunidades en economías emergentes con servicios de gestión de residuos e infraestructura inadecuados queman residuos residencialmente o en vertederos a cielo abierto sin controles de emisiones. La quema a cielo abierto transfiere la carga de contaminación del aire, el aguay la tierra a través de la generación de GEI, partículas (incluidas las partículas microplásticas), y sustancias químicas nocivas como las dioxinas y otros contaminantes orgánicos persistentes (43, 44). A pesar de sus consecuenciaspara la salud humana y el medio ambiente, la quema a cielo abierto fue el componente más grande de los residuos plásticos mal administrados en todos los escenarios, con 1200 Mt [940 , 1400] de plástico quemado en el escenario de Cambio de Sistema entre 2016 y 2040 (Fig.4D). Por lo tanto, sigue siendo un problema obstinado de contaminación y justicia social que necesita una solución efectiva.
Aunque no está estrictamente mal administrada, la exportación neta de residuos de los países de ingresos altos a los países de ingresos altosy medianos bajos creció de 2,7 Mt /año [2,4, 4,7] en 2016 a 3,8 Mt /año [0,7, 7,2] en 2040 bajo BAU. Aunque una cantidad comparativamente pequeña, estas exportaciones tienen el potencial de aumentar la fracción de residuos plásticos mal gestionados porque los países receptores a menudo tienen insuficientes capacidad para gestionar sus propios residuos. En consecuencia, la importación de residuos para su reciclado puede tener la únicaconsecuencia de desplazar la capacidad de estas economíasen desarrollo para reciclar sus residuos domésticos (45).
Aunque los esfuerzos para medir la cantidad de contaminación plástica que ingresa a los ríos y océanos han aumentado en los últimos años (46–48), siguen existiendo brechas de datos clave. Para evaluar mejor los efectos de las acciones de consumo, corporativasy políticas en la solución del problemade la contaminación plástica, se necesitan datos empíricos adicionales en todos los plásticos. sistema,enparticular en las economíasen desarrollo. Además, se necesita una contabilidad máscompleta de los beneficios, costosy externalidades del uso del plástico para diseñar políticas que alineen losincentivossociales y financieros y minimicen el plástico. contaminación. Estas deficiencias de datos actualmente impiden la aplicación del modelo a escalas geográficas más finas y le limitan la granularidad de la representación del sistema. En particular, los datos del sector informal del sistema mundial de gestión de residuos son escasos, al igual que los datos que arrojan luz sobre la importancia de la mala gestión de los REG después de la recolección. . También se necesitan datos cuantitativos adicionales para comprender mejor las fuentesclave, las tasasy lasvías para la contaminación por microplásticos y para las fuentes marítimas de plástico. contaminación.
Abordar el problema de la contaminación plástica
Nuestro análisis indica que una acción urgente y coordinada que combine soluciones previas y posteriores al consumo podría revertir la tendencia creciente de la contaminación plástica ambiental. Aunque no existeuna bala de plata, el78% del problema de la contaminación plástica se puede resolver para 2040 mediante el uso de los conocimientos y tecnologías actuales y a un costo neto menor. para los sistemas de gestión de residuos en comparación con los de BAU. Sinembargo, con largos tiempos de degradación, incluso una reducción del 78% de las tasas de contaminación de BAU resulta en una acumulación masiva de desechos plásticos en el medio ambiente. Además, incluso si se logra este cambio de sistema, la producción de plástico y las actividades de gestión de residuos poco sólidas seguirán emitiendo grandes cantidades de GEI. Mayor innovación en modelos de negocio eficientes en el uso de los recursos y de bajas emisiones, sistemas de reutilización y recarga, sistemas sustitutos sostenibles, tecnologías de gestión de residuos, y se necesitan políticas gubernamentales eficaces. Dicha innovación podría financiarse redirigiendo las inversiones existentes y futuras en infraestructura de plástico virgen. Se requieren compromisos sustanciales para mejorar el sistema plástico global de las empresas, los gobiernosy la comunidad internacional para resolver el problema ecológico,social y de la comunidad internacional. problemas económicos de contaminación plástica y lograr una entrada casi nula de plásticos en el medio ambiente.
Reconocimientos
Agradecemos a los revisores anónimos por sus sugerencias, que mejoraron este manuscrito. M. Hestin, L. Peake, G. Keoleian, J. Abbot, J. Muncke,y D. Mihaylova revisó los borradores de los materiales y resultados complementarios. Estamos en deuda con los miembros no autorizados del panel expert: D. Russo, E. Moss, J. Boughton, C. Lao, D. Lerario,M. Gadgily M. Da—por aportar su conocimiento y compartir datos con esta investigación. También estamos en deuda con A. Morlet,R. Opsomer, S. Defruyt, y S. Wingstrand de la ellen MacArthur F oundation por su contribución sustancial sobre el conocimiento y los datos sobre el sistema plástico y la economía circular. Agradecemos a J. Calcagno, J. Mandirola, J. Sirko, M. Freeman, Z. Celik, H. Watson, G. Murphy, B. Towner Levine, M. Mahoney, E. Hogan, M. Wissner, L. Mudge, A. Valdivia, O. Tzadik, M. Ochocki,y B. Frinault para realizar comprobaciones de precisión de las entradas de datos sin procesar, el ensamblaje de archivos de entrada de modelos, la revisiónde códigos y las verificaciones de hechos de los materiales complementarios. También damos las gracias. Issifu y B. Frinault para volver averborradores manuscritos, C. Gonzales y A. Syed para obtener ayuda con la recopilación y curación de datos, y P. Edwards para administrar un procesode revisión informal. K. Gronsky ayudó en el diseño de la investigación y proporcionó apoyoa la gestión del proyecto. R.-M. Paquin assisted en el formato de figuras y referencias. SYSTEMIQ proporcionó un generoso apoyo en especie a esta investigación. Financiación: Este proyecto fue financiado por The Pew Charitable Trusts. Contribuciones del autor : W.W.Y.L., J.E.P., Y.S., and M.R.S. concibió el estudio y dirigió el desarrollo conceptual general de este trabajo. Esta investigación representa el esfuerzo igualitario y la contribución intelectual entre los grupos de investigación en cuatro instituciones clave: The Pew Charitable Trusts,SYSTEMIQ, University de Oxford y la Universidad de Leeds, lideradas respectivamente por W.W.Y.L., Y.S., R.M.B. y C.A.V. El modelo P2O fue desarrollado por R.M.B. y R.M.B. ejecutó todas las simulaciones de modelos. J.E.P. y R.M.B. salidas de modelos procesados. C.A.V. y E.C. proporcionó liderazgo de pensamiento y experiencia en sistemas y prácticasde gestión de residuos sólidos. E.K. fue un contribuyente clave a los escenarios de reciclaje, especialmente su economía y sensibilidades en los cambios futuros. J.K., A.C.C., E.F. y S.B. proporcionó la experiencia en intervenciones de reducción y sustitución para seleccionar innovaciones materiales y nuevos modelos de entrega, así como para evaluar su aplicabilidad en todos los escenarios. J.E.P. preparó las cifras. Y.S., J.K., E.C., E.J., L.K., M.E.A., M.M.P., T.D.P. y D.F. recopilaron y curaron los datos. Los grupos de trabajo fueron dirigidos por J.K., E.C., M.E.A.,D.F. y E.J. La redacción del manuscrito fue dirigida por W.W.Y.L., con un apoyo sustancial de revisión y edición de J.E.P., R.M.B., M.B.M., L.G., B.D., E.C. y C.A.V, con más aportes de todos los autores. Los apéndices técnicos fueron preparados por W.W.Y.L., Y.S., R. M.B., E.C., J.K., C.A.V., M.B.M., E.J., K.K.H., M.M.P., K.L. y J.E.P., coordinado por K.K.H. Data-verificación de las entradas de datos del modelo, incluido el desarrollo de software asociado, fue realizada por E.N. y administrada por M.B.M. Intereses contrapuestos: Ninguno declarad. Disponibilidad de datos y materiales: El código de Matlab y los archivos de entrada utilizados para ejecutar el modelo P2O y generar los resultados de este estudio y el Los archivos de salida resultantes están disponibles en (49).