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,  3234). 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.

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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]

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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.

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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).

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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).

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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.

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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  (4648),  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).