灌装系统的生态足迹：源自生命周期服务的经验
22 Aug 2022
为了使产品发展符合其气候目标并为制造商提供可持续性数据，GEA进行了所谓的产品生命周期评估 (LCA)，针对其机器的环境影响生成了确切数字 。作为下一步，LCA 将会整合到所有新产品的设计流程中，从而优化客户的可持续发展和透明度。GEA 是业内率先在饮料灌装系统上执行此 LCA 的公司之一。
在实现公司到 2040 年零排放气候目标的过程中，GEA 将专注于减少其价值链上的范围3的排放，因为这些排放占公司 CO2 排放的最大份额。作为第一步，GEA 计划到 2030 年将范围3排放量比 2019 年减少 18%。关键是减少其机器在使用阶段的碳足迹。这适用于整个工程设计和制造，它们通过当今的技术和未来的创新在通往零排放的道路上做出了重大贡献。如果我们能够持续不断提高设备的运行效率，就可以帮助客户节省热能、电力和资源。
该进程的第一步是确保透明度：“我们看到越来越多的客户要求提供有关 GEA 设备对环境影响的详细信息 - 不仅在使用阶段，而且在产品的整个生命周期中也是一样，”位于意大利 Sala Baganza 的 GEA 灌装和包装高级副总裁 Donato De Dominicis 说。作为一流的灌装系统供应商，GEA 于 2021 年 5 月展开了与帕尔马大学的合作。目的是为客户提供 GEA 最重要的两个无菌灌装系统的运行能耗，并推动 GEA 自身雄心勃勃的气候目标取得进展。“我们需要仔细查看这些数字 - 详细了解我们灌装系统的足迹。而 LCA 是衡量环境影响的最全面框架。”GEA 灌装与包装研发总监 Paolo Abelli 说。当然，按照领先的国际标准执行 LCA 并非易事。正确行事意味着严格遵守 ISO 14040 系列标准以及特定于每个行业和机器类型的规则。“LCA 基于高度程序化的流程，您可以称其为一门科学，这就是 GEA 寻求外部专业知识来启动该流程的原因”，Abelli 补充道。
GEA 首席可持续发展官 Nadine Sterley 博士
“LCA 是一种强大的工具，可以识别足迹热点，在我们的设计流程中优先考虑可持续性改进，并为我们的客户提高透明度。
GEA 首席可持续发展官 Nadine Sterley 博士
通过 CIPACK 学习 LCA 规范。
GEA 向帕尔马大学的跨部门包装中心 (CIPACK) 请益，该中心专门从事包装和灌装领域的基础和应用研究，特别是在制药和食品应用方面。GEA 灌装与包装研发创新经理 Barbara Bricoli 解释说：“帕尔马大学支持我们根据‘饮料和灌装’产品类别规则 (PCR) 和向软件提交数据的规则来收集数据。”对于 LCA，帕尔马研究人员与领先的影响评估项目之一合作，该计划符合环境产品声明 (EPD) 报告格式。
LCA 评估了 GEA 的两个主要无菌吹瓶灌装系统：对瓶坯进行干式灭菌的无菌吹瓶灌装系统ABF 2.0，以及对瓶子进行湿式灭菌的 ECOSpin2 Zero。“这些是具有多个模块的大型复杂机器，包括吹瓶机、灌装机、加热炉和许多其他组件，”Bricoli 解释说。“LCA 分别考虑了其中的每一个模块，并计算每个模块的消耗量，从而进行全面的精确分析。”
起点：运行阶段的能源和介质消耗
LCA 的范围涵盖每个模块的产品生命周期的三个主要阶段：
- 制造机器（包括原材料制备）
- 使用阶段（运行、清洗和杀菌周期过程中的消耗）
- 最终处置（15 年使用寿命后）
对于每个阶段，LCA 确定了机器对环境的影响，分为七种不同的影响类别：
- 酸化：水、土壤和空气的酸化是由于酸性物质造成的，如硝酸、硫酸、二氧化硫、氯化氢、硫酸、氢气、磷酸等,单位为 kg SO2（二氧化硫） 。
- 富营养化：该术语表示植物生物的过度生长，从而改变了水生环境的生态平衡，单位为 kg PO4（磷酸根）。
- 全球变暖：由于人类活动将二氧化碳等温室气体释放到大气中，导致地球平均温度升高。这些气体仍然被困在大气层的最底层，充当从地球表面反射的太阳辐射的屏障，其能量会转化为热量。此现象导致全球平均温度上升，单位为 kg CO2(二氧化碳)。
- 光化学氧化：这种现象是由于氮氧化物和碳氢化合物，由于太阳光线引起的光化学反应的作用，导致一氧化氮（NO）氧化成二氧化氮，形成臭氧 和其他对生态系统和人类健康有毒性影响的化合物，单位为 kg NMVOC（非甲烷挥发性有机化合物）。
- 非生物资源消耗，元素：这一类是指金属等元素的枯竭，计量单位为 kg Sb 相当。
- 非生物资源消耗，化石燃料：化石燃料的枯竭，单位为 MJ。
- 水资源缺乏：单位为m3相当。
- 臭氧层消耗：臭氧层变薄，影响类别是可选的，但在分析中已考虑，单位为 kg CFC-11(氟利昂11）相当。。
“我们为该研究提供了原始数据，包括所有机器组件和材料的库存分析以及使用阶段的消耗数据，”Bricoli 解释说。“报废影响是根据使用欧洲处置数据的机器处置方案计算的。”
LCA 发现，机器在所有影响类别中平均 95% 的环境影响是由于使用阶段的能源和资源消耗造成的。只有在一个影响类别（非生物消耗的元素）中，原材料提取和生产阶段的影响达到了 46%，超过了几个百分点。“鉴于用于制造机器的大量钢材，令人惊讶的是，制造过程中所使用材料的平均影响不到总量的 4%，”Bricoli 说。“这使得使用阶段评估变得更有意思，因为它突显了我们和我们的客户在减少未来灌装机对环境影响方面发挥最大作用之处。”
在所有影响类别中，机器平均 95% 的环境影响是由于使用阶段的能源和资源消耗造成的。
GEA 灌装与包装对 LCA 的见解
技术调整减少了 30% 的 CO₂ 释放
在深入研究使用阶段后，该研究发现 - 在几乎所有影响类别中 - 三种形式的资源消耗影响最大：电力、工艺蒸汽和压缩空气。在全球变暖方面，仅这三种资源消耗量就占了 ABF 2.0 总 CO2排放量的76%。“鉴于 GEA 对范围 3 排放的关注，CO2 排放是我们的优先行动领域 - LCA 的结果提供了非常清晰的路径，让我们掌握如何最有效地推进该计划。”Bricoli 说。
作为第一步，LCA 帮助 GEA 确定并实施了三个速赢方案，以进一步减少其灌装系统的气候足迹。
- 通过回收额外的冷凝水，他们降低了使用阶段的工艺蒸汽需求，从而减少了加热过程中的电力消耗。
- 通过再循环来自吹瓶机的空气，他们进一步降低了压缩空气和电力需求。
- 客户现在可以选择使用微滤而不是 UHT 来生产无菌水，这再次降低了在机器中加热水所需的电力。
“综合起来，这三项措施使机器在使用阶段的 CO2 排放量减少了 30%，”Paolo Abelli 说。“与微滤相比，一些客户将继续更喜欢 UHT 的便利性，但这些成果的重要优势在于我们通过 LCA 实现的透明度 - 以及我们的客户现在有权根据实际数字做出决策。”
对于 GEA 的研发团队来说，LCA 提供的明晰性加速了进一步开发他们机器的步伐。
“我们目前正在探索其他方法来回收能源，例如从吹瓶机烤箱或其他加热过程。我们已经开始与其他 GEA 单位合作，以进一步加强我们系统中的电能回收。我们从 LCA 获得的确切数字确实有助于集中和协调 GEA 内部的协作工作。”
“第一个 LCA 使我们能够对我们的两个灌装系统进行一些具体调整，以显著改善 CO2e 排放量，但这只是一个开始，”
GEA 灌装与包装研发创新经理 Barbara Bricoli
授人以渔
通过与帕尔马大学的首次合作，GEA 现在拥有了对其产品组合中的其他产品执行额外 LCA 的工具和专业知识。“来自最终消费者、GEA 客户、供应商，当然还有 GEA 内部的各方越来越感兴趣，他们希望能够量化制造过程和最终产品对环境的影响，以便我们都能就购买什么做出明智的决定，或者，在我们的情况下，如何设计最高效和可持续的机器，”GEA 可持续发展项目经理 Jannik Desel 说。“到目前为止，我们已经能够对我们机器的环境足迹提供粗略估计，但拥有 LCA 能力将使我们能够在我们的机器上实现更精细的分析和精确、可操作的数字。”
Desel 当前的工具为给定产品的排放提供了图形概览，可快速确定在其他影响类别中全球变暖的最大贡献者，并优先考虑改善环境绩效的步骤。但就像他的研发同事 Bricoli 一样，他很快指出这只是一个开始。“在对供应商方的环境足迹实现清晰准确的描述方面，还处于起步阶段，”Desel 说。“到目前为止，我们在很大程度上依赖于行业平均水平，但我们希望迅速采取行动来改善这一点。”
GEA 已展开了与供应商合作，以更深入地研究其设备的 CO2 排放量，并发现拥有 LCA 能力有助于引导这一过程。“整个供应链上的公司都开始采取行动来了解和减少他们的环境足迹，但您也可以看到这是一个新的努力领域，因此在如何进行方面仍缺乏经验和明确性，”Desel 说。
“拥有 LCA 能力使我们能够在客户或供应商中发挥带头作用，并帮助指导在整个生命周期中制造影响较小的产品的协作过程。”
GEA 可持续发展项目经理 Jannik Desel
LCA 成为 GEA 设计流程不可或缺的一部分
Desel 在 GEA 首席可持续发展官 Nadine Sterley 的领导下，现在带头努力在内部建立 LCA 专业知识，从而使 GEA 可以将生命周期影响分析整合到每个产品的开发流程中。“我们的意大利同事在 GEA 内部建立 LCA 能力方面迈出了重要的第一步，值得称赞，”Sterley 说。“结果表明，LCA 是一种强大的工具，可以识别足迹热点，在我们的设计流程中优先考虑可持续性改进，并为我们的客户提高透明度。”
