Swapp! – automaty do nalewania kosmetyków

Jakiś czas temu zgłosiła się do mnie ekipa projektu Swapp! – startupu, który chce zamieszać na rynku kosmetycznym, chociaż jego aspiracje sięgają zdecydowanie dalej. Poprosili mnie o wsparcie pod kątem oceny ekologiczności ich rozwiązania, co uznałem za całkiem fajną przygodę 🙂

Kilka dni temu zainstalowali pierwszy automat do ponownego napełniania (ang. refill) w warszawskim Carrefour BIO przy ul. Pełczyńskiego 5,  w której można kupić cztery produkty firmy YOPE. Projekt ten był możliwy do realizacji dzięki wygranej przez założycieli Swapp! grantu z funduszu VC SpeedUp podczas krajowego finału konkursu PowerUp by Innoenergy. Współpraca z uznanymi markami kosmetyków i globalnej sieci handlowej jest dowodem na poszukiwanie przez branżę retail i FMCG rozwiązań zmierzających do zmniejszenia produkcji jednorazowych opakowań z plastiku.  Osobiście patronuję temu przedsięwzięciu od strony merytorycznej 🙂

Poniżej możecie przeczytać ocenę ekologiczności w moim wykonaniu, na końcu artykułu standardowo zawarłem Q&A stanowiące podsumowanie najważniejszych informacji w przystępnej formie 🙂

Swapp! – ocena ekologiczności

Żeby przeprowadzić ocenę ekologiczności rozwiązania korzysta się zazwyczaj z analizy cyklu życia LCA (Life Cycle Assessment), która uwzględnia kilkanaście czynników, przez które bytność człowieka oddziałuje na środowisko (pełną listę możecie znaleźć tutaj). W rozważanej sytuacji, gdzie projekt jest w bardzo początkowej fazie (chociaż ma już wdrożone urządzenie) oraz w użyciu są głównie metale, szkło, plastik oraz trochę elektroniki – oddziaływanie na środowisko będzie sprowadzone w tym wypadku do ilości energii (energochłonności) potrzebnej do wyprodukowania danego rodzaju opakowania lub zużytego na transport. Nie jest to do końca idealny wskaźnik, gdyż w zależności od gospodarki energia jest wytwarzana w sposób mniej lub bardziej ekologiczny, niemniej daje to pewien obraz. 

Założenia

Na początkowym etapie projektu zespół Swapp! przekazał mi następującą specyfikację dot. rozwiązania. Wraz z automatami do refillu, zespół wdraża butelki, które mają być wykorzystywane we wspomnianych urządzeniach. Domyślnie mają one następujące parametry:

• pojemność 550 ml
• wysokość 15 cm
• średnica 7 cm
• masa butelki 160 g
• materiał – stal nierdzewna
• dla uproszczenia obliczeń założyłem kształt walca
• znając masę butelki oraz pole powierzchni ustaliłem, że zostanie wykonana blacha o grubości 0,5 mm do produkcji tegoż rozwiązania

Oprócz tego należałoby uwzględnić samo urządzenie, które ma ważyć ok. 150 kg (bez napełnienia) oraz być wykonane głównie ze szkła i aluminium. Czas “amortyzacji” założyłem na 10 lat, podczas których automat ma pracować 6 dni w tygodniu napełniając każdego dnia 200 butelek.

Zespół rozważa 3 opcje w kwestii wykorzystania opakowań:

• użytkownik będzie oddawać wcześniej wykorzystane butelki do mycia i pobierać świeże
• użytkownik sam będzie dbał o utrzymanie czystości butelki
• użytkownik będzie korzystał z własnych pojemników, bez konieczności używania butelek Swapp!

W pierwszym wypadku należałoby dołożyć więc kwestię zebrania butelek z punktów dystrybucji, transportu do mycia oraz ponownego rozwiezienia. Dla uproszczenia założyłem na początkowym etapie, że będą obsługiwane 4 punkty, gdzie do każdego trafi 1 paleta butelek brudnych (w liczbie sztuk 960) oraz zostanie zebrana 1 paleta butelek czystych. Jedno okrążenie będzie miało długość 100 km. 

Butelka plastikowa  jako odnośnik

Żeby ocenić faktyczną ekologiczność pomysłu należałoby go odnieść do rozwiązania, które chcemy zastąpić. W tym wypadku chodzi oczywiście o opakowanie plastikowe. W trakcie przygotowywania tej analizy poszczęściło mi się i trafiłem na artykuł z czasopisma naukowego Sustainability z czerwca tego roku, gdzie autorzy porównują różnego rodzaju opakowania środków piorących[1] – czyli jak znalazł 🙂 Wadą tego opracowania jest przeliczenie śladu węglowego nie na kg opakowania czy też środka piorącego, lecz na jednostkę funkcjonalną, którą było 10 tys. porcji środka piorącego – musiałem więc troszeczkę pokombinować jak to przeliczyć.

Dane zawarte w artykule zostały wyznaczone przy użyciu narzędzia SimaPro v9.0 (dedykowanego do analiz LCA) w oparciu o bazy US-EI Version 2.2, US LCI version 1, oraz Ecoinvent version 2.2. 

Zakładając gęstość polietylenu (ok. 0,9 g/cm3) oraz pole powierzchni butelki oraz średnią grubość ścianki rzędu 1 mm ustaliłem, iż jedno opakowanie plastikowe będzie ważyć ok. 36,6 g. 

W artykule podano, iż na 10000 porcji środka piorącego potrzeba ok. 28 kg tworzywa, z czego 25% ma stanowić recyklat. Żeby określić, ile porcji środka piorącego jest w jednym opakowaniu podjąłem następujące kroki:

• wyliczyłem ile gramów opakowania przypada na jedną porcję (ok. 2,8 g)
• wiedząc, że opakowanie ma 36,6 gramów, wyliczyłem ile porcji przypada na jedno opakowanie (ok. 13)
• wiedząc, jakie jest zapotrzebowanie energetyczne (wyczerpanie paliw kopalnych) dla 10000 porcji (280 MJ na wytworzenie opakowania, 56,1 MJ na wypełnienie produktem) wyliczyłem zapotrzebowanie dla energetyczne dla danego opakowania mnożąc powyższe wartości przez 13/10000 i uzyskując wartość rzędu 0,4862 MJ energii dla pojedynczej butelki plastikowej, czyli 13 MJ energii dla 1 kg tworzywa

Problemem w tym badaniu jest to, że z niewiadomych powodów nie została uwzględniona energia potrzebna do otrzymania polietylenu z ropy. Na dzień dzisiejszy istnieje możliwość otrzymania polietylenu np. z odpadów z produkcji papieru, o czym pisałem przy okazji opakowania Pure-pak, niemniej ktoś powie, że nie została uwzględniona potrzebna ropa i gaz ziemny oraz procesy chemiczne do otrzymania polietylenu. W tej sytuacji ilość energii w surowcach pierwotnych (ropa i gaz ziemny) potrzebnych do otrzymania HDPE wynosi 49,4 MJ, a procesy chemiczne pochłaniają  dodatkowe 27,3 MJ [2]. Po uwzględnieniu tych czynników oraz 25% recyklatu całkowita ilość energii potrzebnej dla 1 butelki plastikowej o wspomnianej masie wzrasta do 2,5769 MJ. 

Oczywiście zakładamy tutaj sytuację, w której materiał po zużyciu jest wyrzucany, nie następuje odzysk energii podczas spalenia czy też ponowne jego wykorzystanie podczas recyklingu, co jednak warto przeanalizować, szczególnie że HDPE można wielokrotnie przetwarzać bez utraty właściwości (nawet do 10 razy)

Jeżeli założylibyśmy odzysk energii cieplnej poprzez spalenie, to całkowita ilość zużytej energii wynosi ok. 1,4197 MJ/butelka. Jeżeli jednak poddalibyśmy materiał recyklingowi mechanicznemu, to kg tworzywa zużywa zaledwie 1,3 MJ energii[3]. To z kolei oznacza, że 1 butelka wymagałaby użycia zaledwie 0,533 MJ do produkcji.

Swapp – butelka metalowa

W przypadku opakowania ze stali nierdzewnej sytuacja była zdecydowanie bardziej skomplikowana, gdyż nie natrafiłem na żadną analizę LCA dla tego typu butelki. Niemniej dla butelki metalowej wytypowałem następujące operacje:

• uzyskanie rudy metalu (75 MJ/kg[4], nie uwzględniłem produkcji maszyn i innych elementów ani potencjalnego surowca z recyklingu)
• walcowanie blachy (150 MJ/m2 blachy o grubości 0,5 mm[4], nie uwzględniono najprawdopodobniej produkcji narzędzi)
• tłoczenie blachy oraz produkcja narzędzia (2000 MJ/m2 dla blachy o grubości 1,5 mm[5]  – z uwzględnieniem produkcji narzędzi, dla produkcji wielkoseryjnej; wartość została podzielona przez 3 dla blachy 0,5 mm)
• obróbka wykańczająca (ten etap pominąłem ze względu na brak danych).

Znając masę i powierzchnię butelki po paru podstawieniach wyliczyłem, iż 1 butelka metalowa będzie wymagała ok. 35 MJ energii. Czyli ok. 10 razy więcej niż produkcja 1 butelki plastikowej. 

Automat do nalewania kosmetyków, tj. refillingu

Tutaj obliczenia będą stosunkowo proste. Do otrzymania 1 kg aluminium potrzeba ok. 360 MJ/kg [4], z czego podaje się, że można tę energię zredukować o 95% jeżeli surowiec będzie pochodzić z odzysku, czyli zaledwie 18 MJ. Dla uproszczenia założyłem, że ok. 50% ma stanowić recyklat, więc energia dla 1 kg surowca będzie wynosić ok. 190 MJ. Zakładając, że:

• 75% jest wykonana z aluminium i 25% ze szkła (13-20MJ/kg[6,6a]),
• obróbka aluminium stanowi 50% energii potrzebnej do otrzymania czystego aluminium (na podstawie obliczeń dla stali)
• maszyna pracuje 6 dni w tygodniu napełniając każdego dnia 200 butelek przez 10 lat
• daje to dołożenie ok. 0,067 MJ/napełnienie. 

Stanowi to ok. 2% energochłonności butelki plastikowej. Wyliczenia te są obarczone sporym błędem, gdyż nie znam specyfikacji urządzenia.

Praca samego automatu stanowi niewielkie obciążenie dla środowiska – natrafiłem na informacje iż maszyny vendingowe, które nie mają funkcji chłodzenia zużywają ok. 55W[7]. W skali roku są to 1734 MJ, czyli na jedno napełnienie przypada 0,028 MJ energii. Pompa o potrzebnej wydajności będzie zużywać pomijalne ilości energii w tym wypadku (na działce mam pompę o mocy 60W zdolną przepompowywać ok 6m3 na godzinę, podczas gdy tu obciążenie godzinowe wynosi zaledwie 0,36 m3/h, przy czym jest nieco większa lepkość cieczy).

Mycie jako element dodatkowy.

W przypadku gdy będzie wdrażana opcja mycia butelek – założyłem, że transport będzie się odbywał samochodem dostawczym o ładowności 8 palet[8] przy spalaniu na poziomie 12 litrów ropy [9] o gęstości energii 39 MJ/litr. Oznacza to, że kurs o długości 100 km będzie dokładać 0,12 MJ/napełnienie. Obliczenia nie uwzględniają śladu wyprodukowania samego samochodu – będę musiał wyznaczyć poszukać jakiegoś opracowania na ten temat jak to się rozkłada 🙂 

Jeżeli chodzi o samo czyszczenie butelki, natrafiłem na 2 źródła [10,11], z których po uśrednieniu wynika, że mycie będzie dokładało ok. 0,08 MJ/napełnienie. 

Porównanie – butelka metalowa vs. plastikowa. 

Nim przejdę do porównania nadmienię, iż w analizie nie wspomniałem słowem o transporcie produktów w butelkach plastikowych do sklepu. Nie zrobiłem tego z bardzo prostej przyczyny – mają one marginalną masę względem produktu, więc ślad będzie zbliżony jak przy transporcie produktu do automatu rozlewającego. Stąd w porównaniu te wartości pominąłem. 

W przypadku butelki metalowej mamy:

• 35 MJ energii potrzebnej do wyprodukowania 1 butelki ze stali nierdzewnej
• 0,095 MJ/napełnienie związane z produkcją oraz działaniem automatu
• 0,2 MJ/napełnienie związane z myciem i transportem (przy założeniu całkiem sporej odległości)

Z kolei w przypadku butelki plastikowej mamy  2,58 MJ potrzebne do wyprodukowania jednej butelki plastikowej, jeżeli zakładamy 100% jednorazowość, 0,53 MJ w przypadku 100% recyklingu oraz 1,42 MJ w przypadku spalenia.

Porównując powyższe wartości jeżeli:

• założymy wariant bez mycia, to butelka metalowa musiałaby być użyta ok. 15-80 razy żeby mieć taki sam ślad węglowy jak butelka plastikowa w zależności od losu butelki (średnio ok. 40 razy znając realia). Nie uwzględnia to zwiększonego zużycia wody ze strony użytkownika ani energii potrzebnej do podgrzania wody.
• założymy wariant z myciem, to butelka metalowa musiałaby być użyta ok. 15-150 razy (średnio ok. 80 razy znając realia)
• założymy, że ludzie będą wykorzystywali swoje opakowania ponownie, to z każdym napełnieniem będzie zaoszczędzane od 0,43 do 1,2 MJ energii, co przy tej skali

Wnioski końcowe

Czy to dużo? W zasadzie butelki metalowe mogą być wykorzystywane setki lub tysiące razy ze względu na swoją trwałość. Z drugiej strony produkcja butelki ze stali nierdzewnej ma mimo wszystko spory ślad energetyczny, który można by znacząco ograniczyć zmieniając materiał na inny. Jest to temat poddany przeze mnie do dyskusji w zespole, przy którym najprawdopodobniej będę mieć udział 🙂 

Na ten moment twórcy projektu Swapp! nie wiedzą, jakie rozwiązanie ludzie będą wybierać. Umożliwienie korzystania z własnych opakowań będzie miało bardzo znaczący wpływ na środowisko. Automat jest poddawany testom i będzie czynny do końca roku. Dopiero po dłuższym okresie twórcy będą znali wyniki sprzedaży, które być może pokażą, że ludzie wolą korzystać z własnych opakowań niż z proponowanych przez zespół. 

Q&A

Na czym polega projekt Swapp! ?

Jest to projekt wdrożenia automatów do wielokrotnego napełniania butelek ze środkami kosmetycznymi. Twórcy oferują zarówno możliwość nalewania produktów do swoich opakowań jak i dostarczają własne opakowania wykonane ze stali nierdzewnej.

Na jaki etapie jest projekt?

Aktualnie trwa pilotaż w warszawskim Carrefour BIO przy ul. Pełczyńskiego 5,  w której można kupić cztery produkty firmy YOPE. Patronuję projektowi od strony merytorycznej 🙂

Co sądzisz o opakowaniu ze stali nierdzewnej?

W zasadzie każde rozwiązanie wielorazowe jest słuszne, tak długo jak może funkcjonować. Stal ma spory ślad węglowy, ale może być wykorzystywana powtórnie setki czy tysiące razy. 

Jak wygląda kwestia ponownego napełniania? Czy trzeba wypożyczać za każdym razem nowe opakowanie?

Zespół rozważa ponowne wdrożenie usługi mycia celem ułatwienia i zapewnienia odpowiedniej jakości produktu. Na ten moment oczywiście wchodzi w grę samodzielne, lecz z dużym prawdopodobieństwem mycie maszynowe będzie zużywać zdecydowanie mniej wody, energii pewnie też. Czy będzie bardziej ekologiczne – wszystko zależy od odległości, którą musiałyby pokonać butelki.

Ile razy trzeba by użyć butelkę metalową, żeby było lepsza od plastikowej?

Wszystko zależy od tego, jaki los spotka dane opakowanie z plastiku (trafi na wysypisko, zostanie spalone czy zostanie poddane recyklingowi). W zależności od losu i uwzględnienia kwestii mycia, może to być od 15 do 150 nawet razy, średnio spodziewam się ok. 60 razy.

Czy zespół planuje wprowadzenie opakowań ze szkła lub innych materiałów?

Na ten moment podczas pilotażu są dostępne butelki szklane, zespół również rozważa inne materiały, które cechowałyby się niższym obciążeniem dla środowiska (możliwe, że będę mieć tutaj coś pozytywnego do zrobienia 😉 ). Tak naprawdę tak długo jak opakowanie jest wielorazowe, wtedy kluczowym kryterium jest jego “niezniszczalność” oraz właśnie obciążenie do środowiska.

Co sądzisz o samym projekcie? Czy tego działania mają sens?

Jak najbardziej, redukcja zbędnych opakowań jednorazowych, niezależnie od tego czy są z metalu, szkła, papieru czy plastiku jest jak najbardziej słuszna 🙂

Literatura

• [1] S. Kim and J. Park, “Comparative life cycle assessment of multiple liquid laundry detergent packaging formats,” Sustain., vol. 12, no. 11, 2020, doi: 10.3390/su12114669.
• [2] CRADLE-TO-GATE LIFE CYCLE INVENTORY OF NINE PLASTIC RESINS AND FOUR POLYURETHANE PRECURSORS,FRANKLIN ASSOCIATES, A DIVISION OF EASTERN RESEARCH GROUP, INC.  dla PLASTICS DIVISION OF THE AMERICAN CHEMISTRY COUNCIL (ACC), Prairie Village, Kansas, August, 2011
• [3] Evaluation of pyrolysis with LCA –3 case studies, July 2020, Sphera Solutions GmbH dla BASF SE
• [4] Supporting presentation for lecturers of Architecture/Civil Engineering, Chapter11 Sustainability of Stainless Steels, ze strony Inetrnationa Molybdenium Association
• [5] Cooper, Daniel R., Rossie, Kathleen E., Gutowski, Timothy G., The energy requirements and environmental impacts of sheet metal forming: an analysis of five forming processes.Journal of Materials Processing Technology, http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.01.010
• [6] The carbon impact of bottling Australian wine in the UK:
• PET and glass bottles,
• [6a] I. Boustead, G.F. Hancock,Energy and materials required to produce glass containers in the U.K.,Resources and Conservation, Volume 6, Issue 2,1981,Pages 85-99,ISSN 0166-3097,https://doi.org/10.1016/0166-3097(81)90061-4.
• [7] Kiran K. Harnanan & Lillian Zaremba (2015) Measurement and Analysis of Energy-saving Devices for Vending Machines at a University, Energy Engineering, 112:1, 7-27
• [8] https://www.gardo-transport.pl/nasze-pojazdy.php
• [9] https://samochody.mojeauto.pl/renault/spalanie/renault_maxity.html
• [10] https://www.appropedia.org/Bottle_washing_analysis
• [11]Boustead, I. (1974). RESOURCE IMPLICATIONS WITH PARTICULAR REFERENCE TO ENERGY REQUIREMENTS FOR GLASS AND PLASTICS MILK BOTTLES. International Journal of Dairy Technology, 27(3), 159–165. doi:10.1111/j.1471-0307.1974.tb01694.x