近日，华南师范大学环境学院应光国教授团队在《Science of The Total Environmental》发表了题为“Plastic Pollution from Takeaway Food Industry in China”的论文（doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166933）。该研究分析了中国外卖行业塑料包装的历史、现在和未来使用量，评估了这些塑料带来的邻苯二甲酸酯类增塑剂（PAE）污染，以及外卖塑料全生命周期产生的温室气体（GHGs）的排放量；并且基于不同情景模式的模型，探讨了未来外卖行业塑料使用带来的塑料污染和碳排放量的变化。该研究为我国外卖行业塑料使用和环境污染的定量评价提供了基础数据；在国家限塑减碳政策背景下，有助于外卖食品行业制定完善的污染治理和碳减排政策。
研究亮点
•评估了中国外卖食品塑料包装的当前使用情况和未来趋势。
•从2010年到2020年，全国外卖塑料污染增加了30倍。
•我国外卖塑料的污染分布呈现出明显的“双线”模式。
•基于社会经济因素模型预测了我国未来外卖塑料的使用量。
•外卖行业使用塑料循环或可生物降解塑料对碳减排的贡献有限。
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中国外卖食品行业发展迅速，对塑料包装带来了前所未有的需求，这导致了严重的塑料污染，邻苯二甲酸酯类增塑剂（PAEs）和温室气体（GHGs）的排放增加。本研究评估了中国外卖食品包装塑料使用的现状和未来情况，并分析了不同情景下这些塑料带来的PAE和GHG排放 （图1）。从2010年到2020年，塑料的使用量从2.92吨增长到101×104吨，带来了112-3845公斤PAE和43.6-1438公斤CO2e GHG排放。它们的分布呈现出明显的“双线”模式：较高的特征主要位于京广和京沪铁路。在2021年至2060年的塑料使用预测中，社会经济因素模型的表现要好于增长率模型。据预测，2060年将消耗4060万吨塑料，并将带来155吨PAE和3700万吨CO2e GHGs。届时，温室气体减排可以从可生物降解塑料的替代或塑料循环的结束中受益119-4.80 Mt CO2e GHGs，但不能显著促进国家碳中和，除非使用与2ºC全球温度变化相关的循环经济方法。我们的研究提高了对塑料污染产生的PAE和GHG排放的理解，并深入了解了外卖食品行业塑料管理的长期动态。
图1 图文摘要
引言
随着互联网经济的发展，在线外卖业务在中国和世界各地迅速增长。如今，中国拥有世界上最大的外卖市场，其规模超过了中国餐饮业的四分之一。随着外卖业务的蓬勃发展，外卖食品塑料包装的使用量正在增加，并已成为全球塑料包装市场领域中增长最大的行业之一。然而，包装行业是产生废塑料并将其释放到环境中的主要来源。在中国，外卖食品塑料包装与生活垃圾一起处理，2020年的平均回收率为23.3%。这些塑料垃圾最终会以宏观、微观和纳米塑料的形式进入环境，并最终进入全球循环。由于其极低的降解率，废塑料将越来越多地积累在环境中，并带来无可争议的环境影响，如土壤肥力的丧失、食物链等的污染。同时，人们也越来越担心塑料使用过程中浸出的化学危害。邻苯二甲酸酯（邻苯二甲酸酯；PAEs）是包装产品中用作增塑剂的最关键添加剂，由于PAE通常以物理方式而非化学方式掺入塑料制品中，再加上外卖食品中高温汤和食用油的特殊条件，它们很容易从塑料容器中释放到食品中。最近的研究表明，人类接触或摄入PAEs会对其繁殖、发育和免疫力产生不利影响。塑料对全球温室气体排放的不可忽视的贡献也是塑料的隐性危机，塑料来源于化石燃料，在其生命周期阶段会释放温室气体排放，据估计，2015年生产的塑料温室气体排放量占全球总量的3.8%，预计到2050年将达到全球碳预算的15%。至于塑料包装，目前还没有一份关于其温室气体排放总量的报告，而塑料包装废物焚烧产生的温室气体净排放量可能占全球总量的38.6%。因此，塑料包装在其整个生命周期中产生的温室气体排放量也将相当可观。随着外卖食品行业的持续增长，塑料的使用及其产生的PAE和GHG排放将对全球循环产生重大影响，迫切需要进行定量评估。因此，有必要全面评估中国外卖食品行业塑料的现状和未来发展。
图文导读
1. 中国外卖塑料包装的使用量
在过去的十年里，中国的外卖行业经历了快速增长。外卖订单数量已从2010年的每千人不到2单增加到2020年的121单。与此同时，从2010年到2020年，其市场规模增长了93倍，占全球外卖市场的14.5%（640亿美元）。相应地，塑料在外卖包装中的使用也显示出相当大的增长。中国的外卖塑料包装已从2010年的2.92万吨增加到2015年的10.9万吨，年增长率最高值为177%。与此同时，外卖塑料占全国塑料产量（7561万吨）的0.13%，约占全球塑料包装的0.07%。到2020年，增长率放缓至6.78%，塑料使用量（101万吨）占全国塑料产量（7603万吨）的1.33%，占中国食品塑料包装的14.7%。各地的塑料消费总量差异很大，呈现出明显的“双线”分布特征，其中较高的特征主要位于京广和京沪铁路，除了四川（“食品之都”）和浙江（“经济大省”）（图2）。这两条铁路线都是贯穿中国南北的最重要的铁路通道，也是中国铁路运输最繁忙的主要干线。这一结果表明我国外卖行业受到交通运输的直接影响。
图 2 我国外卖塑料包装的使用量分布（2020年）
2. 外卖塑料包装中PAEs的排放量
采集和分析了200余份外卖产品，在塑料包装中检测到16种PAE，其中DEHP、DIBP、DPhP、DBP和DEP是PAE的主要物质类型，占PAE总量的90%以上。总PAEs浓度的平均值在塑料盒中为3.40 µg/g，在塑料袋中为8.15 µg/g。按照每单外卖使用两个塑料盒一个塑料袋包装核算，每单外卖中PAE的含量平均为249 µg。与每日增塑剂摄入标准（1.5毫克/天，世界卫生组织）相比，单份外卖带来的PAEs健康风险非常低。作为增塑剂，近十年来，中国外卖食品行业的PAE总量在112-3845公斤之间，不足其他塑料包装行业的1%。PAEs容易从塑料包装中释放出，因此，所有的使用量也潜在的排放量。在2015-2020年期间，每个省份的PAE排放量在5-6年内增加了6-10倍，无论是所有PAE的总和还是单个PAE。在区域差异的背景下，各省份的PAEs排放差异更大，其中，广东省PAE排放量最大，为403公斤，是排放最小省份西藏的70倍。与外卖塑料使用量的分布类似，PAE排放量较高的省份都分布在京广和京沪铁路上。
图 3 我国外卖塑料包装PAEs的排放量（2020年）
3. 外卖塑料包装的全生命周期GHGs排放量
基于全球GHG-energy模型，并以我国各年度能源结构为基础，构建了我国塑料包装全生命周期的GHGs排放量模型。结果显示，中国一份外卖塑料的温室气体排放量从2010年的97.4 g CO2e GHGs下降到2015年的88.8 g CO2e GHGs，然后在2020年增加到93.1 g CO2e GHGs。在2020年，当一名在线外卖用户每周点三次食物（这是问卷调查中获得的最常见的点餐频率）时，该用户一年将贡献14.5 kg CO2e GHGs，占2020年中国人均二氧化碳排放量（8.12吨）的0.18%。2010-2014年期间，温室气体排放保持相对稳定，年均增长率为6.01%。自2015年以来，这些塑料产生的温室气体排放量从14.8万吨增加到2020年的14.38万吨，年增长率为80.0%。在塑料包装的整个生命周期内，生产阶段产生的平均排放量为58.5%，其次是转化阶段，平均排放率为29.0%。至于处置阶段，由于近年来废物焚烧处理比例的增加，GHGs排放量在8.11-19.0%（平均12.6%）的范围内。然而，尽管在过去十年中，这种塑料处理模式在中国产生的温室气体排放量增加了约417 kt CO2e，但与传统的化石燃料发电相比，废物焚烧发电可以减少每吨202-283 kg CO2e排放量，还可以有效解决垃圾填埋的环境问题。因此，需要设定塑料包装废弃物处理的最佳比例，以实现低GHGs排放，避免环境污染。2015-2020年期间，中国各省外卖食品塑料包装产生的GHGs排放量差异很大。江苏（2015-2018）和广东（2019-2020）的温室气体排放量最高，而西藏始终最低。与包装塑料类似，GHGs排放分布也呈“双线”格局，两条铁路沿线省份的温室气体排放量占全国总排放量的近60%。同时，它也与我国的人口密度的分布特征相接近。
图 4 我国外卖塑料包装的生命周期GHGs排放量（2020年）
4. 外卖行业塑料污染的未来预测
本研究开发了两种类型的外卖塑料包装的使用量预测模型：基于社会经济影响因素的模型和基于增长率的模型。在因子模型中（SSP2_Factors），通过相关性分析确定了以GDP、人口、手机用户数量和城市化率四个社会经济因素，利用历史数据（2010-2020）基于Python软件建立和验证了模型。2021-2060年的模拟基于全球第二个共享社会经济路径（SSP2）情景。对于增长率模型（MC_Growth），在2010-2020年的增长率基础上，利用MATLAB软件基于蒙特卡洛方法构建。假设所有中国人一天点四次（早餐、午餐、晚餐、下午茶或夜宵）被视为外卖订单的阈值 （Threshold）。塑料的生产和使用过程的情景设定后，在不同废弃塑料处置模式下假设下（Eof阶段），模拟了未来外卖行业的塑料使用量水平。在SSP2_Factors 情景下，塑料使用量的年增长率在早期阶段会明显加快（2030年前≥14%），但在后期阶段（2050-2060年）会逐渐放缓至3%左右。预计到2030年和2060年，中国的外卖食品包装将消耗758万和4060万塑料，可能是2020年的7.5倍和40倍。这种增长趋势将使中国外卖食品行业逐渐成为全球塑料消费的重要组成部分。在Eof阶段，到2060年，这些用过的塑料最终将通过垃圾填埋、焚烧和其他方式进行处理，其比例分别为0.01%、75.0%和25.0%。在SSP2_Factors_Eof_Cycle情景下，预计将有2600万吨塑料可被回收。而在MC_Growth模型下，到2051年，预测结果即超过外卖订单的可能增长限制，届时外卖食品包装的塑料消费量将达到1.22亿吨。因此，SSP2_Factors模型的中长期发展模式更接近中国外卖行业的未来发展。
图 5 2010-2060年中国外卖行业塑料包装的使用量及其增长阈值
根据2021年至2060年的塑料使用情况，预计未来十年PAE的排放增长率将超过14%，到 2060年排放量将达到155吨，比2020年增加了40倍之多。然而，和2021年中国的PAE总产量426万吨相比，外卖食品包装中的PAE排放相对较低。未来GHGs排放与环境保护政策密切相关，如图6所示。根据SSP2_Factors的基本模型，到2060年，这些预测塑料的GHGs排放量可能达到37 Mt CO2e。届时，根据SSP2_Factors_Cycle预测，GHGs排放量可减少1.19 Mt CO2e。然而，回收过程本身可产生425 Mt CO2e，这是一个相对耗能的过程，因此塑料循环回收利用并没有显著减少塑料的GHGs排放，但在废塑料资源的利用中发挥了作用。如果可生物降解塑料取代普通塑料包装，SSP2_Factors_Biodeg情景显示，到2060年，全国温室气体排放量将降至32.20 Mt CO2e。这些结果表明，未来在塑料循环使用或可生物降解塑料替代的处置条件下，塑料行业的最终能源投入并没有大幅减少，因此GHGs的排放量减少比较有限。相比之下，SSP2_2º情景描述了能源结构的调整以适应2ºC的全球温度变化，GHGs排放量显示出显著变化，表现为到2035年，外卖塑料的GHGs排放量将达到15 Mt CO2e的峰值，并于2053年降至负值，且到2060年，352 Mt CO2e GHGs可用于中和中国其他行业的碳排放量。
图6 2010-2060年不同情景下中国外卖食品塑料包装的GHG排放量
结论和意义
本文对2010-2060年中国外卖行业的塑料使用情况进行了定量评估，并从排放角度系统分析了这些塑料带来的PAE和GHGs污染。基于SSP2的社会经济因素模型适用于中国外卖行业的未来趋势预测。结果显示，2010年至2020年，中国消费了2.92至101 万吨塑料，带来了112-3845 kg PAE和43.6-1438 kt CO2e GHG。在中国的所有省份中，污染程度较高的地区大多位于京广和京沪铁路。2060年，外卖行业预计将使用40.60 Mt塑料，它们将带来155吨PAE和37 Mt CO2e GHG。届时，塑料循环使用和可生物降解塑料替代方式使得外卖行业减少1.19万和4.8 Mt CO2e GHG。如果实现能源结构调整以适应全球2ºC的温度变化，到2035年，外卖食品塑料包装的温室气体排放将达到峰值，到2060年将降至-3.52 Mt CO2e。这些结果评估了外卖食品行业塑料使用的短期和长期环境影响，可以为制定完善的中国塑料污染环境管理政策提供有用信息。
全文链接
Zhang, Q. Q.; Lan, M. Y.; Li, H. R.; Qiu, S. Q.; Guo, Z.; Liu, Y. S.; Zhao, J. L.; Ying, G. G., Plastic pollution from takeaway food industry in China. Sci Total Environ 2023, 904, 166933. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166933.