Uwolnić Planetę od plastiku! Innowacje w gospodarce obiegu zamkniętego.

W trakcie zakończonych obrad konferencji ONZ w sprawie zmian klimatu COP26 pod hasłem przewodnim radykalnej zmiany systemów postulowano wykorzystanie innowacji systemowych jako narzędzia, które będzie katalizatorem zmian regionów, branż czy łańcuchów wartości.

Wspomniane innowacje systemowe mają opierać się na zupełnie nowym modelu innowacji, uwzględniającym wieloaspektowość i  niepewność skutków postępującego wykładniczo tempa zmian klimatu a także potrzebę dostarczania zintegrowanych rozwiązań, które mogą być testowane i wdrażane w zróżnicowanym środowisku.

Czy receptą na postępujące zmiany klimatu, mogącą urzeczywistnić  osiągnięcie zakładanego celu ocieplenia klimatu na poziomie nie wyższym niż 1,5 stopnia C, okażą się innowacje systemowe? A może problem leży w ich wdrażaniu, zmianie nawyków czy wreszcie kosztów?

Tworzywa sztuczne

Tworzywa sztuczne potocznie określane jako „plastik” składają się przede wszystkim z polimerów- długich łańcuchów cząsteczek organicznych. Potrzeba wynalezienia plastiku podyktowana była koniecznością zastąpienia drogich i często niedostępnych materiałów naturalnych takich jak między innymi kość słoniowa czy porcelana, czymś, co byłoby tanie, trwałe i co umożliwiałoby  formowanie różnych kształtów.

Era plastiku faktycznie rozwijała się jak na dzisiejsze standardy stosunkowo wolno. Dopiero po 17 latach od wynalezionego ok 1870 r. pierwszego tworzywa sztucznego- celuloidu, belgijski chemik Leo Baekeland zsyntezował bakelit. Natomiast  dopiero po 10 kolejnych latach niemiecki badacz prof. Hermann Staudinger- poznał molekularne zasady budowy tych materiałów stwierdzając, że są to polimery, które występują w naturze (np. kauczuk) i można je otrzymać na drodze syntezy chemicznej.

Oczywiście współcześnie postęp w dziedzinie wynalazków jest zdecydowanie szybszy. Czy jednak tempo rozwoju określane mianem „innovation as usual” (standardowy proces powstawania wynalazków) jest już niewystarczające i wymagane jest stawianie ambitniejszych celów także w tym obszarze?

Opublikowany niedawno raport Europejskiego Urzędu Patentowego (EPO) pt.: ”Patents for tomorrow’s plastics” daje podstawy sądzić, że przynajmniej jeśli chodzi o wynalazki dot. zagospodarowania odpadów i alternatyw dla plastiku, jesteśmy wystarczająco ambitni i mamy pomysły.

Raport EPO obejmuje badanie trendów w patentowaniu rozwiązań z dziedzin dotyczących recyklingu tworzyw sztucznych i „nowych ekologicznych plastików” na przestrzeni ostatnich dwóch dekad. Twórcy raportu analizowali  dane dotyczące rodzin patentowych- międzynarodowych zgłoszeń wynalazków według dziedziny techniki i ich pochodzenia geograficznego (kraj pochodzenia Twórcy). Uznano, że zliczanie tylko zgłoszeń międzynarodowych (IPF) może być obiektywnym kryterium, gdyż już sam fakt dokonania takiego zgłoszenia jest pośrednio dowodem przekonania Twórcy o wartości wynalazku, skoro zdecydował się ubiegać o ochronę typu międzynarodowego[1].

Recykling

Pierwsze wynalazki z zakresu recyklingu tworzyw sztucznych pojawiały się już w latach 80-tych. Początkowo proponowane technologie dotyczyły chemicznych metod przetwarzania surowców sztucznych polegających na uzyskaniu mieszaniny polimerów na drodze krakingu albo pirolizy i ich ponownego przetworzenia. Z uwagi na energochłonność tych  procesów szczytowy okres dla rozwoju tego typu innowacji przypadał na lata 2006-2014r.

Tradycyjny recykling chemiczny ewoluował do metod biologicznych, gdzie rozkład polimerów na kompost prowadzi się przy wykorzystaniu mikroorganizmów. Ta metoda ma jednak swoje ograniczenia, bowiem wymaga dokładnego sortowania odpadów. I tu z pomocą przychodzi sztuczna inteligencja (AI), umożliwiająca rozpoznawanie optyczne i właściwe sortowanie różnych gatunków tworzyw sztucznych.

Analizując dane liczbowe za lata 2010-2019, liderami wynalazczości w dziedzinie recyklingu są kraje europejskie i Stany Zjednoczone (każde po 29% udziału IPF względem wszystkich IPF z tego obszaru).W Europe wynalazki tego rodzaju  tworzone są głównie przez ośrodki naukowe, podczas gdy w USA – najczęściej  przez młode firmy typu start-up czy scale-up. Wyniki sugerują, że aktywna w badaniach podstawowych Europa napotyka bariery we wdrażaniu innowacji na skalę przemysłową zaś motorem napędowym innowacji w krajach wysoko rozwiniętych technologicznie, jak USA czy Japonia, jest przemysł.

Pytanie zatem czy europejski rozwój innowacji systemowych wymagać będzie zupełnie innego podejścia do zagadnienia współpracy na linii nauka-przemysł?

W mojej ocenie wydaje się, że jest to wręcz konieczne. Potrzebne są głębokie zmiany w wymiarach społecznym i technicznym. Dla zaplecza naukowego z jednej strony powinno być opłacalnym tworzenie innowacji, które z drugiej strony , już jako przemysł (start-upy, firmy) będą mogły wdrażać, także premiowane za taką współpracę.

Biotworzywa

Tradycyjne technologie tworzyw sztucznych jako źródło surowca wykorzystują surowce ropopochodne. Kurczące się zasoby paliw kopalnych oraz potrzeba ograniczania emisji CO2 stworzyły potrzebę do opracowywania materiałów, gdzie surowcem są alternatywne źródła polimerów.  Podobnie jak w przypadku recyklingu, już pod koniec lat 80-tych pojawiły się pierwsze innowacje w zakresie tworzyw sztucznych produkowanych w oparciu o surowce pochodzenia biologicznego.

Statystyki IPF dla wynalazków z dziedziny biotworzyw pokazują, że na przestrzeni ostatniego 10-lecia znacząco wzrosła liczba rozwiązań z obszaru modyfikowanych chemicznie polimerów naturalnych. Tego typu wynalazki nadal nie spełniają wszystkich oczekiwań w zakresie trwałości czy możliwości wykorzystania jako materiał opakowaniowy do np. płynów. Stąd nie dziwi fakt, że to właśnie prace nad wynalazkami z obszaru ekotworzyw (plastiki drop-in, tj. Bio-PE, Bio-PET) rozwijają się szczególnie dynamicznie, co ilustrują statystyki zgłoszeń patentowych. Choć takie materiały nadal nie są w 100% biodegradowalne, to jednak pozwalają na zmniejszenie zużycia surowców nieodnawialnych i tym samym przyczyniają się do redukcji emisji CO2.

Okazuje się, że branżami z najwyższym wskaźnikiem wykorzystania innowacji  z obszaru biotworzyw są opieka zdrowotnaoraz przemysł kosmetyczny i chemii gospodarczej.

W okresie 2010-2019 spośród wynalazków dotyczących biotworzyw branża kosmetyków i detergentów dokonała 5964 międzynarodowe zgłoszenia wynalazków w tym obszarze. Warto także odnotować, że rozwiązania wykorzystujące biotworzywa cieszą się coraz większym uznaniem także w dziedzinie rolnictwa, gdzie porównując liczbę opublikowanych zgłoszeń z zakresu biotworzyw, w 2019 roku było ich 2,5 razy więcej niż w 2010 roku, choć ilościowo tego rodzaju zgłoszeń było „zaledwie” 400.

Dane przedstawione w Raporcie EPO ujęto także przez pryzmat stosunku liczby IPF w alternatywnych tworzywach sztucznych do liczby IPF związanych z konwencjonalnymi tworzywami sztucznymi w tym samym sektorze. Współczynnik penetracji, który można też zdefiniować jako stopień wypierania rozwiązań opartych o tradycyjne polimery syntetyczne na rzecz biopolimerów, osiągnął w ostatniej dekadzie największą dynamikę w sektorze kosmetyków i detergentów (32%), podczas gdy w sektorze ochrony zdrowia współczynnik ten jest blisko połowę niższy (18%) przy imponującej liczbie zgłoszeń (19292 IPF).  W sektorze rolniczym współczynnik ten wyniósł 10%, czyli nieco więcej niż w sektorze tekstylnym, który osiągnął 9%. [dane wykres E.4 z Raportu EPO]

[1] Ochrona typu międzynarodowego nie oznacza, że uzyskuje się „światowy patent”. Zgłoszenie międzynarodowe jest typem procedury, gdzie przed jednym urzędem patentowym (WIPO) można przeprowadzić wstępne poszukiwania stanu techniki i ewentualnie wstępne badanie wynalazku. W celu uzyskania ochrony wynalazku należy w kolejnym etapie procedury dokonać tzw. wejścia w fazy krajowe/fazy regionalne, gdzie poszczególne urzędy patentowe rozpatrują wynalazek i decydują czy i w jakim zakresie ochrona będzie udzielona.

Podsumowanie

Analizując treść raportu EPO można wywnioskować, że chociażby w zakresie walki ze skutkami ocieplenia klimatu poprzez ograniczenie emisji CO2 i wykorzystania paliw kopalnych w dziedzinie tworzyw sztucznych nie jesteśmy „bezzębni”. Mamy imponujące zaplecze innowacji do wykorzystania.

Wydaje się, że kierunek rozwoju innowacji systemowych powinien być skoncentrowany w równym stopniu na zmianie regulacji prawnych jak i na zmianie upodobań konsumentów, co w efekcie wymusi przyśpieszenie wdrażania wynalazków oraz prace nad poszukiwaniem nowych rozwiązań.

Przykładem takiego działania może być w mojej ocenie przyjęta 13 września 2018 r. rezolucja Parlamentu Europejskiego w sprawie ograniczenia odpadów z tworzyw sztucznych. Na przestrzeni dość krótkiego czasu nastąpił wzrost świadomości społecznej o szkodliwym wpływie tradycyjnych plastików na środowisko, z drugiej strony regulacje prawne wymusiły zastąpienie produktów jednorazowego użytku (np. sztućce, talerze, słomki, mieszadełka do napojów, patyczki kosmetyczne) ich ekologicznymi odpowiednikami, co też przyczyniło się do potrzeby szybszego wdrażania eko- plastików.

Z dostępnych w raporcie EPO danych wynika, że ambitne cele klimatyczne można realizować przez innowacje systemowe. Analizując wskaźniki ujawnionej przewagi technologicznej (RTA) w różnych krajach, można zaobserwować, że tam, gdzie zasady gospodarki obiegu zamkniętego wprowadza się w systemowy sposób (Europa, USA) stają się one liderami nowoczesnych technologii [patrz wykres E.1 z Raportu EPO].

Zmierzono wskaźnik ujawnionej przewagi technologicznej (RTA), który jest zdefiniowany jako stosunek udziału kraju w IPF w określonej dziedzinie technologii  do IPF we wszystkich dziedzinach technologii. Gdy RTA jest powyżej 1, oznacza to specjalizację kraju w danej technologii.

Z danych wynika, że w dziedzinach recyklingu plastiku i biotworzyw liderami światowymi są Europa i USA, podczas, gdy wskaźniki IPF dla Chin są ok. 6 krotnie niższe.

Ocieplanie klimatu i degradacja środowiska naturalnego to jedne z najbardziej palących, globalnych problemów. Poszukiwanie ich rozwiązania poprzez rozwój i wdrażanie innowacji systemowych to obecnie największe wyzwanie dla świata nauki, biznesu i polityki, oraz konsumentów.

Źródło: Raport EPO

Autor: Iwona Płodzich-Hennig