Die versteckten wirtschaftlichen und ökologischen Kosten der Beseitigung von Bordsteinen

Nachhaltigkeit in der Natur (2023)Zitieren Sie diesen Artikel

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Kommunalverwaltungen sorgen dafür, dass die Haushalte regelmäßig Müll und Wertstoffe abholen, und diese Recyclingprogramme stellen für den Alltagsbürger die sichtbarste Gelegenheit dar, sich an nachhaltigen Praktiken zu beteiligen. Angesichts beispielloser Herausforderungen und unter Berufung auf die Kosten als Haupttreiber schrumpfen viele US-Gemeinden oder eliminieren das Recycling am Straßenrand. Hier zeigen wir, dass, als die Märkte für Recyclingrohstoffe im Jahr 2011 am lukrativsten waren, die Nettorecyclingkosten in den USA nur 3 US-Dollar pro Haushalt und Jahr betrugen, und als die Märkte ein Minimum erreichten (im Zeitraum 2018–2020), lagen die jährlichen Kosten für Recyclingprogramme im Bereich der USA 34 bis 42 US-Dollar pro Haushalt. Diese Investition kompensiert die Treibhausgasemissionen von nicht recyceltem Hausmüll, der auf Mülldeponien vergraben wird. Wenn lokale Regierungen Recyclingprogramme so umstrukturieren, dass sie auf hochwertigere und kohlenstoffintensivere Materialien abzielen, kann sich Recycling amortisieren und die Treibhausgasemissionen reduzieren. Unsere Analyse zeigt, dass das Recycling am Straßenrand den Gemeinden eine Kapitalrendite bietet, die der von Klimaschutzstrategien wie dem freiwilligen Kauf von Ökostrom und der Umstellung auf Elektrofahrzeuge ähnelt oder sogar noch besser ist. Durch die Eliminierung des Recyclings wird eine der einfachsten Möglichkeiten für Gemeinden und Bürger verschwendet, den Klimawandel abzumildern und den Bedarf an natürlichen Ressourcen zu verringern.

Die vielleicht sichtbarste Möglichkeit, die Kommunalverwaltungen ihren Bürgern bieten, sich für ökologisch nachhaltiges Verhalten zu engagieren, ist die Teilnahme an einem Recyclingprogramm1,2,3,4. Die Bewohner trennen recycelbare Produkte und Verpackungen von anderen Abfällen und legen sie zur Sammlung und zum Transport zu einer Materialrückgewinnungsanlage (MRF) in verschiedene Behälter. Am MRF werden mithilfe mechanischer Geräte und manueller Sortierung Zielmaterialien für die Vermarktung als Sekundärrohstoffe für neue Produkte extrahiert. In den letzten Jahren sahen sich Kommunalverwaltungen, die in den Vereinigten Staaten Wohnrecycling anbieten, mit Herausforderungen konfrontiert, die es seit ihrer Gründung in den 1980er und 1990er Jahren nicht mehr gegeben hat5,6, und viele bewerten den Nutzen der Bereitstellung von Recyclingdiensten neu. Materialien, die traditionell in den Recyclingbehälter oder -wagen am Straßenrand geworfen wurden, wie Glas und gemischte Kunststoffe, werden zunehmend nicht mehr akzeptiert, und einige Gemeinden haben die Recyclingsammlung in Wohngebieten ganz eingestellt7. Diese Maßnahmen reagieren auf mehrere Faktoren, darunter Einschränkungen auf internationalen Recyclingmärkten8,9,10, Kontaminationen im Recyclingstrom11,12 und Herausforderungen durch die COVID-19-Pandemie13,14, aber der entscheidende Faktor waren die Kosten. Eine häufige Behauptung von Regierungsbeamten ist, dass Recycling zu kostspielig sei, verglichen mit der bloßen Sammlung von Müll zur Entsorgung. Es ist von entscheidender Bedeutung zu beurteilen, wie viel teurer Recycling tatsächlich ist und ob der Wiederverkaufswert von Recyclingmaterialien in der Vergangenheit zu irgendeinem Zeitpunkt so lukrativ war, dass sich ein Recyclingprogramm amortisiert hat.

Die schwierigen Zeiten, die die Recyclingindustrie erlebt, gehen mit einer größeren allgemeinen Anerkennung der Beziehung zwischen unserem Abfall und der globalen Umwelt einher. Die Auswirkungen des Klimawandels werden von Jahr zu Jahr deutlicher sichtbar, und die gezielte Verbesserung der Abfallbewirtschaftung ist zu einer bevorzugten Minderungsstrategie geworden15,16,17,18, da der Abfallsektor leichter durch staatliche Maßnahmen beeinflusst werden kann und weil Recycling die vorgelagerten CO2-Emissionen reduziert, die vermieden werden Materialgewinnung und -verbrauch19,20,21. Bilder von mit Plastik übersäten Küsten, Inseln aus Meeresplastik und in Plastik verwickelten Wildtieren22,23 haben jedoch mehr als alles andere dazu beigetragen, das öffentliche Bewusstsein für Abfallströme zu schärfen. Das anspruchsvolle Recyclingunternehmen und die wichtige Beziehung zwischen Abfall und unserer Umwelt erfordern eine sorgfältige Prüfung der tatsächlichen Kosten und Vorteile der aktuellen Abfallsammel- und -entsorgungspraktiken, insbesondere der potenziellen Umweltvorteile des Recyclings. Die Rolle, die das Recycling von Wohngebäuden bei der Eindämmung des Klimawandels spielt, wird oft übersehen und in zahlreichen Klimapolitik- und Verbrauchsstudien nicht berücksichtigt (Ref. 24, 25, 26, 27), doch Belege aus Lebenszyklusanalysen (LCA) der Abfallwirtschaft belegen Recycling können große Mengen an Treibhausgasemissionen (THG) vermieden und der Bedarf an neuen natürlichen Ressourcen verringert werden19,28,29. Da die globale Politik weiterhin auf nachhaltigen Konsum und nachhaltige Produktion abzielt (z. B. Ziel 12 für nachhaltige Entwicklung, erweiterte Herstellerverantwortung, Kreislaufwirtschaft), wird die Priorisierung des Recyclings auf Haushaltsebene zu einer entscheidenden Strategie.

Hier entwickeln wir ein Modell zur Simulation der Massenströme, Kosten und Treibhausgasemissionen, die mit der Abfallentsorgung eines typischen US-Haushalts verbunden sind. Wir konzentrieren uns auf die Haushaltsebene, da dies der Teil des Abfallstroms ist, für den die lokalen Regierungen verantwortlich sind. Das Modell wurde anstelle verfügbarer umweltbezogener erweiterter Input-Output-/multiregionaler Input-Output-Modelle entwickelt, da es kein einziges bestehendes Modell gibt, das sich auf die wirtschaftlichen Ströme des Abfallmanagementsystems eines US-Haushalts konzentriert und gleichzeitig die damit verbundenen LCA-basierten Treibhausgase kombiniert Emissionen. In vielen Teilen der Vereinigten Staaten und auf der ganzen Welt sind die belastbaren Daten, die erforderlich sind, um die miteinander verbundenen Produktströme, Umweltfußabdrücke und Wirtschaftsindikatoren für den Abfallwirtschaftssektor abzubilden, begrenzt. Daher verwenden wir einen Modellierungsrahmen, um Folgendes abzuschätzen: (1) die Massenströme für die getrennte Sammlung von Müll und Wertstoffen, die Verarbeitung von Wertstoffen in einer Sortieranlage, den Verkauf von zurückgewonnenen Wertstoffen zur Wiederaufbereitung, die Entsorgung von Reststoffen aus der Sortieranlage und die Entsorgung aus Müll; (2) die monatlichen Haushaltskosten der Abfallentsorgung für sieben US-Regionen für eine Zeitreihe von April 2005 bis Juni 2021; (3) der entsprechende jährliche Treibhausgasemissions-Fußabdruck im Zusammenhang mit der Haushaltsabfallbewirtschaftung und (4) die Auswirkungen auf Masse, Kosten und Treibhausgasemissionen, als das Modell mit hypothetischen Änderungen am Recyclingprogramm eingeführt wurde. Zur Veranschaulichung vergleichen wir unsere Ergebnisse mit der Kapitalrendite zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen, die sich aus anderen nachhaltigen Praktiken ergibt, nämlich dem Kauf von Ökostrom zu einem höheren Preis und dem Umstieg von Benzin- auf Hybrid- oder Elektrofahrzeuge. Abschließend untersuchen wir, wie das Recyclingsystem einer Gemeinde angepasst werden kann, um kosteneffizienter zu werden und gleichzeitig die gewünschten Erhaltungsergebnisse beizubehalten.

Inwieweit ein Recyclingprogramm einen wirtschaftlichen Aufschwung oder Abschwung bewirkt, hängt von den vorherrschenden Marktwerten der zurückgewonnenen Rohstoffe ab. Wie bei jedem gehandelten Rohstoff schwanken die Marktwerte für zurückgewonnene Wertstoffe je nach Wirtschaftslage, Produktnachfrage sowie Preis und Verfügbarkeit konkurrierender Ressourcen30,31. Die Vereinigten Staaten und ein Großteil der entwickelten Welt verließen sich in der Vergangenheit auf andere Nationen als Verbraucher recycelter Rohstoffe, und jüngste politische Änderungen in den Empfängerländern haben zu dramatischen Störungen der Märkte und einem Rückgang der Rohstoffwerte geführt32,33. Die Einnahmen aus dem Verkauf der zurückgewonnenen Rohstoffe stellen nur einen Kostenfaktor eines Recyclingprogramms dar, da auch Investitionen in separate Sammelbehälter, spezielle Sammelfahrzeuge und die Verarbeitung im MRF erforderlich sind. Wir quantifizieren die Kosten und Treibhausgasemissionen (für einen US-Haushalt; HH) eines allgemeinen Müll- und Recyclingsystems für Privathaushalte mithilfe eines Modellierungsrahmens, der sich ändernde Abfallrohstoffpreise über 15 Jahre (von April 2005 bis Juni 2021) bewertet (Methoden).

Wir haben die Nettosystemkosten von zwei Abfallsammelszenarien modelliert: eines, bei dem alles, was auf den Straßenrand (eines Haushalts) gelangt, als Müll entsorgt wird, und eines, bei dem 20 % dieses Abfalls separat zum Recycling gesammelt werden; Die durchschnittliche Recyclingquote für Einfamilienhaushalte liegt typischerweise zwischen 15 und 30 % (Ref. 34,35). Wenn alle am Straßenrand anfallenden Materialien als Müll entsorgt werden, belaufen sich die Nettokosten für die Abfallentsorgung in den USA auf 178 US-Dollar HH-1 Jahr (Marktwerte für Recyclingrohstoffe im Jahr 2020). Wenn 20 % der Materialien (bezogen auf die Masse) separat zum Recycling gesammelt werden, steigen die Nettokosten auf 218 US-Dollar pro Jahr (HH-1 Jahr) (Abb. 1). Wie in Abb. 1 dargestellt, ergeben sich die höchsten Systemkosten aus der Materialsammlung (89 US-Dollar HH-1 Jahr für die Müllabfuhr und 45 US-Dollar HH-1 Jahr für die Wertstoffsammlung) und der Deponieentsorgung (52 US-Dollar HH-1 Jahr). −1). Die Kosten für 2020 spiegeln eine Zeit mit relativ geringem Rohstoffwert wider, wobei die Kosten für die Verarbeitung von Wertstoffen am MRF (115 US-Dollar pro Tonne) etwa doppelt so hoch sind wie der Marktwert der Wertstoffe. Die Schätzung für 2020 geht davon aus, dass die Belastung einer US-Kommunalverwaltung für die Bereitstellung eines Recyclingprogramms unter schwierigen Marktbedingungen in der Größenordnung von 40 US-Dollar HH−1 Jahr − 1 liegt, ein Wert, der durch vorhandene Finanzdaten des Recyclingprogramms (Methoden) bestätigt wird.

Im System ohne Recycling wurden alle Wertstoffe als Müll gesammelt und über Deponien oder Verbrennungsanlagen entsorgt; sie wurden weder verarbeitet noch verkauft. Im System mit Recycling wurden Wertstoffe getrennt gesammelt, in einem MRF verarbeitet und zu monatlichen landesweiten US-amerikanischen Rohstoffpreisen für das Jahr 2020 vermarktet. Aufgrund der Rundung entspricht die Summierung der fettgedruckten Werte nicht den Gesamtwerten über den Balken.

Die jährlichen Haushaltskosten für Recyclingdienste am Straßenrand erreichten ihren Höhepunkt, als die Rohstoffpreise nach der Großen Rezession 2008 und als Reaktion auf internationale Marktbeschränkungen in den 2010er Jahren ihren niedrigsten Stand erreichten (Abb. 2). Unsere Modellierung berücksichtigt nicht nur die höchsten Recyclingmärkte (z. B. 2011), sondern berücksichtigt auch die schlechtesten Rohstoffmarktbedingungen (z. B. 2019 und 2020), die in den letzten 15 Jahren aufgetreten sind. Im Jahr 2008 betrugen die Recyclingkosten durchschnittlich weniger als 14 US-Dollar pro Jahr, stiegen aber auf über 26 US-Dollar pro Jahr, als die Rezession mit voller Wucht zuschlug. Berichte aus dieser Zeit besagen, dass mit recycelten US-Rohstoffen beladene Containerschiffe in asiatischen Häfen umkehrten, nachdem die Rohstoffnachfrage eingebrochen war30,36. Die Rohstoffwerte nach der Rezession erholten sich bis 2011 und waren so hoch, dass sich Recyclingprogramme in weiten Teilen der Vereinigten Staaten amortisierten. Die von der chinesischen Regierung erlassenen Richtlinien zur Förderung des Erhalts nur der saubersten recycelten Rohstoffimporte, die Green Fence-Richtlinien von 2013 und die National Sword-Richtlinien von 2017, trugen im letzten Jahrzehnt zu niedrigeren Rohstoffpreisen bei37. Die Kosten des Recyclingprogramms erreichten im Zeitraum 2019–2020 mit etwa 42 US-Dollar HH−1 Jahr ihren Höchststand, doch die gestiegene Marktnachfrage nach gemischten Papier-, Karton- und Kunststoffmaterialien in der Zeit des Rohstoffmangels aufgrund der COVID-19-Pandemie ließ das Recyclingprogramm fallen Neuere Berichte (September 2022) deuten darauf hin, dass die Recyclingmärkte erneut auf einen Markt mit geringerem Wert umgestiegen sind, was die Volatilität des Marktes weiter verdeutlicht.

Die Kosten schwanken von April 2005 bis Juni 2021 aufgrund unterschiedlicher regionaler Daten (z. B. Entsorgungsgebühren, Prozentsatz des durch Deponierung oder Verbrennungsbehandlung entsorgten Abfalls, Preise für wiederverwertbare Rohstoffe). Die Regionen sind für Südosten (Region 1), Mittlerer Westen (Region 2), Nordosten (Region 3) und Kalifornien/Nevada (Region 4) schattiert. Die Gesamtkosten umfassten sechs wirtschaftliche Parameter der Abfallbewirtschaftung: Wertstoff- und Müllabfuhr, Deponie- und Verbrennungsentsorgung sowie Wertstoffverarbeitung und Einnahmen. Regionale Daten hatten keinen Einfluss auf die Erhebungskosten. Es wurde davon ausgegangen, dass die Kosten für die Verarbeitung von Wertstoffen über alle Jahre hinweg konstant 115 US-Dollar pro Tonne Wertstoffe betragen, die in einer Verwertungsanlage sortiert werden. Während die Preise für wiederverwertbare Rohstoffe für jede Region und den nationalen Durchschnitt monatsspezifisch waren, wurde davon ausgegangen, dass die Deponie- und Verbrennungskosten jeder Region über alle Jahre hinweg konstant waren. Ergebnisse für zwei Regionen, die hier nicht enthalten sind, werden in den Zusatzinformationen angezeigt. Hier werden vier entscheidende historische Ereignisse hervorgehoben, von denen sich zwei auf die chinesische Recyclingpolitik beziehen.

Unsere Analyse zeigt, dass es für die Kommunalverwaltungen in fast allen Fällen schon immer teurer war, Recycling am Straßenrand anzubieten, als den gesamten Haushaltsabfall zu sammeln und als Müll zu entsorgen. Der Aufwand für das Sammeln und Trennen von Flaschen, Dosen und Papierprodukten übersteigt den Wiederverkaufswert der zurückgewonnenen Materialien. Rohstoffpreise, die sich als Reaktion auf die gleichen Impulse ändern können wie andere gehandelte Waren und Dienstleistungen, haben großen Einfluss auf die Nettosystemkosten. Es ist falsch zu behaupten, dass Recycling erst in den letzten Jahren Kosten für die Kommunalverwaltung verursacht hat. Im Vergleich zu den Gesamtkosten des Abfallentsorgungssystems sind die Kosten wohl nicht hoch. Unter den schlechtesten Marktbedingungen der letzten 15 Jahre war ein Abfallentsorgungssystem mit Recycling 24 % teurer als die Sammlung nur zur Beseitigung und unter den besten Bedingungen hat sich das System in etwa amortisiert.

Wenn Recycling schon immer mehr gekostet hat als die alleinige Entsorgung, warum haben viele Kommunalverwaltungen erst vor Kurzem damit begonnen, über die Abschaffung dieser Dienstleistungen nachzudenken? Dies ist darauf zurückzuführen, dass Recyclingprogramme seit ihrer Einführung die längste Krise an den Rohstoffmärkten erlebt haben, eine Zeitspanne, die über den typischen Vertragszyklus hinausgeht. MRF-Betreiber, die die Verarbeitungsgebühren mit ihrem Anteil an den Rohstoffverkaufspreisen in Einklang bringen müssen, haben Verträge neu ausgehandelt, um stabilere Preise zu gewährleisten, wodurch die Kosten von Recyclingprogrammen mehr denn je in die Augen der Entscheidungsträger der Kommunalverwaltung geraten. MRF-Betreiber berichten von einem zunehmenden Grad an Kontamination im Recyclingstrom – nicht marktfähige Materialien in der Recyclingtonne, die getrennt und entsorgt werden müssen12 –, was auf mehrere Faktoren zurückzuführen ist. In den Vereinigten Staaten sind die meisten Recyclingprogramme am Straßenrand auf die Ein-Wege-Sammlung umgestiegen und stellen große Wagen für alle Wertstoffe zur Verfügung, was wohlmeinende Bewohner dazu ermutigt, alles, was sie für wiederverwertbar halten, in die Mülltonne zu werfen und manchmal die geräumigen Behälter als zweiten Behälter zu verwenden Mülleimer. Die Uneinheitlichkeit der von den lokalen Programmen zum Recycling akzeptierten Materialien und die ständig wachsende Vielfalt an Verbund- und Leichtverpackungsmaterialien tragen zur Verwirrung der Bewohner darüber bei, was in die Recyclingtonne gehört. Als die internationalen Endmärkte die Reinheitsanforderungen verschärften, hielten es die MRF-Betreiber für notwendig, noch mehr Verunreinigungen zu entfernen, wodurch die Masse der zur Wiederverwendung bestimmten Materialien reduziert und die Menge der zu entsorgenden Materialien erhöht wurde.

Recycling am Straßenrand muss als das verstanden werden, was es ist: eine staatliche Dienstleistung für die Bewohner, vergleichbar mit der Bereitstellung von Energie und Wasser, der Entsorgung von Müll und Abwasser sowie der Instandhaltung von Straßen und öffentlichen Räumen. Recycling ist mit Kosten verbunden, aber im Vergleich zu anderen kommunalen Dienstleistungen ist es beim Recycling schwieriger, den Nutzen zu definieren. Anerkannte Vorteile des Recyclings – geringere Abhängigkeit von Deponien und Ressourcenschonung – können schwer sinnvoll zu quantifizieren sein, aber Methoden zur Verfolgung von Recyclingvorteilen wie der Reduzierung von Treibhausgasemissionen werden in der heutigen CO2-zählenden Umgebung allgemein akzeptiert38. Weitere Vorteile für die Umwelt ergeben sich, wenn Materialien, die durch Recyclingprogramme zurückgewonnen werden, neue Ressourcen ersetzen, einschließlich der Schonung abiotischer und biotischer Ressourcen, der Reduzierung des Wasserverbrauchs und der Nährstoffbelastung sowie des Ausgleichs toxischer Emissionen. Wir haben jedoch nur Treibhausgasemissionen untersucht, da diese robustere Daten zum Lebenszyklusinventar enthalten und vieles mehr Häufige Verwendung bei der Bewertung der Nachhaltigkeit von Materialien.

Unter Verwendung unserer modellierten Abfallmanagementszenarien zusammen mit abfallmanagementorientierten LCA-Tools schätzen wir, dass in den letzten 15 Jahren der durchschnittliche jährliche Treibhausgas-Fußabdruck im Zusammenhang mit der Abfallwirtschaft für einen US-Haushalt 0,046 Tonnen CO2-Äquivalente (t CO2eq) betrug HH−1 Jahr−1) (Abb. 3). Methanemissionen aus der Zersetzung von Müll auf Mülldeponien tragen am meisten dazu bei (0,27 t CO2eq HH−1 yr−1 basierend auf einem 100-jährigen Zeithorizont für das globale Erwärmungspotenzial, und dieser Wert wird steigen, wenn ein 20-jähriger Zeithorizont verwendet wird), aber diese werden größtenteils durch Recycling ausgeglichen (ungefähr 0,24 t CO2eq HH−1 Jahr−1, was fast allen Emissionsquellen entgegenwirkt)39,40. Auf der Grundlage unserer Ergebnisse führt Recycling dazu, dass der Fußabdruck der Treibhausgasemissionen von Haushaltsabfällen nahezu neutral ist (0,046 t CO2eq HH−1 Jahr−1), was darauf hindeutet, dass Investitionen in eine bessere Erfassungstechnologie für die Sortierung und Verarbeitung von Wertstoffen möglicherweise noch größere Vorteile bringen.

Der Fußabdruck ist in neun Abfallentsorgungsprozesse unterteilt und entspricht einem Haushalt mit einer Recyclingquote von 20 %. Der im Hauptbalkendiagramm durch eine gepunktete Linie hervorgehobene Bereich wird im Einschub detailliert dargestellt.

Zu den in diese Lebenszyklusergebnisse einbezogenen Parametern gehören Bevölkerungsdichte, Energienetzmischung, Deponiegasmanagement, Wiederaufbereitungsmechanismen (z. B. Menge an recyceltem Material, das anstelle von Neuquellen verwendet wird) und Materialtransportentfernungen. Jeder dieser Parameter hat Einfluss auf den Netto-Fußabdruck, und wir haben die potenziellen Auswirkungen auf jeden Materialtyp und sein Management anhand einer Monte-Carlo-Sensitivitätsanalyse bewertet. Die Parameterannahmen, die im Rahmen unserer Ökobilanz zur Abfallbewirtschaftung verwendet werden, stammen aus robusten Lebenszyklusinventuren der US-Recyclingindustrie, Deponien und Verbrennungsanlagen für feste Siedlungsabfälle (Methoden). Für einige Parameter, wie z. B. Wiederaufbereitungsmechanismen, wurden die Datensätze nicht kürzlich aktualisiert41 und gehen von hohen Substitutionsverhältnissen aus (viele nähern sich einem Verhältnis von eins zu eins, Ref. 42), was das Klimaschutzpotenzial möglicherweise überschätzt. Im Gegensatz dazu könnten unsere Ergebnisse für bestimmte Materialien auch eine Unterschätzung sein, da in jüngster Zeit Hersteller und nationale Politik daran interessiert sind, den Recyclinganteil von Produkten (z. B. Kunststoffe) zu erhöhen43. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Lebenszyklusinventare der Wiederaufbereitung zu aktualisieren, um die aktuellen Substitutionsquoten widerzuspiegeln und um die potenziellen Auswirkungen auf die Kompensation von Treibhausgasemissionen zu verstehen, wenn die Verwendung recycelter Inhalte bei der Herstellung neuer Produkte zunimmt. Wir haben versucht, diese Auswirkungen im Rahmen der Recycling-Sensitivitätsanalyse zu berücksichtigen (Ergänzende Informationen, Abschnitt 2.7 enthält die Methodik und Ergebnisse).

Die Investition einer Kommunalverwaltung in das Recycling führt zu einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Da die meisten Regierungsbeamten jedoch nicht routinemäßig Ressourcen budgetieren oder Entscheidungen auf der Grundlage von Tonnen Kohlendioxidäquivalenten treffen, liefern wir zusätzlichen Kontext. Anhand der oben genannten Ergebnisse haben wir einen ökologischen Return on Investment (ROI) berechnet, indem wir die Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit Haushaltsrecycling auf die entsprechenden Kosten normalisiert haben. Unter schlechten Marktbedingungen, wie sie im Jahr 2020 herrschten, werden 0,0058 t CO2eq für jeden für Recycling ausgegebenen US-Dollar kompensiert, und unter den besten Marktbedingungen (zum Beispiel 2011) steigt der ROI auf 0,081 t CO2eq Offset pro US-Dollar. Um einen Vergleich mit dem durch Recycling erzielten ROI zu ermöglichen, haben wir auch den ROI für einen Haushalt geschätzt, der (1) sein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor entweder durch ein Hybrid-Elektrofahrzeug oder ein Elektrofahrzeug ersetzt und (2) von einem herkömmlichen Stromversorger wechselt zu einem umweltfreundlichen Versorgungsunternehmen.

Für die erste ROI-Aktivität haben wir für einen Haushalt die durchschnittlichen Kosten für den Kauf und Betrieb eines Fahrzeugs sowie die durchschnittlichen Treibhausgasemissionen berechnet, die mit der Herstellung und dem Betrieb eines Fahrzeugs verbunden sind. Zur Schätzung wurden Daten zu den wirtschaftlichen Kosten (in Einheiten von US-$ km-1) und den Auswirkungen der Treibhausgasemissionen (in Einheiten von g CO2eq km-1) aus der Literatur44,45,46,47,48,49,50,51 zusammengestellt ein durchschnittlicher wirtschaftlicher Kosten- und Treibhausgasemissionsfaktor (Ergänzungstabelle 20 und Methoden). Dann haben wir die durchschnittliche jährliche Autofahrt pro Haushalt anhand von Daten des US-Verkehrsministeriums, das 1,88 Fahrzeuge pro Haushalt meldet52, und Daten aus dem Annual Vehicle Functional System Travel Report, der 16.741 km pro Person schätzt, geschätzt (Ref. 53) ( Methoden). Unter Verwendung dieser beiden Quellen wurde die durchschnittliche jährliche Gesamtkilometerzahl, die ein Haushalt in den Vereinigten Staaten zurücklegte, auf 31.000 km HH−1 yr−1 geschätzt. Auf diesen Wert wurden die wirtschaftlichen Kosten- und Treibhausgasemissionsfaktoren angewendet, um den ROI abzuschätzen. Der durchschnittliche ROI wurde mit einem Ausgleich von 0,007 bis 0,016 t CO2-Äquivalent US-$-1 für den Wechsel von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zu Elektrofahrzeugen und einem Ausgleich von 0,0038 bis 0,023 t CO2-Äquivalent US-$-1 für den Wechsel von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor berechnet Fahrzeuge zu Hybrid-Elektrofahrzeugen (Methoden).

Im zweiten ROI haben wir die Vorteile bewertet, die mit einer Praxis verbunden sind, bei der einige US-Versorgungsunternehmen ihren Kunden die Möglichkeit bieten, eine zusätzliche Gebühr zu zahlen, um Strom aus überwiegend erneuerbaren Quellen anstelle der herkömmlichen gemischten fossilen und nichtfossilen Quellen zu beziehen. Anhand der Daten der US Energy Information Administration zum durchschnittlichen monatlichen Verbrauch (in kWh) und zum Durchschnittspreis (Cent kWh−1) für alle 50 US-Bundesstaaten im Jahr 202054 haben wir die durchschnittlichen jährlichen Haushaltskosten (963–1.952 US-Dollar HH−1 Jahr−1) berechnet ) und unter Verwendung regionaler Treibhausgasemissionsintensitätsfaktoren aus der eGRID-Datenbank der US-Umweltschutzbehörde (Ergänzungstabelle 23 und Methoden) für die Stromerzeugung haben wir die durchschnittlichen jährlichen Treibhausgasemissionen der Haushalte geschätzt (2.885–14.095 kg CO2eq HH−1 Jahr−1). Unter der Annahme, dass erneuerbare Energien keine damit verbundenen Emissionen verursachen (d. h. die Intensität der Treibhausgasemissionen beträgt null) und unter Verwendung der Daten der Energy Information Administration lag der Umwelt-ROI zwischen 0,011 und 0,045 t CO2eq (US-Dollar −1), je nach Standort und Anbieterkosten (Zusatzkosten von 2,4–3,8 Cent kWh−1 für Ökostrom).

Der ökologische ROI des Recyclings ist ähnlich oder höher als der ROI der Umstellung auf Elektro- und Hybridfahrzeuge und der ROI freiwilliger Ökostrom-Einkaufsprogramme. Selbst in den schlechtesten Märkten sind die Vorteile des Recyclings für den Klimaschutz mit denen dieser anderen gängigen Initiativen zum Klimaschutz vergleichbar, und in den besten Märkten zahlt sich die Investition in Recycling mehr aus. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Investition in Recycling am Straßenrand, die in den meisten Fällen mit zusätzlichen Kosten verbunden ist, wenn solche Dienstleistungen nicht angeboten werden, tatsächlich eine finanziell sinnvolle Strategie zur Erzielung der gewünschten Nachhaltigkeitsergebnisse ist.

Unsere Ergebnisse belegen, dass die Bereitstellung eines Recyclingdienstes am Straßenrand für Haushalte (unter der Annahme durchschnittlicher US-Bedingungen der letzten 15 Jahre und einer Recyclingquote von 20 %) etwa 13 % mehr kostet als ein System ohne Recycling (Abb. 4a, b), aber die Treibhausgasemissionen senkt Emissionen versechsfachen. Wenn eine Gemeinde hypothetisch ihre Recyclingquote auf 40 % verdoppeln würde (Abb. 4c), sinken die Gesamtsystemkosten und der Nettoemissionsfußabdruck verlagert sich von einer Treibhausgasemissionsquelle, wenn kein Recycling praktiziert wird (0,29 t CO2eq HH−1 Jahr−1). zum Ausgleich von Treibhausgasemissionen (−0,21 t CO2eq HH−1 Jahr−1). Bei diesem hypothetischen Ansatz prognostiziert unsere Modellierung nicht die Auswirkungen auf Markt- oder Rohstoffpreise, wenn zusätzliche Quellen für Sekundärmaterialien aus der bestehenden Recyclinginfrastruktur eingeführt werden (z. B. aktuelle Programme am Straßenrand und Recyclingverarbeitungsanlagen). Eine Erhöhung der Recyclingquoten am Straßenrand in den Vereinigten Staaten, insbesondere auf ein Niveau von bis zu 40 %, hat sich jedoch aufgrund der notwendigen Beteiligung und der wenig lukrativen Güter, die in die Tonne geworfen werden müssen, um dieses Ziel zu erreichen, als unpraktisch erwiesen Grad der Genesung. Lokale Regierungen haben sich stattdessen auf die Entfernung von Materialien mit geringem Gebrauchswert konzentriert, wobei Glas am häufigsten vorkommt55. Wenn Glas aus dem ursprünglichen Recycling-Szenario entfernt wird, werden bescheidene Kosteneinsparungen erzielt (4 US-Dollar HH-1 Jahr), aber die Treibhausgasemissionen steigen (von 0,05 auf 0,06 t CO2eq HH-1 Jahr-1; Abb. 4b,d). .

a: Alle Wertstoffe wurden als Müll zur Entsorgung gesammelt. Es wurden keine Wertstoffe verarbeitet oder zum Verkauf angeboten. b: Typische Abfallentsorgungsprozesse, einschließlich getrennter Sammlung, Verarbeitung und Verkauf von Wertstoffen, wurden mit einer Recyclingquote von 20 % modelliert. c, Gleiches System in Szenario a, jedoch mit einer Recyclingquote von 40 %. d, Alle wurden nach dem gleichen System wie Szenario a modelliert, aber Glas wurde als Müll zur Entsorgung gesammelt und nicht zum Verkauf verarbeitet. e, Der optimierte Ansatz bezieht sich auf einen typischen Abfallbewirtschaftungsprozess, einschließlich der getrennten Sammlung, Verarbeitung und des Verkaufs von Wertstoffen. Er wurde mit einer Recyclingrate von 18 % modelliert, basierend auf der 100 %igen Wiederverwertung nur hochwertiger Rohstoffe (Zeitung, Pappe, Aluminium- und Stahldosen). , HDPE- und PET-Flaschen). Die Balken stellen die durchschnittlichen jährlichen Haushaltskosten oder Treibhausgasemissionen für den Zeitraum 2005–2020 dar; Rote und braune Linien entsprechen dem minimalen und maximalen Jahreswert.

Der Ansatz, der den besten ROI liefert, besteht nicht darin, die größte Menge an Material in den Recyclingbehälter zu werfen, sondern vielmehr darauf, bei der Wiederaufbereitung die Waren mit dem größten Marktwert und dem höchsten Potenzial für den Ausgleich von Treibhausgasemissionen zu gewinnen. Berücksichtigen Sie Materialien wie Zeitungspapier, Pappe, Aluminium- und Stahldosen sowie Plastikflaschen aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) und Polyethylenterephthalat (PET). Wenn wir alle Materialien außer diesen aus unserem Basiswert von 20 % Recycling eliminieren und die Recyclingquote für diese höherwertigen Waren auf 75 % erhöhen, sinkt die Gesamtrecyclingquote auf 14 %; Allerdings sinken die Nettosystemkosten (von 201 US-Dollar pro Jahr auf 184 US-Dollar pro Jahr) und die Treibhausgasemissionen nehmen ab (von 0,05 t CO2eq HH-1 pro Jahr auf 0,003 t CO2eq HH-1 pro Jahr; ergänzende Abb. 5). Bei einer 100-prozentigen Rückgewinnung der hochwertigen Materialien (Abb. 4e) sinken die Kosten bis zu einem Punkt, an dem ein Recyclingprogramm unter fast allen Marktbedingungen Geld spart und dennoch einen beträchtlichen Vorteil bei der Reduzierung der Treibhausgasemissionen bietet (ergänzende Abbildung 5).

Wir glauben, dass unsere Ergebnisse Entscheidungsträgern, die mit der Umstrukturierung oder Abschaffung von Recyclingprogrammen am Straßenrand als gemeinnütziger Dienstleistung konfrontiert sind, die nötigen Erkenntnisse liefern. Ja, Recyclingprogramme am Straßenrand kosten Geld im Vergleich zur reinen Müllabfuhr zur Entsorgung. Aber das war schon immer so – es ist nicht neu. In Zeiten schlechter Marktbedingungen für recycelte Rohstoffe ist mit jährlichen Kosten in der Größenordnung von 37 bis 42 US-Dollar pro Haushalt zu rechnen. Andererseits sollten starke Recyclingmärkte zu Kosten von nur 3 US-Dollar pro Haushalt und Jahr führen, obwohl die Herausforderungen bei der Aufrechterhaltung robuster Märkte nicht außer Acht gelassen werden sollten. Unsere Analyse zeigt, dass der durch Recycling erzielte Vorteil bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen im Vergleich zu anderen auf Nachhaltigkeit basierenden Maßnahmen der Bürger gut oder sogar besser ist, selbst in Zeiten schwieriger Märkte.

Aus unserer Analyse gehen unter anderem zwei Maßnahmen hervor, die erforderlich sind, um lokale Recyclingprogramme vor den unvermeidlichen Launen der Märkte für wiedergewonnene Materialien zu schützen. Erstens sind Maßnahmen zur Unterstützung widerstandsfähigerer Märkte für die aus unseren Abfällen gewonnenen Ressourcen erforderlich. Zu diesen Richtlinien gehört die Förderung einer erweiterten Herstellerverantwortung, die von den Herstellern verlangt, für das Recycling und die Entsorgung ihrer eigenen Produkte finanziell und/oder operativ verantwortlich zu sein. Seit 2021 haben Maine, Oregon, Colorado und Kalifornien Gesetze zur Verantwortung der Verpackungshersteller erlassen, die von den Herstellern verlangen, finanzielle Unterstützung für die Recycling-Infrastruktur jedes Staates bereitzustellen. Andere Richtlinien, wie z. B. Vorschriften zum Recyclinganteil, verlangen von den Herstellern, bei der Herstellung neuer Produkte einen bestimmten Prozentsatz an Post-Consumer-Materialien zu verwenden. US-Bundesstaaten wie Kalifornien und Washington haben für den Zeitraum 2020–2021 Vorschriften zum Recyclinganteil für Kunststoffverpackungen erlassen; Die Ziele beginnen bei 15 % Post-Consumer-Inhalten und steigen bis 2030–2031 auf 50 %. Einige US-amerikanische Produkthersteller haben auch Ziele für die Integration von Sekundärmaterialien in ihre Verpackungen oder Produkte festgelegt (z. B. das „World Without Waste“-Ziel der Coca-Cola Company, bis 2030 Flaschen mit 50 % recyceltem Inhalt herzustellen). In einigen Fällen behindern unzureichende Rückgewinnungsraten eine umfassende Integration von Sekundärmaterialien, selbst wenn Herstellungsverfahren zur Herstellung von Produkten mit erheblichen Mengen an recyceltem Inhalt vorhanden sind. Für das Jahr 2021 berichtete das California Department of Resources Recycling and Recovery, dass 8 von 81 Herstellern von PET-Flaschengetränken mehr als 15 % Post-Consumer-PET-Harz in ihren Produkten verwendeten56.

Zweitens können Recyclingprogramme am Straßenrand davon profitieren, dass sie auf eine kleinere Anzahl höherwertiger Rohstoffe abzielen. Wir sind uns darüber im Klaren, dass eine Reduzierung der Arten von Materialien, die in die Recyclingtonne am Straßenrand gelangen dürfen, bei begeisterten Recyclern möglicherweise nicht beliebt ist, aber zu viele der falschen Materialien in der Recyclingtonne behindern die Optimierung des Recyclingsystems. Die Priorisierung höherwertiger Materialien (sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus Nachhaltigkeitssicht), insbesondere wenn sie über politische Grenzen hinweg einheitlicher umgesetzt wird, würde wahrscheinlich dazu führen, dass weniger Material gesammelt wird, da sie etwa 18 % des gesamten Abfallstroms ausmachen. Eine solche Priorisierung würde dazu führen, dass größere Mengen der verbleibenden Materialien auf Deponien oder in Verbrennungsanlagen landen, was möglicherweise Marktinnovationen für weniger begehrte Sekundärmaterialien unterdrücken könnte, aber dies muss mit der Gefahr einer gänzlichen Einstellung von Recyclingprogrammen abgewogen werden.

Wir haben ein Modell zur Berechnung der Kosten und Treibhausgasemissionen (THG) im Zusammenhang mit der Entsorgung fester Siedlungsabfälle (MSW) für ein typisches Einfamilienhaus in den USA entwickelt. Mit diesem Modell haben wir die gesammelten, recycelten, deponierten und verbrannten Massenströme von 19 Produkten geschätzt (vier Papierprodukte, drei Kunststoffprodukte, zwei Metallprodukte, Glas, Lebensmittelabfälle, Gartenmüll und sieben weitere Produkte; Ergänzungstabelle 1). Darüber hinaus haben wir die Kosten und Treibhausgasemissionen jedes Abfallentsorgungsprozesses pro Haushalt für sieben US-Regionen und den nationalen US-Durchschnitt für eine monatliche Zeitreihe von April 2005 bis Juni 2021 geschätzt. Wir haben das Modell so entworfen, dass es Ergebnisse liefert sechs Abfallentsorgungsprozesse: die getrennte Sammlung von Müll und Wertstoffen, die Verarbeitung von Wertstoffen in einer Sortieranlage, der Verkauf von wiedergewonnenen Wertstoffen zur Wiederaufbereitung, die Entsorgung von Reststoffen aus der Sortieranlage und die Entsorgung von Müll. Die geschätzten Kosten des Modells wurden durch Vergleich mit den tatsächlich gemeldeten Haushaltskosten für mehrere US-Gemeinden überprüft (Ergänzende Informationen, Abschnitt 5). Eine Darstellung der verwendeten allgemeinen Daten und Ergebnisse des Modells finden Sie in der ergänzenden Abbildung 11.

Anschließend haben wir die Auswirkungen auf Masse, Kosten und Treibhausgasemissionen bewertet, als das Modell mit hypothetischen Änderungen am Recyclingprogramm eingeführt wurde. Zu diesen Änderungen gehörten die Abschaffung des Recyclingprogramms, die Verdoppelung der gesammelten Recyclingmasse, die Streichung von Glas aus dem Recyclingprogramm und die Optimierung des Recyclingprogramms. Für diese Bewertungen war unser Modell nicht so konzipiert, dass es grundsätzlich von der Hinzufügung neuer Recycling-Infrastruktur abhängig ist (z. B. neue Recyclingprogramme am Straßenrand oder Recyclingprozessanlagen). Stattdessen ging es darum, die Auswirkungen auf bestehende Gemeinden zu verstehen. Darüber hinaus haben wir die Recyclingprogramm-Alternativen für dieselbe monatliche Zeitreihe bewertet, wobei 15 Jahre unterschiedliche Rohstoffpreisdaten verwendet wurden. Da die variablen Rohstoffpreisdaten verwendet wurden, wurden die Auswirkungen auf die Rohstoffpreise und die wiederhergestellte Marktkapazität (z. B. niedrigere Preise aufgrund eines erhöhten Angebots) nicht bewertet. Der Abschnitt „Methoden“ hier bietet einen kurzen Überblick über die wichtigsten Schritte zur Entwicklung des Modells, beginnend mit einer Überprüfung der verwendeten Daten zur Abfallmasseerzeugung, -zusammensetzung und -entsorgung, gefolgt vom Ansatz der Treibhausgasemissionsmodellierung, dem Kostenmodellierungsansatz und der Alternative Abfallwirtschaftsszenarien wurden im Modell implementiert.

Der jährliche Gesamtabfall (Müll und Wertstoffe), der in einem typischen Einfamilienhaus in den USA anfällt, wurde anhand der täglichen Abfallaufkommensraten im Haushalt, der Bevölkerungsstatistik und der Haushaltsdichte geschätzt. Der pro Haushalt erzeugte Gesamtabfall wurde für den Zeitraum 2005–2021 modelliert, basierend auf einer angenommenen täglichen Haushaltsabfallerzeugungsrate von 1,13 kg pro Person und Tag im Jahr 2005, die jährlich zunahm, basierend auf einer Wachstumsrate, die für jedes Jahr anhand der MSW-Erzeugung der US-Umweltschutzbehörde geschätzt wurde Statistiken für 2005–201757. Die anfängliche Abfallerzeugungsrate wurde unter der Annahme ermittelt, dass etwa 60 % (Ref. 58) des durchschnittlichen US-Gesamtabfalls, der pro Person erzeugt wird (2 kg pro Person und Tag (Ref. 57)), auf Einfamilienhäuser zurückzuführen sind. Für jedes Jahr im Vergleich zu 2005 wurde angenommen, dass die Bevölkerung wächst, basierend auf einer Wachstumsrate, die für jedes Jahr anhand der US-Bevölkerungsstatistiken für 2005–202159 geschätzt wurde. Die Haushaltsdichte (in Personen pro Haus) wurde für jedes Jahr von 2005 bis 2019 vom US Census Bureau60 bereitgestellt. In den Fällen, in denen für die letzten Jahre keine Datenquellen verfügbar waren, haben wir die aktuellsten verfügbaren Daten verwendet (z. B. wurde die Haushaltsdichte für 2020 auch für 2021 verwendet). Für jedes Jahr wurde die jährliche Gesamtabfallmenge durch 52 dividiert, um die wöchentliche Gesamtabfallmenge pro Haushalt zu schätzen.

Der pro Haushalt erzeugte wöchentliche Gesamtabfall wurde in Müll und Wertstoffe aufgeteilt, die pro Haushalt und Jahr erzeugt wurden, wobei eine Recycling-Umleitungsrate von 23 % oder eine Recycling-Rate von 20 % angenommen wurde. Die Recyclingquote ist geringer als die Recyclingumleitungsquote, da Materialien, die nicht zum Verkauf angeboten werden können (sogenannte Reststoffe), in dieser Kennzahl nicht berücksichtigt werden. für 2005–2021 wurde derselbe Wert verwendet. Wir haben eine konservative Recyclingumleitungsrate gewählt, zum Beispiel betrug die Recyclingrate für Wohngebäude in Ontario, Kanada, 62,8 % (Ref. 61), die durchschnittliche Rate für die fünf Bezirke von New York City lag zwischen 14,6 und 20,7 % (Ref. 62). , betrug die Rate für Seattle 62,7 % (Ref. 63) und die Rate für Washington, DC, 20,8 % (Ref. 64). Angaben zur Müll- und Wertstoffzusammensetzung sowie zur Entsorgung des eingesetzten entsorgten Mülls finden sich in den Ergänzungstabellen 1 und 2.

Für jedes der 19 Produkte haben wir die Treibhausgasemissionen gemessen, die mit der Sammlung als Abfall, der Verarbeitung der Wertstoffe in einer Sortieranlage, der Wiederaufbereitung und der Entsorgung durch Deponierung und Verbrennung verbunden sind. Der zur Schätzung der Treibhausgasemissionen für die Abfallbewirtschaftung verwendete Ansatz folgte zuvor etablierten Methoden, bei denen für jedes Material und seine Bewirtschaftung (z. B. Sammlung) Einflussfaktoren für Treibhausgasemissionen (in Einheiten von metrischen Tonnen Kohlendioxidemissionen pro Mg verwaltetem Material) entwickelt wurden , Verarbeitung in einer Sortieranlage, Wiederaufbereitung, Verbrennung und Deponierung)42.

Der Prozess der Schätzung eines repräsentativen Einflussfaktors war iterativ und begann mit der ersten Entwicklung von Einflussfaktoren unter Verwendung von drei abfallspezifischen Ökobilanzmodellen (oder Tools) (d. h. Waste Reduction Model (WARM) v15 (abgerufen im Juni 2020).) 65, MSW-Decision Support Tool (MSW-DST) v1 (abgerufen im Juni 2020)66 und Solid Waste Optimization Life-cycle Framework (SWOLF) v0.9.5 (abgerufen im Juni 2020)40). Die in diesen Modellen verwendeten Eingabeannahmen werden im Abschnitt 2 „Ergänzende Informationen“ ausführlich dargelegt. Änderungen, die von den Standardannahmen abwichen, basierten auf Expertengesprächen mit US-Recyclern, Sortierbetreibern, Deponiebetreibern, von der US-Umweltschutzbehörde gemeldeten Deponiegasdaten, Betreiber von MSW-Verbrennungsanlagen (MSWI) und frühere Forschungsergebnisse. Das Hauptziel der ersten Iteration bestand darin, zu bestimmen, welches LCA-Tool als Teil des Modells zur Schätzung der Treibhausgasemissionen für einen typischen US-amerikanischen Einfamilienhaushaushalt verwendet werden sollte. Letztendlich wurde das SWOLF-Modell ausgewählt, weil es die größte Benutzerflexibilität bietet (Benutzer können beispielsweise jede Eingabeannahme ändern); WARM und MSW-DST v1 begrenzen die Eingabeänderungen des Benutzers. Beachten Sie, dass das aktualisierte MSW-DST v2 (2021) die meisten der gleichen Eingabeannahmen wie SWOLF übernommen hat, die Benutzereingabeänderungen jedoch immer noch begrenzt.

Im Rahmen der zweiten Iteration wurde ein zweiter Satz von Einflussfaktoren unter Verwendung von Standardeingabeannahmen für SWOLF entwickelt. Mit dieser Iteration waren zwei Ziele verbunden: (1) Vergleich der Ergebnisse der Nettoauswirkungen der Treibhausgasemissionen für das Basisszenario mit einer Recyclingquote von 20 % und die vier hypothetischen Alternativszenarien bei Verwendung der Standardauswirkungsfaktoren (aus der zweiten Iteration) bis wann Verwendung der SWOLF-Wirkungsfaktoren der ersten Iteration und (2) Verwendung der Standard-Wirkungsfaktoren als Basis und Vergleich mit den Ergebnissen einer Monte-Carlo-Sensitivitätsanalyse der wichtigsten Inputannahmen für die Recycling-, Deponie- und Verbrennungssysteme. Die endgültigen Einflussfaktoren, die zur Generierung der Ergebnisse im Manuskript verwendet wurden, waren diejenigen, die während der ersten Iteration für SWOLF erstellt wurden (diejenigen, die beim Ändern der Standardeinstellungen erstellt wurden). Ergänzende Informationen Abschnitt 2.5 enthält die Basis-SWOLF-Wirkungsfaktoren, die Eingabeparameter, die für die Sensitivitätsanalyse geändert wurden, die Ergebnisse zum Vergleich der Netto-Treibhausgasemissionen bei Verwendung der Basis-SWOLF-Wirkungsfaktoren mit den ersten Iterationsfaktoren und die Ergebnisse der 1.000-Iteration Monte-Carlo-Sensitivitätsanalyse (je Material, Management und Input-Annahme).

Ergänzende Informationen Abschnitt 2 beschreibt außerdem ausführlich die spezifischen LCA-Parameter, die in den Grenzen des Recycling-, Deponierungs- und Verbrennungsabfallmanagementsystems enthalten sind, die Materialkomponenten und ihre Eigenschaften, die Lebenszyklusinventare und die Methode zur Bewertung der Auswirkungen auf den Lebenszyklus. Im Allgemeinen war die Funktionseinheit 1 Mg Produkt (z. B. 1 Mg Zeitungspapier), das von einem typischen Einfamilienhaus in den USA entsorgt wurde. Alle Modelle mit Ausnahme von WARM stützen sich auf eine angemessene Abfallmenge, um die Emissionen zu modellieren, die mit dem individuellen Bau und Betrieb einer Abfallbehandlungsanlage verbunden sind. Daher bleibt die Funktionseinheit eine kurze Tonne. Um jedoch die mit einer Tonne verbundenen Emissionen abzuschätzen, betrug die modellierte Masse (oder der Referenzfluss) 100.000 Mg. Dieser Wert wurde gewählt, um eine hypothetische Gemeinschaft von 50.000 Menschen darzustellen, die 2,04 kg Abfall pro Person und Tag erzeugen (entspricht der gemeldeten Abfallmenge, die ein US-Bürger erzeugt57). Kurz gesagt umfassten die drei Abfallmanagementsysteme (1) eine Single-Stream-Materialrückgewinnungsanlage (MRF), in der Papier, Kunststoff, Metall und Glas an ihre jeweiligen Wiederaufbereiter geschickt werden, (2) einen traditionellen gemischten Abfall ohne Bioreaktor Deponie und (3) eine Massenverbrennungsanlage für gemischte Siedlungsabfälle. Unter der Annahme einer Nullbelastung geht man davon aus, dass der Abfall, der in einen dieser Prozesse gelangt, keine Emissionen mit sich bringt, die mit der Gewinnung, Verarbeitung, Herstellung und Nutzung verbunden sind (mit einigen Ausnahmen); Diese Lebensstadien werden als Upstream bezeichnet67,68,69. Diese Annahme wird häufig angenommen, da die mit den vorgelagerten Stufen verbundenen Emissionen bei der Entscheidungsfindung über feste Abfälle normalerweise nicht berücksichtigt werden. Bestimmte Prozesse, wie z. B. Recycling, berücksichtigen jedoch die vorgelagerten Emissionen, indem davon ausgegangen wird, dass das recycelte Material die Emissionen ausgleicht, die mit der Verwendung eines Neumaterials verbunden sind42. Wenn Strom aus Deponiegas oder durch Verbrennung erzeugt wird, gleicht dieser Strom den Einsatz fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung aus70. Ergänzende Informationen Abschnitt 2 enthält weitere Informationen zu den möglichen Quellen für den Ausgleich von Treibhausgasemissionen.

Mehrere Abfall-LCA-Modelle berücksichtigen die Kosten für die Sammlung von Müll und Wertstoffen aus Einfamilienhäusern40,66. Die SWOLF- und MSW-DST-Modelle schätzen die Sammelkosten auf der Grundlage eines mechanistischen Modellierungsansatzes, bei dem zahlreiche voneinander abhängige benutzerdefinierte Parameter verwendet werden, um die Anzahl der Sammelfahrzeuge, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs und die zurückgelegte Fahrzeugentfernung abzuschätzen. Für diese Studie haben wir ein vereinfachtes mechanistisches Modell zur Schätzung der Sammelkosten erstellt, das auf der Überprüfung der technischen Annahmen und zugrunde liegenden Gleichungen der SWOLF- und MSW-DST-Sammelkostenmodellierung sowie der direkten Kommunikation mit privaten und öffentlichen Abfalltransporteuren basiert, um die aktuellen Sammelkostenpraktiken zu untersuchen.

Die Sammelkosten pro Haushalt wurden als Summe der jährlichen Treibstoffkosten des Fahrzeugs, der jährlichen Betriebs- und Wartungskosten eines Sammelfahrzeugs und der jährlichen Kapitalkosten eines Sammelfahrzeugs und eines Lagerbehälters berechnet. Die Abholkosten wurden auf der Grundlage der Festlegung des Abholplans, der Abholbetriebszeiten, des Arbeitsaufwands, der Betriebsparameter des Fahrzeugs, der Fahrgeschwindigkeiten, der Fahrstrecken, der Kraftstoffverbrauchsraten und der Lagersysteme für Hausmüll geschätzt. Spezifische Parameterdaten, die im Modell verwendet werden, sind in der Ergänzungstabelle 9 aufgeführt. Weitere Einzelheiten zu den Gleichungen, die zur Berechnung der Erhebungskosten verwendet werden, finden Sie im Abschnitt 3 der Zusatzinformationen.

Wir haben für jede der sieben Regionen eine durchschnittliche Deponie- und MSWI-Entsorgungsgebühr ermittelt, indem wir landesspezifische Entsorgungsgebührendaten in den jeweiligen Regionen zusammengefasst haben (Ergänzungstabellen 10 und 11). Beispielsweise wurden die Deponie- und MSWI-Entsorgungsgebühren der Region 1 als Durchschnitt der Gebühren geschätzt, die mit den in dieser Region enthaltenen Bundesstaaten verbunden sind. Die Entsorgungsgebühren wurden auf die Menge des zur Entsorgung gesammelten Mülls und auf die Restmasse einer Recycling-Sortieranlage erhoben. Wir haben die Masse des Mülls/Rests, der deponiert und verbrannt (an eine MSWI gesendet) wurde, anhand der Aggregation landesspezifischer Entsorgungsdaten (Prozentsatz des gesamten Mülls, der deponiert oder verbrannt wurde)71 in den jeweiligen Regionen ermittelt.

Wir haben die jährlichen Einnahmen aus dem Recycling eines Einfamilienhauses anhand der Zusammensetzung der sortierten Wertstoffe und des Rohstoffpreises jedes Materials geschätzt. Die Rohstoffpreise wurden entweder direkt gemeldet oder prognostiziert, und die historischen Preise wurden auf der Grundlage des Bruttoinlandsprodukts und eines Deflators von 2012 auf US-Dollar-Preise von 2020 aufgebläht (Daten zu den Rohstoffpreisen finden Sie in den Zusatzdaten). Der Jahresumsatz wurde für die sieben Regionen auf der Grundlage regionalspezifischer Daten geschätzt. In der Ergänzungstabelle 12, Ergänzende Informationen, sind die jährlichen Haushaltseinnahmen dargestellt. Daten zu den prognostizierten Rohstoffpreisen sind auch in den Methoden des Abschnitts 3 „Ergänzende Informationen“ verfügbar.

Wir haben auch die zusätzlichen Kosten für das Recycling von Einfamilienhäusern in allen sieben Regionen in US-Dollar pro Haushalt und Monat geschätzt. Die Kosten wurden anhand regionalspezifischer Entsorgungsgebühren, Entsorgungsentsorgung und Recyclingrohstoffpreise für April 2005–Juni 2021 geschätzt. Unabhängig von Zeit oder Region haben wir dieselben Annahmen angewendet, die zuvor die Abfall- und Wertstofferzeugungsrate sowie die Zusammensetzung des Materialstroms beschrieben haben, 20 % Recyclingquote, Sammelkosten für Müll und Wertstoffe sowie Kosten für die Wertstoffaufbereitung. Das für die Studie entwickelte Modell basiert auf robusten nationalen US-Datensätzen für jeden Bundesstaat; Daher validierten wir die Modellergebnisse, indem wir Daten zu den Kosten für die Abfallentsorgung in einer Region (Florida) zusammenstellten und die den Bewohnern tatsächlich entstandenen Kosten mit den vom Modell geschätzten Kosten verglichen.

Wir haben die jährlichen Nettowohnkosten und die Auswirkungen der Treibhausgasemissionen (in US-Dollar-Einheiten pro Haushalt und Jahr und t CO2-Äquivalent pro Haushalt und Jahr) bewertet, wenn die Recyclingquote von 20 % auf 40 % erhöht, Recycling eliminiert, Mischkunststoffrecycling eliminiert, eliminiert wird Glasrecycling, Eliminierung des gemischten Papierrecyclings und Eliminierung bestimmter Materialien bei gleichzeitiger Erhöhung der Recyclingrate anderer (sogenannter Hybridansatz). Die Bewertung wurde anhand nationaler Durchschnittsdaten zu den Kosten in den USA und unter Verwendung der für den Zeitraum 2005–2021 entwickelten Einflussfaktoren für Treibhausgasemissionen durchgeführt.

Die Recyclingquote wurde von 20 % auf 40 % erhöht, indem die gesamte zusätzliche recycelte Masse ermittelt wurde, die erforderlich ist, um eine Recyclingquote von 40 % zu erreichen, und diese Masse auf die zehn wiederverwertbaren Produkte für jedes Jahr verteilt wurde. Es wurde angenommen, dass die zusätzliche recycelte Masse von der ursprünglich gesammelten Müllmasse auf die gesammelte Wertstoffmasse übertragen wird. Die zusätzliche recycelte Masse wurde entsprechend der Materialzusammensetzung des gesammelten Müllstroms verteilt, um sicherzustellen, dass die zusätzliche Masse die verfügbare übertragbare Masse nicht überstieg. Die zusätzliche recycelte Masse lag im Zeitraum 2005–2019 zwischen 4,5 und 4,9 kg pro Haushalt und Woche und die verwendete Zusammensetzung (unabhängig von der Zeit) zur Verteilung dieser Masse auf PET, HDPE, gemischte Kunststoffe, Aluminium, Stahl, Glas, gemischtes Papier und Zeitungspapier , Wellpappbehälter und aseptische Kartons betrugen 4 %, 2 %, 26 %, 2 %, 3 %, 9 %, 40 %, 5 %, 10 % bzw. 1 %. Die Nettokosten waren für die Zunahme der Recyclingfahrzeuge, den Rückgang der Müllfahrzeuge, den Anstieg der Recyclingeinnahmen und der Verarbeitungskosten sowie den Rückgang der Entsorgungskosten verantwortlich. Die Treibhausgasemissionen führten zu einer größeren Vermeidung aufgrund des verstärkten Recyclings und einem Rückgang der Emissionen durch eine geringere Deponierung/Verbrennung.

Für die Szenarien Eliminierung von Recycling, Eliminierung gemischter Kunststoffe, Eliminierung von Glas und Eliminierung gemischter Papiere wurden die Nettokosten und Treibhausgasemissionen unter Verwendung der gleichen Annahmen für ein System mit einer Recyclingquote von 20 % modelliert, einschließlich der zuvor verwendeten Müll- und Wertstofferzeugungsrate , Stoffstromzusammensetzungen, Sammelkosten für Müll und Wertstoffe sowie Kosten für die Wertstoffaufbereitung. Für jedes Szenario wurden jedoch die Annahmen zur Abfall-/Recyclingerzeugungsrate und zur Zusammensetzung des Materialstroms geändert. Für das Szenario „Recycling eliminieren“ gingen wir davon aus, dass die gesamte ursprünglich recycelte Masse als Müll gesammelt würde und dass keine Einnahmen aus Recyclingmaterialien, Verarbeitungskosten oder die Vermeidung von Treibhausgasemissionen berücksichtigt wurden. In den Szenarien, in denen ein Material aus dem Recycling ausgeschlossen wurde, gingen wir davon aus, dass die ursprünglich recycelte Masse für dieses Material als Müll gesammelt würde und nicht zu den Einnahmen aus wiederverwertbaren Stoffen, den Verarbeitungskosten oder der Vermeidung von Treibhausgasemissionen beitragen würde. Beachten Sie, dass im Szenario zur Eliminierung des gemischten Papierrecyclings davon ausgegangen wurde, dass sowohl gemischtes Papier als auch aseptische Kartons ebenfalls eliminiert werden.

Im optimierten Ansatzszenario verwendeten wir die gleiche Abfallerzeugungsrate wie das System mit einer Recyclingrate von 20 %; Aber hier haben wir die Nettokosten und Treibhausgasemissionen modelliert unter der Annahme, dass nur Zeitungen, Glas, Stahl, Aluminium, Wellpappbehälter, PET und HDPE recycelt wurden und jedes einzelne Material beim Recycling eine Recyclingquote von 100 % erreichte, was einer Gesamtrecyclingquote von 18 % entspricht. . Es wurden die gleichen Sammel-, Entsorgungs- und Wertstoffaufbereitungskosten wie in den anderen Szenarien angesetzt. Die Recyclingeinnahmen und die Vermeidung von Treibhausgasemissionen wurden nur für die sieben Produkte geschätzt.

Weitere Informationen zum Forschungsdesign finden Sie in der mit diesem Artikel verlinkten Nature Portfolio Reporting Summary.

Alle Daten, die zur Erstellung der Ergebnisse unserer Analyse verwendet wurden, sind in den Zusatzinformationen verfügbar.

Der benutzerdefinierte Computercode, der in dieser Studie zur Generierung der fehlenden Marktwertpreise für Recycling verwendet wurde, kann Forschern auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden.

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Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde vom Hinkley Center for Solid and Hazardous Waste Management in Gainesville, Florida, finanziell unterstützt. Wir danken N. Robey für ihre Durchsicht der Methoden und des Manuskripts. Wir danken der Florida Recycling Partnership Foundation für Kommentare und Diskussionen zur Planung und Analyse des Papiers. Wir schätzen die von Recycling Markets Limited bereitgestellten Daten für die Recyclingrohstoffmärkte und den Zugang zu den Ökobilanzmodellen, dem Solid Waste Optimization Framework (SWOLF) und dem Municipal Solid Waste Decision Support Tool (MSW-DST), bereitgestellt von North Carolina State Universität bzw. RTI International. Wir danken unseren Kollegen aus mehreren Landkreisen Floridas (z. B. Alachua County, Indian River County, Palm Beach County, Hillsborough County, Sarasota County, Orange County, Lee County), die unsere Analyse durch ihre Datenerfassungsbemühungen zur Abfallentsorgung unterstützt haben Kosten, die in der Analyse verwendet werden. Für den Inhalt des Papiers sind die Autoren verantwortlich und die Ergebnisse geben nicht die Ansichten der Fördergeber wieder.

Abteilung für Umweltingenieurwesen, Florida Polytechnic University, Lakeland, FL, USA

Malak Anshassi

Abteilung für Umweltingenieurwissenschaften, University of Florida, Gainesville, FL, USA

Timothy G. Townsend

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MA führte die Recherche durch und analysierte die Daten. TGT hatte die Idee und entwarf die Studie. Beide Autoren haben das Manuskript geschrieben.

Korrespondenz mit Timothy G. Townsend.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Sustainability dankt Costas Velis, Eleni Iacovidou, Matthew Franchetti und George F. Banias für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Ergänzende Methoden, Abb. 1–11 und Tabellen 1–23.

Ergänzende Datentabelle, die Rohstoffpreisdaten, Daten zu Deponie- und Verbrennungskosten, detaillierte Kosten und Treibhausgasemissions-Fußabdrücke für die alternativen Recyclingprogramme sowie historische Mehrkosten für Haushalte für Recycling und Abfallmanagement enthält.

Springer Nature oder sein Lizenzgeber (z. B. eine Gesellschaft oder ein anderer Partner) besitzen die ausschließlichen Rechte an diesem Artikel im Rahmen einer Veröffentlichungsvereinbarung mit dem Autor bzw. den Autoren oder anderen Rechteinhabern. Die Selbstarchivierung der akzeptierten Manuskriptversion dieses Artikels durch den Autor unterliegt ausschließlich den Bedingungen dieser Veröffentlichungsvereinbarung und geltendem Recht.

Nachdrucke und Genehmigungen

Anshassi, M., Townsend, TG Die versteckten wirtschaftlichen und ökologischen Kosten der Eliminierung des Recyclings am Straßenrand. Nat Sustain (2023). https://doi.org/10.1038/s41893-023-01122-8

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Eingegangen: 20. Oktober 2022

Angenommen: 18. April 2023

Veröffentlicht: 22. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41893-023-01122-8

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