一种用于造影剂传递的包装材料的生命周期评估：聚合物瓶与玻璃瓶之间的比较--课题研究报告.docx

一种用于造影剂传递的包装材料的生命周期评估：聚合物瓶与玻璃瓶之间的比较摘要：目的:本文比较了GE医疗保健公司提供的用于造影剂的两种包装材料对环境产生的影响：+PLUSPAK聚合物瓶和传统意义上的玻璃瓶。这项研究包含了所有相关的生命周期阶段，如从生产阶段到使用阶段以及瓶的临终处理，也包括了对产品各种临终处理方案的评估。这项研究是完全按照国际标准ISO14040/14044来实施的，当然也进行了第三方的批判性评估。 研究方法：将造影剂的包装材料定义为功能单元，这种功能单元每次需要递送一剂96ml的造影剂给病人，用于X光检查。原始数据是来源于GE医疗保健公司和其供应商，二手资料则是来源于ecoinvent数据库和文献查找。一般是利用中断和基于市场分配这两种方法来探索包材的各种临终处理方案。影响评估包含对人类健康、生态系统、资源种类以及累计能量需求的影响。敏感度分析研究则包括：1.瓶的尺寸2.二次包装3.电力生产4.玻璃回收率5.报废率6.配送运输7.造影剂8.影响评估的方法选择。进行不确定分析则是用来确定数据质量是如何影响研究结论的。 研究结果和讨论：该研究表明：聚合物瓶在考虑的每一个环境影响类别中都优于玻璃瓶。瓶组件对聚合物瓶和玻璃瓶影响最大，其中又尤其是瓶高影响最大。聚合物瓶对所有所考虑到的影响类别影响都不大，比如：临终处理（利用中断或者基于市场分配的方法）、瓶尺寸、manufacturing electricity grid mix、玻璃回收率、报废率、配送运输（空中运输和海上运输）以及影响评估的方法选择等。其中二次包装可能是最主要的影响因素。和玻璃瓶相比，聚合物瓶对所有的多组配置都有较低的影响，但是，对于单组配置，则并不是很清楚。由于每个功能剂量使用的包装材料性能明显提高，因此在所有影响类别中产生了相应的更高的影响。结论:聚合物瓶对包材应用的较低影响可以归结为较低的材料和生产影响，较低的分配影响，以及较低的临终处理影响。该研究表明使用聚合物瓶作为包材而不是玻璃提供了某种方式来降低造影剂包装材料对环境产生的影响。1. 介绍： 塑料瓶和玻璃瓶对环境产生的影响已经在多项研究中得到检验。 Belboom（2011）等人对用于注射药物主要包装材料的聚合物或者玻璃瓶做了一些评估，并得出结论:由于生产影响较低，填充步骤简单优化，以及减少瓶重而降低运输影响，聚合物瓶拥有环境效益。Humbert等人（2009）对用于婴儿食品包装的玻璃和塑料（主要成分是聚丙烯）做了一些比较，发现和玻璃相比，聚合物瓶由于重量减轻，更低运输影响，以及更短的使用寿命导致减轻了环境负担，尽管很小但是很明显。其他关于包装材料的研究也产生了多种结论（如Frees and Weidema 1998; FranklinAssociates 2009; Lee and Xu 2005; Owens-Illinois 2010）。值得注意的是这些研究不一定就反应了一种包材固有的环境效益优于另一种包材，这是因为其结果是具体适用于每个包装应用程序，并针对每个特定的研究目标和范围（包括关于回收率假设之间的差异）。2. 研究手段 2.1研究目的和范围: 这项研究的目的是为了评估和比较两种用于造影剂（一种用于X线检查的注射剂）传递的包装材料即聚合物（+PLUSPAK）瓶和玻璃瓶生命周期对环境产生的影响。定义功能单元是为了确保任何的比较都是在同等条件下进行的。在这项研究中将造影剂的包装材料定义为功能单元，这种功能单元每次需要递送一剂96ml的造影剂给病人，用于X线检查。通过评估原料提取、生产、分配和处理产生的相关影响，该研究检测了两种类型的瓶。瓶容量类型分为50ml，100ml，200ml和500ml这几种，主要以96ml剂量的100ml瓶作为比较的主要依据。2.2 生命周期清单分析 :聚合物瓶由制药级聚丙烯瓶、橡胶塞、聚丙烯帽（所有的原材料）组成，玻璃瓶的组成则是玻璃（包含30%的碎玻璃）、橡胶塞，以及一种铝制密封盖和聚丙烯。原始数据和产品信息（包括材料种类和数量、生产工艺和相关参数、供应链、配送运输物流包含破损和产品损失）来源于GE医疗保健公司和其供应商。二手资料（包括原材料提取和精炼和临终处理）来自ecoinven生命周期清单数据库和相关文献。其中购买了玻璃瓶在生命末期自动压碎过程数据。根据功能单元定义，所有的材料，能量和环境流都被量化，以满足产品生命周期中的每一个步骤。供应链、装配和灌装、运输和使用的生命周期清单在电子补充材料中得到描述，并讨论截止标准，排除数据和假设。全球的医院都在使用和处理GE医疗保健公司生产的造影剂包装材料。由于不同国家和国家内部使用的处理方法不一样，所以该研究考察了多种临终处理方案。其中默认的临终处理方案是建立在美国最有可能处理塑料和玻璃这两种造影剂包材的方案的基础之上的。聚合物瓶可能被视为城市垃圾，该研究假设80%的聚合物瓶被填埋，20%的被焚烧。玻璃瓶很可能装在大的容箱里受到高压蒸汽灭菌和填埋处理。新的处理方案也应当考虑（表格1）。在欧洲国家， theEuropean Waste Catalog 将不同类型的垃圾分成不同的等级。用于sharps垃圾处理和用于具有潜在的传染性垃圾处理的方法包括1.高压蒸汽灭菌和焚化，2.焚烧，3.预切、灭菌、焚烧。该研究也考虑了处在生命末期的材料回收。有两种方法用于分配与回收有关的环境影响。 即截止和基于市场分配的方法。截止方法将材料生产的环境负担分配给材料的第一次生命，并将材料翻新的影响分配给它的第二次生命。采用以市场为基础的系统扩展方法来测试结果对分配方法选择的敏感性，其中循环材料市场的材料利用率决定了循环利用的环境负担和效益如何分配。截止分配方法也适用于填埋和焚烧，采用基于市场的分配方法，通过对其产生的热量和电能应用，将其焚烧。2.3 生命周期影响评估：因为这项研究是针对卫生保健专业人员的，所以人类健康问题是最重要的。卫生保健行业也敏锐的意识到能源和固体废物问题。为了解决这些观点，本研究使用了从国际公认的方法食谱 (Goedkoop et al. 2009)人类健康的中点影响类别和生态系统质量和资源段店伤害类别。食谱中点方法中的气候影响类别包括京都议定书中国规定的所有温室气体，其使用了来自IPCCF Fourth评估的100年时间范围内的全球变暖可能性(IPCC 2007)。累计能量需求方法用来评估与产品生命周期相关的能量需求。The IMPACT 2002+ (Jolliet et al. 2003) and USEtox (Rosenbaum et al.2008)方法用于评估结果对影响评估方法选择的敏感性。2.4 敏感性和不确定分析： 进行敏感性分析来评估不同瓶尺寸（50,100,200ml）的影响，电网（欧洲，中国，美国），玻璃瓶可回收率（10-60%），聚合物碎瓶率（550 %），配送运输方式（海运和空运），不同的造影剂溶液（X射线和MRI诊断试剂），二次包装和集装箱（单重包装和多重包装）和影响评估方式选择 (ReCiPe H 和IMPACT 2002+ vs. USEtox). 通过不确定分析来了解数据质量是如何影响研究结果的可靠性和稳定性，从而使用默认的临终治疗将100ml玻璃瓶和聚丙乙烯聚合物瓶进行比较。模型中的流和参数是输入的概率值，通常使用基于谱系矩阵方法的对数正态分布 (WeidemaandWesns1996) 蒙特卡罗模拟（以1000次运行），并绘制了一个分布图，表明聚合物瓶运行在每一个影响类别中所产生的影响要低于玻璃瓶。3. 结果和讨论 本文的研究结果主要集中在100ml玻璃杯和聚合物瓶的比较中，以一剂96ml的造影剂进行X光检查。对比分析表明，根据所使用的数据和本研究中所作的假设，与考虑到的所有影响类别相比，聚合物瓶对环境的影响要低得多。例如（图1）:较低的温室气体排放（只有玻璃瓶的46%），需要更少的累计能量 (55 %),更低的生态影响（39 %），更低的资源影响 (59 %),更低的所考虑到其他所有类型的影响（范围从24%到43%）。 贡献分析（图1）表明瓶型生产是瓶型的最重要的贡献者。瓶子组件（瓶体，瓶盖，卷曲密封和塞子）是最重要的贡献者，而瓶体在所有被考虑的影响类别（表2）中，对瓶子组件有较高的估计量。二次包装-时效意味着外部的盒子和分割物，和集装箱也会造成影响。原材料运输，制造过程中的自动压碎，质量控制，破碎和冷冻瓶，损失的造影剂，以及在使用前的孵化都是相对于其他影响的较小贡献者。 (1.3 % 在所有影响类别中） 看 图1 表2 敏感性分析表明，只有二次包装和运输容器有可能影响到这些结论。对于这两种瓶的类型来说，多重包装配置的影响要比单重包装低得多，因为每个功能剂量需要较少的包装材料（表3）当采用多重二次包装时，在考虑到的所有影响类型别中，与玻璃瓶相比，聚合物瓶的环境影响更低。当使用单重二次包装配置时，聚合物瓶在某些类别（颗粒物质，生态系统）中表现较低，但在其他类别中并没有明显的好处。该研究结果表明，无论采用哪种类型的临终处理方案,即是使用截止还是基于市场分配的方法，聚合物瓶与玻璃瓶相比，聚合物瓶都是对环境有益的（表4）。聚合物瓶寿命周期的影响范围从默认的玻璃瓶影响的2460%（使用截止分配）或2057%（使用基于市场分配），具体多少取决于影响类别和临终处理方案。该研究比较了不同的瓶子大小，在功能上相当于每个剂量的两个50毫升瓶，一个100毫升瓶，半个200毫升瓶，和一个500毫升瓶的五分之一。与玻璃瓶相比，聚合物瓶在任何尺寸中都有较低的环境影响。（见图S4电子补充材料）500毫升瓶对每剂的影响最低，50毫升瓶对两种类型的瓶影响都是最高的。这可以归结为瓶子需要较少的瓶材料和包装材料（每剂量）。对空运货物的敏感性，以两种类型的海运货物代替所有的空运。这种变化可以减少聚合物瓶30%的冲击，玻璃瓶则是20%。但与玻璃瓶相比，聚合物瓶的环境影响更低（见图S4电子补充材料）。其他灵敏度分析结果详见（电子补充材料）第二节。蒙特卡罗的不确定分析表明，在考虑到的所有影响类型中与玻璃瓶相比，聚合物瓶对环境的影响显著降低了。在所有的1000次运行中，差异都大于零，而且差异的分别不包含零，这表明聚合物瓶和玻璃瓶之间的差异实际上是很重要的。从Wilcoxon signed-rank检验计算得出的结果确认这两种瓶型之间的差异在95%的置信水平上是十分明显的。4. 结论： 通过分析聚合物瓶和玻璃瓶，该研究关于相关的环境影响提供了有用的见解，并且表明每个瓶子类型的最大影响在哪里。根据这项研究中使用的假设，数据和方法，在所有环境影响类别中，聚合物瓶比同等大小的玻璃瓶的性能要高得多。聚合物瓶较低的生命周期影响可以归结为以下原因：（1）部分由于质量更轻而降低了材料和生产影响，（2)由于质量更低而产生的分布影响，(3)由于较低的临终处置影响和更低的质量而导致的更低的临终处理影响。二次包装对于聚合物瓶和玻璃瓶来说是个重要的影响因素。虽然聚合物瓶与玻璃