Initiatives to decarbonising the beverage and food packaging value chain: the carton package case - Amorim, Juliana Campos [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
O aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE), como CO2, CH4 e NO2, desde a Revolução Industrial, tem elevado a temperatura global e provocado eventos climáticos extremos. Os sistemas agroalimentares respondem por cerca de 31% dessas emissões, e a crescente demanda por alimentos devido ao aumento populacional exige esforços para reduzi-las. A cadeia produtiva alimentícia inclui etapas de pré e pós-produção, além da indústria de embalagens. Um exemplo interessante de embalagem com fortes atributos de sustentabilidade é a embalagem cartonada, composta por aproximadamente 75% de papel cartão, 20% de polietileno e 5% de alumínio, com alto conteúdo renovável e um processo de reciclagem consolidado. Em relação às emissões, somente 1% provêm da operação direta, enquanto 31% são gerados no processo produtivo dos materiais que compõe a embalagem, e 7% das emissões em sua destinação final. Para potencializar os atributos de sustentabilidade da embalagem cartonada, o objetivo desta tese foi explorar estratégias de descarbonização em sua cadeia de valor, mais especificamente (1) nas matérias-primas utilizadas para produzir a embalagem, em particular na produção de papel, buscando compreender o acúmulo de carbono na madeira de plantações florestais de Eucalyptus spp.; e (2) na destinação final embalagem, nomeadamente nos resíduos produtivos do processo de reciclagem. Como 75% da embalagem cartonada é composta por papel, que é produzido a partir das fibras de eucalipto e pinus, o Capítulo 1 focou em alternativas para potencializar a captura de carbono em plantios de eucalipto, analisando dados de 448 parcelas de plantio do Brasil e da Austrália, em uma análise multivariada. Na Austrália, as espécies de Eucalyptus crescem lentamente nos primeiros anos e aceleram após 5-10 anos, enquanto no Brasil a concentração de carbono atinge o máximo entre 4-6 anos e depois declina. O estoque de carbono mostrou maior correlação com elevação e precipitação do que com a temperatura em ambas as regiões, evidenciando a necessidade de estratégias de manejo localizadas. Os Capítulos 2 e 3 investigaram o processo de reciclagem de embalagens cartonadas, buscando alternativas para o resíduo gerado no processo de reciclagem do plástico-alumínio, que hoje é destinado a aterros. O Capítulo 2 caracterizou o resíduo, destacando seu potencial para recuperação energética, com poder calorífico útil de 15,76 MJ/kg após 60 dias de secagem em local coberto, e degradação ideal entre 400°C e 550°C. Classificado como não perigoso (Classe II A), é viável como Combustível Derivado de Resíduos (CDR) e para produção de carvão através da pirólise. O Capítulo 3 investigou a pirólise do resíduo entre 450°C e 750°C, incluindo co-pirólise com 75% de cavacos de madeira de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis. A co-pirólise a 750°C melhorou significativamente as propriedades do carvão, aumentando o teor de carbono fixo e a energia útil (27,30 MJ/kg), além de fornecer nutrientes como cálcio, magnésio e potássio, destacando seu potencial uso para aplicações agrícolas. Os resultados evidenciaram a co-pirólise como estratégia sustentável para valorização de resíduos. O presente trabalho contribui com estratégias para a descarbonização da cadeia de valor das embalagens cartonadas, visando reduzir as emissões de gases de efeito estufa tanto no início da cadeia, na produção da matéria-prima, quanto no final, no processo de reciclagem.

The increase in greenhouse gas (GHG) emissions, such as CO₂, CH₄, and N₂O, since the Industrial Revolution has raised global temperatures and intensified extreme weather events. Agrofood systems account for approximately 31% of these emissions, and the growing demand for food due to population growth underscores the need for mitigation efforts. The food production chain encompasses pre- and post-production stages, as well as the packaging industry. An example of sustainable packaging with significant environmental attributes is the carton package, composed of approximately 75% paperboard, 20% polyethylene, and 5% aluminum. It has a high renewable content and an established recycling process. In terms of emissions, only 1% originate from direct operations, while 31% are generated during the production of the materials used in the packaging, and 7% come from its final disposal. To enhance the sustainability attributes of carton packaging, the objective of this thesis was to explore decarbonization strategies within its value chain, specifically: (1) in the raw materials used to produce the packaging, particularly the paper, by investigating carbon sequestration in Eucalyptus spp. forest plantations; and (2) in the end-of-life phase, focusing on the recycling process byproducts. Since 75% of carton packaging is composed of paper derived from eucalyptus and pine fibers, Chapter 1 focused on alternatives to enhance carbon sequestration in eucalyptus plantations, analyzing data from 448 planting plots in Brazil and Australia through a multivariate analysis. In Australia, Eucalyptus species grow slowly in their early years and accelerate after 5–10 years, while in Brazil, carbon accumulation peaks between 4–6 years and then declines. Carbon stock showed a stronger correlation with elevation and precipitation than temperature in both regions, highlighting the need for localized management strategies. Chapters 2 and 3 investigated the recycling process of carton packaging, seeking alternatives for the plastic-aluminum residue currently sent to landfills. Chapter 2 characterized the residue, highlighting its potential for energy recovery, with a useful heating value of 15.76 MJ/kg after 60 days of covered drying and an optimal degradation range between 400°C and 550°C. Classified as non-hazardous (Class II A), the residue is viable as Refuse-Derived Fuel (RDF) and for biochar production via pyrolysis. Chapter 3 explored the pyrolysis of the residue at temperatures between 450°C and 750°C, including co-pyrolysis with 75% wood chips from Eucalyptus urophylla × Eucalyptus grandis. Co-pyrolysis at 750°C significantly enhanced the biochar’s properties, increasing fixed carbon content and useful energy (27.30 MJ/kg), while also providing nutrients such as calcium, magnesium, and potassium, showing potential use for agricultural applications. The findings underscore co-pyrolysis as a sustainable strategy for waste valorization. This study contributes to decarbonization strategies in the carton packaging value chain, aiming to reduce GHG emissions both at the beginning of the chain, during raw material production, and at the end, in the recycling process.
Iniciativas para a descarbonização da cadeia de valor das embalagens de bebidas e alimentos: o caso das embalagens cartonadas
Keywords: Bioenergy; Eucalypt plantations; Carbon accumulation; Carton package; Pyrolysis; Plantações de eucalipto; Captura de carbono; Embalagem cartonada; Pirólise; Bioenergia