Il packaging ha una lunga storia intrecciata con la civiltà umana, il suo concetto è emerso quando i primi esseri umani utilizzarono per la prima volta gli strumenti. Uno dei primi esempi di 'imballaggio' è probabilmente l'uso delle foglie per avvolgere il cibo. Nei tempi moderni, l'imballaggio si riferisce tipicamente a un oggetto che racchiude e protegge i prodotti per la distribuzione, lo stoccaggio, il trasporto, la vendita, l'uso e il riutilizzo. La sua funzione principale è quella di salvaguardare in modo sicuro i prodotti, ma con l’aggravarsi del degrado ambientale a causa dell’aumento dei rifiuti di imballaggio, vi è una crescente domanda di imballaggi da progettare, produrre, consumare e riciclare in modo più sostenibile.
Contro l’urgente necessità di un ecosistema più sano e sostenibile, i politici dell’UE e della Cina hanno proposto il concetto di economia circolare (CE) per affrontare le sfide globali chiudendo il ciclo del ciclo di vita del prodotto. La transizione all’EC richiede un cambiamento radicale dal modello economico lineare; il suo principio fondamentale è il ciclo chiuso delle risorse in cui i materiali vengono utilizzati, riutilizzati e riciclati, creando valore attraverso più cicli di vita. I beni al termine della loro vita utile vengono convertiti in risorse per altri, riducendo al minimo gli sprechi attraverso questo sistema a circuito chiuso.
Lo sviluppo dell’EC richiede sforzi di collaborazione da diversi settori: fornitori, produttori, riciclatori, distributori, rivenditori, consumatori e fornitori di servizi di raccolta rifiuti. L’industria dell’imballaggio è un settore economico cruciale e in rapida crescita: il suo fatturato nell’Europa occidentale rappresenta circa il 2% del PIL, con l’industria alimentare come principale utilizzatore (quasi il 60% della produzione totale). Il packaging permea la vita quotidiana, ma il suo svantaggio sono le enormi questioni ambientali derivanti dai tradizionali modelli lineari di 'produzione-trasporto-consumo-smaltimento'. La plastica domina i materiali di imballaggio: il consumo globale di imballaggi di plastica è aumentato a partire dagli anni ’50, rappresentando il 40,5% di tutta la plastica prodotta (il settore che consuma più plastica nell’UE). Tuttavia, i tassi di riciclaggio rimangono bassi: 34,6% nell’UE, con oltre il 23% smaltito in discarica; La Cina e gli Stati Uniti hanno tassi ancora più bassi (rispettivamente 25% e 9%), causando un grave inquinamento.
Il packaging coinvolge molteplici stakeholder: produttori di materie prime, progettisti, produttori, trasportatori, distributori, consumatori e autorità. La progettazione del packaging è un anello decisivo nella catena del valore, poiché determina i materiali, i processi di produzione e le opzioni di fine vita, tutti aspetti fondamentali per il modello a circuito chiuso di CE. Tuttavia, le revisioni della letteratura esistente raramente affrontano in modo sistematico la progettazione di imballaggi incentrati sull’EC; la maggior parte si concentra sul comportamento dei consumatori, sulla gestione dei rifiuti di plastica o sulle tecniche di riciclaggio, trascurando la fase di progettazione. In particolare, il design influenza circa l’80% degli impatti ambientali degli imballaggi. Sebbene alcuni studi riguardino lo sviluppo degli imballaggi industriali e gli strumenti di progettazione di base, il processo e le considerazioni di progettazione dettagliata rimangono sottoesplorati. Nessuna revisione precedente esamina specificamente la progettazione del packaging per CE da una prospettiva incentrata sul design.
Pertanto, questo studio si concentra sulla progettazione di imballaggi legati alla CE, conducendo una revisione della letteratura all’avanguardia. I risultati vengono sintetizzati in un quadro di progettazione circolare del packaging, delineando i fattori chiave e le considerazioni per il processo di progettazione. Il documento è strutturato come segue: la Sezione 1 introduce gli aspetti legati alla CE e all'imballaggio; La Sezione 2 offre una panoramica delle normative/politiche relative alla progettazione degli imballaggi relative alla CE a vari livelli governativi; La sezione 3 descrive in dettaglio la metodologia di revisione della letteratura; La sezione 4 presenta revisioni sistematiche di pubblicazioni accademiche sulla progettazione di imballaggi incentrati sull'EC; La sezione 5 discute i risultati e le tendenze future della ricerca.
Questa sezione fornisce una panoramica delle normative e delle politiche introdotte dai governi a diversi livelli per affrontare le sfide legate ai rifiuti di imballaggio e realizzare un’economia circolare.
Per affrontare le pressanti sfide legate alla protezione ambientale, l’UE ha adottato numerose normative e politiche. La legislazione UE sui rifiuti definisce obiettivi e disposizioni per il riciclaggio dei rifiuti: come dettagliato nella Direttiva quadro sui rifiuti 2018/851, i tassi di riutilizzo e riciclaggio dei rifiuti urbani devono raggiungere il 55% entro il 2025, il 60% entro il 2030 e il 65% entro il 2035. Poiché i rifiuti di imballaggio costituiscono un’ampia quota dei rifiuti domestici, il raggiungimento di questi obiettivi richiede che gli imballaggi siano progettati per molteplici riutilizzi e una maggiore riciclabilità.
Tra i tipi di rifiuti come carta e vetro, i rifiuti di imballaggio in plastica sono specificatamente evidenziati nella Direttiva 2018/852, che stabilisce rigorosi obiettivi di riciclaggio basati sul peso: almeno il 65% di tutti i rifiuti di imballaggio deve essere riciclato entro il 2025, per arrivare al 70% entro il 2030. In linea con la politica e la legislazione sui rifiuti dell'UE, è stata lanciata la prima strategia europea per la plastica in un'economia circolare, con l'obiettivo di migliorare la progettazione dei prodotti in plastica, aumentare i tassi di riciclaggio dei rifiuti di plastica e migliorare la qualità dei rifiuti riciclati. plastica.
Per raggiungere gli obiettivi a lungo termine delineati nella legislazione UE sui rifiuti, il 'Un nuovo piano d'azione per l'economia circolare per un'Europa più pulita e competitiva' dell'UE ha proposto un piano d'azione. Una componente fondamentale di questo piano è la progettazione e la produzione di prodotti sostenibili, trasformando al contempo i modelli di consumo. Il piano si concentra su diversi settori, tra cui quello degli imballaggi e della plastica identificato come ad alto potenziale di circolarità. I progettisti di imballaggi svolgono quindi un ruolo fondamentale nel progresso dell’economia circolare: creando imballaggi sostenibili, possono influenzare il comportamento dei consumatori e ridurre al minimo gli sprechi durante le fasi di produzione e consumo del prodotto.
Livello nazionale
Per rispondere alla Direttiva UE sugli imballaggi e sui rifiuti di imballaggio 2018/852 e alla Legislazione UE sui rifiuti, numerosi governi nazionali hanno formulato politiche corrispondenti. Ad esempio, il governo del Regno Unito ha pubblicato la dichiarazione politica del Circular Economy Package (CEP), che delinea tre requisiti fondamentali per gli imballaggi:
(i) l'imballaggio deve essere progettato, prodotto e commercializzato per consentire il riutilizzo o il recupero;
(ii) il contenuto di sostanze pericolose o nocive negli imballaggi deve essere ridotto al minimo;
(iii) il peso e il volume dell'imballaggio devono essere limitati al minimo necessario, garantendo al tempo stesso i livelli richiesti di igiene, sicurezza e accettazione da parte dei consumatori.
Inoltre, la Francia ha promulgato una nuova legge nel 2020 mirata alla riduzione del consumo di plastica, al miglioramento del riutilizzo e del riciclaggio, all’ampliamento della responsabilità dei produttori e alla fornitura obbligatoria di informazioni ai consumatori per facilitare lo smistamento degli imballaggi. La Svezia ha anche annunciato una strategia nazionale per l’economia circolare, con un design sostenibile dei prodotti e degli imballaggi associati, insieme all’uso sostenibile dei materiali, identificati come due delle sue quattro aree chiave di interesse. Per dettagli su politiche e strategie in altri paesi, i lettori possono fare riferimento alla letteratura pertinente.
Livello regionale
In linea con le politiche e la legislazione nazionale sull’economia circolare (CE), le autorità locali hanno pubblicato strategie regionali e tabelle di marcia dell’economia circolare adattate ai rispettivi contesti economici locali. Questi piani regionali sono modellati non solo da considerazioni ambientali ma anche dagli interessi dei settori chiave della regione.
Il Libro bianco “Le amministrazioni comunali e il loro ruolo nel consentire una transizione verso l’economia circolare” riassume le tabelle di marcia comunali dell’EC, molte delle quali adottano un approccio specifico per settore. Ad esempio, il piano per l’economia circolare di Rotterdam dà priorità al settore dei materiali di origine biologica come obiettivo principale. La tabella di marcia CE di un'altra città propone misure per ridurre l'utilizzo di sacchetti di plastica monouso per imballaggi, un aspetto fondamentale in quanto il turismo locale, un importante motore economico, genera anche notevoli rifiuti di imballaggi monouso. Parigi mira a installare fontane potabili per ridurre il consumo di acqua in bottiglia e i relativi rifiuti di plastica.
La strategia di economia circolare di Glasgow esorta i progettisti a selezionare materiali ecologici, eliminare gli sprechi attraverso la progettazione e aderire ai principi di progettazione per lo smontaggio e l'adattabilità. Le città di tutto il mondo, come [esempi omessi], hanno sviluppato strategie simili; i relativi libri bianchi forniscono panoramiche dettagliate delle iniziative circolari comunali globali.
In queste strategie CE guidate dai governi locali emerge un’enfasi coerente: per realizzare la circolarità, progettisti e produttori devono assumersi una maggiore responsabilità per i rifiuti post-uso dei loro prodotti, responsabilità che attualmente non si assumono pienamente.
Metodi
Per identificare gli studi accademici incentrati sulla progettazione degli imballaggi nel contesto dell’economia circolare, è stata condotta una revisione sistematica della letteratura, attingendo alla metodologia proposta. La revisione ha seguito tre fasi principali: pianificazione, esecuzione e reporting.
Nella fase di pianificazione, sono state identificate le parole chiave chiave della ricerca insieme a un protocollo di revisione dettagliato. La fase di esecuzione prevedeva la ricerca di letteratura in diversi database accademici affidabili, tra cui ISI Web of Science, Scopus, Google Scholar ed Ei Compendex, seguita dallo screening iniziale e dall'analisi approfondita delle fonti pertinenti. Infine, i risultati della revisione sono stati sintetizzati e documentati nella fase di rendicontazione.
Coerentemente con la metodologia adottata, sono state selezionate parole chiave e termini di ricerca specifici (elencati di seguito). Per garantire una revisione completa, combinazioni di queste parole chiave sono state utilizzate in più ricerche nei database per individuare studi rilevanti per la progettazione di imballaggi orientati all’economia circolare. La ricerca è stata eseguita esclusivamente attraverso i database accademici sopra menzionati per curare la letteratura adeguata alla ricerca.
Risultati e discussioni
Questa sezione si concentra sulla revisione delle ultime ricerche sul design del packaging nel contesto di un’economia circolare. I risultati di questa revisione della letteratura possono essere trovati nella selezione dei materiali, nella fase di progettazione concettuale, nella fase di sviluppo del progetto e negli strumenti e indicatori per la verifica del progetto. È stata condotta una discussione approfondita sui risultati e sono state identificate future opportunità di ricerca.
Selezione dei materiali
Principi di selezione dei materiali
La selezione dei materiali è al centro del concetto di economia circolare (CE). L’importanza dell’adozione di materiali ecologici è stata ripetutamente sottolineata nella letteratura accademica, nelle strategie dei governi nazionali e nel discorso pubblico. Gli imballaggi possono essere realizzati con vari materiali (carta, vetro, metallo, plastica e altro), con la plastica che attira particolare attenzione: i rifiuti di imballaggio in plastica costituiscono la quota maggiore dei rifiuti di imballaggio a livello globale, rappresentando una grave minaccia per gli ecosistemi della Terra.
In mezzo ai principali cambiamenti legislativi dell’UE, i materiali polimerici utilizzati negli imballaggi devono ora essere gestiti correttamente durante l’intero ciclo di vita del prodotto. Due priorità fondamentali per raggiungere gli obiettivi dell’UE sono: ridurre la produzione di rifiuti di imballaggio e migliorare la riciclabilità dei materiali di imballaggio per il recupero dei materiali. La riduzione dei rifiuti può essere ottenuta riducendo al minimo l’utilizzo dei materiali attraverso una progettazione ponderata (dettagliata nelle sezioni successive sulla progettazione concettuale, lo sviluppo della progettazione e il riutilizzo degli imballaggi) e l’adozione di materiali biodegradabili che evitino lo smaltimento in discarica o l’incenerimento. Il riciclo dei materiali, invece, può essere realizzato utilizzando materiali riciclati o ad alto contenuto riciclato; quando il riciclaggio non è fattibile, il recupero energetico (valorizzazione dei rifiuti) costituisce una valida alternativa. Esempi pratici includono l’imballaggio ecologico di Dell – i suoi vassoi utilizzano oltre il 93% di plastica riciclabile in peso, compreso il 25% di plastica destinata all’oceano e polietilene ad alta densità riciclato (HDPE) da bottiglie e contenitori per alimenti – e la strategia AIR di Adidas-Parley, in cui le scarpe da corsa in schiuma di mare incorporano fibra di polietilene tereftalato (PET) proveniente da bottiglie di plastica e nylon da reti da posta scartate.
Al di là dei principi di selezione dei materiali specifici CE, rimangono applicabili i criteri tradizionali di progettazione degli imballaggi:
(i) migliorare la funzionalità dei materiali per proteggere la qualità del prodotto;
(ii) riduzione dei costi;
(iii) utilizzare materiali puliti, sicuri e non pericolosi per l'uomo e gli ecosistemi.
Le seguenti sottosezioni delineano le considerazioni chiave per la selezione dei materiali nella progettazione di imballaggi circolari.
Proprietà dei materiali di imballaggio riutilizzati e riciclati
Materiali e proprietà meccaniche dei materiali riutilizzati e riciclati
La fattibilità della chiusura del ciclo dei materiali dipende fortemente dalle proprietà dei materiali riutilizzati e riciclati, in particolare dal fatto che questi materiali (o i componenti e i prodotti realizzati con essi) possano essere effettivamente recuperati, rielaborati e ridistribuiti per il riutilizzo o il riciclaggio, date le loro proprietà, caratteristiche e funzionalità residue.
Gli studiosi hanno esortato progettisti e ingegneri a comprendere le proprietà materiali e meccaniche della plastica da imballaggio, poiché queste possono degradarsi gradualmente dopo molteplici usi o cicli di ritrattamento. La ricerca indica che la plastica in genere si deteriora fino al punto di essere inutilizzabile dopo sette iterazioni di riciclaggio. Ad esempio, gli studi hanno scoperto che il modulo elastico del polipropilene (PP) diminuisce dopo la rilavorazione, rendendo il materiale meno elastico e più fragile; anche i lavaggi ripetuti influiscono negativamente sulla qualità degli imballaggi in PP. Inoltre, la lavorazione del polietilene tereftalato (PET) riciclato aumenta la viscosità del fuso, riducendo la fluidità del materiale durante il soffiaggio e portando a prodotti finiti scadenti. Al contrario, il polietilene ad alta densità (HDPE) mantiene le proprietà meccaniche quasi invariate attraverso più cicli di ritrattamento, rendendolo superiore a PP e PET a questo riguardo. Altre ricerche hanno esplorato il rapporto di miscelazione tra PET vergine e riciclato, scoprendo che una miscela 70/30 presenta proprietà reologiche, meccaniche e termiche favorevoli durante l'estrusione. Gli studi che hanno analizzato la lavorabilità e le prestazioni meccaniche dei campioni di PET, polietilene (PE) e PP riprocessati hanno rilevato che i rifiuti di PET, anche con elevata eterogeneità, sono adatti per il riciclaggio a circuito chiuso e possono essere riciclati più volte, mentre i rifiuti di PP (sia misti che di tipo singolo) non lo sono, a causa del sostanziale degrado durante il riciclaggio. Ulteriori ricerche hanno valutato l'impatto del contenuto di alcol etilene vinilico (EVOH) negli imballaggi alimentari in HDPE multistrato riciclato (ad esempio, bottiglie di yogurt da bere per il consumo fuori casa). Come citato in un lavoro precedente, la plastica destinata agli oceani e altro HDPE riciclato vengono miscelati in un rapporto 1:3 in alcune applicazioni di imballaggio, garantendo che la composizione chimica e la qualità del prodotto finale non siano significativamente compromesse dalle impurità presenti nella plastica riciclata. Quando scelgono i materiali per la progettazione di imballaggi circolari, i progettisti devono considerare anche i successivi processi di riciclo: ad esempio, il riciclo del PET consuma più energia a causa della sua resistenza alle alte temperature e della relativa inerzia. Uno studio sugli impatti economici e ambientali di vari polimeri ha identificato PP, PE, cloruro di polivinile (PVC) e acido polilattico (PLA) come opzioni preferite, poiché la loro produzione riduce l’esaurimento dei fossili e il loro riciclaggio richiede meno energia. Inoltre, le poliolefine hanno un tasso di assorbimento dei contaminanti più elevato rispetto al PET, richiedendo una pulizia intensiva durante il riciclaggio e aumentando i costi associati. Per approfondimenti dettagliati sulle tecniche di riciclaggio e sulla gestione dei rifiuti di plastica, i lettori possono fare riferimento alla letteratura citata.
In particolare, quando si selezionano potenziali materiali, l’applicazione del prodotto dovrebbe essere una considerazione primaria, poiché limita in gran parte la disponibilità del materiale. Ad esempio, l’imballaggio riutilizzabile del gel lavamani richiede materiali rigidi e durevoli, idealmente traslucidi in aree specifiche, mentre le bottiglie per bevande a rendere richiedono materiali elastici e leggeri (per ridurre i costi di trasporto) con eccellente riprocessabilità per più cicli di riciclaggio.
Pericoli dei materiali riciclati
Sebbene il piano d’azione per l’economia circolare dell’UE incoraggi l’uso di materiali riciclati come “regola d’oro”, è fondamentale notare che alcuni materiali riciclati comportano rischi intrinseci. I progettisti devono essere pienamente consapevoli di questi rischi potenziali quando utilizzano tali materiali in applicazioni specifiche, in particolare imballaggi alimentari e imballaggi di giocattoli per bambini.
I polimeri riciclati presentano rischi dovuti principalmente agli ftalati, una classe di sostanze chimiche dannose per la salute umana comunemente aggiunte come plastificanti durante la produzione della plastica. Tuttavia, l’eliminazione completa degli ftalati non è sempre fattibile, poiché sono additivi fondamentali per modellare i prodotti nelle forme desiderate. Ulteriori ftalati possono essere introdotti durante il ritrattamento della plastica riciclata o nelle fasi successive della produzione (ad esempio, etichettatura e incollaggio) e queste sostanze generalmente non vengono rimosse durante il riciclaggio dei rifiuti di plastica domestici.
I ricercatori hanno sviluppato un database che documenta le sostanze chimiche utilizzate negli imballaggi di plastica, comprese quelle pericolose per la salute umana e l'ambiente. Gli studi che misurano il contenuto di ftalati nella plastica vergine, riciclata e di scarto hanno rivelato che la plastica riciclata accumula più ftalati durante il processo di riciclaggio. Ulteriori ricerche hanno collegato il maggiore utilizzo di bottiglie in PET riciclate negli imballaggi alimentari a una maggiore esposizione infantile agli ftalati. Oltre agli ftalati, nei giocattoli per bambini sono stati rilevati altri additivi, come i ritardanti di fiamma, con prove che suggeriscono che queste sostanze entrano nel ciclo di vita di nuovi prodotti attraverso materiali riciclati. I ritardanti di fiamma vietati di etere di difenile bromurato (BDE) sono stati trovati anche in concentrazioni elevate in vari prodotti di consumo e imballaggi nuovi e riutilizzabili (compresi giocattoli per bambini e componenti automobilistici). Questi BDE bioaccumulabili e altre sostanze persistenti non possono essere efficacemente separati dai flussi di rifiuti di plastica, pertanto dovrebbero essere imposte restrizioni più severe sull’uso della plastica riciclata per prodotti e applicazioni specifici.
Fase di progettazione concettuale
Dopo aver selezionato i materiali appropriati, la fase successiva consiste nel generare più concetti di progettazione di imballaggi. Va sottolineato che si tratta di un processo iterativo dalla selezione dei materiali alla progettazione concettuale data la loro natura interconnessa. Questa sottosezione esamina e riassume i fattori che i progettisti dovrebbero considerare durante la fase di generazione del concetto.
Imballaggio riutilizzabile
Gli imballaggi riutilizzabili si allineano perfettamente con il concetto di economia circolare e, ove possibile, dovrebbero essere l'obiettivo principale dei progettisti: il loro utilizzo evita costi aggiuntivi associati alla lavorazione degli imballaggi riciclati e alla successiva rigenerazione. In generale, gli imballaggi riutilizzabili possono essere classificati in quattro tipologie: imballaggio sfuso ricaricabile con dispenser (riutilizzabile), imballaggio genitore ricaricabile (bottiglie e contenitori), imballaggio a rendere (contenitori, bottiglie, bicchieri e piatti) e imballaggio per il trasporto (scatole e imballaggi morbidi).
Gli studiosi hanno analizzato i fattori che influenzano gli impatti economici e ambientali degli imballaggi riutilizzabili. È stato riscontrato che i tassi di restituzione, le distanze di trasporto, la difficoltà e i costi di smistamento, pulizia e manutenzione esercitano effetti negativi sui vantaggi degli imballaggi riutilizzabili, e qualsiasi aumento di questi fattori ne compromette il valore. È necessario trovare un attento equilibrio tra imballaggi riutilizzabili e monouso, considerando la produzione del materiale, lo smaltimento del materiale monouso e le maggiori esigenze di trasporto degli imballaggi riutilizzabili. Inoltre, quando si progettano imballaggi riutilizzabili per mercati tradizionalmente dipendenti da opzioni monouso, i progettisti devono comprendere gli ostacoli alla sua adozione. La ricerca indica che l’introduzione di imballaggi riutilizzabili richiede cambiamenti sistemici non solo per produttori e rivenditori ma anche per i consumatori, cosa ottenibile solo attraverso la riorganizzazione della catena di approvvigionamento e nuovi investimenti nelle linee di produzione. Di seguito è riportato un riepilogo dei principali ostacoli per ciascun stakeholder:
Produttori: Maggiore complessità logistica; riorganizzazione della supply chain per adattarsi ai nuovi scenari di packaging e inventario; maggiori costi e ritardi nella gestione degli imballaggi riutilizzabili restituiti (ad esempio, contenitori), in particolare nelle catene di fornitura globali; investimenti significativi per creare sistemi di produzione di imballaggi riutilizzabili.
Rivenditori: ulteriori investimenti in magazzini per immagazzinare gli imballaggi riutilizzabili restituiti (ad esempio, contenitori); costi aggiuntivi per soddisfare i requisiti di igiene per gli imballaggi restituiti; spese correnti per la pulizia e la manutenzione delle attrezzature (ad esempio, distributori per lo smistamento e lo stoccaggio dei contenitori restituiti).
Consumatori: le preoccupazioni principali riguardano i disagi, tra cui:
(i) sfide di usabilità in tutte le fasce d'età (ad esempio, alcuni imballaggi ricaricabili sono difficili per gli anziani);
(ii) la necessità di restituire gli imballaggi vuoti ai rivenditori o alle stazioni designate per il rifornimento;
(iii) potenziale indisponibilità di ricariche o sostituzioni e (iv) maggiori costi di imballaggio.
I ricercatori hanno identificato e valutato 14 fattori di successo per gli imballaggi in plastica riutilizzabili, tra cui la riduzione dei rifiuti di imballaggio, le minori spese di trasporto/imballaggio/gestione dei rifiuti e l’utilizzo efficiente dello spazio di magazzino sono direttamente collegati a una progettazione efficace dell’imballaggio. Tuttavia, altri studi evidenziano che l’impegno del top management, la gestione ottimizzata dell’inventario e il supporto snello sono i tre fattori più critici per la fattibilità dei modelli di business degli imballaggi in plastica riutilizzabili. Sono stati inoltre identificati gli attributi chiave di un imballaggio riutilizzabile efficace: buona qualità e valore, facilità d'uso e una significativa riduzione del volume dei materiali di imballaggio prodotti e distribuiti.
Utilizzo multimateriale
Una linea guida fondamentale per la progettazione di imballaggi circolari è ridurre al minimo il numero di materiali utilizzati, un aspetto particolarmente critico per gli imballaggi in plastica per uso domestico. I rifiuti di plastica domestici sono generalmente eterogenei e possono contenere contaminanti, con conseguente plastica riciclata di qualità inferiore che impedisce il riciclaggio a circuito chiuso. Uno studio che ha esaminato i rifiuti di imballaggio di biberon monouso negli ospedali di maternità irlandesi ha rilevato che tali biberon sono spesso progettati con un'elevata diversità di materiali (ad esempio biberon, tettarelle e imballaggio esterno), creando difficoltà nell'identificazione di metodi appropriati di trattamento dei rifiuti. La ricerca ha raccomandato di ridurre la varietà dei materiali per facilitare i processi di riciclaggio.
Inoltre, l’uso di materiali multipolimerici dovrebbe essere evitato ove possibile. I multipolimeri spesso contengono impurità che compromettono la riciclabilità del materiale e contaminano altri rifiuti plastici recuperati. Questi materiali vengono generalmente scartati durante il ritrattamento e destinati all'incenerimento, causando ulteriore inquinamento ambientale. Se l'uso di multipolimeri è inevitabile, gli studiosi suggeriscono di progettare componenti individuali e separabili (ad esempio, tramite progettazione modulare) per consentire la separazione e lo smistamento delle parti multipolimeriche durante il riciclaggio.
Opzioni di fine vita
I ricercatori hanno studiato le implicazioni ambientali del riutilizzo e del riciclaggio degli imballaggi, sottolineando che i progettisti devono considerare e definire le opzioni di fine vita di un prodotto durante la fase di progettazione. L'impatto ambientale, la legislazione pertinente, la qualità dell'imballaggio e i costi (ad esempio, le spese di produzione e rifabbricazione) richiedono tutti un'attenta valutazione, poiché questi fattori influenzano direttamente la formulazione delle politiche di restituzione.
Altri studiosi hanno suggerito che i designer dovrebbero ripensare la natura del packaging, inquadrandolo non semplicemente come un accessorio protettivo ma come un prodotto che i consumatori acquistano, possiedono e alla fine smaltiscono. Invece dei tradizionali modelli di proprietà, i consumatori dovrebbero impegnarsi con l’imballaggio come servizio: dopo l’uso, restituiscono l’imballaggio ai rivenditori (e, in ultima analisi, ai produttori) in cambio di crediti che possono essere applicati all’acquisto di un nuovo imballaggio.
Progettazione per la logistica
I ricercatori hanno dimostrato la maggiore complessità logistica e gli aumenti dei costi associati, come delineato in studi precedenti. Per le imprese commerciali, trovare un equilibrio tra costi e impatto ambientale è fondamentale. Inoltre, la valutazione dell’impatto ambientale è multiforme: ad esempio, gli imballaggi riutilizzabili riducono i rifiuti ma possono aumentare le emissioni di CO₂ a causa dei trasporti più frequenti. Uno studio ha messo a confronto due sistemi di confezionamento e distribuzione di frutta e verdura italiana in tutta Europa: contenitori ondulati monouso e contenitori di plastica riutilizzabili. Ha identificato la distanza di trasporto e le dimensioni dell'imballaggio come i due fattori d'influenza più critici.
Ciò sottolinea che i progettisti devono incorporare considerazioni
legate alla logistica quando sviluppano imballaggi riutilizzabili e restituibili. Sebbene le distanze di trasporto siano spesso fisse, l’imballaggio dovrebbe essere riconfigurabile per massimizzare la capacità di carico e accogliere più articoli per spedizione. Un caso di studio ha documentato la riprogettazione delle
scatole di spedizione per renderle riconfigurabili, consentendo loro di contenere pannelli LCD di varie dimensioni e riducendo la necessità di contenitori aggiuntivi per trasportare gli articoli restituiti. Un altro studio ha sviluppato un modello concettuale di imballaggio che integra progettazione tecnica, fattori ambientali e sistemi della catena di fornitura, in grado di ottimizzare la progettazione del contenitore in cartone ondulato per ridurre al minimo l’impatto ambientale lungo tutta la catena di fornitura. Gli studiosi hanno inoltre notato che la riduzione dei costi di trasporto può essere ottenuta attraverso la modularità dell'imballaggio e pratiche standardizzate.
I ricercatori hanno anche espresso preoccupazione per l’aumento delle emissioni di gas serra derivanti da trasporti multipli di imballaggi riutilizzabili. Un esempio degno di nota è uno studio che confronta gli impatti ambientali di due materiali di imballaggio del mango in Brasile: il composito riutilizzabile e il tradizionale cartone monouso. Le preoccupazioni principali includevano il maggiore consumo di elettricità per la produzione di imballaggi compositi e un maggiore utilizzo di carburante per il trasporto dei contenitori compositi più pesanti. Lo studio ha rilevato che dopo più di quattro utilizzi, le emissioni di CO₂ derivanti dal trasporto di imballaggi compositi sono diventate meno favorevoli dal punto di vista ambientale rispetto alle scatole di cartone monouso, a causa delle grandi dimensioni geografiche del Brasile che richiedono trasporti a lunga distanza. Inoltre, il cartone monouso in Brasile viene incenerito per il recupero energetico. Pertanto, il cartone monouso si è rivelato un’opzione migliore dopo quattro riutilizzi dell’imballaggio composito. Al contrario, i risultati hanno mostrato che il punto di pareggio (dove l’imballaggio composito diventa più ecologico) è stato raggiunto solo dopo 35 riutilizzi nel contesto europeo. Ciò indica che, sebbene i progettisti siano generalmente incoraggiati a massimizzare i cicli di riutilizzo degli imballaggi, le distanze di trasporto e le conseguenti emissioni di gas serra non possono essere trascurate.
Inoltre, se i prodotti e il loro imballaggio sono destinati ai mercati locali o regionali, i tassi di rendimento locali devono essere integrati nel processo di progettazione. Uno studio ha valutato il sistema di raccolta dei rifiuti di imballaggio domestico in Slovacchia, rilevando che il tasso di riciclaggio di alcuni materiali (ad esempio, gli imballaggi in PET per bevande) è stato significativamente inferiore agli obiettivi dell'UE, con variazioni osservate tra due città. I ricercatori hanno aggiunto che i tassi di riciclaggio sono un fattore determinante che incide sui costi logistici totali, poiché tassi di riciclaggio più elevati sono generalmente correlati a costi associati inferiori. Pertanto, quando scelgono i materiali, i progettisti dovrebbero essere consapevoli dei tassi di restituzione o di riciclaggio locali per tali materiali. Scelte informate dei materiali sono essenziali per facilitare il riciclaggio locale dei rifiuti e quindi ridurre i costi complessivi.
Fase di sviluppo del progetto
Funzionalità della confezione
Sebbene la funzione primaria dell’imballaggio sia quella di proteggere il prodotto racchiuso, anche altri fattori che influenzano la qualità dell’imballaggio e l’esperienza dell’utente sono strettamente legati alla generazione di rifiuti. Gli studiosi hanno sottolineato che la ricerca attuale si concentra fortemente sull’estensione della durata di vita dei prodotti o sull’utilizzo dei rifiuti come materia prima, ma presta un’attenzione insufficiente ad affrontare le cause profonde dei rifiuti. Uno studio che ha indagato sui rifiuti alimentari legati a una progettazione inadeguata degli imballaggi ha identificato tre principali fattori che determinano rifiuti inutili: 'difficoltà nello svuotare completamente gli imballaggi', 'imballaggi danneggiati' e 'gli alimenti si deteriorano rapidamente in imballaggi richiudibili o aperti'. Ciò indica che gli imballaggi alimentari dovrebbero essere progettati per essere facilmente svuotati e richiudibili, fornendo allo stesso tempo un'adeguata protezione fisica e chimica per il contenuto.
I ricercatori consigliano ai progettisti di considerare una duplice prospettiva nella progettazione degli imballaggi alimentari: sebbene gli imballaggi, in particolare quelli a base di plastica, aumentino i volumi complessivi dei rifiuti, allo stesso tempo riducono gli sprechi alimentari proteggendo i prodotti e prolungando la durata di conservazione. Gli indicatori chiave per la progettazione degli imballaggi alimentari includono l’estensione della durata di conservazione, la riduzione dei danni agli alimenti e la riduzione al minimo degli imballaggi secondari. Ulteriori studi hanno rilevato che l’impatto ambientale degli imballaggi alimentari è relativamente minore rispetto a quello degli alimenti in essi contenuti.
In uno studio separato, i ricercatori hanno riprogettato l’imballaggio ricaricabile per un prodotto per il lavaggio del corpo e hanno scoperto che il fattore critico di successo era garantire che i consumatori potessero capire facilmente come riempire il contenitore primario e utilizzare il prodotto. Al di là della durata prevista degli imballaggi ricaricabili, la funzionalità è altrettanto importante e non dovrebbe essere compromessa.
Dimensioni, forma e colore
Dal punto di vista del riciclaggio, una buona pratica generale è quella di evitare l’uso di plastica nera o di colore scuro per gli imballaggi. Il motivo principale è che la maggior parte degli impianti di smistamento utilizza scanner per spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR), che devono affrontare sfide tecniche nel rilevamento della plastica nera o scura. Tuttavia, il 10-11% delle plastiche PET, PP e PE attualmente utilizzate negli imballaggi sono nere.
Per quanto riguarda le dimensioni e la forma dell'imballaggio, i progettisti devono bilanciare volume e costi di ricarica. Gli imballaggi ricaricabili sono spesso progettati per essere grandi e contenere più contenuti, massimizzando i vantaggi economici, ma le confezioni più grandi aumentano il costo dell'imballaggio che è già più costoso rispetto alle alternative monouso. I ricercatori suggeriscono che l’imballaggio alimentare dovrebbe essere ben adattato al contenuto alimentare: è stato riscontrato che l’utilizzo di imballaggi di dimensioni adeguate riduce sia le perdite/sprechi alimentari che i rifiuti di imballaggio. Gli studiosi hanno anche sottolineato che gli imballaggi di grandi dimensioni contribuiscono in modo determinante allo spreco alimentare e dovrebbero essere evitati. Inoltre, per ridurre ulteriormente i costi di imballaggio, gli studi evidenziano la necessità di ridurre la varietà di forme e dimensioni degli imballaggi.
Design modulare ed etichettatura
Il design modulare è una teoria del design che suddivide un prodotto o un sistema in parti costitutive più piccole. Queste parti possono essere progettate, modificate, prodotte, sostituite o scambiate in modo indipendente all'interno di un singolo prodotto o tra prodotti e sistemi diversi. Per gli imballaggi composti da materiali diversi o multipolimeri, ove possibile, si dovrebbe adottare un design modulare. Ciò facilita la separazione e lo smistamento di materiali diversi, particolarmente critici per i multipolimeri, che non possono essere miscelati con altri polimeri per il riciclaggio, poiché tale miscelazione causerebbe un sostanziale degrado dei materiali riciclati.
In un caso di studio sul ciclo di vita dell'imballaggio delle lattine per bevande di Carlsberg, i ricercatori hanno scoperto che la progettazione del corpo e del coperchio della lattina per una facile separazione ha migliorato la riciclabilità, in particolare nei sistemi di riciclaggio multipli a circuito chiuso. Anche un'etichettatura chiara della composizione dei materiali e delle linee guida per il riciclaggio è stata identificata come essenziale per ottenere un riciclaggio di alta qualità. Un altro studio ha proposto una struttura in polietilene (PE) a tre strati per l’imballaggio alimentare: strati esterni in PE vergine (per la sicurezza del contatto alimentare) e uno strato intermedio costituito da film di PE flessibile riciclato. Questo design riduce la dipendenza dai materiali vergini incorporando PE riciclato nello strato non a contatto con gli alimenti, un concetto che può essere esteso agli imballaggi modulari, in cui i materiali riciclati vengono utilizzati per componenti specifici. Gli ospedali generano volumi significativi di imballaggi in plastica e rifiuti di prodotti; uno studio sui rifiuti di imballaggio di biberon monouso per neonati ha rilevato che un’etichettatura chiara di riciclabilità per ciascun componente riduce la complessità dei processi di gestione e riciclaggio dei rifiuti.
Integrare il concetto di economia circolare nel design
I benefici ambientali dell'imballaggio circolare dipendono non solo dalle caratteristiche del design dell'imballaggio (ad esempio, materiali utilizzati e aspetto visivo), ma anche dalla volontà dei consumatori di acquistare tali prodotti. Gli studi hanno dimostrato che l'aspetto visivo e la pubblicità influenzano la percezione dei consumatori riguardo alla sostenibilità degli imballaggi. I ricercatori che hanno analizzato le risposte dei consumatori al design del packaging, dal duplice punto di vista dei materiali e della grafica, hanno scoperto che i consumatori sono disposti a pagare un premio per un packaging sostenibile. Un altro studio sulla motivazione dei consumatori ad evitare i rifiuti di imballaggio in plastica ha rivelato la volontà di pagare un extra per i materiali di imballaggio riciclati e riciclabili, in particolare la plastica. Tuttavia, il termine 'sostenibilità' è ambiguo per i consumatori, che spesso si affidano a convinzioni profane imprecise e talvolta fuorvianti per giudicare la sostenibilità di un pacchetto. Gli studiosi consigliano vivamente che i concetti di economia circolare, come gli imballaggi ricaricabili per il bagnoschiuma, dovrebbero essere chiaramente comunicati ai consumatori, con una netta differenziazione tra confezioni originali e di ricarica.
Ciò sottolinea la necessità fondamentale di incorporare i principi dell’economia circolare nella progettazione degli imballaggi, evidenziando i contributi positivi del prodotto e/o dell’imballaggio alla circolarità. Uno studio di revisione ha inoltre rilevato che la volontà dei consumatori di riciclare gli imballaggi di plastica è guidata da preoccupazioni ambientali e che i messaggi ecologici possono aumentare la loro motivazione al riciclaggio. Pertanto, i progettisti devono considerare come integrare e trasmettere in modo ottimale tali messaggi attraverso la progettazione dell’imballaggio per aumentare il coinvolgimento dei consumatori nel riciclaggio. Tuttavia, i ricercatori hanno messo in guardia contro l’utilizzo eccessivo dei concetti di economia circolare: incorporare più di questi principi in un unico design di imballaggio non aumenta la volontà dei consumatori di acquistare o riciclare, poiché produce solo una minima soddisfazione morale aggiuntiva da queste azioni.
Insidie di progettazione
Al di là delle varie considerazioni progettuali che migliorano il packaging circolare, ci sono insidie comuni nei progetti di packaging tradizionali che i progettisti dovrebbero evitare. Ad esempio, la lacca è ampiamente utilizzata nell'industria dell'imballaggio delle bevande (ad esempio, lattine di alluminio). Tuttavia, gli studiosi avvertono che anche l'uso a bassi livelli di lacca e altre sostanze (ad esempio, a concentrazioni di parti per milione) può influire negativamente sulla riciclabilità. La composizione chimica della vernice può introdurre contaminanti durante il riciclaggio, ostacolando così il riutilizzo del materiale. Il principio della 'progettazione per una contaminazione zero' dovrebbe essere incorporato nella progettazione degli imballaggi per consentire il riciclaggio can-to-can. Inoltre, come osservato in precedenza, la combinazione di strategie biologiche e tecniche o l’applicazione di più approcci di progettazione dell’economia circolare non migliorano in modo significativo la funzionalità dell’imballaggio né aumentano la disponibilità all’acquisto dei consumatori.
Inoltre, i ricercatori hanno proposto considerazioni chiave per la progettazione di imballaggi riutilizzabili per prodotti per la cura personale (ad esempio, bagnoschiuma). È emersa un’intuizione critica: nonostante la fattibilità tecnica di ricaricare e riutilizzare tali imballaggi più di 10 volte, i consumatori sono riluttanti a pagare un premio per questo potenziale di riutilizzo prolungato. Invece, i consumatori preferiscono l’accesso a un’ampia gamma di fragranze, rendendo meno desiderabili ricariche ripetute della stessa fragranza.
Strumenti e indicatori per la validazione della progettazione
Dopo aver finalizzato la progettazione dettagliata, l'imballaggio proposto viene sottoposto a rigorosa valutazione e convalida. Una serie di strumenti, come gli strumenti di analisi del ciclo di vita (LCA), possono facilitare questo processo ed è interessante notare che questi strumenti sono applicabili in tutte le fasi di progettazione. Questa sottosezione delinea gli strumenti e gli indicatori identificati in letteratura che dimostrano il potenziale per supportare la progettazione di imballaggi circolari.
I ricercatori hanno sviluppato uno strumento basato sull'LCA per valutare gli impatti ambientali, la produzione di rifiuti e il consumo di risorse. Un altro studio ha stabilito una serie di indicatori per valutare gli effetti ambientali della progettazione degli imballaggi, tra cui la tossicità dei materiali, l'impatto sulla biodiversità e il consumo di energia, e ha presentato una tabella di 'ecoindicatori' per valutare i concetti di imballaggio in tre dimensioni: produzione, trasporto, discarica e riciclaggio. È stato inoltre proposto un modello di data mining, che riduce la varietà delle dimensioni degli imballaggi raggruppando forme e dimensioni simili, sostituendole con un unico modello di imballaggio universalmente adatto. Gli studiosi hanno proposto cinque criteri per valutare il design del packaging circolare:
(i) ridurre (minimizzazione degli imballaggi);
(ii) riutilizzo;
(iii) Reclaim (recupero energetico dalla combustione dei rifiuti di imballaggio senza inquinamento secondario);
(iv) riciclare;
(v) degradabilità.
Sono state inoltre suggerite misure corrispondenti per la progettazione di imballaggi circolari, esortando i progettisti a rafforzare la consapevolezza dei consumatori sull’economia circolare e a utilizzare in modo razionale le risorse di imballaggio logistico. Inoltre, è stato sviluppato uno strumento LCA per assistere i progettisti nella valutazione degli impatti ambientali attraverso i processi di produzione dei materiali, pulizia degli imballaggi restituiti, trasporto e gestione dei rifiuti, mentre è stato creato un altro strumento LCA integrato per analizzare i compromessi tra funzionalità dell’imballaggio e prestazioni ambientali.
Altri ricercatori hanno proposto un quadro che combina la LCA e il programma di certificazione Cradle-to-Cradle (C2C). Gli studi hanno esaminato il protocollo di progettazione C2C, il quadro di valutazione della sostenibilità del ciclo di vita e l'indicatore di circolarità dei materiali (MCI). Il protocollo di progettazione C2C si basa su tre principi fondamentali: 'rifiuti equivalgono al cibo', 'utilizzare l'attuale reddito solare' e 'celebrare la diversità', con criteri chiave di certificazione relativi agli imballaggi, tra cui la salute dei materiali e la riutilizzabilità, la gestione del carbonio e l'uso di energie rinnovabili. L'MCI valuta il potenziale riparativo del materiale dalla produzione del prodotto al riciclaggio, con fattori legati alla progettazione dell'imballaggio primario, tra cui il contenuto di materiale riciclato, il tasso di riciclaggio e l'efficienza del riciclaggio. Da un'analisi di tre tipi di modelli e strumenti di sviluppo del packaging – protocolli, diagrammi e valutazioni – è emerso che i modelli di tipo valutativo (ad esempio, LCA) sono più utili nelle fasi successive di sviluppo. Al contrario, si ritiene che i modelli di tipo protocollo manchino di descrizioni tangibili, limitando la loro efficacia nel supportare la progettazione di imballaggi circolari.
Conclusioni
Il modello tradizionale di produzione e consumo di imballaggi è lineare: gli imballaggi vengono progettati, fabbricati, consumati, scartati e infine inceneriti o messi in discarica. Al contrario, l’economia circolare mira a raggiungere zero rifiuti mantenendo le risorse in circuiti chiusi il più a lungo possibile, invece di consentire loro di diventare rifiuti che danneggiano gli ecosistemi della Terra. L’integrazione dei principi dell’economia circolare richiede innovazioni nella progettazione degli imballaggi: circa l’80% degli impatti ambientali viene determinato durante questa fase, che definisce in gran parte i materiali di imballaggio, i processi di produzione, i modelli di consumo, il potenziale di riutilizzo e la riciclabilità. Ciò rende la progettazione fondamentale per la realizzazione di un’economia circolare. Per quanto ne sappiamo, questo studio è la prima revisione accademica ad esplorare la ricerca attuale sulla progettazione del packaging e sull’economia circolare da una prospettiva incentrata sul design.
Sebbene questa revisione della letteratura si concentri principalmente sulla ricerca accademica, è interessante notare che l’industria sta adottando attivamente pratiche di imballaggio circolari. La ricerca futura dovrebbe esaminare e sintetizzare i progressi industriali nel campo dell’imballaggio circolare, che possono fornire una guida attuabile per una comunità più ampia di professionisti dell’imballaggio. Inoltre, si prevede che i risultati di questo studio andranno a vantaggio di progettisti, responsabili di ricerca e sviluppo e professionisti del settore dell’imballaggio nello sviluppo di soluzioni orientate all’economia circolare, con le considerazioni di progettazione identificate che fungono da riferimento pratico. Gli educatori potrebbero anche sfruttare questi risultati per formare la prossima generazione di talenti focalizzati sull’economia circolare.
