پایداری در عطر پرمیوم

۳ اسفند ۱۴۰۴

#پایداری#عطر پرمیوم#پایداری#شیمی سبز#LCA#زنجیره تأمین

خلاصه

پایداری در عطر پرمیوم یک شعار بازاریابی نیست و به یک مسئله اندازه‌پذیر تبدیل می‌شود. این بازبینی نشان می‌دهد که چگونه ترکیب «شیمی سبز» با «ارزیابی چرخه عمر (LCA)» می‌تواند از مرحله طراحی ماده اولیه تا مرحله تولید صنعتی و حتی تا مرحله بسته‌بندی و پایان عمر، نقاط بحرانی اثرات محیط‌زیستی را آشکار کند و مسیرهای اصلاح را مشخص کند.[1][2][6][7] در ادبیات علمی، هم‌زمانی ابزارهای سریع‌ترِ اکودیزاین با LCA یک رویکرد مکمل معرفی می‌شود و برای مرحله توسعه مفهومی مفید توصیف می‌شود.[1]

  • تیم‌های توسعه فرایند، شاخص‌های شیمی سبز را برای کاهش حلال‌های پرخطر و بهبود بازده کربنی به کار می‌گیرند.[1]
  • تیم‌های پایداری، LCA را برای شناسایی نقاط بحرانی مصرف انرژی، مواد کمکی، و تولید پسماند انجام می‌دهند.[1][2]
  • تیم‌های زنجیره تأمین، داده‌های منشأ و ردیابی را برای کاهش ریسک تأمین و کنترل کیفیت جمع‌آوری می‌کنند.[3][7]
  • تیم‌های ارزیابی اثر، روش‌های LCIA را برای سنجش کربن، سمیت، و مصرف آب انتخاب می‌کنند و سازگاری نتایج را بررسی می‌کنند.[8][9]
  • تیم‌های داده، پایگاه‌های داده پس‌زمینه را برای تکمیل موجودی چرخه عمر (LCI) به‌کار می‌گیرند و کیفیت داده را پایش می‌کنند.[10]

فهرست

دامنه و تعریف عملیاتی پایداری در عطر پرمیوم

پایداری در عطر پرمیوم زمانی قابل ارزیابی می‌شود که به شاخص‌های روشن تبدیل شود. در یک تعریف عملیاتی، پایداری معمولاً به سه محور وابسته می‌شود: کارایی فرایند، منشأ و تجدیدپذیری خوراک، و پیامدهای زیست‌محیطی در طول چرخه عمر.[1][2] این تعریف با منطق «پرمیوم» نیز هم‌خوانی دارد، زیرا محصول پرمیوم باید کیفیت پایدار را همراه با ریسک پایین‌ترِ تأمین نشان دهد.[3]

LCA در عطر: واحد کارکردی، مرز سیستم، و دسته اثر

LCA زمانی معتبر می‌شود که واحد کارکردی و مرز سیستم شفاف شوند. چارچوب کلی LCA در ادبیات مروری تثبیت می‌شود و مراحل تعریف هدف و دامنه، موجودی چرخه عمر (LCI)، ارزیابی اثر (LCIA)، و تفسیر را شامل می‌شود.[6][7] در مواد اولیه عطر، واحد کارکردی می‌تواند «یک کیلوگرم ماده» باشد، اما در کاربردهای فرمولاسیون، واحد کارکردی می‌تواند «اثر بویایی معادل در یک فرمول» تعریف شود. این تفاوت می‌تواند تفسیر نتایج را تغییر دهد و به تصمیم‌های متفاوت منجر شود، زیرا ماده‌ای با دوز مصرف پایین می‌تواند در واحد کارکردی مبتنی بر عملکرد، مزیت نشان دهد.[1][7]

مرز سیستم نیز باید مشخص شود. بسیاری از ارزیابی‌ها روی مرحله تولید ماده تمرکز می‌کنند و «از گهواره تا درِ کارخانه» را گزارش می‌کنند، اما مرحله تأمین خوراک، تولید انرژی، و حمل‌ونقل می‌تواند سهم معناداری داشته باشد و گاهی «از گهواره تا گور» تصویر واقع‌گرایانه‌تری می‌سازد.[1][2][6] دسته‌های اثر نیز باید متناسب انتخاب شوند و محدود به یک شاخص مانند کربن نباشند، زیرا برخی مسیرها ممکن است کربن را کاهش دهند اما اثرات دیگری را افزایش دهند.[7][8]

در عطرسازی، تخصیص در فرایندهای چندمحصولی اهمیت دارد. تولید یک ماده طبیعی می‌تواند هم‌زمان «روغن» و «هیدرولات» یا پسماند زیستی تولید کند و روش تخصیص می‌تواند نتایج را تغییر دهد.[13] همچنین، در خوراک‌های زیستی، بحث «کربن زیستی» و تغییر کاربری زمین باید با دقت مدل‌سازی شود تا نتیجه به‌صورت مصنوعی خوش‌بینانه نشود.[2][7]

معماری سنجه‌ها: KPIهای عملیاتی و نقش «واحد کارکردی»

در عمل، تیم‌ها برای تصمیم‌گیری سریع به سنجه‌های قابل اندازه‌گیری نیاز دارند. این سنجه‌ها زمانی معتبر می‌شوند که به واحد کارکردی گره بخورند و با نتایج LCA سازگار شوند.[6][7]

سنجه‌های نزدیک به عملیات

این سنجه‌ها به داده‌های کارخانه نزدیک هستند و در کوتاه‌مدت قابل بهبود هستند.

  • تیم‌های تولید، مصرف انرژی ویژه را به‌صورت «(kWh) به‌ازای واحد کارکردی» اندازه‌گیری می‌کنند و روند را پایش می‌کنند.[6][7]
  • تیم‌های شیمی، جرم حلال و مواد کمکی را به‌صورت «(kg) به‌ازای واحد کارکردی» ثبت می‌کنند و مسیرهای جایگزین را مقایسه می‌کنند.[1][6]
  • تیم‌های ایمنی، شاخص‌های خطر را برای مواد و حلال‌ها گزارش می‌کنند و گزینه‌های کم‌خطرتر را پیشنهاد می‌کنند.[1]

سنجه‌های نزدیک به محصول

این سنجه‌ها به «کارکرد» نزدیک هستند و به تعریف درست واحد کارکردی وابسته می‌مانند.

  • تیم‌های فرمولاسیون، دوز مصرف و پایداری رایحه را در زمان ارزیابی می‌کنند و اثر آن را بر واحد کارکردی می‌سنجند.[7]
  • تیم‌های کیفیت، نوسان دسته‌ای را پایش می‌کنند و ریسک دوباره‌کاری را کاهش می‌دهند، زیرا دوباره‌کاری معمولاً انرژی و ضایعات را افزایش می‌دهد.[6][7]

مدل‌سازی اثر: انتخاب LCIA و مدیریت داده پس‌زمینه

پس از جمع‌آوری LCI، انتخاب روش LCIA جهت تفسیر اثرات کلیدی می‌شود. روش ReCiPe 2016 یک چارچوب همسان‌سازی‌شده را برای دسته‌های اثر در سطح میانی و نهایی ارائه می‌دهد و برای گزارش‌گیری چندشاخصی مفید عمل می‌کند.[8] برای مواد شیمیایی و حلال‌ها، مدل USEtox برای سمیت انسانی و سمیت اکولوژیک آب شیرین توصیه می‌شود و عامل‌های مشخصه را در LCIA فراهم می‌کند.[9]

کیفیت و منشأ داده پس‌زمینه نیز اهمیت دارد. بسیاری از مطالعات صنعتی از پایگاه‌های داده پس‌زمینه مانند ecoinvent استفاده می‌کنند و سپس داده‌های اختصاصی فرایند را روی آن سوار می‌کنند.[10] این رویکرد به شفافیت حساس است و اگر فرض‌ها و داده‌های منطقه‌ای دقیق نباشند، نتیجه می‌تواند منحرف شود.[7][10]

چرا اکودیزاین بدون LCA کافی نیست و LCA بدون اکودیزاین کند می‌شود

اکودیزاین معمولاً در ابتدای توسعه سریع عمل می‌کند و جهت‌گیری را اصلاح می‌کند، اما تصویر کامل چرخه عمر را تضمین نمی‌کند. در مقابل، LCA تصویر جامع‌تری ارائه می‌دهد، اما به داده و زمان نیاز دارد و در مراحل اولیه توسعه ممکن است کند شود.[1] در یک مطالعه تطبیقی، ارزیابی LCA برای مجموعه‌ای از مواد اولیه عطر با یک ابزار اکودیزاین شیمی سبز مقایسه می‌شود و رویکرد مکمل پیشنهاد می‌شود.[1]

چالش‌های روش‌شناختی: محرمانگی داده، تخصیص، و کربن زیستی

در صنعت عطر، داده‌های فرایندی و داده‌های زنجیره تأمین غالباً محرمانه هستند. این محدودیت می‌تواند کیفیت LCA را کاهش دهد و باعث شود که پژوهشگر به داده‌های میانگین و فرض‌های ساده تکیه کند.[1] تخصیص در فرایندهای چندمحصولی نیز چالش ایجاد می‌کند و می‌تواند نتیجه را تغییر دهد.[2] کربن زیستی و تغییر کاربری زمین نیز باید با دقت تحلیل شوند، زیرا اتکا به «تجدیدپذیر بودن» به‌تنهایی کافی نیست.[2][4]

علاوه بر این، «قابل مقایسه بودن» در عطر همیشه ساده نیست. ماده‌ای که منشأ زیستی دارد می‌تواند به انرژی بالاتر در استخراج نیاز داشته باشد و ماده‌ای که منشأ پتروشیمی دارد می‌تواند به مسیر فرایندی کوتاه‌تر متکی شود. این تفاوت‌ها باید با همان واحد کارکردی و همان مرز سیستم مقایسه شوند تا نتیجه قابل دفاع بماند.[6][7]

عدم‌قطعیت و تحلیل حساسیت: چگونه نتیجه را قابل دفاع می‌کنیم

نتیجه LCA زمانی قابل دفاع می‌شود که عدم‌قطعیت روشن شود. ادبیات روش‌شناختی نشان می‌دهد که مدل‌سازی، داده‌های پس‌زمینه، و انتخاب‌های تخصیص می‌توانند دامنه نتایج را تغییر دهند و بنابراین تحلیل حساسیت و سناریوسازی ضروری می‌شود.[7]

در پروژه‌های عطر پرمیوم، سناریوها معمولاً روی چند محور شکل می‌گیرند:

  • تیم‌ها سناریوی انرژی را با برق شبکه و برق تجدیدپذیر مدل‌سازی می‌کنند و تغییر در دسته «تغییر اقلیم» را گزارش می‌کنند.[6][7]
  • تیم‌ها سناریوی حلال را با جایگزینی حلال‌های پرخطر مدل‌سازی می‌کنند و تغییر در دسته‌های سمیت را با USEtox می‌سنجند.[9]
  • تیم‌ها سناریوی حمل‌ونقل را با مسیرهای نزدیک‌تر مدل‌سازی می‌کنند و سهم زنجیره تأمین را پایش می‌کنند.[6][10]

مطالعه‌های موردی و شواهد تجربی

۱) پروفایل محیط‌زیستی مواد اولیه عطر و هم‌سنجی با ابزار اکودیزاین

در یک مطالعه در Green Chemistry، پروفایل محیط‌زیستی تولید مواد اولیه عطر در چارچوب LCA بررسی می‌شود و با یک ابزار اکودیزاین مبتنی بر شیمی سبز مقایسه می‌شود. نتیجه نشان می‌دهد که نتایج می‌تواند در مواد مختلف به‌شدت متفاوت باشد و شناسایی نقاط بحرانی به داده‌های دقیق وابسته است.[1]

۲) وانیلین زیستی و ارزیابی چرخه عمر

یک مطالعه در Journal of Cleaner Production ارزیابی چرخه عمر تولید وانیلین زیستی را گزارش می‌کند و نشان می‌دهد که نقاط بحرانی می‌تواند به انرژی و مواد کمکی وابسته شود. این نوع مطالعه برای عطر و طعم مهم است، زیرا وانیلین هم در عطرسازی و هم در محصولات عطری-غذایی به کار می‌رود و مسیرهای تولید متنوع دارد.[2]

۳) وانیلین از زیست‌توده و «تفکر چرخه عمر»

یک مطالعه در Green Chemistry یک مطالعه موردی بر «تفکر چرخه عمر» برای تولید وانیلین از لیگنین در زیست‌توده را ارائه می‌دهد. این مطالعه نشان می‌دهد که انتخاب خوراک و طراحی فرایند می‌تواند نتیجه‌های محیط‌زیستی را به‌طور چشم‌گیر تغییر دهد و مقایسه با مسیرهای مرسوم ممکن می‌شود.[4]

۴) زیست‌عطرها و توسعه پایدار

یک بازبینی در Trends in Food Science & Technology درباره زیست‌عطرها نشان می‌دهد که زیست‌فناوری می‌تواند مسیرهای تولید را به سمت شرایط ملایم‌تر و پسماند کمتر سوق دهد و از منظر توسعه پایدار قابل بحث باشد. این چارچوب برای طراحی مواد اولیه عطر پرمیوم نیز قابل استفاده است، زیرا بسیاری از مواد اولیه عطر در خانواده ترپن‌ها قرار می‌گیرند.[5]

۵) استخراج اسانس‌ها و نقاط بحرانی انرژی

مطالعات LCA در استخراج اسانس‌ها نشان می‌دهد که انتخاب فناوری استخراج می‌تواند شدت انرژی و انتشار کربن را تغییر دهد. در یک مطالعه در Energy Reports، انرژی و کربن استخراج اسانس رزماری در چند روش مقایسه می‌شود و نقاط بحرانی انرژی در سطح آزمایشگاهی گزارش می‌شود.[12] در یک مطالعه دیگر در Journal of Cleaner Production، ارزیابی فنی-اقتصادی و محیط‌زیستی استخراج اسانس از گیاهان معطر مانند رزماری و اورگانو تحلیل می‌شود و اثر فناوری و مقیاس بررسی می‌شود.[11]

۶) تولید گلاب و روغن گل محمدی و مسئله تخصیص

در یک مطالعه موردی در International Journal of Environmental Science and Technology، LCA تولید گلاب و روغن گل محمدی در سامانه‌های تجاری و سنتی بررسی می‌شود و نقاط بحرانی مرتبط با انرژی و مصرف خوراک گزارش می‌شود.[13] این مطالعه نشان می‌دهد که محصولاتی با بازده بسیار پایین می‌توانند در واحد کارکردی مبتنی بر حجم/جرم اثرات بالایی نشان دهند و بنابراین تعریف واحد کارکردی و انتخاب روش تخصیص برای مقایسه منصفانه ضروری می‌شود.[13]

اهرم‌های بهبود: از انتخاب حلال تا زیست‌فناوری

بهبود پایداری در عطر پرمیوم باید بر اهرم‌های مشخص متمرکز شود. این اهرم‌ها باید هم به کاهش اثرات محیط‌زیستی کمک کنند و هم کیفیت و تکرارپذیری را حفظ کنند.[1][3]

  • تیم‌های شیمی فرایند، انتخاب حلال و مسیر واکنش را برای کاهش خطر و کاهش انرژی اصلاح می‌کنند.[1]
  • تیم‌های مهندسی، شدت فرایند را کاهش می‌دهند و مصرف انرژی را کنترل می‌کنند و نقاط بحرانی LCA را هدف می‌گیرند.[1][2]
  • تیم‌های زیست‌فناوری، مسیرهای زیستی یا بیوکاتالیز را برای افزایش گزینش‌پذیری و کاهش پسماند به‌کار می‌گیرند.[5]
  • تیم‌های کیفیت، معیارهای پایداری را کنار معیارهای خلوص و ثبات دسته‌ای قرار می‌دهند و تصمیم‌ها را هم‌زمان می‌سنجند.[1][3]

در بسیاری از مواد اولیه عطر، جداسازی و تقطیر نقش مهمی دارد و شدت انرژی می‌تواند بالا باشد. ادبیات مهندسی نشان می‌دهد که بازاندیشی در مصرف انرژی در تقطیر می‌تواند به مسیرهای صنعتی پایدارتر کمک کند و به‌عنوان یک اهرم بهبود مطرح می‌شود.[12]

بعد محصول نهایی: فرمول، بسته‌بندی، و پایان عمر

اگر هدف پایداری فقط روی ماده اولیه متمرکز بماند، تصویر ناقص می‌شود. عطر پرمیوم معمولاً با بسته‌بندی چندلایه، شیشه سنگین، و زنجیره حمل‌ونقل گسترده همراه می‌شود و این اجزا می‌توانند سهم معناداری در اثرات داشته باشند.[6][7]

در این سطح، تیم‌ها می‌توانند چند محور را هم‌زمان بسنجند:

  • تیم‌های بسته‌بندی، جرم شیشه و نوع درپوش را کاهش می‌دهند و قابلیت بازیافت را افزایش می‌دهند و اثر را در مرز «از گهواره تا گور» محاسبه می‌کنند.[6][7]
  • تیم‌های محصول، دوام رایحه را افزایش می‌دهند و مصرف را در طول زمان کاهش می‌دهند و واحد کارکردی مبتنی بر عملکرد را دقیق‌تر تعریف می‌کنند.[7]
  • تیم‌های پایان عمر، سناریوهای بازیافت و دفع را مدل‌سازی می‌کنند و حساسیت نتیجه را گزارش می‌کنند.[6]

حاکمیت ادعاها: جلوگیری از سبزشویی و سازگاری با گزارش‌دهی

ادعاهای پایداری زمانی معتبر می‌شوند که روش و داده شفاف باشد. ادبیات روش‌شناختی LCA بر این نکته تأکید می‌کند که انتخاب مرز سیستم، داده پس‌زمینه، و روش LCIA باید قابل ردیابی باشد و محدودیت‌ها باید گزارش شود.[6][7][10] در عطر پرمیوم، خطر سبزشویی زمانی افزایش می‌یابد که فقط یک شاخص مانند کربن گزارش شود و دسته‌های اثر دیگر حذف شود.[7][8]

برای کاهش این ریسک، تیم‌ها معمولاً این رویکردها را اجرا می‌کنند:

  • تیم‌ها گزارش را با چند دسته اثر منتشر می‌کنند و سازگاری با روش‌های LCIA را نشان می‌دهند.[8][9]
  • تیم‌ها داده‌های اختصاصی فرایند را مستندسازی می‌کنند و اتکا به داده میانگین را محدود می‌کنند.[7][10]
  • تیم‌ها ادعاها را به واحد کارکردی گره می‌زنند و از مقایسه‌های نابرابر جلوگیری می‌کنند.[6][7]

جمع‌بندی

پایداری در عطر پرمیوم یک مسئله بین‌رشته‌ای است و با یک ابزار منفرد حل نمی‌شود. ترکیب شیمی سبز، اکودیزاین، و LCA می‌تواند هم جهت‌گیری توسعه را اصلاح کند و هم نقاط بحرانی چرخه عمر را روشن کند.[1][2] مطالعات موردی نشان می‌دهد که نوع خوراک، انرژی، و مواد کمکی می‌تواند نتیجه‌ها را تغییر دهد و بنابراین تصمیم‌های پایدار باید با داده و با روش معتبر گرفته شوند.[1][2][4]

منابع

  1. Martz, P., Phan, T. V. T., L'Haridon, J., Beausoleil, M.-H., Lafaye, K., Gérand, Y., & Gallardo, C. (2023). Environmental profile of the production of fragrance ingredients used in cosmetic products: comparative analysis of results obtained by life cycle assessment and the green chemistry-based eco-design tool GREEN MOTION™. Green Chemistry, 25(16), 6365–6382. DOI: 10.1039/D2GC04860D | Journal: Green Chemistry (RSC)
  2. Zhao, X., Chen, J., Meng, X., Li, L., Zhou, X., Li, J., & Bai, S. (2021). Environmental profile of natural biological vanillin production via life cycle assessment. Journal of Cleaner Production, 308, 127399. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.127399 | Journal: Journal of Cleaner Production
  3. David, O. R. P., & Doro, F. (2023). Industrial Fragrance Chemistry: A Brief Historical Perspective. European Journal of Organic Chemistry, 26(44), e202300900. DOI: 10.1002/ejoc.202300900 | Journal: European Journal of Organic Chemistry
  4. McCallum, C. S., Wang, W., Doran, W. J., Forsythe, W. G., Garrett, M. D., Hardacre, C., Leahy, J. J., Morgan, K., Shin, D.-S., & Sheldrake, G. N. (2021). Life cycle thinking case study for catalytic wet air oxidation of lignin in bamboo biomass for vanillin production. Green Chemistry, 23(4), 1847–1860. DOI: 10.1039/D0GC03685D | Journal: Green Chemistry (RSC)
  5. Felipe, L. d. O., Oliveira, A. M. d., & Bicas, J. L. (2017). Bioaromas – Perspectives for sustainable development. Trends in Food Science & Technology, 62, 141–153. DOI: 10.1016/j.tifs.2017.02.005 | Journal: Trends in Food Science & Technology
  6. Rebitzer, G., Ekvall, T., Frischknecht, R., Hunkeler, D., Norris, G., Rydberg, T., Schmidt, W.-P., Suh, S., Weidema, B. P., & Pennington, D. W. (2004). Life cycle assessment Part 1: framework, goal and scope definition, inventory analysis, and applications. Environment International, 30(5), 701–720. DOI: 10.1016/j.envint.2003.11.005 | Journal: Environment International
  7. Finnveden, G., Hauschild, M. Z., Ekvall, T., Guinée, J., Heijungs, R., Hellweg, S., Koehler, A., Pennington, D., & Suh, S. (2009). Recent developments in Life Cycle Assessment. Journal of Environmental Management, 91(1), 1–21. DOI: 10.1016/j.jenvman.2009.06.018 | Journal: Journal of Environmental Management
  8. Huijbregts, M. A. J., Steinmann, Z. J. N., Elshout, P. M. F., Stam, G., Verones, F., Vieira, M., Hollander, A., van Zelm, R., & Struijs, J. (2017). ReCiPe2016: a harmonised life cycle impact assessment method at midpoint and endpoint level. The International Journal of Life Cycle Assessment, 22, 138–147. DOI: 10.1007/s11367-016-1246-y | Journal: The International Journal of Life Cycle Assessment
  9. Rosenbaum, R. K., Bachmann, T. M., Gold, L. S., Huijbregts, M. A. J., Jolliet, O., Juraske, R., Koehler, A., Larsen, H. F., MacLeod, M., Margni, M., McKone, T. E., Payet, J., Schuhmacher, M., van de Meent, D., & Hauschild, M. Z. (2008). USEtox—the UNEP-SETAC toxicity model: recommended characterisation factors for human toxicity and freshwater ecotoxicity in LCIA. The International Journal of Life Cycle Assessment, 13(7), 532–546. DOI: 10.1007/s11367-008-0038-4 | Journal: The International Journal of Life Cycle Assessment
  10. Wernet, G., Bauer, C., Steubing, B., Reinhard, J., Moreno-Ruiz, E., & Weidema, B. (2016). The ecoinvent database version 3 (part I): overview and methodology. The International Journal of Life Cycle Assessment, 21, 1218–1230. DOI: 10.1007/s11367-016-1087-8 | Journal: The International Journal of Life Cycle Assessment
  11. Moncada, J., Tamayo, J. A., & Cardona, C. A. (2016). Techno-economic and environmental assessment of essential oil extraction from oregano (Origanum vulgare) and rosemary (Rosmarinus officinalis) in Colombia. Journal of Cleaner Production, 112, 172–181. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.09.067 | Journal: Journal of Cleaner Production
  12. Moura, B., Monteiro, H., Mata, T. M., & Martins, A. A. (2022). Life cycle energy and carbon emissions of essential oil extraction from Rosemary. Energy Reports, 8, 291–297. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.01.063 | Journal: Energy Reports
  13. (2023). Life cycle assessment of rose oil and rose water production: a case study in Iran. International Journal of Environmental Science and Technology, 20, 3831–3848. DOI: 10.1007/s13762-023-04821-z | Journal: International Journal of Environmental Science and Technology
اشتراک‌گذاری:ایکسفیسبوکلینکدیناینستاگرامتلگرامواتساپ