Nkeng George Elambo [1]* and Lele Christian [1]
[1] National Advanced School of Public Works, École Nationale Supérieure des Travaux Publics, BP 150, Environmental Engineering Department, Yaoundé city, Cameroon
*Correspondence: gnkeng@yahoo.fr; Tel.: +237 677700507
Abstract
The transition toward a circular economy for plastics in developing nations is frequently hindered by a critical lack of primary data regarding the operational and environmental performance of existing recycling infrastructures. This study evaluates and optimises the mechanical recycling of post-consumer polyethylene terephthalate (PET) bottles in Cameroon (Douala) using a synergistic framework combining Material Flow Analysis (MFA), gate-to-gate Life Cycle Assessment (LCA), and Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA). To capture the cascading efficiency losses across the industrial line, a twofold Functional Unit (FU) was established: an intermediate (1,000 kg of clean PET flakes) and a final (1,000 kg of food-grade recycled PET pellets). Utilising primary industrial data, the baseline diagnostic reveals an overall material yield of 70.66% for the final pellets. The climate change impact is quantified at 112.25 kg CO₂-eq per tonne of rPET pellets—substantially lower than virgin PET production, a finding validated by the Circular Footprint Formula (CFF) demonstrating a net climate benefit of -36.9%. However, the integrated MFA-LCA model identified critical system inefficiencies during the diagnostic phase: a high water intensity (714.46 L/tonne) and an 8.3% pure material loss stemming exclusively from the dimensional incompatibility of 10-litre water bottles with existing crushing equipment. To address these hotspots, two optimisation scenarios were engineered and evaluated using the ELECTRE I method. Results indicate that a low-capital intervention (semi-automatic bottle cutting) outperforms high-tech solutions (water ultrafiltration) by increasing the final yield to 83.45% with a three-month return on investment. These findings provide empirical evidence that targeted, context-appropriate technical interventions can significantly bridge the circularity gap in resource-constrained environments.
Keywords: Circular economy; Life Cycle Assessment; Material Flow Analysis; Polyethylene terephthalate; Mechanical recycling; Douala-Cameroon.
Résumé
La transition vers une économie circulaire pour les plastiques dans les pays en développement est fréquemment entravée par un manque critique de données primaires concernant les performances opérationnelles et environnementales des infrastructures de recyclage existantes. Cette étude évalue et optimise le recyclage mécanique des bouteilles en polyéthylène téréphtalate (PET) post-consommation au Cameroun (Douala) à l’aide d’un cadre méthodologique synergique combinant l’Analyse des Flux de Matières (AFM), l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) de la porte à la porte, et l’Analyse Décisionnelle Multi-Critères (ADMC). Afin de capter les pertes d’efficacité en cascade le long de la chaîne industrielle, une Unité Fonctionnelle (UF) double a été établie : une unité intermédiaire (1 000 kg de paillettes de PET propres) et une unité finale (1 000 kg de granulés de PET recyclé de qualité alimentaire). En s’appuyant sur des données industrielles primaires, le diagnostic de référence révèle un rendement matière global de 70,66 % pour les granulés finaux. L’impact sur le changement climatique est quantifié à 112,25 kg éq. CO₂ par tonne métrique de granulés de rPET — sensiblement inférieur à la production de PET vierge — un résultat validé par la Formule d’Empreinte Circulaire (FEC) démontrant un bénéfice climatique net de -36,9 %. Toutefois, le modèle intégré AFM-ACV a identifié, lors de la phase diagnostique, des inefficacités systémiques critiques : une forte intensité hydrique (714,46 L/tonne) et une perte matière pure de 8,3 % découlant exclusivement de l’incompatibilité dimensionnelle des bouteilles d’eau de 10 litres avec les équipements de concassage existants. Pour résoudre ces points critiques, deux scénarios d’optimisation ont été conçus et évalués à l’aide de la méthode ELECTRE I. Les résultats indiquent qu’une intervention à faible capital (découpe semi-automatique des bouteilles) surpasse les solutions à haute technologie (ultrafiltration de l’eau) en portant le rendement final à 83,45 % avec un retour sur investissement de trois mois. Ces résultats apportent des preuves empiriques que des interventions techniques ciblées et adaptées au contexte peuvent combler de manière significative le déficit de circularité dans les environnements aux ressources limitées.
Mots-clés : Économie circulaire ; Analyse du Cycle de Vie ; Analyse des Flux de Matières ; Polyéthylène téréphtalate ; Recyclage mécanique ; Douala-Cameroun