“可降解” 塑料已然成为环保新风尚,然而,从生产使用到分拣处理,“可降解” 带来的问题远比解决得多 。不仅成本高,不如传统塑料耐用;变成废弃物后,还需要非常细致的分类收集和工业堆肥环境才能真正实现 “降解”,然而,这两项条件在大部分地区目前难以提供,让我们有理由质疑,它是否应该走出实验室,走向大规模应用 。
为迎接即将到来的2022北京冬奥会,中国石化宣布其所属北京石油将向冬奥会延庆赛区所在地张山营镇捐赠10万只可降解塑料袋,以减少赛事运行期间的塑料污染 。这些塑料袋的材料是PBAT(己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物),在堆肥条件下可降解 [1] 。随着公众对塑料污染问题认识的提升,可降解塑料被视为解决白色污染的金钥匙 。
然而,越来越多的研究开始质疑可降解塑料作为解决塑料污染方案的有效性 [2] 。比如,所谓的可降解塑料,在什么样的情况下可以得到降解?它对当前垃圾处理设施系统将产生怎样的影响?
在回答这些问题之前,我们不妨先来看看 “可降解塑料” 的概念、原理、条件和目前的实际应用状况 。
01 什么是可降解塑料?抛开条件谈降解,就像抛开剂量谈毒性 。
可降解性的条件包括很多方面——温度、湿度、氧气、微生物群体等都要考虑在内 。另外,时间因素至为关键 。普通化石基的塑料,比如常见的塑料瓶,在自然环境中经过450-500年也可以降解,但这对于我们当前所谈的环境保护毫无意义 [3] 。
从材料分子结构的角度来看,降解的过程,实际上就是干扰一般塑料的化学结构,即将聚酯长链碳键分解成短链,再分解成二氧化碳、水和生物质,安全回归自然界的物质循环 。
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文章插图
市面上常见的大部分塑料都属于不可降解塑料,比如聚丙烯(PP)、对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)等 。它们可以回收再生,但是若丢弃在填埋场,一般需要几百年才能降解 [5] 。
常被提起的塑料降解一般有两种方式,光氧降解和生物降解 。鉴于光氧降解目前争议很大(如下表格所示),本文着重探讨生物降解 。
光氧降解(oxo-degradable)一般通过在传统化石基塑料中加入添加剂,使其在有氧、光照或高温下加速碎裂 。虽然光氧降解塑料一般在几个月或几年内就可以碎片化,甚至碎化到肉眼不可见的程度,但碎裂的塑料残留在环境中会逐渐变成微塑料(通常指粒径小于5毫米的塑料微粒) 。目前还没有证据证明微塑料可以在短时间内完全降解,因此,光氧降解争议重重,有很大的 “洗绿” 嫌疑 。
此外,光氧降解塑料在实际中并不耐用,且在用后既不能被回收再生,也不能被堆肥,反而对两种处理方式都会造成干扰——降低再生塑料性能,污染堆肥产物 。全球各大品牌(例如联合利华、百事可乐)、研究机构和公益机构目前都在倡议禁止这种塑料的生产 [8],直到有证据证明其在短时间内可以完全降解 [9] 。
生物降解,指材料在特定环境下,通过微生物作用,完全转化成二氧化碳和水 。可以将聚酯短链变成二氧化碳的微生物包括细菌、真菌和原生生物, 它们分泌的一种酶可将聚酯键分解 [4] 。
目前,市面上号称可生物降解的塑料超过20种 [6] 。人们常把它与生物基塑料(成分来自可再生生物资源)混淆,实际上,可生物降解塑料既可以是生物基,也可以是化石基(成分来自不可再生的化石资源) 。
生物基塑料常以木薯、玉米和甘蔗等作为原料 [7] 。需要明确的是,并不是所有生物基塑料都可生物降解,比如,在巴西以甘蔗为原料大规模生产的bio-PE就不可降解 [4] 。而化石基塑料大部分都不可生物降解 。当然,也存在例外,比如聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(PBAT) 。
02 三类可规模生产的生物降解塑料根据欧洲生物塑料市场数据报告,2019年生物降解塑料的全球总产能达117万吨,占全球塑料年产(3.6亿吨)的0.3% [10] 。目前,大规模商业生产的主要有三种 [10] 。
一是以植物淀粉为原料的淀粉塑料和聚乳酸(PLA)[10] 。淀粉便宜、产量高、工艺简单,弊端是不防水,且依赖粮食作物为原料,大量占用耕地 。当前,产业界也在研究从农业和工业废弃物(比如玉米棒和纤维素)等中提取原料 [11] 。
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