原創(chuàng)科普文章：生物可降解塑料

（何冠超）20世紀(jì)和21世紀(jì)又被稱為塑料時(shí)代，塑料充斥著我們的生活，產(chǎn)生巨大的影響力。我們用塑料鍵盤上網(wǎng)，用塑料牙刷清潔牙齒，用塑料包裝喝水、吃東西。事實(shí)上，讓我們一天不遇到某種塑料是不可能的。據(jù)報(bào)道，所有塑料中有14%被回收，但實(shí)際上只有2%是真正循環(huán)的。

自1950年以來(lái)，每年幾乎有三分之一塑料制品進(jìn)入大自然，污染著海洋、空氣和生物體。就拿海洋來(lái)說(shuō)，塑料已經(jīng)布滿世界的海溝最深處，從目前塑料污染分布的廣泛程度上看，地球上已經(jīng)不存在還未受過(guò)塑料污染的海洋生態(tài)系統(tǒng)。而在海洋中，大塊的塑料垃圾破碎成小塊的塑料乃至塑料微粒，這些塑料微粒肉眼一般不可見(jiàn)，它們與海水?dāng)嚭驮谝黄?，并且擴(kuò)散到更大范圍的海域當(dāng)中。你可能覺(jué)得這是好事，畢竟看不到，但其實(shí)小顆粒對(duì)環(huán)境的破壞作用更大，因?yàn)轼B類和魚類會(huì)把細(xì)小的顆粒當(dāng)作食物吃掉，會(huì)有一定的概率在體內(nèi)積累。世界自然基金會(huì)此前的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，超過(guò)270種動(dòng)物一生被塑料廢棄物糾纏，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)240種動(dòng)物吞下塑料廢物，這些人類的廢棄物可以輕易地堵塞動(dòng)物的消化道，殺死小如海鳥，大如鯨魚的生命體，而這種情況還將伴隨著人類使用塑料數(shù)量的增加而加劇。

毫無(wú)疑問(wèn)，傳統(tǒng)的塑料制品即將面臨空前的危機(jī)，然而我們的生活又對(duì)方便低廉的塑料制品有著巨大的需求。因此，“生物可降解”塑料的機(jī)會(huì)來(lái)了！生物降解塑料，這是一種全部或部分來(lái)源于生物質(zhì)的塑料，它可以被微生物、細(xì)菌或其他物質(zhì)，分解為對(duì)大自然無(wú)害的水、二氧化碳或者甲烷等物質(zhì)，而生物降解性則很大程度上取決于環(huán)境條件，諸如溫度、微生物、氧氣和水。

一、把塑料“消化”掉

法國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種酶，可以有效分解最常見(jiàn)的一種聚酯塑料（即聚對(duì)苯二甲酸乙二酯），當(dāng)暴露在高溫和水中時(shí)，它會(huì)在幾周內(nèi)分解，以減少塑料污染。

那么這種塑料的工作原理是怎樣的呢？科學(xué)家們將一種特殊聚合物，稱為聚酯消化酶，嵌入到傳統(tǒng)的聚酯塑料中。我們知道高分子材料內(nèi)部分子具有兩種形式：緊密堆積的結(jié)晶形式，和比較松散的無(wú)定型形式。然而，對(duì)于緊密堆積的結(jié)晶形式聚酯分子，即使最有效的酶也難以消化。幸運(yùn)的是，研究人員發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)加熱的方法，誘使某些結(jié)晶的聚酯分子熔化成無(wú)序的形式，從而使整個(gè)聚酯塑料得以消化。

當(dāng)這種包埋了聚酯消化酶的特殊塑料暴露在高溫和水中時(shí)，會(huì)緩慢釋放出聚酯消化酶，這樣聚酯塑料就被酶幾乎完全“消化”為乳酸小分子，這種乳酸小分子對(duì)環(huán)境無(wú)害，還可用于豐富土壤，而聚酯消化酶也會(huì)在紫外線輻射下分解。研究人員表示，這種特殊塑料不會(huì)產(chǎn)生任何塑料微粒，而且?guī)缀醢俜种俚乃芰蠒?huì)降解為小分子。

二、遇水“消失”的塑料袋

近年來(lái)，華南理工大學(xué)高級(jí)工程師崔躍飛團(tuán)隊(duì)歷時(shí)15年攻關(guān)完成的一項(xiàng)“水溶性”塑料袋技術(shù)火爆網(wǎng)絡(luò)。

聚乙烯醇是制造塑料袋的主要材料，按照傳統(tǒng)的塑料加工，必須要把材料加熱到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（220℃）以上才能使聚乙烯醇分子“流動(dòng)”起來(lái)，從而進(jìn)行后續(xù)的定型工藝。不幸的事，當(dāng)溫度高于190℃時(shí)，聚乙烯醇分子會(huì)大量交聯(lián)，從而使得制成的塑料制品難以降解。

“怎么能實(shí)現(xiàn)給聚乙烯醇材料加熱不到180℃就能使得其內(nèi)部的分子鏈流動(dòng)起來(lái)，再進(jìn)行后續(xù)加工呢？”為了解決這一問(wèn)題，崔躍飛團(tuán)隊(duì)想通過(guò)加入一些其他的分子進(jìn)去，從而調(diào)節(jié)聚乙烯醇材料內(nèi)部的本征屬性。最終他們?yōu)榫垡蚁┐疾牧险业搅藥讉€(gè)合適的“伙伴”。然而雖然成功制備了水溶性的塑料袋，但是由于“伙伴”的毒性，使得這一技術(shù)飽受質(zhì)疑。在經(jīng)過(guò)500多種原料的嘗試后，崔躍飛團(tuán)隊(duì)終于為聚乙烯醇材料找到了最終的“伴侶”徹底制備了完全“水溶性”的廉價(jià)塑料袋，其水溶后產(chǎn)物對(duì)環(huán)境完全無(wú)毒無(wú)害。

三、蠟基可降解塑料

鄧恩是一家公司的首席執(zhí)行官，該公司是一家新型可生物降解塑料的初創(chuàng)公司。鄧恩認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)可生物降解塑料，必須要解決兩大問(wèn)題。第一個(gè)是如何破壞塑料結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶部分，這很重要，因?yàn)槿绻贿@樣做的話，就等同于微塑料；第二個(gè)是如何使得一些細(xì)菌、微生物對(duì)塑料產(chǎn)生吸引力，一旦產(chǎn)生了吸引力，細(xì)菌、微生物就會(huì)更樂(lè)于攻擊塑料、吸收塑料，從而獲得飽腹感。

該公司聚焦于聚烯烴材料，在聚烯烴塑料的生產(chǎn)過(guò)程中，該公司使用了一種商業(yè)敏感的添加劑，其中包含大約十幾種不同的成分，包括油、橡膠等。由于引入了這款新型的材料添加劑，在光和濕氣的存在下，它會(huì)破壞聚烯烴塑料的結(jié)晶體，并且將其分解成蠟狀的短鏈分子，這些短鏈分子含有羰基功能團(tuán)。微生物非常鐘愛(ài)這種羰基功能團(tuán)，并將其識(shí)別為食物來(lái)源。因此會(huì)附著在這些功能團(tuán)上，將蠟狀的短鏈分子轉(zhuǎn)化為食物、二氧化碳和水，不會(huì)留下微塑料。他們還進(jìn)一步確認(rèn)了這款材料對(duì)于海洋、空氣及生命體沒(méi)有任何毒害副作用。

目前，生物可降解塑料還處于萌芽階段，距離取代傳統(tǒng)塑料還有很長(zhǎng)的一段距離。然而，隨著未來(lái)政策、創(chuàng)新、資本對(duì)于生物降解塑料的推動(dòng)，徹底解決塑料污染只是時(shí)間問(wèn)題。而對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，在保證生活質(zhì)量的前提下，盡量減少塑料制品的使用，其實(shí)就是對(duì)解決塑料污染最大的貢獻(xiàn)。