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說自己可海洋降解的塑料袋,都是騙子?

擺脫塑縛
原創(chuàng)
共赴一個沒有塑料污染的未來
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塑料污染正以驚人的速度進(jìn)入世界海洋。據(jù)估算,如果現(xiàn)在的塑料消費(fèi)方式?jīng)]有顯著變化,到2050年,全球海洋中塑料總重量將超過魚類的總重量。

塑料垃圾主要來源于陸地應(yīng)用,如高耐久性聚烯烴材質(zhì)的消費(fèi)品包裝。這些傳統(tǒng)塑料具有理想的性能,包括高化學(xué)穩(wěn)定性、防潮性和熱塑性特征。不幸的是,當(dāng)它們到達(dá)海洋環(huán)境,就會分裂成無法生物吸收的微塑料。

為了盡量減少聚烯烴包裝對海洋生態(tài)系統(tǒng)的不利影響,人們認(rèn)為,應(yīng)該用海洋可降解聚合物替代這些材料。理想的方法是開發(fā)具有聚烯烴材料特性的柔性薄膜,這種薄膜如果進(jìn)入海洋環(huán)境,能迅速生物降解。目前,有很多報道都聲稱研制出了在海洋環(huán)境中可生物降解的塑料,其產(chǎn)品穩(wěn)定性和防潮性能與聚烯烴相當(dāng)。

但事實(shí)真的如此嗎?

生物降解塑料在海洋環(huán)境的降解表現(xiàn)如何?

日本三菱化學(xué)和名古屋市一家包裝材料制造商共同研發(fā)出的一種可在海水中降解的塑料袋

遺憾的是,經(jīng)過廣泛研究開發(fā)和商業(yè)化的生物降解塑料,仍然存在諸多局限性。

例如,某些生物降解塑料對水分敏感,這是其應(yīng)用到液體和某些干燥產(chǎn)品(如乳液和咖啡)的一個關(guān)鍵阻礙;此外,這些材料必須在穩(wěn)定性和生物降解性之間保持平衡,以最大限度地保證封閉產(chǎn)品的保質(zhì)期和質(zhì)量,研究者依然沒能百分百消除這一技術(shù)難題。為實(shí)現(xiàn)高速制造并降低生產(chǎn)成本,這些材料必須與熱成型工藝兼容。最后,如果這些材料到達(dá)海洋環(huán)境,它們必須能夠迅速降解為生物安全材料。

然而,生物降解塑料的降解和礦化程度還取決于溫度、相對濕度、氧氣水平、微生物的數(shù)量和多樣性。這些環(huán)境因素的作用常常被忽視,因?yàn)槿藗冋`以為生物降解塑料在任何自然環(huán)境中都可以迅速降解。

實(shí)際上,生物降解塑料的降解測試大多在高溫(大于30℃)、好氧條件以及存在多種微生物的情況下進(jìn)行。而海洋環(huán)境很難達(dá)到這種降解條件。

實(shí)驗(yàn)顯示,即使在海洋生物高度富集的區(qū)域,生物降解塑料的降解速度也比在陸地或管理環(huán)境中要慢。換句話說,你無法期待生物降解塑料在海水中能夠如同在完美實(shí)驗(yàn)環(huán)境下那樣迅速降解完畢。

海水可降解塑料制品,外觀與普通塑料無明顯差別

圖 | 海南日報

在海水里浸泡3個月的海水可降解塑料樣品(上)和良好保存的樣品(下)對比

圖 | 海南日報

在生物降解塑料之外,還有一種可溶性塑料薄膜的出現(xiàn)也引起了人們的注意。可溶性塑料薄膜主要成分是聚乙烯醇(PVA),是一種既可以溶于水又可以被生物降解的聚合物——也就是說當(dāng)它被投入到大?;蛘叱睗竦耐寥喇?dāng)中時,是可以溶解掉,并最終被生物降解。

2018年,華南理工大學(xué)高級工程師崔躍飛團(tuán)隊(duì)曾現(xiàn)場演示水溶性塑料袋的神奇之處:崔躍飛在一杯清水中,放入一個塑料袋,幾分鐘后塑料袋溶于水并消失;無獨(dú)有偶,在智利首都圣地亞哥的一場新聞發(fā)布會上,為了證明水溶性塑料袋的安全性能,演示人將有塑料袋溶解在內(nèi)的一杯水一飲而盡,視頻走紅,轟動全球。

圖 | 環(huán)球網(wǎng)

但在吸引眼球的演示之外,崔躍飛回應(yīng),這種說法不科學(xué)、不嚴(yán)謹(jǐn),即使水溶性塑料袋無毒無害,也不建議吃喝,因?yàn)樗鼈兯芎筮€是以大分子形式存在于水中。

實(shí)際上,可溶性塑料薄膜有著和生物降解塑料一樣的局限性:它具體在什么溫度、需要多長時間才能完全溶解,不僅與聚乙烯醇的聚合度、醇解度等性質(zhì)相關(guān),還要看可溶性薄膜的具體成分配比。所以對于這種材料,不能以“可快速溶解于水”一概而論。

海洋生物降解評價標(biāo)準(zhǔn)值得考究

那么,誰來把關(guān)生物降解塑料的海水可降解表現(xiàn)是否達(dá)標(biāo)呢?目前,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)、美國試驗(yàn)與材料學(xué)會(ASTM)和奧地利TUV已經(jīng)發(fā)布了量化水生環(huán)境中物理和酶降解的實(shí)驗(yàn)室方法,用以檢測聲稱海水可降解塑料的降解速度以及降解后分化物質(zhì)的成分。

但許多科學(xué)家和工程師認(rèn)為,這些試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的范圍有限,不能有效地復(fù)制海洋的動態(tài)條件和生態(tài)系統(tǒng)。他們認(rèn)為,標(biāo)準(zhǔn)方法是將樣品暴露在一個溫度、氧氣水平和一個微生物聯(lián)合體下,有效地基于一個環(huán)境數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行生物降解。為了增加海洋生物降解結(jié)果的可信度,應(yīng)在多種溫度、氧氣水平和存在多種微生物種群的情況下對樣品進(jìn)行測試。

材料穩(wěn)定性差,生產(chǎn)難度大

傳統(tǒng)的多層結(jié)構(gòu)塑料通常是用密封劑或粘合劑層壓薄膜形成的。密封劑還可用作相容劑,連接疏水性和低表面能材料。但密封劑卻會影響這些多層材料的海洋生物降解性。

除此之外,與聚烯烴不同,脂肪族聚酯和淀粉在制造過程等多個環(huán)節(jié)特別容易發(fā)生熱降解和污染。例如,在包裝轉(zhuǎn)換器上,這些聚合物會因摩擦而經(jīng)歷高溫,很可能會錯誤降解。生產(chǎn)過程中哪怕只有微量水蒸氣,這些塑料也會開始水解,從而導(dǎo)致性能差,甚至包裝失效。這些材料也可能在運(yùn)輸或儲存過程中暴露于微生物種群中受到污染。

圖 | plasticsmakeitpossible

另一種評估方法是在海洋現(xiàn)場環(huán)境中對其進(jìn)行測試。在海洋環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場測試會使樣品暴露于復(fù)雜因素、協(xié)同作用和競爭反應(yīng)中,從而提供聚合物在海洋中降解的更準(zhǔn)確研究。與實(shí)驗(yàn)室研究不同,海洋現(xiàn)場試驗(yàn)包含生物和非生物因素,如微生物、光、波浪的機(jī)械作用和季節(jié)性溫度波動。

然而,現(xiàn)場測試并不能測量聚合物樣品浸沒時碳氧化物的演變。因此,不確定樣品是能否礦化為良性副產(chǎn)品,或者是否碎裂成微塑料。另一個挑戰(zhàn)是,這些現(xiàn)場測試往往非常昂貴。

生物降解不代表零污染

北京石油化工學(xué)院與自然資源保護(hù)協(xié)會于 2020 年 12 月聯(lián)合發(fā)布了《中國塑料的環(huán)境足跡評估》報告,其中評價了生物降解塑料的環(huán)境足跡。報告分析表明:不同品類的可降解塑料環(huán)境績效差異顯著;在塑料領(lǐng)域,“可降解”并非資源節(jié)約、環(huán)境友好的代名詞;塑料的本質(zhì)碳齡及其在產(chǎn)品鏈中的位置,很大程度上決定了它們的相對環(huán)境友好性??缮锝到馑芰喜荒軓氐捉鉀Q塑料問題,特別是垃圾處理走焚燒為主的路線時。

參考文獻(xiàn)

* Amber Barron,Taylor D. Sparks. Commercial Marine-Degradable Polymers for Flexible Packaging[J]. iScience,2020,23(8).

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編輯:韋旭、擺脫塑縛