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(huì)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(duì)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(bào)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(duì)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(gè)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(duì)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(cè)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?qǐng)?bào)

在海水里浸泡3個(gè)月的海水可降解塑料樣品（上）和良好保存的樣品（下）對(duì)比
圖 | 海南日?qǐng)?bào)

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)它被投入到大海或者潮濕的土壤當(dāng)中時(shí)，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(jí)工程師崔躍飛團(tuán)隊(duì)曾現(xiàn)場(chǎng)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(gè)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(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)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(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(duì)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值得考究

那么，誰(shuí)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）、美國(guó)試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)（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(cè)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(dòng)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(gè)溫度、氧氣水平和一個(gè)微生物聯(lián)合體下，有效地基于一個(gè)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(duì)樣品進(jìn)行測(cè)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(huì)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(gè)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(huì)因摩擦而經(jīng)歷高溫，很可能會(huì)錯(cuò)誤降解。生產(chǎn)過程中哪怕只有微量水蒸氣，這些塑料也會(huì)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(chǔ)存過程中暴露于微生物種群中受到污染。

圖 | plasticsmakeitpossible

另一種評(píng)估方法是在海洋現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。在海洋環(huán)境中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試會(huì)使樣品暴露于復(fù)雜因素、協(xié)同作用和競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)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(dòng)。

然而，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試并不能測(cè)量聚合物樣品浸沒時(shí)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(gè)挑戰(zhàn)是，這些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(huì)于 2020 年 12 月聯(lián)合發(fā)布了《中國(guó)塑料的環(huán)境足跡評(píng)估》報(bào)告，其中評(píng)價(jià)了生物降解塑料的環(huán)境足跡。報(bào)告分析表明：不同品類的可降解塑料環(huán)境績(jī)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(duì)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(shí)。

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