“可降解” 塑料，環(huán)保的上佳方案還是錯(cuò)覺(jué)？

可降解塑料能解決一次性包裝的問(wèn)題嗎？ 圖源：pexels.com

撰文 | 于楊今奇

責(zé)編 | 馮灝

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為迎接即將到來(lái)的2022北京冬奧會(huì)，中國(guó)石化宣布其所屬北京石油將向冬奧會(huì)延慶賽區(qū)所在地張山營(yíng)鎮(zhèn)捐贈(zèng)10萬(wàn)只可降解塑料袋，以減少賽事運(yùn)行期間的塑料污染。這些塑料袋的材料是PBAT（己二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚物），在堆肥條件下可降解 [1]。隨著公眾對(duì)塑料污染問(wèn)題認(rèn)識(shí)的提升，可降解塑料被視為解決白色污染的金鑰匙。

然而，越來(lái)越多的研究開(kāi)始質(zhì)疑可降解塑料作為解決塑料污染方案的有效性 [2]。比如，所謂的可降解塑料，在什么樣的情況下可以得到降解？它對(duì)當(dāng)前垃圾處理設(shè)施系統(tǒng)將產(chǎn)生怎樣的影響？

在回答這些問(wèn)題之前，我們不妨先來(lái)看看 “可降解塑料” 的概念、原理、條件和目前的實(shí)際應(yīng)用狀況。

拋開(kāi)條件談降解，就像拋開(kāi)劑量談毒性。

可降解性的條件包括很多方面——溫度、濕度、氧氣、微生物群體等都要考慮在內(nèi)。另外，時(shí)間因素至為關(guān)鍵。普通化石基的塑料，比如常見(jiàn)的塑料瓶，在自然環(huán)境中經(jīng)過(guò)450-500年也可以降解，但這對(duì)于我們當(dāng)前所談的環(huán)境保護(hù)毫無(wú)意義 [3]。

從材料分子結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，降解的過(guò)程，實(shí)際上就是干擾一般塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，即將聚酯長(zhǎng)鏈碳鍵分解成短鏈，再分解成二氧化碳、水和生物質(zhì)，安全回歸自然界的物質(zhì)循環(huán)。

市面上常見(jiàn)的大部分塑料都屬于不可降解塑料，比如聚丙烯（PP）、對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）等。它們可以回收再生，但是若丟棄在填埋場(chǎng)，一般需要幾百年才能降解 [5]。

常被提起的塑料降解一般有兩種方式，光氧降解和生物降解。鑒于光氧降解目前爭(zhēng)議很大（如下表格所示），本文著重探討生物降解。

光氧降解（oxo-degradable）一般通過(guò)在傳統(tǒng)化石基塑料中加入添加劑，使其在有氧、光照或高溫下加速碎裂。雖然光氧降解塑料一般在幾個(gè)月或幾年內(nèi)就可以碎片化，甚至碎化到肉眼不可見(jiàn)的程度，但碎裂的塑料殘留在環(huán)境中會(huì)逐漸變成微塑料（通常指粒徑小于5毫米的塑料微粒）。目前還沒(méi)有證據(jù)證明微塑料可以在短時(shí)間內(nèi)完全降解，因此，光氧降解爭(zhēng)議重重，有很大的 “洗綠” 嫌疑。

此外，光氧降解塑料在實(shí)際中并不耐用，且在用后既不能被回收再生，也不能被堆肥，反而對(duì)兩種處理方式都會(huì)造成干擾——降低再生塑料性能，污染堆肥產(chǎn)物。全球各大品牌（例如聯(lián)合利華、百事可樂(lè)）、研究機(jī)構(gòu)和公益機(jī)構(gòu)目前都在倡議禁止這種塑料的生產(chǎn) [8]，直到有證據(jù)證明其在短時(shí)間內(nèi)可以完全降解 [9]。

生物降解，指材料在特定環(huán)境下，通過(guò)微生物作用，完全轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。可以將聚酯短鏈變成二氧化碳的微生物包括細(xì)菌、真菌和原生生物, 它們分泌的一種酶可將聚酯鍵分解 [4]。

目前，市面上號(hào)稱可生物降解的塑料超過(guò)20種 [6]。人們常把它與生物基塑料（成分來(lái)自可再生生物資源）混淆，實(shí)際上，可生物降解塑料既可以是生物基，也可以是化石基（成分來(lái)自不可再生的化石資源）。

生物基塑料常以木薯、玉米和甘蔗等作為原料 [7]。需要明確的是，并不是所有生物基塑料都可生物降解，比如，在巴西以甘蔗為原料大規(guī)模生產(chǎn)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。當(dāng)然，也存在例外，比如聚己內(nèi)酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和己二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚物（PBAT）。

三類可規(guī)模生產(chǎn)的生物降解塑料

根據(jù)歐洲生物塑料市場(chǎng)數(shù)據(jù)報(bào)告，2019年生物降解塑料的全球總產(chǎn)能達(dá)117萬(wàn)噸，占全球塑料年產(chǎn)（3.6億噸）的0.3% [10]。目前，大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的主要有三種 [10]。

一是以植物淀粉為原料的淀粉塑料和聚乳酸（PLA）[10]。淀粉便宜、產(chǎn)量高、工藝簡(jiǎn)單，弊端是不防水，且依賴糧食作物為原料，大量占用耕地。當(dāng)前，產(chǎn)業(yè)界也在研究從農(nóng)業(yè)和工業(yè)廢棄物（比如玉米棒和纖維素）等中提取原料 [11]。

二是以石油副產(chǎn)品或生物為原料的二元酸二元醇共聚酯（PBS、PBSA、PBAT，下稱PBS類塑料），這類塑料的產(chǎn)能也在逐年遞增 [12]。

三是聚羥基脂肪酸酯（PHA），是微生物以糖類或油脂為原料在發(fā)酵過(guò)程中自身代謝合成的，目前產(chǎn)能尚少，全球僅25,000噸。但因?yàn)轭愃芇LA，有著以農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品和其它有機(jī)廢棄物為原料的潛力，PHA的前景很被看好 [10]。

生物可降解塑料的價(jià)格當(dāng)前普遍高于傳統(tǒng)塑料，但隨著產(chǎn)能增加帶來(lái)的規(guī)模化效應(yīng)和油價(jià)波動(dòng)對(duì)傳統(tǒng)塑料的影響，可降解塑料的價(jià)格也越來(lái)越有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 [13]。

澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)極地海洋生態(tài)學(xué)博士賈柊楠告訴《知識(shí)分子》，可降解塑料在中國(guó)目前最常見(jiàn)的使用形式是膜類，尤其以可降解地膜的試驗(yàn)和推廣為主導(dǎo)，在城市區(qū)域則以超市購(gòu)物袋和食品包裝等應(yīng)用最為廣泛。

塑料垃圾若不能被有效收集而散落在自然環(huán)境中，會(huì)造成極為嚴(yán)重的負(fù)面影響。收集后的塑料垃圾常見(jiàn)的處理方式有填埋，焚燒，回收和降解。

 填 埋 

填埋是最不理想的處理方式，不僅污染環(huán)境，威脅公共健康，可降解塑料被填埋后，會(huì)與其他有機(jī)垃圾一同釋放甲烷。而等量甲烷對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)是二氧化碳的25倍 [10]，加劇氣候變化。因?yàn)槿狈λ芰辖到馑璧臏囟?、濕度等條件，在填埋場(chǎng)中，可生物降解的塑料與不可降解塑料的 “可降解性” 事實(shí)上幾乎無(wú)差別。

中國(guó)合成樹(shù)脂協(xié)會(huì)塑料循環(huán)利用分會(huì)技術(shù)副會(huì)長(zhǎng)汪軍告訴《知識(shí)分子》，“即使假設(shè)可降解塑料在自然中降解只需要二十年的時(shí)間，比不可降解塑料短得多，然而，在其未能被完全降解的二十年里，對(duì)自然界生態(tài)和生物造成的危害與其他塑料并無(wú)區(qū)別?！?/span>

 焚 燒 

焚燒發(fā)電或發(fā)熱的處理方式優(yōu)于填埋，尤其考慮到化石基塑料的熱值高于煤炭 [10]，若僅從能源利用的角度，燃燒使用過(guò)的塑料比燃燒其他不可再生能源（煤炭、石油、天然氣）更為高效。

然而，同濟(jì)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在焚燒廠的爐渣中發(fā)現(xiàn)了很難應(yīng)付的微塑料 [15]，研究估計(jì)，每噸投入焚燒爐的垃圾就能產(chǎn)生360~10.2萬(wàn)個(gè)微塑料顆粒。換句話說(shuō)，即使焚燒，也不能一勞永逸地解決塑料污染問(wèn)題。而且，若從資源角度看，塑料焚燒也很浪費(fèi)，不可降解塑料和可降解塑料都被迫縮短了自己的使用周期，與下文提到的通過(guò)回收環(huán)節(jié)變成再生塑料相比，失去了循環(huán)利用的可能性。

 回 收 

相比焚燒對(duì)資源簡(jiǎn)單粗暴的處理方式，回收是目前普遍倡導(dǎo)的塑料垃圾解決方案?；豢山到馑芰?/span>（如PET）可以被大規(guī)?；厥赵偕?，再次投入塑料或紡織產(chǎn)品的生產(chǎn)?？偛课挥谂餐姆诌x和回收解決方案提供商陶朗集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)副總裁常新杰告訴《知識(shí)分子》，“PET瓶回收再生在中國(guó)已成規(guī)模，據(jù)陶朗估計(jì)收集率已達(dá)85%；而可降解塑料目前主要針對(duì)一次性應(yīng)用場(chǎng)景的材料替代，而沒(méi)有關(guān)于用后的收集與再生利用的考慮，這樣就不見(jiàn)得比可再生利用的傳統(tǒng)塑料更好。”

常新杰介紹，現(xiàn)在不少后期處理公司的光學(xué)分揀設(shè)備可以將PBAT、PLA等可生物降解材料從PP和PE中識(shí)別出來(lái)，然而，問(wèn)題在于，當(dāng)前很多產(chǎn)品并非單一材質(zhì)，不同生產(chǎn)廠家在其產(chǎn)品中可能會(huì)混合PLA、PBAT和淀粉等不同材質(zhì)，并且配比各不相同，當(dāng)前設(shè)備無(wú)法有針對(duì)性的識(shí)別，給后期分揀帶來(lái)了更多麻煩。

常新杰表示：“當(dāng)前，國(guó)內(nèi)進(jìn)入回收體系的可降解塑料體量不大，但若日后可降解塑料被大量使用，前端產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、垃圾分類又不夠嚴(yán)格精細(xì)，那么，可降解塑料便很有可能混入回收用塑料，甚至擾亂整個(gè)回收過(guò)程?！?/span>

相似原理，一般的紙質(zhì)食品包裝（比如一次性紙杯）都是由復(fù)合材料構(gòu)成，有一層塑料膜用于防水、防油，若不能有效分離，那么紙也會(huì)影響塑料回收。

在實(shí)踐中，使用后的可生物降解塑料必須進(jìn)入配套的降解渠道才有機(jī)會(huì)完成其降解使命。然而常新杰透露，目前在國(guó)內(nèi)，這類配套設(shè)施仍寥寥無(wú)幾。

汪軍認(rèn)為，目前可生物降解塑料非常不成熟，或者說(shuō)絕大多數(shù)時(shí)候是一個(gè)偽概念。

其理由是，人們腦子中的 “降解” 概念是在來(lái)源于對(duì)自然的觀察，例如木材等有機(jī)體可以被自然存在的微生物完全降解，成為其他機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)，形成物質(zhì)閉環(huán)，而目前 “可生物降解” 塑料等人造的聚合物，都是聚酯類高分子，需要特定的水解條件進(jìn)行第一步化學(xué)降解，然后才有可能被微生物消化。

“這與自然降解是不同的。在自然界沒(méi)有進(jìn)化出以合成塑料為直接食物來(lái)源的微生物前，合成塑料走天然閉環(huán)的路，即把塑料扔給自然去降解吸收，不是對(duì)環(huán)境的負(fù)責(zé)任的做法?！?汪軍說(shuō)。

實(shí)驗(yàn)室中被研究的可降解塑料可以享受適宜的溫度、濕度、豐富的微生物種群，助力降解過(guò)程，但要走出實(shí)驗(yàn)室，可降解塑料面臨現(xiàn)實(shí)的 “關(guān)山重重” ——分類、收集、處理——環(huán)環(huán)相扣，一環(huán)都少不得。

目前，國(guó)內(nèi)城市的垃圾分類體系并不能實(shí)現(xiàn)可降解塑料的單獨(dú)儲(chǔ)運(yùn)，若各種塑料殊途同歸進(jìn)入焚燒廠，那么消費(fèi)者花高價(jià)購(gòu)買可生物降解塑料就失去了環(huán)保意義 [6]。

退一步講，假設(shè)垃圾分離體系嚴(yán)格推行，后端降解設(shè)施還需要達(dá)到生物降解的條件（高效降解一般需要氧氣，50攝氏度的高溫和55%的濕度  [16]）。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廚余垃圾的厭氧消化設(shè)施并不能有效滿足生物降解所需，比如缺少氧氣。

而堆肥是降解最常見(jiàn)的一種方式，最終可將聚酯通過(guò)生物過(guò)程轉(zhuǎn)為二氧化碳、水、礦物鹽和生物質(zhì)，且不產(chǎn)生對(duì)自然環(huán)境（水、土壤）或動(dòng)植物有毒的物質(zhì)。根據(jù)歐盟的標(biāo)準(zhǔn) [17]，在工業(yè)堆肥條件下，可堆肥材料須被自然存在的微生物完全分解，并滿足四個(gè)條件：

當(dāng)前，號(hào)稱可堆肥的產(chǎn)品很難考證真實(shí)性，全球符合標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)堆肥系統(tǒng)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及這類塑料的產(chǎn)量。這些帶著可降解標(biāo)簽的 “綠色” 包裝，仍會(huì)流入自然環(huán)境，比如水系或土壤中。

汪軍認(rèn)為，“可降解塑料比普通塑料更容易碎片化，若大規(guī)模進(jìn)入環(huán)境，幾乎不可能再被重新收集，塑料污染問(wèn)題也會(huì)更加嚴(yán)峻。”

即使暫時(shí)忽視后端處理問(wèn)題，可降解塑料在使用階段也存在局限。

汪軍解釋說(shuō)，現(xiàn)在可降解塑料和天然降解材料相比的不成熟，是天然材料的降解是有 “開(kāi)關(guān)” 機(jī)制的，“如樹(shù)葉在樹(shù)上時(shí)是不降解的，只有在落下后，即生命周期結(jié)束后降解才發(fā)生?！?他認(rèn)為，“可生物降解” 塑料沒(méi)有這個(gè)機(jī)制，它就面對(duì)一個(gè) “使用” 和 “降解” 的矛盾問(wèn)題。“可降解塑料處在既不如傳統(tǒng)不可降解塑料耐用，也不如全天然材料可降解的尷尬境地?！?汪軍說(shuō)。

人類生存在地球上已有千百萬(wàn)年，而塑料的使用和普及不過(guò)在最近一個(gè)世紀(jì) [10]。在塑料被大規(guī)模使用之前，人們與產(chǎn)品包裝的關(guān)系并不似現(xiàn)在。保質(zhì)期短的食物常常在產(chǎn)地附近，以散裝的形式被銷售；人們帶著自家的油壺、米袋去糧油店采買口糧；精致且保質(zhì)期更長(zhǎng)的茶、餅干則以精美的金屬盒作為包裝，這些盒子大多會(huì)被主人留下，找到其他用途。

塑料無(wú)疑為我們帶來(lái)了很多便利，但并不是所有的塑料包裝都是必須的。

“塑料是人類的產(chǎn)物，我們不要指望靠自然來(lái)解決人類造成的問(wèn)題。我們既然造出塑料，就要盡量讓它形成閉環(huán)，留在人的系統(tǒng)循環(huán)，而非進(jìn)入自然系統(tǒng)大循環(huán)?！?汪軍表示。

隨著可降解塑料在實(shí)踐中的挑戰(zhàn)日益凸顯，2021年9月8日，國(guó)家發(fā)展改革委和生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了 “十四五” 塑料污染治理行動(dòng)方案（“方案”）—— 完善塑料污染全鏈條治理體系，推動(dòng)塑料生產(chǎn)和使用源頭減量的同時(shí)，也要科學(xué)穩(wěn)妥推廣塑料替代品 [18]。

“方案” 中提出要充分考慮可降解塑料制品的全生命周期資源環(huán)境影響，研究不同類型可降解塑料的機(jī)理和影響，科學(xué)評(píng)估其環(huán)境安全性和可控性。

中國(guó)合成樹(shù)脂協(xié)會(huì)塑料循環(huán)利用分會(huì)、再生PET分會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)王旺對(duì)《知識(shí)分子》分析道，這份 “方案” 表明了政策層面對(duì)可降解塑料的態(tài)度。即可降解塑料的全生命周期環(huán)境影響、降解機(jī)制和安全可控性尚不清楚，且目前存在無(wú)序發(fā)展、產(chǎn)能盲目擴(kuò)張的現(xiàn)象，應(yīng)予以糾正。

如 “方案” 中提出，可降解塑料產(chǎn)業(yè)應(yīng)有序發(fā)展，合理布局，其應(yīng)用領(lǐng)域需要規(guī)范，降解條件和處置方式也需要明確。其中的政策信號(hào)可以理解為：“現(xiàn)在還不適合可降解塑料大規(guī)模推廣應(yīng)用”，王旺總結(jié)說(shuō)。