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好文推薦 | 鄭強(qiáng)教授:塑料與“白色污染”芻議

分類:固廢觀察    發(fā)布時間:2021年11月25日 12:48    作者:固廢觀察公眾號    文章來源:












導(dǎo)





基于現(xiàn)實,若要逐步實施“禁止使用不可降解一次性塑料制品”,似更有必要大力推動塑料使用方式的變革,減少并限制“一次性塑料制品”的生產(chǎn)和使用,倡導(dǎo)“多次使用”“長期使用”。


摘     要

塑料(Plastics)、橡膠(Rubber)、纖維(Fiber)三大類合成高分子材料,是繼石器、陶瓷、水泥,銅、鐵、鋁、鋼后,人類對物質(zhì)和材料的認(rèn)識與應(yīng)用的重大發(fā)展,是近代具有里程碑意義的科技創(chuàng)造。其中,尤以塑料的應(yīng)用最為廣泛。全球塑料的體積產(chǎn)量已達(dá)鋼鐵和水泥總和的26%,且消耗量以每年8%的速度增長,涉及人類生活和現(xiàn)代工業(yè)的方方面面。當(dāng)今的社會,不能沒有塑料;人們的生活,也離不開塑料。

“白色污染”的概念一方面源于被隨意丟棄的大量一次性使用塑料制品對生態(tài)環(huán)境造成的影響,另一方面源于人們對隨意丟棄的廢棄塑料的不良感觀。問題的出現(xiàn),既與塑料的“輕”“薄”特性有關(guān),更與人的行為規(guī)范與社會公德有關(guān)??陀^地講,若不被當(dāng)作價廉物美的一次性制品使用,尤其是若使用后不被隨意丟棄,“白色污染”的污名就不會扣到塑料頭上。

絕大多數(shù)應(yīng)用廣泛的塑料制品不要求降解(Degradation)、不需要降解,甚至要求在使用期限內(nèi)不能降解。需要降解的主要針對的是“一次性使用的塑料制品”。從專業(yè)角度講,“禁止使用不可降解一次性塑料制品”的表述是準(zhǔn)確的,是科學(xué)的;將其隨意改述為“禁止使用一次性不可降解塑料制品”是不專業(yè)的、錯誤的,需要糾正;任何“禁塑”的提法,不僅不現(xiàn)實,還將對社會發(fā)展和民眾生活造成嚴(yán)重影響。

面對有限的地球資源,基于環(huán)境綠色保護(hù)和資源可持續(xù)利用理念,有必要思考:除特殊用途和使用場合,任何材料和制品,包括塑料,“一次性使用”是否科學(xué)?是否符合綠色可持續(xù)發(fā)展理念?“多次使用”“長期使用”,是否更應(yīng)倡導(dǎo)?是否更應(yīng)追求?

基于現(xiàn)實,若要逐步實施“禁止使用不可降解一次性塑料制品”,似更有必要同時大力推動塑料使用方式的變革,減少并限制“一次性塑料制品”的生產(chǎn)和使用,倡導(dǎo)“多次使用”“長期使用”此倡導(dǎo)將對塑料制品丟棄量的減少產(chǎn)生線性甚至指數(shù)正相關(guān)效果,這對實現(xiàn)塑料更加綠色、更加環(huán)保的可持續(xù)應(yīng)用,不失為一種科學(xué)的理念和策略。從材料科學(xué)的分子設(shè)計到工程技術(shù)角度,塑料經(jīng)多次使用或長期使用后,若能做到“引發(fā)降解(Initiated  degradation)”并達(dá)到“可控降解(Controlled  degradation),應(yīng)成為追求并實現(xiàn)的理想目標(biāo)。

需要強(qiáng)調(diào),為滿足人們?nèi)粘I詈吞厥庑枨?,嘗試?yán)梅鞘突?,尤其是生物基原料,用于制備可降解(易降解)一次性使用的塑料制品,是塑料學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界引人關(guān)注的新領(lǐng)域,為尋求解決所謂“白色污染”做出了積極貢獻(xiàn)。但是,任何使用后的廢舊物品(材料),如不能做到有序回收處理,都將成為污染,不是“白色污染”就是“灰色污染”或是“黑色污染”。因此,即使是可降解塑料(Degradable  plastics),如不高度重視有序回收和處理,仍有成為“白色污染”之可能。

特別指出兩點:一是夸大并渲染降解塑料(塑料降解)產(chǎn)業(yè)的重要,將塑料研究和產(chǎn)業(yè)的重點轉(zhuǎn)向可降解塑料領(lǐng)域,盲目跟風(fēng)上項目,將對我國高性能多功能塑料的研發(fā)尤其是解決若干卡脖子的高端塑料專用料的研發(fā)產(chǎn)生沖擊,會對我國塑料工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生誤導(dǎo);二是將非石油基、生物基原料產(chǎn)生開發(fā)的目的局限于可降解一次性塑料制品的制備生產(chǎn),是短視的,缺少遠(yuǎn)見的。非石油基、生物基原料用于制備高性能非一次性使用塑料制品是具有重要科學(xué)價值和廣闊市場前景的新領(lǐng)域。


關(guān)鍵詞:

塑料,一次性制品,可降解/不可降解,石油基,“白色污染” 






近年來,隨著國家環(huán)境保護(hù)工作力度的不斷加大,特別是人們對綠色環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng),關(guān)于塑料“白色污染”的討論日漸增多,不時還甚為激烈。據(jù)悉,一些地方政府正在討論并準(zhǔn)備出臺涉一次性使用塑料制品的文件或法規(guī)。說實在的,對一種物質(zhì)材料有如此空前的關(guān)注度,恐怕是任何其它種類材料所不能比擬的。一方面,說明全民科學(xué)知識普及程度的日益提高;另一方面,也恰恰表明塑料對人類今天的影響多么重大和深遠(yuǎn)!作為一位高分子學(xué)者、一位從事塑料專業(yè)教育的大學(xué)教授,覺得有必要談?wù)勛约耗w淺的認(rèn)識和看法。


01


塑料從何而來?

地球億萬年演變產(chǎn)生的石油,經(jīng)過催化裂解、分離提純等步驟,可制備得到各種有機(jī)小分子化合物。進(jìn)一步聚合反應(yīng),可獲得合成高分子,包括常用的塑料、纖維、橡膠、涂料、膠粘劑等。一百多年前,人類發(fā)明了第一種合成高分子——酚醛樹脂,它的出現(xiàn)標(biāo)志著繼石器、陶瓷、水泥,銅、鐵、鋁、鋼后人類對物質(zhì)和材料的認(rèn)識與應(yīng)用進(jìn)入了新的時代。
人類發(fā)明的第一種合成高分子—酚醛樹脂     


02


塑料有多重要?

在塑料(Plastics)、橡膠(Rubber)、纖維(Fiber)三大合成高分子材料中,塑料的應(yīng)用最為廣泛。它不僅與人們?nèi)粘I蠲懿豢煞?,還廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運輸、城市建筑、醫(yī)療衛(wèi)生以及電子電器、包裝密封等各個領(lǐng)域。按2019年數(shù)據(jù)統(tǒng)計,全球塑料產(chǎn)量約為3.59億噸(中國塑料制品產(chǎn)量為8184萬噸),全球鋼鐵產(chǎn)量18.485億噸,水泥產(chǎn)量41億噸。若以塑料平均密度0.9、鋼鐵平均密度7.8、水泥密度3.1計,全球塑料的體積產(chǎn)量已達(dá)鋼鐵和水泥總和的26%,這是一個驚人的比例!有關(guān)資料顯示,從1950年至2015年,人類已經(jīng)生產(chǎn)了83億噸塑料制品,約60億噸成為廢棄物(其中約49億噸被直接填埋或被遺棄,直接焚燒8億噸);仍在使用的約20億噸(其中1億噸為再生塑料)。塑料的使用量未來還呈現(xiàn)進(jìn)一步增長態(tài)勢,預(yù)計全球塑料消耗量將以每年8%的速度增長。



高分子材料的三大形態(tài):塑料、橡膠、纖維
    


在人們的日常生活中,為什么有那么多諸如一次性杯、盒、包裝材料、農(nóng)膜材料是用塑料制造的?這是因為相比于金屬(鋼鐵)材料、無機(jī)非金屬(水泥、陶瓷)材料,塑料具有密度小、比強(qiáng)度大、比模量高、耐腐蝕、成本低(往往是傳統(tǒng)的陶、銅、鐵、鋁、鋼等器具價格的1/10-1/100)、絕緣性能好、保溫、隔音、防震性能優(yōu)良等特點。由于其本身質(zhì)輕價廉,易于壓塑、吹塑成薄質(zhì)生活必需品,塑料才被當(dāng)成“一次性用品”使用的。





塑料又何止那么一點可被人類當(dāng)作“一次性”物質(zhì)使用的優(yōu)點——實際上,它已滲入到人類生活的方方面面——制造電線電纜、集成電路基板、芯片制造用光刻膠等現(xiàn)代產(chǎn)品,塑料均成為不可或缺的一部分;手機(jī)、電腦、電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)主要功能和結(jié)構(gòu)件,離不開塑料;汽車、輪船、飛機(jī)、高鐵、建筑主體結(jié)構(gòu)和內(nèi)飾,不能不用塑料;醫(yī)院大量使用的藥物容器、輸液管、一次性注射器,大多是塑料;沒有塑料育秧膜、大棚膜,還會有現(xiàn)代農(nóng)業(yè)嗎?城鄉(xiāng)建設(shè)給水排水、天然氣和石油輸送越來越多地采用塑料管道。可以說,人類無法回到?jīng)]有塑料的時代!塑料,禁用不了;塑料,也不可能禁用

從家用電器,到芯片、醫(yī)療衛(wèi)生用品,再到飛機(jī)、高鐵,塑料無處不在







如果塑料像其它材料一樣——用,不是那么便宜;丟,不是那么舍得,它還會被人們當(dāng)作一次性用品嗎?如果使用后不被隨意丟棄,還會成為“白色污染”嗎?


03


塑料有過嗎?

       ●一問:將煤炭直接燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)槊禾可罴庸ぶ敝辽a(chǎn)碳基(素)材料被看作世界和我國煤炭能源的根本性變革。石油基原料的80%被作為燃料直接燒掉,而將其不到20% 的剩余部分用于生產(chǎn)包括塑料在內(nèi)的合成材料,有何錯之過?可以講,塑料及其它合成高分子的出現(xiàn),是石油的最優(yōu)利用,是人類具有劃時代意義的科技創(chuàng)造
       ●二問:為何每年全球有10億條廢舊輪胎竟然沒有被稱為“黑色污染”?究其原因:一是橡膠輪胎比重大,不能像塑料一樣飛起來、飄起來;二是基本做到了有序收集處理。
       三問:人類使用后丟棄的石器、陶器、銅器、鐵器在地里埋了數(shù)百年、數(shù)千年甚至上萬年,離析降解了嗎?近代大量使用水泥的建筑物體(如橋梁、樓宇、道路、隧洞等)廢棄后,若不敲毀、炸損,見過自然降解的嗎?雖然尚不能判定在自然環(huán)境中各種材料離析或降解的確切年限,但可以肯定,與石器、陶瓷、水泥,銅、鐵、鋁、鋼相比,塑料要短上數(shù)十年、數(shù)百年甚至數(shù)千年

 隨意丟棄的一次性塑料用品

一次性塑料用品產(chǎn)生的“白色污染”

“白色污染”概念一方面源于被隨意丟棄的大量一次性使用塑料對生態(tài)環(huán)境造成的影響,另一方面源于人們對隨意丟棄的廢棄塑料的不良感觀。由于比重輕、質(zhì)地薄,塑料袋、塑料瓶、塑料膜極易隨風(fēng)飄浮移動,實際上更多的是“視覺污染”。



堆積成山的廢舊輪胎                               




     距今2500年的越王勾踐劍

誠然,應(yīng)該從科學(xué)角度,以一種緊迫感、責(zé)任感面對并解決巨量一次性塑料制品使用帶來的環(huán)境問題。但必須指出,塑料的“白色污染”,既與塑料的“輕”“薄”特性有關(guān),更與人的行為規(guī)范和社會公德有關(guān)。實際上,任何使用后的廢舊物品(材料),如不能做到有序回收處理,都將成為污染,不是“白色污染”就是“灰色污染”或是“黑色污染”。如果人們能夠真正做到嚴(yán)格分類回收,一次性塑料制品“白色污染”的壞名極有可能是不存在的! 


“白色污染”到底是材料本身屬性的問題, 還是使用材料的人的行為規(guī)范與社會公德的問題,值得思考

為滿足人們?nèi)粘I詈吞厥庑枨?,嘗試?yán)梅鞘突?,尤其是生物基原料,用于制備可降解(易降解)一次性使用的塑料制品,是塑料學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界引人關(guān)注的新領(lǐng)域,為尋求一次性塑料制品使用后造成的所謂“白色污染”問題的破解之法,做出了積極貢獻(xiàn)。需要強(qiáng)調(diào),即使是可降解塑料(Degradable plastics)如不高度重視并嚴(yán)格有序回收和處理,仍然可能成為“白色污染”。


04


廢舊塑料從何而來?

大噸位使用的通用高分子塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯),從化學(xué)本質(zhì)和材料結(jié)構(gòu)講,是環(huán)境友好的材料。與工業(yè)排放的有毒有害氣體以及燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣(尾氣)相比,這些塑料制品幾乎是“惰性”的。

為何大量的塑料制品變成了廢舊塑料?從本質(zhì)講,塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)是通過長的化學(xué)鍵鏈構(gòu)筑的,其“鏈”越長,就越容易存在“弱點”(弱鍵)。在光、熱、電、水、氣等各種外界作用下,這些“弱點”(弱鍵)都存在“斷鏈”的可能。斷鏈部分相當(dāng)程度是源于化學(xué)結(jié)構(gòu)中最不穩(wěn)定的“自由基”的產(chǎn)生或氧化。在高分子專業(yè)上叫“老化(Aging)”。由于老化,使用存在期限,就會導(dǎo)致廢舊塑料的產(chǎn)生。實質(zhì)上,這跟人類等生命體的衰老是由于“自由基氧化”的結(jié)果有某種相似之處。因此,無論從材料科學(xué)角度——材料使用后必然失去性能(功能)講,還是從人類倫理角度——辛苦勞作的勞動者逐漸喪失勞動力講,因塑料廢舊而否定塑料的價值和功勞,都是有失公允的。


05


廢舊塑料制品如何處理?

大致有四種方法:一是分類回收利用——通過舊料加新料共混改性生產(chǎn)制品,大量應(yīng)用于日常生活中的桶、盆、以及建材等。二是化學(xué)循環(huán)——通過分解回收原料單體進(jìn)行再利用。三是焚燒——可用于生熱和發(fā)電。四是填埋——與日常生活及工業(yè)垃圾堆放在特定場所。就第一種方法而言,共混改性后的制品雖提高了塑料的使用頻率,但也將面臨終廢的問題。就第二種方法來講,分解后產(chǎn)生的有機(jī)小分子化合物可以作為新的基礎(chǔ)化工原料,但其投資、技術(shù)和環(huán)境要求高。就第三種方法來講,焚燒法雖直接快速,但存在CO2排放問題。就第四種方法來說,填埋雖可在一定時間范圍解決集中處理廢棄塑料問題,但場地選擇日趨困難。

塑料生命周期示意圖

一處垃圾填埋作業(yè)現(xiàn)場

     


06


何謂塑料降解?

針對上述問題,學(xué)術(shù)上和產(chǎn)業(yè)上提出了“塑料降解(Plastics degradation)”“降解塑料(Degradable plastics)”的概念?!敖到狻保呛铣筛叻肿蛹敖Y(jié)構(gòu)解離的過程。除了通常所說的降解,化學(xué)循環(huán)也是一種受控的降解。為此,國內(nèi)外科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界做出了不懈努力,取得了許多有重大價值的重大成果,為生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出了重要貢獻(xiàn)。準(zhǔn)確理解并正確界定關(guān)于塑料降解的科學(xué)術(shù)語和概念,對高分子材料產(chǎn)業(yè)尤其是塑料產(chǎn)業(yè),既有必要,也極為重要。

廢棄塑料的化學(xué)循環(huán)過程

      

近年來,針對“降解塑料”或“塑料降解”,無論是在一些地方法規(guī),還是一些關(guān)于治理塑料“白色污染”的媒體報道中,出現(xiàn)了以下幾種主要表述:一是“禁止使用一次性不可降解塑料制品”,二是“禁止使用不可降解一次性塑料制品”,三是甚至出現(xiàn)“禁塑”的提法。表述不同,尤其是“一次性”三個字的位置不同,將導(dǎo)致對塑料制品可降解(或不可降解)的認(rèn)知產(chǎn)生歧義和誤導(dǎo)。從專業(yè)角度講,第一種表述是不專業(yè)的、錯誤的,需要糾正;第二種表述是準(zhǔn)確的,科學(xué)的;第三種表述不僅不現(xiàn)實,還將對社會發(fā)展和人們生活造成嚴(yán)重影響。




       

在第一種表述中由于將“一次性”置于“不可降解”前,極易理解為是對可降解性能(或不可降解性能)的要求和限定,即要求或限定的是“一次性不可降解的塑料制品”。這在塑料專業(yè)的學(xué)科上和工程上都是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模踔潦清e誤的。因為嚴(yán)格講,無論是在學(xué)術(shù)還是工程上,均未曾提出、也不存在“一次性降解(或不可降解)塑料”的概念。事實上,常見的各類塑料制品,即使是標(biāo)稱為“可降解塑料”,也無法實現(xiàn)一次性降解。如目前具有代表性的可降解塑料聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)等均不能實現(xiàn)“一次性”降解,需專門的堆埋才能實現(xiàn)。因此,“禁止使用一次性不可降解塑料制品”中除“一次性”三字的放置有誤外,還包含有全面禁止塑料制品使用的含義,是不專業(yè)的,是不正確的




一次性使用的聚乳酸塑料制品


      

在第二種表述中,明確“一次性塑料制品”為目標(biāo)對象,著重突出塑料的“使用性和使用次數(shù)”,即一次性使用,不重復(fù)使用。比如:一次性塑料杯、打包盒、塑料袋、保鮮膜等,這些都是輕質(zhì)塑料制品,用完一次就可棄掉。人們?nèi)粘I钪写罅渴褂玫倪@些塑料制品,如屬不可降解(或難降解),隨意丟棄將給環(huán)境造成“白色污染”。顯然,這里明確的是“禁止使用不可降解的一次性塑料制品”,其表述是正確的

其實,對于塑料制品而言,不能片面簡單地追求塑料制品具有降解特性,降解是有范圍和限定的,不能無限擴(kuò)大。絕大多數(shù)廣泛應(yīng)用的塑料制品不要求降解、不需要降解,甚至要求在使用期限內(nèi)不能降解。飛機(jī)、汽車中的塑料部件,日常使用的冰箱、電視、洗衣機(jī)、空調(diào)中的塑料部件,廣泛使用的建筑管材,大量使用的塑料桶、盆等,不希望、更要防止在使用過程中發(fā)生降解。因為一旦發(fā)生降解,則性能將迅速劣化。大部分的高端設(shè)備、精密儀器、大型裝備中均使用高端塑料部件,追求的恰恰是在自然環(huán)境中或苛刻條件下不發(fā)生分解和難以降解,只有這樣才能保證其高性能,才能確保長期使用的安全性。



在過去三十年間,汽車的塑料用量已從20世紀(jì)60年代初的10kg左右上升到21世紀(jì)初的200kg量級,塑料在自然環(huán)境中或苛刻條件下不發(fā)生分解或者難以降解是保障其高性能及長期使用安全性的基礎(chǔ)



正在安裝中的超高分子量聚乙烯排水管

     

從科學(xué)的專業(yè)角度講,只提“可降解”的概念和要求是不夠的,還需評估降解成什么了?降解物將產(chǎn)生什么影響?尤其是“可降解塑料”在降解過程中產(chǎn)生的中分子量、低分子量產(chǎn)物對環(huán)境、生態(tài)的危害,尤其是降解產(chǎn)生的1-5mm的微粒塑料將產(chǎn)生什么影響是塑料可控降解的一個難題?!安豢山到狻焙汀翱山到狻碧岱ū旧硪膊粐?yán)謹(jǐn),存在偏頗,即不能把塑料可否降解當(dāng)作一種“非0即1”的取舍。從時間上將塑料降解分為“短時降解”“長時降解”;或按難易程度分為“易降解”“難降解”,似更為合理,更為科學(xué)。

微塑料及其在環(huán)境中的循環(huán)

        正在影響人類的健康       

有必要指出,就“禁止使用不可降解一次性塑料制品”而言,要真正立法并予以實施,需要更多方面配套政策和措施統(tǒng)籌:一如是否有足夠的可降解塑料制品生產(chǎn)并投放市場以替代現(xiàn)有一次性制品使用需求?二如可降解塑料制品與原有不可降解(難降解)制品的市場價格競爭力如何?再如可降解塑料制品的回收與降解處理場地與設(shè)備如何配置?又如可降解塑料原料獲取與制備過程是否更節(jié)能、更綠色?等等。

基于現(xiàn)實,若要逐步實施“禁止使用不可降解一次性塑料制品”,似更有必要大力推動塑料使用方式的變革,減少并限制“一次性塑料制品”的生產(chǎn)和使用,倡導(dǎo)“多次使用”“長期使用”。此倡導(dǎo)將對塑料制品丟棄量的減少產(chǎn)生線性甚至指數(shù)正相關(guān)效果,這對實現(xiàn)塑料更加綠色、更加環(huán)保的可持續(xù)應(yīng)用,不失為一種科學(xué)的理念和策略。從材料科學(xué)的分子設(shè)計到工程技術(shù)角度,塑料經(jīng)多次使用或長期使用后,若能做到“引發(fā)降解(Initiated  degradation)”并達(dá)到可控降解(Controlled  degradation)”,應(yīng)成為追求并實現(xiàn)的理想目標(biāo)。

特別指出兩點:一是夸大并渲染降解塑料(塑料降解)產(chǎn)業(yè)的重要,將塑料研究和產(chǎn)業(yè)的重點轉(zhuǎn)向可降解塑料領(lǐng)域,盲目跟風(fēng)上項目,將對我國高性能多功能塑料的研發(fā)尤其是解決若干卡脖子的高端塑料專用料的研發(fā)產(chǎn)生沖擊,會對我國塑料工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生誤導(dǎo);二是將非石油基、生物基原料產(chǎn)生開發(fā)的目的局限于可降解一次性塑料制品的制備生產(chǎn),是短視的,缺少遠(yuǎn)見的。非石油基、生物基原料用于制備高性能非一次性使用塑料制品是具有重要科學(xué)價值和廣闊市場前景的新領(lǐng)域。

來源 | 鄭強(qiáng)教授
編輯 | 匡宋堯

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