绿色环保塑料，未来可期

文/方陵生

无法想象，如果没有塑料，现代生活会是什么模样？实际上，合成聚合物的大规模生产直到1950 年才真正开始。在不到100 年的时间里，全球估计已经生产了83 亿吨塑料，其中大约一半是2000 年以后生产的，而丢弃的塑料废弃物已达约63 亿吨。直观地想象一下，10 亿吨塑料就可堆成一个棱长约1 千米的大立方体。

极难处置的大量塑料废弃物对于自然环境来说，不啻于一场生态大灾难。目前，只有大约9%的塑料垃圾被回收利用，另有12%在废物转化能源设施中被焚烧处理，剩下的大部分塑料废弃物都进入了垃圾填埋场。更糟的是，进入海洋的塑料废弃物，不仅会污染海洋环境，而且会导致海洋生物误食后窒息死亡。而分解成微塑颗粒的塑料废弃物，则会对食物链造成严重破坏。目前，全球有一些地区的情况有所好转，如欧洲的塑料回收率约为30%，但美国和加拿大的塑料回收率仍低于10%。

塑料回收为何这么难

塑料回收率低的一个重要原因，是塑料很难回收。从废物流中回收的塑料，按聚合物类型分类并送到回收工厂后，被简单地切碎、清洗干净并熔化成颗粒，然后被出售给制造商，制造商再将这些回收材料加入新产品中。这些回收塑料用来制造塑料桶、板条箱等是很好的材料，但要重新用于制造塑料瓶或塑料包装，却是一个极具挑战性的难题。这是因为掺杂了回收塑料的混合材料既不透明，也不纯粹。

同时，这种回收方式只适用于热塑性塑料，包括塑料水瓶、塑料包装、尼龙配件和其他能够熔化处理的塑料。但每年生产的塑料中，约有25%属于不能熔化的热固性塑料，如汽车车身塑料、橡胶轮胎、泡沫枕头、三聚氰胺台板和用来黏合碳纤维复合材料的环氧树脂等，这些塑料制品坚固耐用，却几乎不可能分解。将这些热固性塑料加热处理就会导致燃烧，甚至不能通过机械方式回收，除了其中的少数可用作填充材料，大部分只能被扔进焚烧炉或垃圾填埋场。

从物理回收到化学回收

但无论是针对热塑性塑料，还是热固性塑料，还有一种回收方法，即通常所称的化学回收技术。熔化塑料废弃物是一个物理处理过程，不会改变其成分。而化学回收处理是通过热力、压力和催化的组合作用进行化学转化。

取决于回收原料和需要制成的最终产品，这些塑料废弃物可以在除去染料、添加剂、箔层等杂质后，转换为纯聚合物单体，也可以是短链分子碎片混合物。它们不仅可以用来制造新的塑料产品，而且还可以用来制造几乎其他任何东西，包括蜡、润滑剂、化学品等，甚至还可以用来生产运输燃料。

为实现塑料回收利用的理想，化学公司和科学家进行了几十年的实验室研究，但到目前为止，热固性塑料的回收利用仍是一个重大挑战。其中一个前沿的研究方向是在不消耗大量热量和能量的情况下进行化学回收，另一种颇具前景的设想是从一开始就改变塑料生产的方式，在制造过程中加入某种单体，让生产的产品更加坚固耐用，而在回收时却更容易分解。

塑料回收利用之路还很漫长，但目前一些化学回收技术已相当成熟。总部位于纽约的一家投资公司在2019 年发布的一份报告中称，该公司致力于投资与循环经济相关的初创企业，其中包括美国和加拿大的40 多家塑料回收厂，有些正在运营，有些计划在未来几年内开业，预计其中的一些工厂将采用化学回收技术。

开发新型生物降解塑料

一些公司和研究人员正在致力于新型生物降解塑料包装、塑料瓶子等产品的研发，这种新型塑料可以像堆肥一样易于分解。

塑料是一种神奇的材料，它具有便宜、轻便、耐用的优点。但它如此了不起的优势，也正是如今造成最棘手的环境问题的原因。正因为它太便宜了，人们利用完它之后，会不假思索地随手一扔，一点也不会心疼。而它又非常耐久，扔掉的塑料废弃物甚至可以在自然环境中持续几个世纪不会消失。

虽然我们可以而且应该少用塑料，但是我们无法完全放弃使用塑料。研究人员一直在开发可生物降解的新型塑料。他们的目标是，未来这种新型塑料完全可以回收，没有任何浪费。传统塑料即使分解成细小的碎块仍然不会改变其化学结构，而生物降解塑料可分解后重新安全融入自然环境。

目前，许多环保塑料已进入市场，包括以提取的植物素为原料制成的塑料杯和塑料瓶。与传统的石油基塑料相比，生物降解塑料有很大的改进，但美国密歇根州立大学的化学工程师拉马尼·纳拉扬指出，仅仅因为某种物质是由植物制成的，并不能认定它是可生物降解的，而某些石油基塑料也是可生物降解的。

塑料由被称为“聚合物”的长链分子组成，这些聚合物由串在一起的重复亚基构成。塑料是否可生物降解完全取决于链的强度。一些普通塑料，如塑料袋和塑料瓶使用的聚乙烯和聚丙烯，以及通常被称为“聚苯乙烯泡沫塑料”的聚苯乙烯，其化学链非常牢固，难以分解。

而生物降解塑料的化学链较弱，水、酸和酶（包括某些微生物产生的酶），都可以破坏生物降解塑料中的酯链，最终留下二氧化碳、水和甲烷等化合物。其中，二氧化碳和水可以进入自然循环，而甲烷则可被捕获作为燃料或作为微生物的食物。

创造理想的环保塑料

有些被称为“可生物降解”或“可堆肥降解”的塑料，实际上在自然环境中也要存在较长的时间。美国国际试验与材料协会为“可堆肥降解”塑料制定了具体的标准，如90%的有机碳必须在不超过180 天的时间内被堆肥微生物消耗掉。

科学家指出，生物降解性本身并不一定具有实际意义。例如，人粪是可生物降解的，但这不意味着你可以将它随意丢弃到任何地方。不同的材质需要在不同的条件下才可以进行生物降解，如果这些条件不具备，同样会造成糟糕的环境问题。例如，以玉米为原料制成的塑料杯被贴上了可生物降解的标签，但它们只有在工业化的堆肥降解中心才能被分解处理。因此，如果没有相应的基础设施，那么单靠生物降解性可能并不如我们所想象的那样环保。

事实上，实现所有塑料的生物降解也是不可能的。某些应用，如制作PVC 管或防弹背心，需要使用坚固耐用不易分解的材料。生产环保塑料还要面对其他的挑战，例如，生物降解塑料的制模、成型和加工等生产工艺所需的温度通常接近于其降解温度，加工难度大，这也是塑料制品行业走向环保要面对的难题之一。

如今，研究人员正在努力开发生产新型塑料的技术。如美国斯坦福大学的研究人员正在开发一种用作建筑隔热材料的可生物降解聚苯乙烯泡沫塑料。美国佐治亚大学的研究人员正在使用聚羟基烷酸酯（简称PHA）制造在海洋中也能降解的塑料吸管，用PHA 制造的包装材料和瓶装水塑料瓶，进入海洋和垃圾填埋场后便会自行降解。此外，技术人员还开发了一种利用阳光和2种微生物制造PHA 聚合物的技术，这种聚合物生产的塑料可在相对短的时间内降解。

哥伦比亚大学环境工程师卡蒂克·钱德兰正在研究将废水处理厂过滤后留存的食物残渣和污水污泥转化为燃料和有用的产品，其中也包括对塑料废弃物的处理。他研发了一种生物反应器，利用微生物混合物将废物分解成挥发性脂肪酸，然后利用另一种细菌混合物将这些酸结合在一起，生成PHA。卡蒂克·钱德兰设想，未来每个社区都会有收集和处理塑料废弃物的设施，这些塑料废弃物不仅可以转化为用来制造塑料的新材料，还可以转化为燃料和其他材料。