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说自己可海洋降解的塑料袋,都是骗子?

2021-10-22  摆脱塑缚

塑料污染正以惊人的速度进入世界海洋。据估算,如果现在的塑料消费方式没有显著变化,到2050年,全球海洋中塑料总重量将超过鱼类的总重量。

塑料垃圾主要来源于陆地应用,如高耐久性聚烯烃材质的消费品包装。这些传统塑料具有理想的性能,包括高化学稳定性、防潮性和热塑性特征。不幸的是,当它们到达海洋环境,就会分裂成无法生物吸收的微塑料。

为了尽量减少聚烯烃包装对海洋生态系统的不利影响,人们认为,应该用海洋可降解聚合物替代这些材料。理想的方法是开发具有聚烯烃材料特性的柔性薄膜,这种薄膜如果进入海洋环境,能迅速生物降解。目前,有很多报道都声称研制出了在海洋环境中可生物降解的塑料,其产品稳定性和防潮性能与聚烯烃相当。

但事实真的如此吗?

生物降解塑料在海洋环境的降解表现如何?

日本三菱化学和名古屋市一家包装材料制造商

共同研发出的一种可在海水中降解的塑料袋

遗憾的是,经过广泛研究开发和商业化的生物降解塑料,仍然存在诸多局限性。

例如,某些生物降解塑料对水分敏感,这是其应用到液体和某些干燥产品(如乳液和咖啡)的一个关键阻碍;此外,这些材料必须在稳定性和生物降解性之间保持平衡,以最大限度地保证封闭产品的保质期和质量,研究者依然没能百分百消除这一技术难题。为实现高速制造并降低生产成本,这些材料必须与热成型工艺兼容。最后,如果这些材料到达海洋环境,它们必须能够迅速降解为生物安全材料。

然而,生物降解塑料的降解和矿化程度还取决于温度、相对湿度、氧气水平、微生物的数量和多样性。这些环境因素的作用常常被忽视,因为人们误以为生物降解塑料在任何自然环境中都可以迅速降解。

实际上,生物降解塑料的降解测试大多在高温(大于30℃)、好氧条件以及存在多种微生物的情况下进行。而海洋环境很难达到这种降解条件。

实验显示,即使在海洋生物高度富集的区域,生物降解塑料的降解速度也比在陆地或管理环境中要慢。换句话说,你无法期待生物降解塑料在海水中能够如同在完美实验环境下那样迅速降解完毕。

海水可降解塑料制品,外观与普通塑料无明显差别

图 | 海南日报

在海水里浸泡3个月的海水可降解塑料样品(上)

和良好保存的样品(下)对比

图 | 海南日报

在生物降解塑料之外,还有一种可溶性塑料薄膜的出现也引起了人们的注意。可溶性塑料薄膜主要成分是聚乙烯醇(PVA),是一种既可以溶于水又可以被生物降解的聚合物——也就是说当它被投入到大海或者潮湿的土壤当中时,是可以溶解掉,并最终被生物降解。

2018年,华南理工大学高级工程师崔跃飞团队曾现场演示水溶性塑料袋的神奇之处:崔跃飞在一杯清水中,放入一个塑料袋,几分钟后塑料袋溶于水并消失;无独有偶,在智利首都圣地亚哥的一场新闻发布会上,为了证明水溶性塑料袋的安全性能,演示人将有塑料袋溶解在内的一杯水一饮而尽,视频走红,轰动全球。

图 | 环球网

但在吸引眼球的演示之外,崔跃飞回应,这种说法不科学、不严谨,即使水溶性塑料袋无毒无害,也不建议吃喝,因为它们水溶后还是以大分子形式存在于水中。

实际上,可溶性塑料薄膜有着和生物降解塑料一样的局限性:它具体在什么温度、需要多长时间才能完全溶解,不仅与聚乙烯醇的聚合度、醇解度等性质相关,还要看可溶性薄膜的具体成分配比。所以对于这种材料,不能以“可快速溶解于水”一概而论。

海洋生物降解评价标准值得考究

那么,谁来把关生物降解塑料的海水可降解表现是否达标呢?目前,国际标准化组织(ISO)、经济合作与发展组织(OECD)、美国试验与材料学会(ASTM)和奥地利TUV已经发布了量化水生环境中物理和酶降解的实验室方法,用以检测声称海水可降解塑料的降解速度以及降解后分化物质的成分。

但许多科学家和工程师认为,这些试验标准的范围有限,不能有效地复制海洋的动态条件和生态系统他们认为,标准方法是将样品暴露在一个温度、氧气水平和一个微生物联合体下,有效地基于一个环境数据点进行生物降解。为了增加海洋生物降解结果的可信度,应在多种温度、氧气水平和存在多种微生物种群的情况下对样品进行测试。

材料稳定性差,生产难度大

传统的多层结构塑料通常是用密封剂或粘合剂层压薄膜形成的。密封剂还可用作相容剂,连接疏水性和低表面能材料。但密封剂却会影响这些多层材料的海洋生物降解性。

除此之外,与聚烯烃不同,脂肪族聚酯和淀粉在制造过程等多个环节特别容易发生热降解和污染。例如,在包装转换器上,这些聚合物会因摩擦而经历高温,很可能会错误降解。生产过程中哪怕只有微量水蒸气,这些塑料也会开始水解,从而导致性能差,甚至包装失效。这些材料也可能在运输或储存过程中暴露于微生物种群中受到污染。

图 | plasticsmakeitpossible

另一种评估方法是在海洋现场环境中对其进行测试。在海洋环境中进行现场测试会使样品暴露于复杂因素、协同作用和竞争反应中,从而提供聚合物在海洋中降解的更准确研究。与实验室研究不同,海洋现场试验包含生物和非生物因素,如微生物、光、波浪的机械作用和季节性温度波动。

然而,现场测试并不能测量聚合物样品浸没时碳氧化物的演变。因此,不确定样品是能否矿化为良性副产品,或者是否碎裂成微塑料。另一个挑战是,这些现场测试往往非常昂贵。

生物降解不代表零污染

北京石油化工学院与自然资源保护协会于 2020 年 12 月联合发布了《中国塑料的环境足迹评估》报告,其中评价了生物降解塑料的环境足迹。报告分析表明:不同品类的可降解塑料环境绩效差异显著;在塑料领域,“可降解”并非资源节约、环境友好的代名词;塑料的本质碳龄及其在产品链中的位置,很大程度上决定了它们的相对环境友好性。可生物降解塑料不能彻底解决塑料问题,特别是垃圾处理走焚烧为主的路线时。

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