文章導讀

“可降解” 塑料已然成為環保新風尚，然而，從生產使用到分揀處理，“可降解” 帶來的問題遠比解決得多。不僅成本高，不如傳統塑料耐用；變成廢棄物后，還需要非常細致的分類收集和工業堆肥環境才能真正實現 “降解”，然而，這兩項條件在大部分地區目前難以提供，讓我們有理由質疑，它是否應該走出實驗室，走向大規模應用。

可降解塑料能解決一次性包裝的問題嗎？ 圖源：pexels.com

撰文 | 于楊今奇

責編 | 馮灝

為迎接即將到來的2022北京冬奧會，中國石化宣布其所屬北京石油將向冬奧會延慶賽區所在地張山營鎮捐贈10萬只可降解塑料袋，以減少賽事運行期間的塑料污染。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]。隨著公眾對塑料污染問題認識的提升，可降解塑料被視為解決白色污染的金鑰匙。

然而，越來越多的研究開始質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？它對當前垃圾處理設施系統將產生怎樣的影響？

在回答這些問題之前，我們不妨先來看看 “可降解塑料” 的概念、原理、條件和目前的實際應用狀況。

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什么是可降解塑料？

拋開條件談降解，就像拋開劑量談毒性。

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。另外，時間因素至為關鍵。普通化石基的塑料，比如常見的塑料瓶，在自然環境中經過450-500年也可以降解，但這對于我們當前所談的環境保護毫無意義 [3]。

從材料分子結構的角度來看，降解的過程，實際上就是干擾一般塑料的化學結構，即將聚酯長鏈碳鍵分解成短鏈，再分解成二氧化碳、水和生物質，安全回歸自然界的物質循環。

圖1 降解的過程 | 圖源：文獻[4]

市面上常見的大部分塑料都屬于不可降解塑料，比如聚丙烯（pp）、對苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚氯乙烯（pvc）等。它們可以回收再生，但是若丟棄在填埋場，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）一般通過在傳統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月或幾年內就可以碎片化，甚至碎化到肉眼不可見的程度，但碎裂的塑料殘留在環境中會逐漸變成微塑料（通常指粒徑小于5毫米的塑料微粒）。目前還沒有證據證明微塑料可以在短時間內完全降解，因此，光氧降解爭議重重，有很大的 “洗綠” 嫌疑。

此外，光氧降解塑料在實際中并不耐用，且在用后既不能被回收再生，也不能被堆肥，反而對兩種處理方式都會造成干擾——降低再生塑料性能，污染堆肥產物。全球各大品牌（例如聯合利華、百事可樂）、研究機構和公益機構目前都在倡議禁止這種塑料的生產 [8]，直到有證據證明其在短時間內可以完全降解 [9]。

生物降解，指材料在特定環境下，通過微生物作用，完全轉化成二氧化碳和水。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，市面上號稱可生物降解的塑料超過20種 [6]。人們常把它與生物基塑料（成分來自可再生生物資源）混淆，實際上，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模生產的bio-pe就不可降解 [4]。而化石基塑料大部分都不可生物降解。當然，也存在例外，比如聚己內酯（pcl）、聚丁二酸丁二醇酯（pbs）和己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物（pbat）。

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三類可規模生產的生物降解塑料

根據歐洲生物塑料市場數據報告，2019年生物降解塑料的全球總產能達117萬噸，占全球塑料年產（3.6億噸）的0.3% [10]。目前，大規模商業生產的主要有三種 [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、產量高、工藝簡單，弊端是不防水，且依賴糧食作物為原料，大量占用耕地。當前，產業界也在研究從農業和工業廢棄物（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酵過程中自身代謝合成的，目前產能尚少，全球僅25,000噸。但因為類似pla，有著以農業副產品和其它有機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格當前普遍高于傳統塑料，但隨著產能增加帶來的規模化效應和油價波動對傳統塑料的影響，可降解塑料的價格也越來越有市場競爭力 [13]。

澳大利亞塔斯馬尼亞大學極地海洋生態學博士賈柊楠告訴《知識分子》，可降解塑料在中國目前最常見的使用形式是膜類，尤其以可降解地膜的試驗和推廣為主導，在城市區域則以超市購物袋和食品包裝等應用最為廣泛。

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可降解塑料，真的容易降解嗎？

塑料垃圾若不能被有效收集而散落在自然環境中，會造成極為嚴重的負面影響。收集后的塑料垃圾常見的處理方式有填埋，焚燒，回收和降解。

填 埋

圖2 圖源：pixabay [14]

填埋是最不理想的處理方式，不僅污染環境，威脅公共健康，可降解塑料被填埋后，會與其他有機垃圾一同釋放甲烷。而等量甲烷對溫室效應的貢獻是二氧化碳的25倍 [10]，加劇氣候變化。因為缺乏塑料降解所需的溫度、濕度等條件，在填埋場中，可生物降解的塑料與不可降解塑料的 “可降解性” 事實上幾乎無差別。

中國合成樹脂協會塑料循環利用分會技術副會長汪軍告訴《知識分子》，“即使假設可降解塑料在自然中降解只需要二十年的時間，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，對自然界生態和生物造成的危害與其他塑料并無區別。”

焚 燒

焚燒發電或發熱的處理方式優于填埋，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，同濟大學的研究團隊在焚燒廠的爐渣中發現了很難應付的微塑料 [15]，研究估計，每噸投入焚燒爐的垃圾就能產生360~10.2萬個微塑料顆粒。換句話說，即使焚燒，也不能一勞永逸地解決塑料污染問題。而且，若從資源角度看，塑料焚燒也很浪費，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，與下文提到的通過回收環節變成再生塑料相比，失去了循環利用的可能性。

回 收

相比焚燒對資源簡單粗暴的處理方式，回收是目前普遍倡導的塑料垃圾解決方案。化石基不可降解塑料（如pet）可以被大規模回收再生，再次投入塑料或紡織產品的生產。總部位于挪威的分選和回收解決方案提供商陶朗集團循環經濟業務副總裁常新杰告訴《知識分子》，“pet瓶回收再生在中國已成規模，據陶朗估計收集率已達85%；而可降解塑料目前主要針對一次性應用場景的材料替代，而沒有關于用后的收集與再生利用的考慮，這樣就不見得比可再生利用的傳統塑料更好。”

常新杰介紹，現在不少后期處理公司的光學分揀設備可以將pbat、pla等可生物降解材料從pp和pe中識別出來，然而，問題在于，當前很多產品并非單一材質，不同生產廠家在其產品中可能會混合pla、pbat和淀粉等不同材質，并且配比各不相同，當前設備無法有針對性的識別，給后期分揀帶來了更多麻煩。

常新杰表示：“當前，國內進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，前端產品標準、垃圾分類又不夠嚴格精細，那么，可降解塑料便很有可能混入回收用塑料，甚至擾亂整個回收過程。”

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

在實踐中，使用后的可生物降解塑料必須進入配套的降解渠道才有機會完成其降解使命。然而常新杰透露，目前在國內，這類配套設施仍寥寥無幾

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可降解塑料當前無法形成材料閉環

汪軍認為，目前可生物降解塑料非常不成熟，或者說絕大多數時候是一個偽概念。

其理由是，人們腦子中的 “降解” 概念是在來源于對自然的觀察，例如木材等有機體可以被自然存在的微生物完全降解，成為其他機體的營養，形成物質閉環，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行第一步化學降解，然后才有可能被微生物消化。

“這與自然降解是不同的。在自然界沒有進化出以合成塑料為直接食物來源的微生物前，合成塑料走天然閉環的路，即把塑料扔給自然去降解吸收，不是對環境的負責任的做法。” 汪軍說。

實驗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，助力降解過程，但要走出實驗室，可降解塑料面臨現實的 “關山重重” ——分類、收集、處理——環環相扣，一環都少不得。

目前，國內城市的垃圾分類體系并不能實現可降解塑料的單獨儲運，若各種塑料殊途同歸進入焚燒廠，那么消費者花高價購買可生物降解塑料就失去了環保意義 [6]。

退一步講，假設垃圾分離體系嚴格推行，后端降解設施還需要達到生物降解的條件（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，國內大多數廚余垃圾的厭氧消化設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的一種方式，最終可將聚酯通過生物過程轉為二氧化碳、水、礦物鹽和生物質，且不產生對自然環境（水、土壤）或動植物有毒的物質。根據歐盟的標準 [17]，在工業堆肥條件下，可堆肥材料須被自然存在的微生物完全分解，并滿足四個條件：

1、成分必須包含50%以上有機物，重金屬含量不超標；

2、在堆肥條件下，90%的材料需在六個月內完全降解；

3、在堆肥條件下，十二周內需碎片化至肉眼不可分辨的大小（<2毫米）；

4、堆肥產物對植物生長發芽（和蚯蚓）無害。

當前，號稱可堆肥的產品很難考證真實性，全球符合標準的工業堆肥系統也遠遠不及這類塑料的產量。這些帶

 使暫時忽視后端處理問題，可降解塑料在使用階段也存在局限。

汪軍解釋說，現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 “開關” 機制的，“如樹葉在樹上時是不降解的，只有在落下后，即生命周期結束后降解才發生。” 他認為，“可生物降解” 塑料沒有這個機制，它就面對一個 “使用” 和 “降解” 的矛盾問題。“可降解塑料處在既不如傳統不可降解塑料耐用，也不如全天然材料可降

人類生存在地球上已有千百萬年，而塑料的使用和普及不過在最近一個世紀 [10]。在塑料被大規模使用之前，人們與產品包裝的關系并不似現在。保質期短的食物常常在產地附近，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；精致且保質期更長的茶、塑料無疑為我們帶來了很多便利，但并不是所有的塑料包裝都是必須的。

“塑料是人類的產物，我們不要指望靠自然來解決人類造成的問題。我們既然造出塑料，就要盡量讓它形成閉環，留在人的系統循環，而非進入自然系統大循環。” 汪軍表政策正在轉變

隨著可降解塑料在實踐中的挑戰日益凸顯，2021年9月8日，國家發展改革委和生態環境部印發了 “十四五” 塑料污染治理行動方案（“方案”）—— 完善塑料污染全鏈條治理體系，推動塑料生產和使用源頭減量的同時，也要科學穩妥推廣塑料替代品 [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境影響，研究不同類型可降解塑料的機理和影響，科學評估其環境安全性和可控性。

中國合成樹脂協會塑料循環利用分會、再生pet分會常務副會長王旺對《知識分子》分析道，這份 “方案” 表明了政策層面對可降解塑料的態度。即可降解塑料的全生命周期環境影響、降解機制和安全可控性尚不清楚，且目前存在無序發展、產能盲目擴張的現象，應予以糾正。

如 “方案” 中提出，可降解塑料產業應有序發展，合理布局，其應用領域需要規范，降解條件和處置方式也需要明確。其中的政策信號可以理解為：“現在還不適合可降解塑料大規模推廣應用”，王旺總結說。

參考文獻：

[1] 中國石化. “中國石化可降解塑料為北京冬奧會‘添綠’. 2021. http://www.sinopecgroup.com/group/xwzx/mtbd/20210915/news_20210915_310454240507.shtml

[2] jingkun zhu, can wang. “biodegradable plastics: green hope or greenwashing? “ marine pollution bulletin. volume 161, part b, december 2020. 111774

[3] 新華網. “垃圾的真相：塑料瓶降解要450年，人均垃圾產量該國居首“. 2019.

[4] maja rujnic-sokele and ana pilipovic (2017). challenges and opportunities of biodegradable plastics: a mini reivew. waste management & research

[5] kunnika changwichan, shabbir h. gheewala. “choice of materials for takeaway beverage cups towards a circular economy”. sustainable production and consumption. volume 22, 2020. 34-44

[6] 綠色和平. “破解‘可降解塑料’：定義、生產、應用和處置”. 2020

[7] s. mehdi emadian, turgut t. onay. “biodegradation of bioplastics in natural environments”. waste management. volume 59, 2017, 526-536

[8] sustainable brands. “150 companies, ngos call for global ban on oxo-degradable plastics packaging”. 2018. https://sustainablebrands.com/read/chemistry-materials-packaging/150-companies-ngos-call-for-global-ban-on-oxo-degradable-plastic-packaging

[9] ellen macarthur foundation. oxo statement.  https://www.newplasticseconomy.org/about/publications/oxo-statement

[10] european bioplastics. bioplastics market data 2019.

[11] jiaxin chan, joon fatt wong, azman hassan, zainoha zakaria. “bioplastics from agricultural waste”. biopolymers and biocomposites from agro-waste for packaging applications (pp141-169). matthew deans. 2020

[12] s. ayu rafigah, abdan khalina, ahmad saffian harmaen, intan amin tawakkal, khairul zaman, m. asim, m.n. nurrazi and ching hao lee. “a review on properties and application of bio-based poly (butylene succinate). polymers (basel). 2021 may; 13(9): 1436.

[13] martien van den oever, karin molenveld, maarten van der zee, harriette bos. “bio-based and biodegradable plstics – facts and figures”. food & biobased research wageningen. 2017

[14] vkingxl. scrapyard metal waste. pixabay

[15] zhan yang, fan lv, hua zhang, wei wang, liming shao, jianfeng ye, pinjing he. “is incineration the terminator of plstics and microplastics. journal of hazardous materials. volume 401. 2021.

[16] 聚烯烴人.“‘生物降解材料’國內外標準及方法介紹” 生物降解材料研究院。2021.  https://mp.weixin.qq.com/s/dril8u8vrzgeqvk5vof4ra

[17] star4bbi. standards and regulations for the bio-based industry. 2019.

https://www.plasticseurope.org/en/about-plastics/what-are-plastics/history

[18] plastics: a story of more than 100 years of innovation. plasticseurope. https://www.plasticseurope.org/en/about-plastics/what-are-plastics/history.

本文10月22日首發于《知識分子》（id：the-intellectual），獲權轉載。知識分子由非營利公益組織北京市海淀區智識前沿科技促進中心主辦，以傳播科學知識、弘揚科學精神、促進科學文化為使命，致力于關注科學、人文、思想。

來源 | 知識分子

作者 | 于楊今奇

編輯 | 匡宋堯