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汪军:降解 or 再生?深度思考,结果大不同

 文燊 废塑料新观察 前天
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汪军博士 中国合成树脂协会塑料循环利用分会(CPRRA)技术副会长、中国塑料可持续发展协会(CSPA)秘书长、美国塑料回收协会(APR)PET技术委员会、聚烯烃技术委员会、硬材料包装委员会及膜材料委员会成员)、曾任欧洲塑料回收协会(PRE/RECYCLASS)PET,聚烯烃和膜回收再生三个技术委员会委员
塑料污染现在己经成为全球关注的一个环境问题,问题主要表现在:
1.大规模塑料垃圾在河道、海洋及陆地上的堆积对人们造成的强烈视觉冲击;
2.塑料垃圾对生态环境中动物造成的缠绕及误食的危害;
3. 流入地球水源后破碎的微塑料对动物和人类的潜在危害。
塑料污染的产生与其大规模的使用密不可分。尤其上世纪60年代开始,塑料由于其成本低廉,性能优良而被广泛应用于一次性包装和使用材料,人们渐进放弃了重复使用物品的生活习惯而越来越多开始了制造-使用-抛弃的方便模式。虽然从上世界70年代末开始塑料使用后的抛弃问题就已经被提出来,因为抛弃到环境中的塑料一般不会自动消失,它的降解要几百至上千年。于是一些有识之士和环保组织就提出了用后塑料何处去的问题。但由于当时的废弃塑料对环境造成的污染严重程度尚未显现,再加上塑料生产企业对社会广泛宣传塑料是可回收的,所以塑料污染环境的问题没有被认真地提上议事日程。在塑料广泛使用的半个多世纪的今天,塑料污染渐渐成为一个必须迫切解决的环境和社会问题。一直以来如何解决塑料污染问题就存在于两大不同的方案,工业界倾向于走回收再生之路,而学术界更愿意推荐塑料降解。
回收再生着重的是资源的再利用,就是把使用后的废塑料再收集起来,按不同塑料进行分选,然后是清洗去除杂质,再重新做成塑料粒子加工成塑料制品。这一部分工作一般是回收再生企业以利益为前提自愿开展的,其产业链也为国内众多的拾荒者提供了一个收入来源。当然由于塑料的回收再生是以经济利益为目的的,整个塑料回收行业并没有组织起来统筹规划,所以目前的塑料再生行业并没有全部解决塑料污染问题,结果是废塑料中价值高的较容易回收再生的部分被回收了,那些低价值难回收的废塑料仍然被抛弃了,而且废塑料的加工生产对环境也产生了一定程度的二次污染, 人们逐渐意识到这种回收再生并不能彻底解决塑料污染问题,于是对另一条解决方案(即生物降解塑料)的思考逐渐开始热起来,并且在面对当今大规模塑料垃圾污染的紧迫情况下,人们对生物降解塑料寄予了太多的期望,有些病急乱投医的趋势。
那么让我们先冷静下来,仔细思考一下大力发展生物降解塑料真的能解决塑料污染问题吗?要回答这个问题,让我们先分析一下塑料污染的本质,生物降解塑料的本质,并结合国内外在治理塑料污染方面已经取得的经验和共识探究一下什么是真正解决塑料污染的实际可行的方法。
1、我们面对的塑料污染问题到底是什么,是不可降解吗?
谈到塑料污染,人们自然就联想到太平洋垃圾带,有两个德克萨斯州的大小,还有被鱼网缠绕的海龟,海滩上腐烂的海鸟尸体内满胃的塑料碎片,陆地上河流里充斥的肮脏的塑料废弃物和在里面玩耍的孩童。整个媒体向人们展示了一个不争的事实,现在人类和生态环境正面临着严重的塑料污染的危害,再不治理我们赖以生存的自然将被无法挽回地破坏。问题已经存在,人们必须行动,但是人们对问题的思考却不够深入。
一个普遍的观点是简单地把问题归结为塑料的存在,归结为它的不可降解性,那么我们有没有深刻地想一下材料的不可降解性必然导致它污染环境吗?塑料并不是人们使用的唯一一个不可降解的材料,也不是第一个。玻璃和铝都是不可降解的材料,人们使用这两类材料都比塑料早,但它们并没有污染环境。那么比较塑料和玻璃、铝,为什么塑料成为了污染环境的罪魁祸首呢?这主要与它的较大的使用量和用后的不妥善处理相关
塑料自从上世纪50年代开始大规模生产以来,由于它性能优良,易于加工,用途广泛再加上它重量轻盈,价格低廉,塑料的使用量很快就逐年稳步上升。到2017年已生产出的塑料总量达到了83亿吨,远远超过了玻璃和铝,而且这种趋势还在继续扩大,2019年的塑料产量3.68亿吨,是玻璃产量的约2倍,铝产量的约6倍,即便不考虑密度因素(玻璃和铝的密度是塑料的2.5倍左右),产出塑料的绝对重量大大超过了玻璃和铝。另外,由于塑料的价低质轻,它被广泛用在了一次性使用的应用领域,如包装瓶、吸管、餐具等,这样就产生了大量的废塑料。现阶段全球塑料的回收量只在9-12%,国内回收率达20-25%,大量没有被回收的塑料泄漏到了环境中造成了污染。另外由于塑料的性能(如强度高密度小)和产品形式(如中空瓶及膜产品),大部分抛弃的塑料漂浮在环境中不易物理破碎,所以极易被人们看见。相反玻璃和铝大部分用于耐久应用,即便用于一次性应用(如包装瓶/罐)它们的回收率也远比塑料回收要高,这就使得泄漏到环境中的玻璃和铝远远低于塑料,许多泄漏的产品也由于它密度较重而沉入水体或陷入土中,环境影响大大降低。
通过上面对塑料与玻璃、铝三种不可降解材料的对比我们可以看到,不可降解性并不是造成环境污染的主要因素。塑料环境污染的主要原因是它的大范围和规模的环境泄漏,当此量超过环境可以承受的限度时,塑料对生态的危害就体现出来;而造成塑料泄漏的主要原因是塑料的巨大使用量,不当的应用(如一次性应用)和塑料回收率的低下。从解决这三个因素入手,国际上已达成共识的解决塑料污染的方案包括: 减少塑料使用(Reduce),重复使用塑料产品而减少废弃塑料的产生(Reuse)和回收再生废弃塑料(Recycle)- 即 3R。这是解决塑料泄漏污染的优选方法。国内目前积极推行的禁止一次性塑料用品,鼓励重复使用就是实现前两个R的具体措施。

2、什么是可生物降解?什么是可生物降价塑料? 我们是在说同一个概念吗?

人类发明塑料后开启了自己合成制造材料来满足各类应用需求新时代,对自然材料的依赖大为减少,而且塑料的性能可以根据应用的要求进行人工设计,人类对自己生活的掌控力一下提升了许多,许多新的生活模式随着塑料的广泛应用而出现,如使用一次性塑料制品和用塑料包装绝大多数的产品。 然而当使用后的塑料堆积在环境中无法消除的时候,人们开始尝到了无限度使用塑料的苦果。于是又把目光看向了天然材料,不是为了重新使用天然材料,而是看自然界是如何消化它自己的产物的,如树木,野草。春夏秋冬植物发芽、生长、成熟、凋零,在它们生命周期结束后大自然很好地降解了它们,天然材料没有在环境堆积和造成危害。于是,人们想到了一个简单而朴素的概念 - 如果人造塑料可以生物降解,那么塑料污染的问题不就解决了吗?的确这是一个理想的解决方案,人类继续收获塑料带来的所有红利,大自然通过生物降解去解决塑料污染的问题。但是这个理想能实现吗?人造塑料有可能具有和天然材料一样的生物降解性吗? 在可预见的未来,这种塑料真有可能被开发出来吗?

让我们首先深入了解一下天然产物--纤维素、淀粉、蛋白质等的降解本质和特性。首先这些天然材料是由糖、氨基酸等聚合而成,自然界经过亿万年的进化,演变出了以这些天然产物为食的动物和微生物,这些动物、微生物可以分解出降解天然材料的酶并可以食用消化这些材料,通过新陈代谢最终将它们转化为水、二氧化碳及排泄物,这三类产物又都可以被植物再吸收利用,从而实现一个自然界的物质循环,这是天然材料的食物性。也正是这个食物性,天然材料对环境是无害的。 第二,以天然材料为食的动物/微生物群是无处不在的,它们在任何地里位置任何气候条件下都可以消化天然材料,例如树叶不管在赤道还是南极,不管在陆地还是海洋,它都会降解, 所以天然材料的生物降解性具有普遍性。第三,更为神奇的是这些天然材料的生物降解具有一个“开关”机制,在它作为材料需要满足其功能的时候—如树木中的纤维素/木质素作为支撑的机械功能,树叶实施光合作用的化学功能等时,这些天然材料的可生物降解不会发生或其程度不会影响材料性能的发挥; 而当树木死亡或树叶掉落后,它们的生物降解机关就被打开,经过一定的时间,这些死亡的物质就会被降解消失。

比较上面天然材料的三个本质特性,即是生物降解的食物性,普遍降解性和降解的开关性, 现在的“可生物降解”塑料就是一个非常不成熟的东西,或者说绝大多数时候是一个伪概念。首先,绝大部分人工合成的塑料不是自然界进化生成的。自然界不知道如何有效处理它们,它们不能广泛作为动物、微生物的食物而被普遍地消化。它们的降解往往是依赖一些化学断链机制,如酯键的水解,碳碳键的氧化自由基断裂等,满足这种化学断链的条件不是普遍存在的。

许多被认为是可降解的塑料都只是满足了某一特定条件才降解,而条件不满足的话,它一般不会如人们期待地降解。例如聚乳酸是目前产量最大的一类可降解塑料,其可降解性是只有在工业堆肥环境下才能实现,在其他环境中聚乳酸并不会很快降解。另外一个降解塑料的实际难题就是这个概念本身存在一个悖论—降解塑料作为材料需要使用过程中能最大限度的实现其各种功能化要求,如易于热成型加工,具有所需求的强度和耐久性; 而在其使用后又要尽快降解消失。这个既耐久又降解的矛盾的要求对于刚刚发展了一百多年的人工合成塑料来说就是一个无法实现的难题。

人类还没有聪明到发明一种开关将塑料的性能表现分为两段: 使用时它只体现出其性能稳定性,使用后它就开启降解模式而消失。当今一些’聪明人’在此悖论下炒作起了伪概念,他们要么在可降解上做文章,要么在满足功能性上做文章,结果是一些远离我们最初生物降解塑料概念的伪产品不断出现,为造成环境污染埋下了更大的隐患。如果让这种伪概念产品野蛮生长,中国自然环境的污染会比现在会更加严峻,因为这些不能完全在自然环境中降解却比普通塑料更易于碎片化的塑料如果大规模泄漏到环境中造成危害,人们就是想再回收它们也是不可能了。


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