破解一次性塑料和微塑料污染的生物酶新賽道！
小楊 / 2024-09-19 09:14:57
百歐博偉生物：2024年11月，聯(lián)合國塑料公約政府間談判即將進(jìn)入最后的沖刺階段。塑料，這個二戰(zhàn)之后應(yīng)用最為廣泛的材料成為全球關(guān)注焦點，一次性塑料帶來的諸多對環(huán)境和人類健康的影響也是促成這個公約的起因，而一次性塑料也是最難解決的問題之一。
一次性塑料污染問題的不斷放大同我們生活方式的改變有著很大的關(guān)聯(lián)，電商的模式對于城市居民產(chǎn)生巨大影響，塑料袋、吸管、餐盒、快遞等與生活息息相關(guān)的一次性產(chǎn)品首當(dāng)其沖。
一、一次性塑料的政策和應(yīng)對措施
政策對于一次性塑料的態(tài)度以禁止為主，國際和國內(nèi)各國都是同樣的態(tài)度，這在循環(huán)經(jīng)濟理論層級中處于最高位，即減少使用。在中國，2020年4月修訂的法律文件《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》第69條明確規(guī)定，國家禁止、限制生產(chǎn)、銷售和使用不可降解塑料袋等一次性塑料制品。第106條做出了對于處罰的規(guī)定。
2020年7月，國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于扎實推進(jìn)塑料污染治理工作的通知》并發(fā)布了《相關(guān)塑料制品禁限管理細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)（2020 年版）》。各直轄市、28個省或自治區(qū)全部公布了當(dāng)?shù)氐膶嵤┓桨?。此外也有一些省會城市出臺了市級實施方案。
2021年2月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導(dǎo)意見》提出對于塑料包裝的全生命周期管理理念，包括規(guī)劃、設(shè)計、投資、建設(shè)、生產(chǎn)、物流、生活和消費和廢棄。其中規(guī)定酒店和餐廳不主動提供一次性塑料用品。
2024年8月下旬由自然之友和零萌公益在北京聯(lián)合舉辦的“北京市塑料污染治理交流研討會”上，我們看到在經(jīng)過這幾年的實踐后，一次性塑料的使用仍很難得以有效控制。政策在短期內(nèi)會對企業(yè)運營帶來影響，特別是外賣，物流等行業(yè)做出了相應(yīng)改進(jìn)措施。在強制使用可降解購物袋的超市中，顧客轉(zhuǎn)向使用為包裝水果蔬菜免費提供的連卷袋作為塑料袋。然而，塑料袋、奶茶杯、吸管等這些產(chǎn)品，由于價值低，使用量大，重量輕，非常分散，在服務(wù)行業(yè)中屬于免費提供產(chǎn)品，因而很難減量或者回收。消費者的需求多樣化，無法做到強制禁用或者收費。一些餐飲企業(yè)的外賣包裝有紙袋、降解塑料袋和傳統(tǒng)塑料袋混用；菜市場、水果店和菜店都在使用傳統(tǒng)塑料袋。
其次就是采用替代材料?？山到馑芰弦驗楸徽J(rèn)為可在自然環(huán)境中降解，從而成為新的材料發(fā)展方向，被認(rèn)為是解決塑料污染的關(guān)鍵材料。但相比于常規(guī)塑料，可降解塑料對于降解條件的要求，和近幾年微塑料的發(fā)現(xiàn)，可降解塑料材料并非都是生物基材料，且會帶來與糧食爭地等問題受到質(zhì)疑。政策的態(tài)度從最初的全面替代轉(zhuǎn)向‘科學(xué)評估’。2021年國家發(fā)改委發(fā)布《“十四五”塑料污染治理行動方案》中提出科學(xué)穩(wěn)妥推廣替代產(chǎn)品，充分考慮竹木制品、紙制品、可降解塑料制品等各類替代產(chǎn)品的全生命周期資源環(huán)境影響，開展不同類型可降解塑料降解機理及影響研究，科學(xué)評估其環(huán)境安全性和可控性。
二、一次性塑料的成本和商業(yè)模式
對于生物基可降解塑料，生產(chǎn)1噸聚乳酸(PLA)需要2.3噸玉米原料，用秸稈作原材料則需要6噸，在成本上可降解塑料袋的價格是傳統(tǒng)塑料袋的 10—50 倍。由于原材料來源于農(nóng)業(yè)，產(chǎn)品的收集和產(chǎn)量不穩(wěn)定，如PLA還涉及糧食的用地，這些都是鉗制生物基塑料市場化的關(guān)鍵因素。還有新材料在研發(fā)、需投入新的生產(chǎn)設(shè)備，這些都造成可降解塑料的成本過高，而使用端主要應(yīng)用在塑料袋這些低值產(chǎn)品，企業(yè)和消費者都無法買單。
最大的問題還是來自于可降解塑料的商業(yè)模式。由于可降解塑料生產(chǎn)成本高，但產(chǎn)品在使用后和普通塑料一樣都是被丟棄，沒有任何利用價值。如果進(jìn)行降解，并非在天然條件就可以降解，需要60攝氏度以上的工業(yè)堆肥設(shè)施。一旦政策補貼或強制性要求失效，可降解塑料的市場就無法持續(xù)下去。
此外，作為新材料的研發(fā)，可降解塑料由于技術(shù)路徑的差異，給消費者帶來很多迷惑。如光氧化降解塑料只是崩解塑料帶來更大的微塑料問題已被歐盟禁止?？山到馑芰闲枰谔囟囟?、濕度和設(shè)施等條件下才能實現(xiàn)有效降解，無疑增加了使用的復(fù)雜性?？山到馑芰闲阅艿姆€(wěn)定性上也不能完全替代常規(guī)塑料的性能，如地膜等，這也制約了其在市場的普適性。這些問題也是由于缺乏統(tǒng)一的處理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在市場上使用的許多可降解塑料并非真正的可降解塑料。
三、生物降解塑料新賽道
在可降解和循環(huán)化學(xué)基材料的路徑中，目前在解決一次性塑料和微塑料方面都存在各種挑戰(zhàn)。國際科學(xué)論文的研究成果推出一種采用生物技術(shù)方式突破廢塑料的降解問題。
科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)昆蟲可以啃食塑料袋的現(xiàn)象，在這個過程中昆蟲體內(nèi)分泌出的脂肪酸。寧波銀銳 的研究團(tuán)隊利用這些文獻(xiàn)，想到那何不將這種分泌的酶反過來放入塑料中，產(chǎn)生與生物相同的過程，稱為‘逆向仿生’技術(shù)。這種技術(shù)是基于昆蟲嚙食高效降解塑料的機制，用生物同化技術(shù)，讓微生物在塑料表面制造一種生物膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)胞繁殖。
但由于微生物的活性要求使之很難做成產(chǎn)品，研究團(tuán)隊創(chuàng)新發(fā)明一種組合成分，稱之為‘妙元素’，成份中并不含微生物，而是一種吸引微生物的物質(zhì)，以多糖、脂肪酸和氨基酸為主，促進(jìn)自然界微生物產(chǎn)生酶以降解塑料。由此稱為‘生物降解通用促進(jìn)劑’。
在厭氧條件下如垃圾填埋場、堆肥或海洋環(huán)境，這種促進(jìn)劑通過多種微生物在塑料表面材料開始水解過程，將之分解成為各種單體，如單糖、氨基酸、脂肪酸和糖，可吸引600多種不同類型的微生物來消耗聚合物。在這一由高分子轉(zhuǎn)化為低分子的過程中，帶來大量的中間產(chǎn)物和能量，酸化產(chǎn)生有機酸和甲烷，殘留物為生物能量、二氧化碳和腐化物（圖）。
當(dāng)一次性塑料產(chǎn)品被廢棄后，在有適合的微生物接觸的情況下促進(jìn)劑首先形成生物膜，這樣有助于擴大分子的結(jié)構(gòu)，為微生物制造更大空間，隨后在聚合物鏈上發(fā)出吸引其他微生物的化學(xué)信號來進(jìn)食塑料，進(jìn)而提升生物降解速率。
這種促進(jìn)劑發(fā)生反應(yīng)的條件是只有將普通塑料產(chǎn)品放置在厭氧條件下具有活躍的微生物環(huán)境中方才降解，由微生物產(chǎn)生的降解過程不會在貨架或日常有氧的生活環(huán)境中發(fā)生。
銀銳工廠生產(chǎn)出這種生物促進(jìn)劑，使用方式是在傳統(tǒng)塑料制作加工過程中添加0.5%—1%這種材料即可。這種生物促進(jìn)劑本身不含有任何有害物質(zhì)，不改變產(chǎn)品原有的耐用性，也不改變傳統(tǒng)塑料制品加工設(shè)備和流程。只是在后期處置階段，才開始對塑料生物降解。
研究團(tuán)隊在經(jīng)過1800多次檢測數(shù)據(jù)后，可達(dá)到生物降解塑料檢測國際標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D5511，5526或者BMP（生物甲烷潛力）測試。PP吸管在海洋環(huán)境中302天可以降解12%，LDPE塑料袋在無氧填埋下856天降解率達(dá)到96.86%。生物基材料由于生物屬性，在添加這種材料后更易降解。
通過添加這種促進(jìn)劑的塑料袋無需專門降解條件設(shè)施，產(chǎn)品的成本由于僅需要添加0.5—1%的比例，幾乎不增加塑料袋的成本，塑料袋的成本只增加了一分錢，在性能上與傳統(tǒng)塑料相近，不影響塑料產(chǎn)品的正常使用，甚至在某些方面更具優(yōu)勢。
這種技術(shù)由于采用生物酶進(jìn)行降解，由此不會產(chǎn)生微塑料。 生物過程后的殘余物甲烷還可以回收利用。
四、技術(shù)推廣
這種技術(shù)在歐美等國家使用較多，在國內(nèi)仍處于起步階段。 這種技術(shù)除了可以應(yīng)用于一次性塑料中，還可以在很難降解的環(huán)境條件下，特別是海洋環(huán)境很難回收再生的條件具有很好的減少塑料的作用，以及如農(nóng)膜、紡織廢棄無法回收再生的廢舊鞋最終填埋的場景。
作為一種新的技術(shù)解決方案，作為一種新型的生物技術(shù)，也還需要指定更多的標(biāo)準(zhǔn)，由于測試結(jié)果需要做檢測，也會增加分析成本，這些也需要得到更多的認(rèn)知和合作伙伴的加入。
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