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破解一次性塑料和微塑料污染的生物酶新賽道

本文轉(zhuǎn)載自經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)--蔣南青院長(zhǎng)

本文介紹了對(duì)于一次性塑料污染治理近年政策文件的主要脈絡(luò)，從成本和商業(yè)模式兩方面分析了在落實(shí)禁止和替代一次性塑料中存在的問(wèn)題。介紹了目前一種新型的生物酶的降解技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景，在有氧、厭氧、及海洋條件下，可以對(duì)化石基和生物基塑料都進(jìn)行生物降解，降解后的能源可回收利用，在常規(guī)情況下，不影響塑料的使用性能，且?guī)缀醪辉黾硬牧系某杀尽?/p>

2024年11月，聯(lián)合國(guó)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(gè)二戰(zhàn)之后應(yīng)用最為廣泛的材料成為全球關(guān)注焦點(diǎn)，一次性塑料帶來(lái)的諸多對(duì)環(huán)境和人類健康的影響也是促成這個(gè)公約的起因，而一次性塑料也是最難解決的問(wèn)題之一。

一次性塑料污染問(wèn)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(duì)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(duì)措施

政策對(duì)于一次性塑料的態(tài)度以禁止為主，國(guó)際和國(guó)內(nèi)各國(guó)都是同樣的態(tài)度，這在循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論層級(jí)中處于最高位，即減少使用。在中國(guó)，2020年4月修訂的法律文件《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》第69條明確規(guī)定，國(guó)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(duì)于處罰的規(guī)定。

2020年7月，國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于扎實(shí)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(gè)省或自治區(qū)全部公布了當(dāng)?shù)氐膶?shí)施方案。此外也有一些省會(huì)城市出臺(tái)了市級(jí)實(shí)施方案。

2021年2月，國(guó)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(jì)體系的指導(dǎo)意見》提出對(duì)于塑料包裝的全生命周期管理理念，包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投資、建設(shè)、生產(chǎn)、物流、生活和消費(fèi)和廢棄。其中規(guī)定酒店和餐廳不主動(dòng)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(huì)”上，我們看到在經(jīng)過(guò)這幾年的實(shí)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(huì)對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)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(qiáng)制使用可降解購(gòu)物袋的超市中，顧客轉(zhuǎn)向使用為包裝水果蔬菜免費(fèi)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(jià)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(fèi)提供產(chǎn)品，因而很難減量或者回收。消費(fèi)者的需求多樣化，無(wú)法做到強(qiáng)制禁用或者收費(fèi)。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(chǎng)、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。可降解塑料因?yàn)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(duì)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(huì)帶來(lái)與糧食爭(zhēng)地等問(wèn)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(píng)估’。2021年國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《“十四五”塑料污染治理行動(dòng)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(jī)理及影響研究，科學(xué)評(píng)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(duì)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(jià)格是傳統(tǒng)塑料袋的 10—50 倍。由于原材料來(lái)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(chǎng)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(guò)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(fèi)者都無(wú)法買單。

最大的問(wèn)題還是來(lái)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(jià)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(bǔ)貼或強(qiáng)制性要求失效，可降解塑料的市場(chǎng)就無(wú)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(fèi)者帶來(lái)很多迷惑。如光氧化降解塑料只是崩解塑料帶來(lái)更大的微塑料問(wèn)題已被歐盟禁止?？山到馑芰闲枰谔囟囟取穸群驮O(shè)施等條件下才能實(shí)現(xiàn)有效降解，無(wú)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(chǎng)的普適性。這些問(wèn)題也是由于缺乏統(tǒng)一的處理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在市場(chǎng)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(guó)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(wèn)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(gè)過(guò)程中昆蟲體內(nèi)分泌出的脂肪酸。寧波銀銳的研究團(tuán)隊(duì)利用這些文獻(xiàn)，想到那何不將這種分泌的酶反過(guò)來(lái)放入塑料中，產(chǎn)生與生物相同的過(guò)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(jī)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(duì)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(chǎng)、堆肥或海洋環(huán)境，這種促進(jìn)劑通過(guò)多種微生物在塑料表面材料開始水解過(guò)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(lái)消耗聚合物。在這一由高分子轉(zhuǎn)化為低分子的過(guò)程中，帶來(lái)大量的中間產(chǎn)物和能量，酸化產(chǎn)生有機(jī)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(kuò)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(hào)來(lái)進(jìn)食塑料，進(jìn)而提升生物降解速率。

圖：生物促進(jìn)劑轉(zhuǎn)化塑料的生物降解過(guò)程

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(guò)程不會(huì)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(guò)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(duì)塑料生物降解。

研究團(tuán)隊(duì)在經(jīng)過(guò)1800多次檢測(cè)數(shù)據(jù)后，可達(dá)到生物降解塑料檢測(cè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D5511，5526或者BMP（生物甲烷潛力）測(cè)試。PP吸管在海洋環(huán)境中302天可以降解12%，LDPE塑料袋在無(wú)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(guò)添加這種促進(jìn)劑的塑料袋無(wú)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(shì)。

這種技術(shù)由于采用生物酶進(jìn)行降解，由此不會(huì)產(chǎn)生微塑料。生物過(guò)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(guó)家使用較多，在國(guó)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(wú)法回收再生的廢舊鞋最終填埋的場(chǎng)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(cè)試結(jié)果需要做檢測(cè)，也會(huì)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。

蔣南青

青合循環(huán)經(jīng)濟(jì)與碳中和研究院院長(zhǎng)蔣南青博士，聯(lián)合國(guó)環(huán)境署前官員，青合循環(huán)經(jīng)濟(jì)與碳中和研究院（ICNCE）創(chuàng)始人和執(zhí)行院長(zhǎng)。環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展和女性領(lǐng)導(dǎo)力專家。專注于消費(fèi)端的循環(huán)經(jīng)濟(jì)和碳減排事業(yè)。她是APEC中國(guó)工商理事會(huì)女性領(lǐng)導(dǎo)力評(píng)委，英國(guó)商會(huì)ESG獎(jiǎng)項(xiàng)評(píng)委，SEDEX可持續(xù)供應(yīng)鏈中國(guó)獎(jiǎng)評(píng)委，《經(jīng)濟(jì)觀察》專欄作者，CGTN評(píng)論員，入選2023環(huán)境公益‘她’故事，2022界面ESG先鋒60探索人物獎(jiǎng)。