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生物降解塑料:一个成功的解决 方案或已注定的败局?

为了阻止塑料垃圾带来的冲击,生物降解塑料被认为是可行且具成本效益的解决方案。市场的增长受到消费者对气候变化和海洋垃圾的认识,以及传统塑料使用条例的推动,但是有些批评者不赞成使用环保替代品,Angelica Buan在本报告中指出。

据IHSMarkit,全球不断掀起的塑料可持续发展运动是塑料行业最大的潜在破坏者之一,并置未来的塑料树脂的需求和数十亿美元的行业投资于风险中,其最新的报告是塑料可持续性-海洋的变化:塑料通向可持续发展的途径。塑料可持续性是导致消费者行动主义,以及一次性塑料相关条例和禁令涌现的因素。

全球产生的垃圾量比回收量和再利用量多。因此,生物降解塑料被推动作为可行的方案并获得追捧。新的Half-CookedResearch报告预测,到了2022年,全球的生物降解塑料市场规模将达到近170亿美元,从2016年起的复合年增长率为8.4%。

多年来,已经从生物质 – 厨余、植物和农作物到海洋动物及海藻中获得并创制出不同类型的生物降解塑料,它们更便宜、易于取获且可再生。

目前,与生产传统塑料相比,生产生物降解塑料因成本更高而限制了其市场增长。然而,从长远来看,随着对可再生来源之生物降解塑料的需求增加,预计其成本将降低。

食物残渣和植物作为PHA的原料

联合国的粮食及农业组织(粮农组织)估计,全世界为人类消费而生产的13亿吨食品将丢失或浪费。这种废物可用作高价值的生物降解聚合物的原料。

加拿大的初创公司Genecis是一家看到此潜力的公司之一。这家由Luna Yu领导的公司是由多伦多士嘉堡大学的毕业生组成,它将有机废弃物转化为聚羟基链烷酸酯(PHA)塑料,制造完全可生物降解的软包装、玩具、食品器皿和医疗应用,包手术用缝钉、缝线和支架等几个可能的用途。当与聚乳酸(PLA)组合时,它可用于生产3D打印细丝。

Yu解释说,Genecis开发的新技术使他们能够从厨余堆中生产PHA- 比目前从玉米、甘蔗和油菜等粮食作物中提取糖类生产PHA的方法更便宜。

Genecis制造PHA的三个步骤流程包括借助细菌培养将厨余分解成挥发性脂肪酸。将脂肪酸添加到另一种特别选择的细菌培养物中,让它们在细胞中产生PHA。最后,透过提取过程打破细胞,然后收集并净化塑料。使用生物反应器的整个过程需要七天时间。

该公司说,PHA是100%可堆肥,并在一年内于环境中降解,在水中降解少于十年。截至发稿时,该公司已经处理1,080公斤的厨余,并使用来自废弃物的PHA生产了5千586个塑料勺子。

海洋生物降解塑料与PBAT

可在海洋环境中生物降解的塑料为海洋垃圾提供了解决方案。美国的生物塑料树脂制造BioLogiQ开发了一种海洋生物降解塑料化合物NuPlastiQMB BioPolymer,它是将NuPlastiQGP(一般用途)与聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)混合而成。根据ASTM-D6691海洋生物降解标准,Eden Research Laboratory进行的测试显示,在一年内,GP/PBAT薄膜在海水中的生物降解率为97%。

BioLogiQ的NuPlastiQGP是一种100%天然,可再生资源的植物基树脂,获得TUV奥地利的28天内海洋生物降解的认证。当通常来自化石燃料的PBAT与NuPlastiQGP混合时,它也将在海洋环境中生物降解。

Biologiq的总裁兼创始人Brad LaPray表示,此突破性的生物降解薄膜使用以前不能生物降解的材料,可为减少海洋垃圾提供解决方案。这家总部设在爱达荷福尔斯的公司正在开发NuPlastiQ MB(海洋生物可降解)配方的NuPlastiQGP,作为PE和PP的饮料杯、吸管、盖子和杂货袋等用途。

植物基热塑性塑料

总部位于日本的FujiPigment集团旗下的Green ScienceAllianceCo也开发了多种可生物降解的纳米纤维素复合材料,这些复合材料源自天然生物质资源,如树木、植物和废木材。这种复合材料与塑料混合后可在一定程度上生物降解,增强其机械强度,并有助减轻重量,其重量约为钢的五分之一,但强度要高五倍以上。其低热膨胀系数可抑制塑料成型过程中的变形。这些品质使纳米纤维素复合材料适用于汽车、航空、建筑和其他用途,同时对环境起到正面影响。

为了克服纳米纤维素亲水性及塑料多为疏水性的挑战,GreenScienceAlliance已经建立一种将纳米纤维素与各种热塑性塑料,包括PE、PP、PVC、PS、ABS和PC混合的制造流程。

纳米纤维素塑料还可以和各种类型的生物降解塑料结合,包括PLA、PBAT、PHA、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己内酯和淀粉基塑料。

与此同时,该公司也就有关材料的生物降解性,在堆肥、家中、水和海洋环境条件下作进一步的测试。

PHA树脂开发环保吸管

研究已经证实,作为最常见的一次性塑料之一,吸管会对海洋造成污染。仅在美国,估计每天使用5亿根吸管,这个数量导致在环境和沿海岸线产生的垃圾。

欧洲、北美洲甚至亚洲的一些国家正掀起禁止吸管以及丢弃的搅棒和棉花棒的行动。

尽管如此,一个更直接的解决方案是生产可生物降解版本的不可降解PS饮料管。

美国的生物降解塑料产品制造商Danimer Scientific,已经开发出一种可完全生物降解的树脂NodaxPHA,据称可在垃圾填埋场、废物处理设施和海洋中有效地生物降解。

Danimer Scientific的首席营销官Scott Tuten认同用于取代塑料吸管和其他一次性塑料的环保兼耐用的替代品面对选择局限的挑战。该公司新的可生物降解树脂是以PHA在废物处理设施、垃圾填埋场和海洋等环境中的有效生物降解性作为基础。

Danimer Scientific分享说,乔治亚大学最近作了一项研究,比较了NodaxPHA及纤维素粉末、厨余、塑料颗粒和其他材料在有氧和厌氧条件下的生物降解作用。研究结果发现,在适当的废物管理环境中,Nodax PHA的生物降解速率与纤维素粉末或木浆相似。此外,研究人员确定Nodax PHA在海水中六个月内开始生物降解,而传统塑料在同一环境中则仍保完好。

Danimer Scientific指出,其100%生物基PHA拥有7项TUV奥地利认证,以及工业和家庭可堆肥性声明,并获得FDA批准用于食品接触。

新加坡的生物降解塑料制造商RWDCIndustries也展开类似的工作。在7月份,RWDC从新加坡的TemasekFoundationEcosperity获得719,000新元奖金,与乔治亚大学的新材料研究所的研究人员合作,开发了一种基于PHA的商业用途吸管。

合作伙伴正在开发吸管原型,他们希望在2019年中期前可以商业规模生产。 RWDC表示,PHA的使用不限于制作吸管;它也可以用于其他塑料用途。

根据UGA教授/技术开发总监BransonRitchie的说法,PHA吸管必须符合某些标准才能成为市场上可行的产品。它必须与目前使用的塑料吸管一样好,在整个生命周期内都具有成本效益,包括弃置处理。最重要的是,合作伙伴将此开发视为替代石油基吸管的解决方案。

持怀疑态度者对生物降解材料不买账

有了上述所有解决方案,生物降解材料能否逐步减少塑料污染?一些专家持怀疑态度。

欧洲议会在9月投票中加强了欧洲委员会遏制塑料污染的计划,正如“循环经济中的欧洲塑料战略”所强调的那样,认为不断消耗一次性塑料,无论是可生物降解的还是不可生物降解的,乃塑料污染问题的关键所在。

换句话说,可生物降解不能提供真正的解决方案。ECOS项目经理Ioana Popescu在为欧洲非政府组织联盟Rethink Plastics发言时说:“我们可以采取的措施是紧急实施能够大幅度削减塑料足迹的政策。”

与此同时,欧洲议会强调,解决塑料污染的更重要步骤,包括“到2020年逐步淘汰化妆品、个人护理产品、洗涤剂和清洁产品中的微塑料,以及采取解决其他微塑料来源的具体措施;到2020年全面禁止氧化降解塑料;减少塑料中的有害物质,确保回收的物质不含危险化学品;防止塑料废物的产生,然后再利用和回收,以及填埋或焚烧塑料垃圾为最后的选择”。

在另一个平台上,挪威国家研究机构Ostfoldforskning的研究人员也表示怀疑生物降解塑料可以帮助避免污染,但却可能鼓励消费者产生更多的塑料垃圾。该研究所认为,可生物降解的塑料让人联想到当它们被释放到环境中时,它们会完全降解并消失。他们说:“即使是所谓的生物塑料也可能含有大量的化石塑料。”

挪威科学家表示,测试条件和实际生物降解性质存在差异,前者更有利,而后者显然较长。挪威科学家解释说,“大部分源自自然界的生物降解塑料最初会以塑料垃圾方式污染自然界,然后分解成微塑料,有可能造成进一步的环境问题”。

尽管如此,研究人员建议,除了实施适当的垃圾管理计划,也应进行更多的研究,特别是在生物塑料领域。

即使生物降解塑料的开发尚未达到完美阶段,但它却证明了该行业在源头上帮助​​减少塑料污染的努力。

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