生物塑料可否解决世界的垃圾问题?

Angelica Buan 在本报告中指出,不可降解塑料垃圾对环境所带来的冲击促使人类必须重新思考该如何使用和生产环保塑料。

中国停止接收来自发达国家的废塑料

中国已决定停止进口包括塑料在内的24种废旧物质,这将造成一场环境大灾难。这项禁令将在3月份生效,届时全球有超过60亿吨的废塑料将不会在中国被回收利用。

中国已名列全球塑料污染排行榜,这项禁令可被理解。它必须解决国内的环境问题。

禁令一出,作为中国废弃物两大出口国的欧洲和美国,将会发生什么事? 为了在2019年年底将欧洲的塑料消耗量减半,并在2025年底前再减少80%,欧盟已经加大对塑料袋征税的力度。另一方面,向中国输出近150万吨废塑料的美国,将不得不依靠国内处理废物和回收的能力。

与此同时,看来亚洲其他地区也将敞开回收机会的大门。这深具讽刺意味,因为该地区也在自家后院与废塑料问题进行抗争。根据荷兰基金会Ocean Cleanup,排名前20的污染河流主要在亚洲。

亚洲作为生物塑料中心

在此背景下,推动了生物塑料使用的增长,研究机构Knowledge Sourcing Intelligence预测,2022年全球生物塑料市场价值将达到438亿美元,相比2017年为170亿美元,年均复合增长率为20%。EuropeanBioplastics最近更新的年度市场数据也引用了20%的增长轨迹,主要由对聚乳酸(PLA)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)等生物聚合物的需求所推动。

亚洲地区的生物塑料生产能力也在不断地提高,LuxResearch的2016年报告指出,这是因为东南亚作为生物化学中心,它在当地获得可持续的原材料。

泰国拥有充足的甘蔗供应,而根据2017年USDAGain的数据,泰国已经生产1千120万吨糖,超过了该国的消费量,可迎合出口需求。

该国出现大型生物塑料工厂并不奇怪。荷兰PLA生产商Corbion与法国石油天然气公司Total的合资公司Total Corbion,正在罗勇完成建设一个年产能75千吨的PLA工厂,预计在今年启动。

今年下半年,该公司将在罗勇扩建现有的丙交酯工厂,年产能为25千吨。PLA聚合工厂将生产Corbion的LuminyPLA树脂组合。TotalCorbion公司说,它使用Bonsucro认证的蔗糖(一家制定可持续性标准的全球性非营利组织)作为原料,通过发酵转化为乳酸,并被用作PLA生物塑料的基础。该公司向总部位于曼谷的MitrPhol采购原材料,后者是泰国最大的糖和生物能源生产商,拥有两家Bonsucro认证的工厂。

PTTChemical与Cargill的合资企业NatureWorksAsiaPacific也在泰国扩展业务,计划投资1.43亿美元于生物塑料工厂。

据悉,全球第二大废塑料排放国印尼,目前正在寻找海藻养殖等生物塑料替代品。海藻不仅是可持续的,而且被发现可生产耐用且可降解的材料。当地一家公司Evoware,正利用印尼丰富的海藻供应,作为其专利的海藻成分包装,同时也提高了海藻农民的生活水平,他们当中大部份来自该国最贫穷的省份。

海藻包装100%可生物降解,溶于温水,保质期长达两年。它可打印和可热封,应用潜能相当广泛,适用于小型食品袋和包装,以及非食品类的物品。

与此同时,马来西亚的棕榈油正被用来生产PHA生物塑料。在SIRIM、马来西亚理科大学(USM)、马来西亚博特拉大学(UPM)及麻省理工学院(MIT)的合作下,于2011年开始建造一座2千升容量的工厂。它位于雪兰莪莎阿南。

根据SIRIM,该工厂采用一种可充分利用棕榈油工业副产品的工艺,如棕榈仁油(CPKO)、棕榈油工厂废水(POME)以及含空果串(EFB)、中果皮纤维(MF)、棕榈仁壳(PKS)、叶状体和树干的固体生物质。SIRIM表示,该工厂生产约6千万吨POME和8千万吨固体生物质,到了2020年,这些产量将分别达到7千万至1亿1千万吨和1亿吨干吨。SIRIM说,特别是POME废液,有100倍的生活污水耗氧潜力,是该行业的一个主要关注点,因为它在处理土壤和水时对环境产生影响。

随著生物反应器和合成技术的到来,POME和CPKO现可成为PHA基生物塑料的可行来源。

另一个亚洲国家越南,根据越南塑料协会的统计,2016年人均塑料产量为41公斤/年,预计到了2020年,塑料生产商可能需要约500万吨的制造材料来满足日益增长的消费需求。在此期间,塑料垃圾也将激增。一个项目已经出炉,到2020年,将减少使用一半以上的不可生物降解塑料袋,它是最大的环境污染者。

越南正在龙安省的一个工业区建造第一个生态塑料厂。这个耗资1千万美元的工厂,是VietnamPlasticHouse和广州的一家生物降解塑料公司联手的合资项目,将拥有3千吨/年生物塑料袋的产能。

据了解,越南将增建四座生物降解塑料袋工厂,并在柬埔寨、寮国和缅甸建造三座类似的工厂。

参与该项目的HCMCityPlasticAssociation指出,生态塑料树脂是由纤维素、木薯和添加剂制成,使塑料袋可在两年后分解。

 

甘蔗基瓶子和MEG的成功事例

法国是第一个完全放弃使用塑料盘子和餐具的国家。透过创新科技应对油基塑料扩增,法国Lyspackaging公司最近设计了一种生物基瓶

子。根据Lyspackaging,这个甘蔗基VeganBottle是100%可生物降解,具有改良的机械性能和阻隔性能。

此生态瓶可以帮助减少使用和丢弃的油基瓶的数量。Lyspackaging公司表示,在法国,45%或20万吨/年的塑料瓶没有被回收。

在其他地方,巴西石化公司Braskem和专门从事催化剂与表面科学的丹麦公司HaldorTopsoe,正在研发一种从糖生产单乙二醇(MEG)的开创性途径。 MEG是PET树脂的重要组成部分。这项交易还包括在丹麦建造一个示范工厂,并于2019年启动。

该项目是以在托普索实验室开发的两步工艺及其本身的催化剂为基础,专注于在单个工业装置将糖转化为MEG,这将减少生产初期的投资,以及提高生产过程的竞争力。

示范工厂将进行技术测试验证,并确认其技术和经济的可行性,以及验证不同原料,如蔗糖、葡萄糖和第二代糖的技术。

 

从生物体中获取生物塑料

换个角度思考,亚利桑那州立大学(ASU)展开了一项研究,利用在水土中生长且可自行制造食物的蓝细菌(也称为蓝绿藻)来生产可完全生物降解塑料。

首席研究员TaylorWeiss说,该项研究创造出两个细菌之间的共生伙伴关系,两者各专注于一项特定任务。“蓝细菌利用光合作用产生糖,并被设计为不断排泄糖。第二种细菌称为Halomonasboliviensis,循环地消耗糖以便交替地生长和生产生物塑料。另外,蓝细菌是从海藻提取物制成的水凝胶珠中捕获的,有关水凝胶珠是浸没在充满生物塑料生产细菌的盐水中。”

研究面对一些挑战,比如尽可能在最长的时间内尽量减少使用水凝胶有助降低成本,但是Weiss说这种细菌—生物塑料过程在工业上是可行的,两种细菌和水凝胶已经被工业化。

降低成本,特别是如果以工业规模为目标,也是马德里生物研究中心(CIB-CSIC)的一个科学家团队所进行,有关生产PHA生物塑料所关注的事项。针对如何克服从细菌中提取聚合物的挑战,首席研究员VirginiaMartínez说,已经开发出一种创新的提取方法。“我们所做的是用捕食性细菌B.bacteriovorus作为裂解剂来杀死其他细菌,特别是天然的PHA生产者,P. putida KT2440,并回收细胞内的生物产物。我们还设计了捕食者,使其不会降解被猎物累积的生物塑料。”

通过这种新的方法,生物塑料可在一个单独的步骤中回收,而不需要使用复杂的设备或有毒化合物。这项研究结果发表于《Scientific》报告中。

 

来自非转基因原料的PHA生物塑料

另外,总部设在加拿大的FullCycle Bioplastics(FCB)是一家专门从事将有机废物转化为生物塑料的公司,正使用非基因改造生物(GMO)工艺制造PHA生物塑料。它利用有机和纤维素废物作为原料,这种新方法可以把目前以农作物为基础的原料,如食品级糖或种子油,作为在商业化上获得PHA的选择。FCB工艺以食物残渣、农业副产品、纸板和废纸为原料。即使报废的PHA产品也可用作生产原生PHA的原料。

FCB公司的工艺流程涉及将有机废物分解,并成为PHA的原料。一旦原料完全调整后,将其投入在环境条件下自然发生的细菌池中,在那里被消耗并转化成PHA,然后干燥并加工成最终的树脂产品,准备配混。

FCB公司强调,其过程能大大地降低生产成本,并消除了昂贵的实验室级无菌或密封的需要。此外,FCB表示,对技术进行许可可以使拥有大量废弃物流的公司生产PHA“以产生收入,同时通过创造废物的最高和最好的价值来遏制处置成本”。

显而易见,迫在眉睫的废塑料问题,有利于生物塑料的进一步发展,作为控制废塑料的可持续解决方案。

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