塑料的环保替代品是可持续发展努力的关键：可生物降解塑料是解决方案吗？

存在和 微塑料在我们的生态系统中的积累 有据可查，最近的证据表明它们对各种生物过程有有害影响。随着我们继续 在我们的肺部、动脉甚至胎盘中发现微塑料，我们仍在了解它们对环境和人类健康的影响。 

人类对塑料的普遍使用导致了微塑料的产生，而微塑料往往会持续存在于环境中。微塑料是微小的碎片，尺寸通常在 5 毫米 (mm) 到 500 微米 (μm) 之间，由日常塑料产品脱落。 

这些颗粒源自瓶子、袋子、包装和其他塑料来源，以及轮胎磨损、合成纺织品和个人护理产品中的微珠。微塑料通常是通过各种物理和化学过程形成的，包括磨损、紫外线降解、制造过程以及物理或化学引起的破碎。

微塑料在自然环境（包括海洋、降水和土壤）中的积累是由于石油基塑料聚合物的化学性质造成的。这些聚合物是由许多称为单体的较小分子组成的大分子。这些广泛使用的塑料通常无法进行生物加工。 

由于几乎坚不可摧，需要几十年到几个世纪才能分解，因此越来越需要传统石油基塑料和微塑料的替代品。这一解决方案的答案是开发在正常生命周期中不会产生持久性微塑料的塑料。 

即使塑料被正确收集和回收，它仍然会产生微塑料，这是日常使用中正常磨损的一部分，或者是回收或清洗过程的结果。因此，为了防止这种情况发生，我们需要开发完全可生物降解的新型塑料材料，这意味着它们可以通过环境中生物体的作用快速分解。

所以，为了帮助解决这个问题， 一项新的研究 由 Algenesis Corporation 和加州大学圣地亚哥分校的科学家和教授共同创造了一种植物基聚合物，可在七个月内以微塑料水平生物降解。

生物降解是聚合物被微生物分解成更简单分子的过程。然后这些分子可以用作碳源来生产生物质。然而，要实现这一点，聚合物需要具有化学键，主要是在其主链结构中。

这是因为它们随后可以被自然地识别这些键作为底物的酶所接近。通过这种酶裂解释放的潜在单体分子随后可以被微生物消耗。

在我们的自然环境中，整个过程通常是由细菌和真菌等微生物执行的。这些微生物分泌水解酶，水解酶分解聚合物，释放出不同的低聚物和单体，被微生物用作碳营养源。 

接下来发生聚合物衍生的单体和低聚物的分解代谢，其中涉及复杂分子的分解。该过程导致通过呼吸产生生物量和二氧化碳。  

问题是，虽然生物基材料可以从天然可再生资源中提取，但其有限的生物降解能力使它们仍然存在于环境中。此外，这种持久性可能是由于化学处理使它们无法进行生物裂解。

可生物降解材料确实可以从石油和其他化石资源中生产，因为生物可降解性取决于材料的特性而不是其来源。

实现不可能

该研究得到了能源部 (DOE) 的资助，旨在寻找 可生物降解的替代品 对于已经存在的材料。然而，合著者、Algenesis 的联合创始人 Michael Burkart 表示，找到不会在环境中收集的材料“并不容易”。 

这家材料科学公司的 Soleic™ 专利技术是世界上第一种由植物制成的可再生、完全可生物降解的高性能塑料材料。 Algenesis 利用其材料技术生产鞋子、冲浪板和鞋类。加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学教授 Burkart 表示：

“我们刚刚开始了解微塑料的影响。我们只触及了环境和健康影响的表面。” 

Algenesis 的联合作者兼联合创始人罗伯特·波默罗伊 (Robert Pomeroy) 在谈到他们的工作时指出，他们首先创造的基于藻类的聚合物超过了五年前。他们知道这种聚合物是完全可生物降解的，能够“消失在堆肥中”。

不过，该团队第一次有机会在微粒水平上进行测量。为此，他们将材料磨成细小的微粒，并使用三种不同的测量工具来确认它被微生物消化。

呼吸计是第一个工具，用于测量材料被微生物分解时释放的二氧化碳 (CO2)。将纤维素的分解与百分百生物降解性的行业标准进行比较时，结果表明植物基聚合物与纤维素几乎 100% 匹配。

使用的第二种工具是水浮法，这种方法利用了塑料在水中不溶且平坦的事实，使它们易于从表面去除。每隔 90 天和 200 天进行的测试表明，几乎所有石油基微塑料都被回收。相比之下，对于基于藻类的微塑料来说，32 天后只有 3% 恢复，200 天后只有 XNUMX% 恢复，这表明它们具有高度生物降解性。

在通过气相色谱/质谱（GCMS）进行的化学分析中，检测到单体的存在，表明聚合物正在分解成其最初的植物材料。 

“这种材料是第一种被证明在我们使用时不会产生微塑料的塑料。” 

– 合著者 Stephen Mayfield，Algenesis 联合创始人

他进一步补充说：

“这不仅仅是针对产品生命周期结束和我们拥挤的垃圾填埋场的可持续解决方案。这实际上是不会让我们生病的塑料。” 

尽管已经取得了重大进展，但这仅仅是开始。下一步涉及调整新材料以与传统塑料制造的现有制造设备一起使用。为此，Algenesis 与多家公司建立了合作伙伴关系，使用植物聚合物生产产品。这些合作包括特瑞堡在涂层织物中使用基于藻类的聚合物以及使用RhinoShield 生产手机壳。

根据布尔卡特的说法：

“当我们开始这项工作时，我们被告知这是不可能的。现在，我们看到了不同的现实。还有很多工作要做，但我们希望给人们带来希望。有可能的。” 

可生物降解塑料是未来吗？

正如我们所看到的，塑料行业正在经历转型。这一点很重要，因为塑料约占我们废物的 14%，其中绝大多数最终都进入了海洋。从统计上看，我们目前的产量超过 每年 350 亿吨塑料垃圾如果不改变现行政策，预计到 2060 年将达到 XNUMX 亿吨。

观察大多数塑料材料的生命周期可以发现，生产的所有塑料中有 79% 被倾倒到垃圾填埋场或进入环境，而只有 12% 被焚烧，9% 被回收。尽管过去四十年回收量大幅增加，但非纤维塑料回收率仍停留在 18%，几乎没有纺织纤维被回收。这种停滞很大程度上是由于主要回收形式的局限性，即通过热和机械力将废塑料转化为新形状，其中输入质量非常重要。 

在此背景下，世界各地越来越多的公司正在采取措施减少传统塑料的使用，并用更可持续和对环境负责的替代品取而代之。

可生物降解塑料包括成分源自可再生原料的生物塑料和添加可生物降解添加剂以改善其生物降解性的塑料。

生物塑料通常由生物基聚合物制成，有助于实现更可持续的商业塑料生命周期。在这里，聚合物是由可再生或回收的原材料制成的。与化石塑料相比，生物基塑料的碳足迹往往较低。它们还表现出有利的材料特性，并且可以进一步与现有的回收流兼容。

所有这一切，加上人们对塑料行业的认识、研究和投资的不断增长，导致可生物降解塑料在我们的日常生活中越来越多地出现。

虽然我们还远未从生活中真正消除传统塑料，但我们正在采取许多令人鼓舞的举措。这包括寻找可生物降解的材料来制造产品。当然，在许多应用中很难取代塑料，但在不久的将来，许多产品将以更加环保的方式制造。 

环保产品在食品包装领域最受欢迎，约占塑料生产总量的39%。这清楚地凸显了可生物降解塑料在行业中的巨大前景。例如，根据产品的不同，塑料瓶可以用可生物降解的材料替代，不仅可用于食品包装，还可用于营养保健品。

食物托盘是另一个很好的例子（除了勺子、茶匙、叉子和杯子），使用可生物降解材料可以将容器及其内容物丢弃在一个垃圾桶中。其他采用可生物降解材料的产品包括咖啡胶囊、水果和蔬菜袋以及垃圾袋。

可生物降解塑料为制造各种包装提供了广泛的可能性，同时更好地满足许多包装应用的需求，例如灵活性、可印刷性和增强阻隔性。

最新数据 表明全球可生物降解包装市场具有巨大的增长潜力； 2022 年，其估值约为 87 亿美元，到 2029 年，预计将以 6.96% 的复合年增长率扩张。在所有细分市场中，塑料是最有利可图的，预计其扩张速度将超过任何其他材料类型。

特别是，生物塑料是石油基聚合物的一种有前途的替代品，有可能减少我们对化石燃料的依赖以及导致气候变化的排放。

目前最常见的可生物降解塑料源自淀粉或纤维素，包括聚乳酸 (PLA)、聚 3-羟基丁酸酯 (PHB) 和聚羟基烷酸酯 (PHA)。这些材料通常用于饮料、制药、个人和家庭护理行业，因为它们可回收和可生物降解。

除了包装之外，可生物降解塑料还可以在农业领域得到应用，可以用于覆盖物，而覆盖物的回收成本相当高。这里的可堆肥覆盖物将消除收集废物的需要，因为废物会在几个月内消失，而不会留下持续数十年的微塑料。

虽然可生物降解塑料有很多好处和应用，但它在成本较高和对农业产生负面影响方面需要权衡。然而，新兴的生物和化学方法、技术进步、财政激励和明确的法规可以帮助生物塑料的大规模应用并带来可持续的影响。

因此，研究人员正在积极研究更好的材料和清洁生产方法，以增强性能和新一代应用。欧洲目前在生物塑料的商业制造方面处于领先地位，占 43.5% 预计 到7.6年将达到2026万吨。 

结语

经过多年的研究，现在众所周知，微塑料在水体、土壤、降水等所有物理环境中积累，甚至分散在空气中。由于其普遍存在，微塑料现已成为食物链的一部分，有证据表明它们会对人类、动物和生态系统造成重大危害。

这刺激了对可生物降解材料的研究，这种材料是传统塑料的更环保的替代品。除了开发新材料外，还在努力实施通用标准。此外，需要改变行为方式，减少使用塑料并增加生物塑料制成的产品的使用。  

它们肯定有潜力通过减轻塑料废物危机和碳排放带来积极影响。然而，值得注意的是，即使是可生物降解的塑料也需要适当的堆肥条件，以确保其兑现其承诺。总体而言，我们正在逐步迈向更加绿色的未来。

单击此处查看五家最佳生物塑料公司的列表。