每年,大約有1000多萬噸的塑料廢棄物進(jìn)入海洋,由于塑料無法在海洋中自然降解,因此也成為了海洋動(dòng)物的最大殺手之一。
由于塑料袋在海洋中的形態(tài)與海龜喜愛吃的水母相像,常常導(dǎo)致海龜誤食,乃至死亡。因此,尋找由可自然降解的生物質(zhì)材料制成的塑料成為全球產(chǎn)業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。
由于高分子生物材料PHA(Polyhydroxyalkanoates,聚羥基脂肪酸酯)可以在淡水、海水、土壤、堆肥等自然和人工環(huán)境中,在有氧和無氧條件下實(shí)現(xiàn)生物降解,完全轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳,不會(huì)留有任何有毒的殘留物、微塑料或納米塑料的小顆粒,而且,PHA具有類似塑料的力學(xué)性能和加工性能,因此成為全球產(chǎn)業(yè)界試圖大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新型材料,并期望在不久的未來取代一次性塑料的使用。
環(huán)保的難題:
自塑料被發(fā)明以來,它已經(jīng)成為人類生活中不可或缺的產(chǎn)品。塑料的原料品種很多,有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS等,這些皆是化學(xué)合成的高分子材料。
高分子材料產(chǎn)業(yè)始于20世紀(jì)初,發(fā)展至今已有100年左右的歷史,像尼龍(PA,聚酰胺)做成的絲襪,滌綸樹脂(PET,聚對苯二甲酸乙二醇酯)做成的飲料瓶,聚氨酯(PU,聚氨基甲酸酯)做成的航空飛行甲板墊、客艙墻等均已滲透到現(xiàn)代生活的方方面面。
然而,塑料在提升人類生活品質(zhì)的同時(shí),也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。上述材料在自然界很難被降解,尤其是包裝中使用的塑料占全部塑料產(chǎn)量的40%,根據(jù)經(jīng)合組織發(fā)布的《全球塑料展望報(bào)告》,其中僅有9%的塑料被回收利用,成為環(huán)保中的一大難題。
在此背景下,業(yè)界開始尋找傳統(tǒng)塑料的替代方向。目前的替代方案有兩種:傳統(tǒng)非石化材料(如玻璃、陶器、金屬、紙等)和生物可降解材料。生物可降解材料又分為石油基和生物基。
目前,生物降解聚合物主要分為三類:生物質(zhì)來源且由生物合成的聚合物,如淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪(包括天然PHA)等;生物質(zhì)來源的單體經(jīng)化學(xué)合成得到的聚合物,如PLA、PGA等;化石來源的單體經(jīng)化學(xué)合成得到的聚合物,如PBAT、PBS等。
PHA在生物體內(nèi)主要是作為能量的貯藏性物質(zhì)而存在。打個(gè)形象的比喻,它就是細(xì)菌要吃的“能量棒”。由這種“能量棒”做成的材料被埋入地下,或進(jìn)入海洋、淡水時(shí),能夠在細(xì)菌的作用下自然降解,整個(gè)循環(huán)過程遵循著從自然中來,又回到自然中去的模式。
天然PHA是微生物合成的一系列聚酯,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其具有150多種不同的結(jié)構(gòu)單元或單體。在實(shí)際應(yīng)用中,該系列產(chǎn)品包括PHB、PHBV、PHBH等,它們各自具有不同的屬性。專注于合成生物技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新應(yīng)用的北京藍(lán)晶微生物科技有限公司(以下稱“藍(lán)晶”)開發(fā)的是PHBH,屬于中鏈共聚型PHA,兼具出色的使用性和加工性。
PHBH是目前商業(yè)化生物降解材料中唯一可以與纖維素和淀粉對等的,在不同環(huán)境中都可以進(jìn)行很好降解的天然高分子材料。相比其他的可降解材料,它除了在降解性上有不錯(cuò)的表現(xiàn),還可以通過與其他材料共混改性來提高最終產(chǎn)品的可降解性。
藍(lán)晶與浦景化工進(jìn)行合作,使用PBAT與PLA分別與PHBH共混后進(jìn)行海洋降解實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過87天的實(shí)驗(yàn),雙方得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
1、PHBH純料在海水中降解率超過86%,而PBAT純料的降解率僅4、3%,PLA純料的降解率僅5.6%;
2、當(dāng)PLA與PHBH共混后,共混物最大降解率超75%;
3、當(dāng)PBAT與PHBH共混后,共混物降解率超過65%。
在物理性能上,PHA既可以對共聚物的單體結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇搭配,亦可以與其他可降解材料復(fù)配,提升共混物的綜合性能。
在生產(chǎn)中,通過改變給料、微生物或條件,可以改變PHA的剛性、韌性、耐熱性、阻隔性、透明度等等,從而應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。
從歷史上來看,一個(gè)材料對環(huán)境的影響需要?dú)v經(jīng)一個(gè)長期且復(fù)雜的過程。普華永道中國ESG可持續(xù)發(fā)展市場主管合伙人倪清告訴《商學(xué)院》記者,“材料對環(huán)境的影響涉及材料從提取到廢棄的整個(gè)過程,每個(gè)階段對環(huán)境產(chǎn)生的影響具有不同屬性,所以很難用具體的時(shí)限去概括?!睘榱嗽u(píng)價(jià)材料對環(huán)境的長期影響,進(jìn)行全面的生命周期評(píng)估是很重要的,這就需要考慮材料的來源、生產(chǎn)、處置及回收,同時(shí)將相關(guān)的能源消耗、溫室氣體排放等因素納入考量范圍。
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