出品 | 網(wǎng)易新聞
作者 | 鴻鵠，科技愛好者
塑料是人類最偉大的發(fā)明之一，但隨著“白色污染”的愈演愈烈，它似乎也成為了“最糟糕”的發(fā)明。
塑料污染正在危害越來(lái)越多的生物，同時(shí)帶來(lái)不可逆的自然環(huán)境破壞，特別是作為孕育生命的海洋，其中的塑料垃圾污染的嚴(yán)重性遠(yuǎn)超我們想象，必須尋求解決之法，否則后果不堪設(shè)想。
?。ū缓Ｑ笏芰侠p身的海獅）
（一）每年至少有2000萬(wàn)噸塑料垃圾流入海洋
海洋對(duì)人類而言，有著非常重要的意義。它為人類提供了食物、油脂、化工材料、藥物等大量資源。海洋更以其豐富的水資源，調(diào)節(jié)全球的氣候變化，同時(shí)，海洋生態(tài)環(huán)境也是全球污染物的最終凈化廠。不過(guò)這樣的最終凈化廠，面對(duì)工業(yè)文明的非自然之物，比如塑料垃圾污染，也有些無(wú)能為力。
目前全世界每年生產(chǎn)的塑料制品超過(guò)3億噸，經(jīng)使用后產(chǎn)生的塑料廢棄物超過(guò)3000萬(wàn)噸，這其中的大部分都不能被合理地處理，其中更有超過(guò)2000萬(wàn)噸的塑料垃圾通過(guò)陸地河道、風(fēng)力等最終流入海洋。
?。ù笱蟓h(huán)流垃圾帶與海洋塑料垃圾聚集而成的垃圾島）
流入海洋的塑料在副熱帶環(huán)流的參與下，經(jīng)由洋流系統(tǒng)，在每個(gè)大洋中特定位置聚集形成垃圾帶，其中大太平洋垃圾帶的面積據(jù)估計(jì)可能已經(jīng)超過(guò)三個(gè)法國(guó)的大小。
除了以垃圾帶形式聚集的海洋塑料垃圾外，流入海洋的塑料有一半會(huì)在漂流的過(guò)程中，在海水中受光、風(fēng)化、渦流機(jī)械和生物群的不斷作用，最終形成直徑小于5毫米的“微塑料”。這些微塑料在以后的幾十年甚至幾百年的時(shí)間里，會(huì)在海洋中不斷漂泊，直至遍布整個(gè)海洋。
不管是聚集的塑料，還是漂流中的塑料，抑或數(shù)量繁多的微塑料，都會(huì)對(duì)海洋的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生十分不利的影響。
對(duì)于體型較大的海洋生物而言，塑料垃圾可能會(huì)將其纏繞，影響其活動(dòng)，甚至有可能被其誤當(dāng)作食物吞食，從而導(dǎo)致它們的消化系統(tǒng)被破壞，并最終導(dǎo)致死亡。
而那些微塑料則更容易被海洋生物當(dāng)作食物攝入，這些微塑料既無(wú)法被消化，又很難排出體外，最終在生物消化道內(nèi)殘留。同時(shí)微塑料自身所含的毒性物質(zhì)，也被攝食的生物吸收，最終在食物鏈中的各級(jí)生物體內(nèi)富集。
?。~體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的塑料顆粒）
目前以微塑料為首的塑料垃圾對(duì)海洋的污染正以令人難以想象的速度擴(kuò)張，甚至于研究人員已經(jīng)從深處四千五百米的生物體內(nèi)檢測(cè)出微塑料。
塑料垃圾污染對(duì)海洋生物的困擾，最終又反饋回人類本身。食用體內(nèi)含有塑料的海洋生物對(duì)人類的影響在很大程度上仍然是未知的，但可知的是它們對(duì)人類健康和食品安全的威脅正在加劇。
（二）生物可降解塑料，是怎樣的存在？
減少不必要的塑料制品使用，同時(shí)增加塑料的回收利用率，是解決塑料污染的兩大有效措施，不過(guò)塑料制品想要回收十分的麻煩，涉及成本及回收后的實(shí)用安全性等問(wèn)題。
所以，對(duì)于人類歷史上產(chǎn)生的大多數(shù)塑料而言，它們大部分目前都以某種形式繼續(xù)存在著，比如某處的垃圾填埋場(chǎng)。
采用垃圾焚燒發(fā)電，是目前塑料垃圾資源化處理的另一有效方式，但也需要考慮到集中處理、分類等問(wèn)題，所以發(fā)展可降解的塑料就變得很有必要。
（填埋場(chǎng)中的塑料垃圾）
可降解塑料是指能夠在物理和生物因素（光或熱，或微生物作用）作用下降解的塑料，其中最為人所熟知的應(yīng)屬于生物可降解塑料，因其組成成分是較為“天然”（可以參與自然界循環(huán)）的高分子材料，所以能夠利用自然界中的微生物作用來(lái)引起塑料的降解，最終將塑料無(wú)機(jī)化。
?。ㄉ锟山到獾乃芰系啬ぃ?/p>
這些生物可降解的高分子材料又能以改性或者填充的方式，將聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等變?yōu)槠茐男陨锝到馑芰?。不過(guò)，這種類型的塑料在降解過(guò)程中，微生物只是降解了其中添加成分，比如淀粉，使其分解成更小的傳統(tǒng)塑料碎片，分解之后還是會(huì)存在難降解的成分，所以并非最好的降解手段。
除了生物降解塑料外還有水降解塑料、光降解塑料等，這些塑料在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)添加吸水性物質(zhì)、光敏劑、預(yù)氧化劑等添加劑，使其在特定條件下能夠加速分解。
不過(guò)它們的降解過(guò)程對(duì)環(huán)境有所要求，所以無(wú)法控制降解時(shí)間。而且降解后的單體單元還是不能被吸收參與物質(zhì)循環(huán)，所以不如生物可降解塑料實(shí)用。
（三）海水中可降解塑料有啥特別之處？
隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及“禁塑令”的推廣，聚乳酸等在內(nèi)的多種商品化降解材料在眾多領(lǐng)域中替代不可降解的通用塑料，陸地上的塑料垃圾污染一定程度上得到緩解。
而海洋環(huán)境特殊，海洋中的塑料垃圾處理起來(lái)依然棘手。曾有國(guó)外專家想要利用大太平洋垃圾帶建造漂浮島，到現(xiàn)在都未見到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，而海水中漂浮的微塑料則更難處理，通過(guò)傳統(tǒng)打撈方式進(jìn)行廣泛收集和處理可行性很低。所以如果找不到合適的解決方法，進(jìn)入海洋的塑料可能需要數(shù)百年才能降解。
更為嚴(yán)重的是，目前海洋中能找到的塑料中，80%以上是尼龍、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等非常難降解的樹脂材料。所以一方面人類要想辦法處理海洋中已有的塑料，另一方面則需要開發(fā)和使用能在海洋環(huán)境中能自行降解的塑料制品，這是解決海洋中塑料垃圾繼續(xù)增量化的最根本途徑。
?。êＱ笾械乃芰想y以降解）
但想要開發(fā)海水中可降解的塑料并不簡(jiǎn)單，以前面提到的可生物降解的聚酯材料為例，它可以通過(guò)堆肥生物降解的方式快速降解（符合一定時(shí)間等要求的生物降解塑料為可堆肥塑料），不過(guò)這一過(guò)程對(duì)環(huán)境中的微生物種類、數(shù)量、溫度都有一定的要求，如此才能讓聚合物在微生物分泌酶的作用下發(fā)生酶促水解反應(yīng)，參與堆肥降解的微生物更是動(dòng)輒每升土壤中數(shù)以億計(jì)。
海洋環(huán)境不同于陸地，具有富水、高鹽、高壓、低溫、流動(dòng)和稀營(yíng)養(yǎng)的特點(diǎn)，所以大洋海水中微生物密度相比于陸地堆肥降解幾乎可以忽略不計(jì)。海水中要達(dá)到生物降解所需的條件很難，在陸地上幾十天就降解一大半的聚酯材料在海洋中即使過(guò)了一年也不會(huì)有明顯變化。因?yàn)閮煞N環(huán)境中的聚酯材料的降解機(jī)理是完全不同的。
陸地上的堆肥過(guò)程，因?yàn)橛形⑸飬⑴c分泌酶，所以降解過(guò)程屬于酶促水解反應(yīng)；而海水環(huán)境則會(huì)使降解過(guò)程更傾向于高鹽復(fù)雜水體環(huán)境中的非酶促水解反應(yīng)。這種非酶促水解反應(yīng)受水體中鹽度、溫度的影響巨大，同時(shí)還與聚酯材料鏈段結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性能有關(guān)，通常而言，大多數(shù)聚酯材料在海水中降解周期非常緩慢，甚至難以降解。
為了讓生物可降解塑料在海水中也實(shí)現(xiàn)可降解，必須重新對(duì)塑料進(jìn)行設(shè)計(jì)、合成、改性和加工，使其符合在海水條件下的降解需求。
（四）中國(guó)開發(fā)的海水中可降解塑料牛在哪？
目前，國(guó)際上海水降解材料的相關(guān)研究起步不久，中國(guó)的科學(xué)家也開展了海水降解材料相關(guān)研究。就在前段時(shí)間，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研發(fā)出一款海水中生物可降解塑料，這種塑料在國(guó)內(nèi)3家公司成功投產(chǎn)后總產(chǎn)能達(dá)到每年7.5萬(wàn)噸，占全球總量的一半。
他們從塑料的分子設(shè)計(jì)和兩相合成角度出發(fā)，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)可以向生物降解聚酯體系中引入非酶水解的基團(tuán)，使得非酶水解過(guò)程和水溶過(guò)程與生物降解過(guò)程都結(jié)合起來(lái)。這種塑料在降解的過(guò)程中可以同時(shí)符合前面提到的陸地酶促水解反應(yīng)與海洋非酶促水解反應(yīng)機(jī)理，最終實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境的塑料可降解。
（中科院理化所開發(fā)的全生物降解塑料制品）
經(jīng)過(guò)非酶水解的基團(tuán)改進(jìn)的生物降解聚酯塑料能夠在海水環(huán)境中以數(shù)分鐘到幾百天內(nèi)不同周期實(shí)現(xiàn)降解，真正意義上達(dá)到了海水可降解的要求。而且，通過(guò)對(duì)材料的設(shè)計(jì)、合成、改性和加工，這種可降解塑料的降解周期和降解方式可以直接按不同的應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)控，最終甚至實(shí)現(xiàn)降解模式的智能化。
（如果不加控制，2050年海洋中的塑料垃圾可能會(huì)比魚還多）
對(duì)中國(guó)這種塑料生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)而言，其意義非常重大，中國(guó)的海洋資源豐富，而近岸海域及潮灘卻普遍存在微塑料等塑料垃圾污染問(wèn)題。嚴(yán)峻的污染現(xiàn)狀需要海水可降解塑料的加速商業(yè)化來(lái)改善。
結(jié)語(yǔ)
海水可降解材料研究在現(xiàn)有生物降解材料基礎(chǔ)上構(gòu)建，能同時(shí)解決陸地、海洋的塑料污染問(wèn)題。新的材料體系的開發(fā)和使用才剛剛開始，利用海水可降解的塑料制品來(lái)防治海洋塑料污染，可以說(shuō)仍然任重道遠(yuǎn)。
聯(lián)系客服
