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破解一次性塑料和微塑料污染的生物酶新賽道

本文轉載自經濟觀察報--蔣南青院長

本文介紹了對于一次性塑料污染治理近年政策文件的主要脈絡，從成本和商業模式兩方面分析了在落實禁止和替代一次性塑料中存在的問題。介紹了目前一種新型的生物酶的降解技術和應用場景，在有氧、厭氧、及海洋條件下，可以對化石基和生物基塑料都進行生物降解，降解后的能源可回收利用，在常規情況下，不影響塑料的使用性能，且幾乎不增加材料的成本。

2024年11月，聯合國塑料公約政府間談判即將進入最后的沖刺階段。塑料，這個二戰之后應用最為廣泛的材料成為全球關注焦點，一次性塑料帶來的諸多對環境和人類健康的影響也是促成這個公約的起因，而一次性塑料也是最難解決的問題之一。

一次性塑料污染問題的不斷放大同我們生活方式的改變有著很大的關聯，電商的模式對于城市居民產生巨大影響，塑料袋、吸管、餐盒、快遞等與生活息息相關的一次性產品首當其沖。

一、一次性塑料的政策和應對措施

政策對于一次性塑料的態度以禁止為主，國際和國內各國都是同樣的態度，這在循環經濟理論層級中處于最高位，即減少使用。在中國，2020年4月修訂的法律文件《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》第69條明確規定，國家禁止、限制生產、銷售和使用不可降解塑料袋等一次性塑料制品。第106條做出了對于處罰的規定。

2020年7月，國家發展改革委發布《關于扎實推進塑料污染治理工作的通知》并發布了《相關塑料制品禁限管理細化標準（2020 年版）》。各直轄市、28個省或自治區全部公布了當地的實施方案。此外也有一些省會城市出臺了市級實施方案。

2021年2月，國務院印發《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》提出對于塑料包裝的全生命周期管理理念，包括規劃、設計、投資、建設、生產、物流、生活和消費和廢棄。其中規定酒店和餐廳不主動提供一次性塑料用品。

2024年8月下旬由自然之友和零萌公益在北京聯合舉辦的“北京市塑料污染治理交流研討會”上，我們看到在經過這幾年的實踐后，一次性塑料的使用仍很難得以有效控制。政策在短期內會對企業運營帶來影響，特別是外賣，物流等行業做出了相應改進措施。在強制使用可降解購物袋的超市中，顧客轉向使用為包裝水果蔬菜免費提供的連卷袋作為塑料袋。然而，塑料袋、奶茶杯、吸管等這些產品，由于價值低，使用量大，重量輕，非常分散，在服務行業中屬于免費提供產品，因而很難減量或者回收。消費者的需求多樣化，無法做到強制禁用或者收費。一些餐飲企業的外賣包裝有紙袋、降解塑料袋和傳統塑料袋混用；菜市場、水果店和菜店都在使用傳統塑料袋。

其次就是采用替代材料。可降解塑料因為被認為可在自然環境中降解，從而成為新的材料發展方向，被認為是解決塑料污染的關鍵材料。但相比于常規塑料，可降解塑料對于降解條件的要求，和近幾年微塑料的發現，可降解塑料材料并非都是生物基材料，且會帶來與糧食爭地等問題受到質疑。政策的態度從最初的全面替代轉向‘科學評估’。2021年國家發改委發布《“十四五”塑料污染治理行動方案》中提出科學穩妥推廣替代產品，充分考慮竹木制品、紙制品、可降解塑料制品等各類替代產品的全生命周期資源環境影響，開展不同類型可降解塑料降解機理及影響研究，科學評估其環境安全性和可控性。

二、一次性塑料的成本和商業模式

對于生物基可降解塑料，生產1噸聚乳酸(PLA)需要2.3噸玉米原料，用秸稈作原材料則需要6噸，在成本上可降解塑料袋的價格是傳統塑料袋的 10—50 倍。由于原材料來源于農業，產品的收集和產量不穩定，如PLA還涉及糧食的用地，這些都是鉗制生物基塑料市場化的關鍵因素。還有新材料在研發、需投入新的生產設備，這些都造成可降解塑料的成本過高，而使用端主要應用在塑料袋這些低值產品，企業和消費者都無法買單。

最大的問題還是來自于可降解塑料的商業模式。由于可降解塑料生產成本高，但產品在使用后和普通塑料一樣都是被丟棄，沒有任何利用價值。如果進行降解，并非在天然條件就可以降解，需要60攝氏度以上的工業堆肥設施。一旦政策補貼或強制性要求失效，可降解塑料的市場就無法持續下去。

此外，作為新材料的研發，可降解塑料由于技術路徑的差異，給消費者帶來很多迷惑。如光氧化降解塑料只是崩解塑料帶來更大的微塑料問題已被歐盟禁止。可降解塑料需要在特定溫度、濕度和設施等條件下才能實現有效降解，無疑增加了使用的復雜性。可降解塑料性能的穩定性上也不能完全替代常規塑料的性能，如地膜等，這也制約了其在市場的普適性。這些問題也是由于缺乏統一的處理標準和規范，在市場上使用的許多可降解塑料并非真正的可降解塑料。

三、生物降解塑料新賽道

在可降解和循環化學基材料的路徑中，目前在解決一次性塑料和微塑料方面都存在各種挑戰。國際科學論文的研究成果推出一種采用生物技術方式突破廢塑料的降解問題。

科學家們研究發現昆蟲可以啃食塑料袋的現象，在這個過程中昆蟲體內分泌出的脂肪酸。寧波銀銳的研究團隊利用這些文獻，想到那何不將這種分泌的酶反過來放入塑料中，產生與生物相同的過程，稱為‘逆向仿生’技術。這種技術是基于昆蟲嚙食高效降解塑料的機制，用生物同化技術，讓微生物在塑料表面制造一種生物膜結構進行細胞繁殖。

但由于微生物的活性要求使之很難做成產品，研究團隊創新發明一種組合成分，稱之為‘妙元素’，成份中并不含微生物，而是一種吸引微生物的物質，以多糖、脂肪酸和氨基酸為主，促進自然界微生物產生酶以降解塑料。由此稱為‘生物降解通用促進劑’。

在厭氧條件下如垃圾填埋場、堆肥或海洋環境，這種促進劑通過多種微生物在塑料表面材料開始水解過程，將之分解成為各種單體，如單糖、氨基酸、脂肪酸和糖，可吸引600多種不同類型的微生物來消耗聚合物。在這一由高分子轉化為低分子的過程中，帶來大量的中間產物和能量，酸化產生有機酸和甲烷，殘留物為生物能量、二氧化碳和腐化物（圖）。

當一次性塑料產品被廢棄后，在有適合的微生物接觸的情況下促進劑首先形成生物膜，這樣有助于擴大分子的結構，為微生物制造更大空間，隨后在聚合物鏈上發出吸引其他微生物的化學信號來進食塑料，進而提升生物降解速率。

圖：生物促進劑轉化塑料的生物降解過程

這種促進劑發生反應的條件是只有將普通塑料產品放置在厭氧條件下具有活躍的微生物環境中方才降解，由微生物產生的降解過程不會在貨架或日常有氧的生活環境中發生。

銀銳工廠生產出這種生物促進劑，使用方式是在傳統塑料制作加工過程中添加0.5%—1%這種材料即可。這種生物促進劑本身不含有任何有害物質，不改變產品原有的耐用性，也不改變傳統塑料制品加工設備和流程。只是在后期處置階段，才開始對塑料生物降解。

研究團隊在經過1800多次檢測數據后，可達到生物降解塑料檢測國際標準如ASTM D5511，5526或者BMP（生物甲烷潛力）測試。PP吸管在海洋環境中302天可以降解12%，LDPE塑料袋在無氧填埋下856天降解率達到96.86%。生物基材料由于生物屬性，在添加這種材料后更易降解。

通過添加這種促進劑的塑料袋無需專門降解條件設施，產品的成本由于僅需要添加0.5—1%的比例，幾乎不增加塑料袋的成本，塑料袋的成本只增加了一分錢，在性能上與傳統塑料相近，不影響塑料產品的正常使用，甚至在某些方面更具優勢。

這種技術由于采用生物酶進行降解，由此不會產生微塑料。生物過程后的殘余物甲烷還可以回收利用。

四、技術推廣

這種技術在歐美等國家使用較多，在國內仍處于起步階段。這種技術除了可以應用于一次性塑料中，還可以在很難降解的環境條件下，特別是海洋環境很難回收再生的條件具有很好的減少塑料的作用，以及如農膜、紡織廢棄無法回收再生的廢舊鞋最終填埋的場景。

作為一種新的技術解決方案，作為一種新型的生物技術，也還需要指定更多的標準，由于測試結果需要做檢測，也會增加分析成本，這些也需要得到更多的認知和合作伙伴的加入。

蔣南青

青合循環經濟與碳中和研究院院長蔣南青博士，聯合國環境署前官員，青合循環經濟與碳中和研究院（ICNCE）創始人和執行院長。環境和可持續發展和女性領導力專家。專注于消費端的循環經濟和碳減排事業。她是APEC中國工商理事會女性領導力評委，英國商會ESG獎項評委，SEDEX可持續供應鏈中國獎評委，《經濟觀察》專欄作者，CGTN評論員，入選2023環境公益‘她’故事，2022界面ESG先鋒60探索人物獎。