漫畫問答：一文搞懂生物降解塑料，就是這么全面！
2021-10-13
什么是生物降解材料？
生物降解塑料，是指在自然界如土壤和/或沙土等條件下，和/或特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質(zhì)（如微生物死體等）。 要注意的是，每一種生物降解材料，其降解都需要一定環(huán)境條件，如果在不具備降解條件尤其是微生物生活條件下，其降解會很慢；同時，也并不是每一種生物降解材料在任何環(huán)境條件下都能夠快速降解。因此，對待生物降解材料，應(yīng)該從其環(huán)境條件出發(fā)，結(jié)合材料本身結(jié)構(gòu)等進行分析判定其是否為生物降解材料。 如何判斷一種材料是否可以生物降解，國際上和中國都出臺了一系列的檢測方法標準。 圖源：PN中文網(wǎng)×有解直播間 生物降解塑料都有哪些種類？ 根據(jù)原料來源，可將其分為生物基生物降解塑料及石化基生物降解塑料兩類。 生物基生物降解塑料主要有4類： 第一類為天然材料直接加工得到的塑料，目前主要有熱塑性淀粉、生物纖維素、多糖類和聚氨基酸以及其共混改性、化學(xué)改性的產(chǎn)物； 第二類為微生物發(fā)酵和化學(xué)合成共同參與得到的聚合物，如聚乳酸（PLA)等； 第三類為由微生物直接合成的聚合物，如聚羥基烷酸酯（PHA)等； 第四類為以上這些材料共混加工得到的，或這些材料和其他化學(xué)合成的生物降解塑料共混加工得到的生物降解塑料。 石化基生物降解塑料是指以化學(xué)合成的方法將石化產(chǎn)品單體聚合而得的塑料，如聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯（PBAT）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、二氧化碳共聚物（PPC）、聚乙醇酸（PGA)等。 生物降解塑料的規(guī)模化生產(chǎn)會導(dǎo)致糧食危機嗎？ 目前，生物降解塑料的全球產(chǎn)能約為100萬噸，年增長率約20%~30%，當前還是石化基來源的PBAT等生物降解塑料為主。 以玉米淀粉為原料制備的生物降解塑料主要是聚乳酸，目前聚乳酸全球產(chǎn)能約為28萬噸/年，表觀消費量約為16萬噸/年。 即使按照報道中的聚乳酸產(chǎn)能建設(shè)在近幾年都實現(xiàn)的話，利用玉米淀粉為原料制備的生物降解塑料也不過百萬噸級左右，這對糧食還不會造成根本的影響。近5年乃至更長時間，發(fā)展生物降解塑料對糧食危機的影響程度是很低的。 什么是可堆肥生物降解塑料？ 堆肥化是產(chǎn)生堆肥的一種需氧處理方法，是利用自然界廣泛存在的微生物，有控制地促進固體廢物中可降解有機物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過程。可堆肥，是指在堆肥過程中，材料被生物分解的能力。 一種材料如宣稱有堆肥能力，必須說明材料在堆肥化體系中（如標準試驗方法所示）可生物分解和崩解，并且在堆肥最終使用中是完全可生物分解的。堆肥必須符合相關(guān)的質(zhì)量標準。質(zhì)量標準如低重金屬含量、無生物毒性、無明顯可區(qū)分的殘留物。 生物塑料相關(guān)行業(yè)標準 圖源：PN中文網(wǎng) 工業(yè)化堆肥和家庭堆肥的區(qū)別？ 肥是混合物生物分解得到的有機土壤調(diào)節(jié)劑。 堆肥的原料可以是城鄉(xiāng)的有機固體廢棄物，如農(nóng)業(yè)作物秸稈、農(nóng)村養(yǎng)殖糞便、城市生活垃圾、廚余垃圾、食品工業(yè)廢渣等。 工業(yè)化堆肥是指在控制條件下，微生物對固體和半固體有機物質(zhì)進行好氧中溫或高溫降解，產(chǎn)生穩(wěn)定腐殖質(zhì)的過程。一般周期為180天，但隨著好氧堆肥技術(shù)變化，最短時間也有到30天甚至更短。 家庭堆肥是指主要利用家庭廚余或園林垃圾，進行好氧堆肥，用于生產(chǎn)供自家使用的堆肥過程。家庭堆肥的時間較工業(yè)堆肥時間長，但一般最長不超過一年。 圖源：PN中文網(wǎng) 生物降解塑料只能堆肥化處置？ 這是不一定的。生物降解塑料能夠在堆肥條件下生物降解，也能夠在其他條件如厭氧消化裝置生物降解，也能夠在自然環(huán)境如土壤、海水等條件下生物降解，但具體與塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、制品的配方等以及降解環(huán)境條件有關(guān)系。 像PHA、PBAT材料在海水、土壤、堆肥條件下都比較容易生物降解，而PLA在堆肥條件下比較容易生物降解，海水與土壤條件下降解周期或速度相對就會慢些。 生物降解塑料在土壤里是否能完全降解？ 相比可堆肥化過程中條件受控的情況，自然界的土壤里，溫度、水分、微生物等條件不可控。 從生物降解地膜應(yīng)用及其實驗室和野外降解實驗結(jié)果看，多數(shù)的生物降解塑料在野外土壤條件下是可以生物降解的，像PBAT、PHA、PCL、PBS等在正常氣候條件下5個月埋土情況下可以完全降解，且對植物不會造成影響；像PLA材料降解相對較慢，時間較長，但其和PBAT等材料共混后，從實驗結(jié)果看，也能在半年左右內(nèi)被完全降解。 下圖是在門頭溝利用自然土壤對PBAT、PBAT/PLA、PLA薄膜埋土實驗后的觀察結(jié)果。從照片可以看出，生物降解塑料在土壤濕度充足情況下，在北方春夏秋溫度合適情況下，是可以被自然降解的。 在自然條件下，生物降解塑料降解時間多長？ 降解時間和自然條件及其塑料的結(jié)構(gòu)與配方有關(guān)，不能一律概論。如果自然條件沒有賦予微生物生長或生命活動的一些適宜條件，對生物降解塑料甚至是天然高分子如紙、秸稈、木頭等來說，其降解也是會比較緩慢的！ 我們在郊外林地或山上時能看到一些沙土上的樹枝、木頭或紙，在很長時間內(nèi)沒有被環(huán)境降解的現(xiàn)象，也是這個道理。 像PBAT材料制作的生物降解地膜，從近5年中國的示范應(yīng)用來看，快的時候4~5個月就能完全降解；在實際鋪膜應(yīng)用，即使作物收割當時沒有完全降解，但在翻耕后都能完全降解。 像PHA、PBAT材料在海水、（25±3）℃條件下，約在30-60天就能完全降解。 生物降解塑料是否能夠回收？ 生物降解塑料其實是塑料中的一個特殊品種，其回收再利用和傳統(tǒng)塑料是沒有多大的區(qū)別，可以進行物理回收再利用，即熔融再生和再加工利用。 只不過因為它具備了生物降解的特性，所以比傳統(tǒng)塑料多了可以生物回收的途徑（如堆肥化處置），在地膜中應(yīng)用中可以不再進行回收等。 另外，生物降解塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要是以酯鍵為主的化學(xué)結(jié)構(gòu)，易進行堿或酸或醇降解，因此，還可以進行化學(xué)回收。 填埋或焚燒生物降解塑料與傳統(tǒng)塑料有什么區(qū)別？ 有些報道中認為生物降解塑料相比傳統(tǒng)塑料來在焚燒時會產(chǎn)生二惡英等次生危害。但生物降解塑料也是塑料的一種，其聚合物結(jié)構(gòu)上也沒有氯元素等，焚燒時是不會有二惡英廢氣的。 另外，生物降解塑料的聚酯結(jié)構(gòu)，決定了其相比傳統(tǒng)塑料如聚乙烯等，主鏈上有機碳含量更低，在焚燒時候更容易充分燃燒。焚燒處理時，生物降解塑料比傳統(tǒng)塑料不會產(chǎn)生更多廢氣。 建立降解塑料標準體系的重要性 自生物降解塑料出現(xiàn)，對于其性能的質(zhì)疑和概念的混淆就一直存在，主要是由于在其發(fā)展之初沒有科學(xué)的測定方法和標準對產(chǎn)品進行約束和界定。 如“生物降解塑料”、“生物基材料”、“可堆肥材料”三者的概念及關(guān)系就經(jīng)常被人們混淆！ 生物基材料指的是由來自生物質(zhì)的原料制備的塑料。但不是所有生物基材料都是可生物降解或可堆肥的。 生物降解塑料是指在自然界如土壤和(或)沙土等條件下，和(或)特定條件如堆肥化條件下或厭氧消化條件下或水性培養(yǎng)液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最終完全降解變成二氧化碳或(和)甲烷、水及其所含元素的礦化無機鹽以及新的生物質(zhì)的塑料。 而可堆肥材料還要求其最后形成的堆肥中重金屬含量、毒性試驗、殘留碎片等符合相關(guān)標準的規(guī)定。 因此，生物降解檢測方法與標準體系的建立就顯得尤為重要，它不僅有助于產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，促進市場快速形成，推動行業(yè)迅速成長，更有利于產(chǎn)品走向國際市場。 生物降解塑料趨勢如何？ 目前，全球生物降解塑料產(chǎn)能已達1000kt左右，并以每年超過20%的速度增長；中國生物降解塑料作為“十三五”期間塑料行業(yè)發(fā)展的重點，得到快速發(fā)展：國內(nèi)產(chǎn)能已達500kt左右，其中PLA 產(chǎn)能已達50kt/年，PBAT產(chǎn)能已超200kt/年，并且還有大批生產(chǎn)線正在建設(shè)或計劃建設(shè)中，PHA、PCL、PPC等材料產(chǎn)能和使用量也都在不斷增大，相信在“十四五”期間生物降解塑料還將得到更好的發(fā)展。 以可循環(huán)、易回收、可降解為導(dǎo)向，研發(fā)推廣性能達標、綠色環(huán)保、經(jīng)濟適用的塑料制品及替代產(chǎn)品，打造有利于規(guī)范回收和循環(huán)利用、減少塑料污染的新業(yè)態(tài)新模式，是中國進一步加強塑料污染治理的基本原則，更是生物降解塑料發(fā)展的方向。
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