漫畫(huà)問(wèn)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(wú)機(jī)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(huì)很慢；同時(shí)，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(duì)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(jìn)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(guó)際上和中國(guó)都出臺(tái)了一系列的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)。 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(lái)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(duì)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)?；a(chǎn)會(huì)導(dǎo)致糧食危機(jī)嗎？ 目前，生物降解塑料的全球產(chǎn)能約為100萬(wàn)噸，年增長(zhǎng)率約20%~30%，當(dāng)前還是石化基來(lái)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(wàn)噸/年，表觀消費(fèi)量約為16萬(wàn)噸/年。 即使按照?qǐng)?bào)道中的聚乳酸產(chǎn)能建設(shè)在近幾年都實(shí)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(guò)百萬(wàn)噸級(jí)左右，這對(duì)糧食還不會(huì)造成根本的影響。近5年乃至更長(zhǎng)時(shí)間，發(fā)展生物降解塑料對(duì)糧食危機(jī)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(jìn)固體廢物中可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過(guò)程。可堆肥，是指在堆肥過(guò)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(shuō)明材料在堆肥化體系中（如標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如低重金屬含量、無(wú)生物毒性、無(wú)明顯可區(qū)分的殘留物。 生物塑料相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 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(jī)土壤調(diào)節(jié)劑。 堆肥的原料可以是城鄉(xiāng)的有機(jī)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(duì)固體和半固體有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行好氧中溫或高溫降解，產(chǎn)生穩(wěn)定腐殖質(zhì)的過(guò)程。一般周期為180天，但隨著好氧堆肥技術(shù)變化，最短時(shí)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(jìn)行好氧堆肥，用于生產(chǎn)供自家使用的堆肥過(guò)程。家庭堆肥的時(shí)間較工業(yè)堆肥時(shí)間長(zhǎng)，但一般最長(zhǎng)不超過(guò)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(duì)就會(huì)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(guò)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(shí)驗(yàn)室和野外降解實(shí)驗(yàn)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(gè)月埋土情況下可以完全降解，且對(duì)植物不會(huì)造成影響；像PLA材料降解相對(duì)較慢，時(shí)間較長(zhǎng)，但其和PBAT等材料共混后，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，也能在半年左右內(nèi)被完全降解。 下圖是在門(mén)頭溝利用自然土壤對(duì)PBAT、PBAT/PLA、PLA薄膜埋土實(shí)驗(yàn)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(shí)間多長(zhǎng)？ 降解時(shí)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(méi)有賦予微生物生長(zhǎng)或生命活動(dòng)的一些適宜條件，對(duì)生物降解塑料甚至是天然高分子如紙、秸稈、木頭等來(lái)說(shuō)，其降解也是會(huì)比較緩慢的！ 我們?cè)诮纪饬值鼗蛏缴蠒r(shí)能看到一些沙土上的樹(shù)枝、木頭或紙，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有被環(huán)境降解的現(xiàn)象，也是這個(gè)道理。 像PBAT材料制作的生物降解地膜，從近5年中國(guó)的示范應(yīng)用來(lái)看，快的時(shí)候4~5個(gè)月就能完全降解；在實(shí)際鋪膜應(yīng)用，即使作物收割當(dāng)時(shí)沒(méi)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(shí)是塑料中的一個(gè)特殊品種，其回收再利用和傳統(tǒng)塑料是沒(méi)有多大的區(qū)別，可以進(jìn)行物理回收再利用，即熔融再生和再加工利用。 只不過(guò)因?yàn)樗邆淞松锝到獾奶匦?，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(jìn)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(jìn)行堿或酸或醇降解，因此，還可以進(jìn)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(bào)道中認(rèn)為生物降解塑料相比傳統(tǒng)塑料來(lái)在焚燒時(shí)會(huì)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(méi)有氯元素等，焚燒時(shí)是不會(huì)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(jī)碳含量更低，在焚燒時(shí)候更容易充分燃燒。焚燒處理時(shí)，生物降解塑料比傳統(tǒng)塑料不會(huì)產(chǎn)生更多廢氣。 建立降解塑料標(biāo)準(zhǔn)體系的重要性 自生物降解塑料出現(xiàn)，對(duì)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(méi)有科學(xué)的測(cè)定方法和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)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(lái)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(wú)機(jī)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(yàn)、殘留碎片等符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 因此，生物降解檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)市場(chǎng)快速形成，推動(dòng)行業(yè)迅速成長(zhǎng)，更有利于產(chǎn)品走向國(guó)際市場(chǎng)。 生物降解塑料趨勢(shì)如何？ 目前，全球生物降解塑料產(chǎn)能已達(dá)1000kt左右，并以每年超過(guò)20%的速度增長(zhǎng)；中國(guó)生物降解塑料作為“十三五”期間塑料行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，得到快速發(fā)展：國(guó)內(nèi)產(chǎn)能已達(dá)500kt左右，其中PLA 產(chǎn)能已達(dá)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(jì)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(dá)標(biāo)、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)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(guó)進(jìn)一步加強(qiáng)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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