北京市市場(chǎng)監(jiān)督管理局日前針對(duì)“限塑令”再次發(fā)布相關(guān)禁令，規(guī)定自2021年7月1日起建成區(qū)范圍內(nèi)外賣禁止使用不可降解塑料袋，建成區(qū)、景區(qū)景點(diǎn)堂食禁止使用不可降解一次性塑料餐具。

自1907年塑料發(fā)明以來(lái)，它既給人們帶來(lái)了極大的方便，也給環(huán)境帶來(lái)了種種污染和危害——100多年前發(fā)明的塑料，至少要等300多年后才能被降解！解決這個(gè)矛盾最好的方式，就是尋找讓塑料完全降解的方法?？茖W(xué)家為此已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年的努力，那么，這種努力目前有了怎樣的最新進(jìn)展？我們約請(qǐng)知名科普作者張?zhí)锟眮?lái)和讀者做些介紹。

問(wèn)：目前降解塑料的方式主要都有哪些？

答：現(xiàn)在，降解塑料的方式主要有光、氧降解和生物降解。

光降解和氧降解塑料一般是在傳統(tǒng)石化塑料中混入添加劑，使塑料在光照或較高溫度下加速碎裂。現(xiàn)在的光降解和氧降解塑料無(wú)法在可控時(shí)間內(nèi)完全生物降解，仍會(huì)殘留一些塑料在環(huán)境中。

而生物降解是指在特定環(huán)境中，以微生物來(lái)降解塑料，完全轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。但是，生物降解包含了一個(gè)前提，即生產(chǎn)塑料的材料是生物質(zhì)而非石化原料生產(chǎn)的塑料。如果生物降解既可以降解石化材料制成的塑料產(chǎn)品，也可以降解生物材料制成的塑料產(chǎn)品，那就最理想了。

一般而言，由生物質(zhì)制造的塑料易于降解，但如果以生物質(zhì)來(lái)生產(chǎn)可降解塑料，則制造成本比化石塑料高2倍以上。現(xiàn)在，全球約有2/3的生物可降解塑料是依賴糧食作物作為原材料，顯然這也并非可持續(xù)之道。

當(dāng)然，生物可降解塑料的原材料也可以用植物，但是生物可降解塑料在制造中會(huì)使用各種輔助制劑、添加劑和塑化劑。一項(xiàng)針對(duì)歐洲市場(chǎng)的生物質(zhì)塑料產(chǎn)品的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分產(chǎn)品含有多種化學(xué)品，其中還有數(shù)量不少的有毒化學(xué)物質(zhì)。

據(jù)報(bào)道，83%的生物可降解塑料其實(shí)是“可堆肥塑料”，其高效降解需要溫度高達(dá)50℃和55%的濕度，但一般的環(huán)境難以達(dá)到這種條件。

問(wèn)：據(jù)說(shuō)，在研發(fā)可降解塑料的科學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)了一些能“吃”塑料的細(xì)菌，能否給我們舉一些例子？

答：近日，《自然》雜志報(bào)道了加利福尼亞大學(xué)伯克利分校徐婷團(tuán)隊(duì)發(fā)明的一種塑料降解新方法。他們將一種可以“吃掉”塑料的酶包裹在特定分子中，僅在幾周時(shí)間內(nèi)，就能讓塑料在稍高溫度和水的作用下完全分解，不僅如此，已分解的塑料還會(huì)成為土壤微生物的養(yǎng)料，真正成為“可堆肥塑料”。

現(xiàn)在人們使用得較多的一種塑料產(chǎn)品是由聚乳酸（PLA）制成，這種塑料袋也會(huì)進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)，并且壽命與永久塑料袋一樣長(zhǎng)。徐婷團(tuán)隊(duì)研究人員在聚乳酸塑料中嵌入BC-脂肪酶和蛋白酶K，并且添加了一種酶保護(hù)劑。結(jié)果表明，在家用自來(lái)水或標(biāo)準(zhǔn)土壤堆肥中，這樣制成的塑料僅用3天時(shí)間就能完全分解，并在幾天或幾周內(nèi)消除微塑料。

其實(shí)，對(duì)聚乳酸塑料的降解研究從1981年甚至更早就開(kāi)始了，當(dāng)時(shí)也考慮了用酶來(lái)降解，但是采用酶的方式一直解決不了成本昂貴的問(wèn)題?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的工業(yè)用酶，價(jià)格一般是10美元1000克。除了成本問(wèn)題，這種降解方式真正發(fā)揮作用，還需要方法簡(jiǎn)便易行并獲得普及，因此，這種酶降解塑料的方式可能要較長(zhǎng)時(shí)間才能真正實(shí)際使用。

還有一個(gè)例子。2016年，日本京都工藝?yán)w維大學(xué)的小田康平和慶應(yīng)義塾大學(xué)的宮本賢治領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，一種微生物可以吞食對(duì)苯二甲酸酯塑料（PET），這是一種以石化產(chǎn)品為原料生產(chǎn)的塑料。

這種攝食PET的細(xì)菌稱為大阪堺菌。日本研究小組經(jīng)過(guò)仔細(xì)的微生物篩查后，發(fā)現(xiàn)一種細(xì)菌能夠在PET薄膜上大量生長(zhǎng)，因此這種細(xì)菌被命名為大阪堺菌。這種細(xì)菌在溫和的30℃條件下就能夠開(kāi)始“大嚼”P(pán)ET聚合物。據(jù)此，研究人員認(rèn)為，大阪堺菌可以用來(lái)降解PET塑料。

不過(guò)，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)菌喜歡非晶體的PET，而實(shí)際生產(chǎn)和使用的塑料產(chǎn)品是結(jié)晶態(tài)PET，因此，這種細(xì)菌降解PET的效果并不理想。而且，在自然環(huán)境條件下大阪堺菌降解塑料的時(shí)間也較緩慢，完全降解一塊小小的塑料薄膜就需要6周的時(shí)間。要讓這種細(xì)菌達(dá)到實(shí)用的階段，還需要進(jìn)一步優(yōu)化，才能真正用于清理世界上的PET塑料垃圾。不過(guò)，日本研究人員稱，可以改造大阪堺菌所利用的酶，使之具備更快的反應(yīng)速率和更好的實(shí)用性。

對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所的吳邊團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究，對(duì)大阪堺菌降解PET塑料所需的酶進(jìn)行優(yōu)化，獲得了穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)的重設(shè)計(jì)酶，使得大阪堺菌對(duì)PET薄膜的降解效率提升了300倍。這一研究成果發(fā)表于2021年1月的《美國(guó)化學(xué)會(huì)催化》雜志。

再舉一個(gè)例子。2019年，印度希夫納達(dá)爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)從大諾伊達(dá)地區(qū)的濕地中發(fā)現(xiàn)了兩種“可食用塑料”的細(xì)菌，分別是菌株DR11和菌株DR14，它們具有分解聚苯乙烯的潛力。

聚苯乙烯具有高分子量和長(zhǎng)鏈的聚合物結(jié)構(gòu)，而且有良好的抗降解性能。但是，研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這兩種分離的細(xì)菌接觸到聚苯乙烯塑料時(shí)，會(huì)將其作為碳源，并用以制造生物膜。這個(gè)過(guò)程改變了聚苯乙烯的物理性質(zhì)，啟動(dòng)了一個(gè)自然降解的過(guò)程，然后，細(xì)菌能夠通過(guò)釋放水解酶來(lái)破壞聚合物鏈。

事實(shí)上，聚苯乙烯很難降解，在生物降解之前，需要進(jìn)行某種形式的預(yù)處理，如化學(xué)、熱、光氧化等?，F(xiàn)在，發(fā)現(xiàn)DR11和DR14菌株不僅能夠在未經(jīng)處理的聚苯乙烯上形成生物膜，而且還能夠降解未經(jīng)改性的塑料，意味著這兩種細(xì)菌未來(lái)可以擔(dān)當(dāng)起降解塑料的重任。但是，研究團(tuán)隊(duì)也表示，要進(jìn)一步評(píng)估這些菌株的代謝過(guò)程，以便在環(huán)境生物修復(fù)中加以利用。

中國(guó)科學(xué)家也有新的研究進(jìn)展。2021年4月25日，中科院海洋所孫超岷團(tuán)隊(duì)發(fā)表的一篇論文顯示，一些海洋微生物能夠有效降解聚乙烯（PE）和對(duì)苯二甲酸酯（PET）塑料。研究團(tuán)隊(duì)從2016年開(kāi)始從青島近海采集了上千份塑料垃圾，經(jīng)過(guò)大量篩選發(fā)現(xiàn)一個(gè)塑料垃圾上附著的一個(gè)菌群在PET和PE表面具有很明顯的定殖和降解能力。

研究人員推測(cè)，這些細(xì)菌是通過(guò)降解塑料獲得額外的能量。通過(guò)對(duì)菌群組成種類和豐度進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)有5類細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)種群，結(jié)合培養(yǎng)技術(shù)成功獲得上述5類細(xì)菌的純培養(yǎng)菌株，其中3株具有明顯降解塑料的能力。將這3株細(xì)菌按照一定比例進(jìn)行復(fù)配，成功獲得了一個(gè)能穩(wěn)定共存并能顯著降解PET和PE塑料的菌群，該菌群尤其喜好降解PE塑料，兩周時(shí)間可以將PE降解為碎片。

PE塑料目前在國(guó)際上極為缺乏對(duì)其有效降解的微生物和酶類，因此，中國(guó)研究人員的成果意味著，未來(lái)可以用海洋細(xì)菌降解極難降解的PE塑料。

問(wèn)：在研發(fā)能自行降解的塑料方面，有什么新的進(jìn)展？

答：降解塑料的更高一級(jí)戰(zhàn)略是研發(fā)和生產(chǎn)能自行降解的塑料，在這方面，中國(guó)研究人員也有了一些進(jìn)展。

中國(guó)華南理工大學(xué)、中國(guó)廣東聚益新材有限公司和智利一家公司合作研發(fā)的以聚乙烯醇為主要原料的水溶性購(gòu)物袋將投產(chǎn)進(jìn)入市場(chǎng)，中國(guó)負(fù)責(zé)生產(chǎn)原料、提供技術(shù)支持，智利公司負(fù)責(zé)產(chǎn)品的市場(chǎng)和銷售。將來(lái)，購(gòu)物袋原材料將繼續(xù)以廣東清遠(yuǎn)為主要生產(chǎn)基地，購(gòu)物袋則在智利或其他地方制作，向全世界銷售。

這種水溶性購(gòu)物袋具有較高的承重力和冷水可溶性，適合在無(wú)水的環(huán)境下使用，使用后遇水即可“消失”，不產(chǎn)生污染。一個(gè)聚乙烯醇水溶袋，降解只需5分鐘。這顯然是塑料袋降解的一個(gè)突破，而且全球包括中國(guó)在內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)大學(xué)和企業(yè)在研發(fā)這一技術(shù)，至于推向市場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，可能還需要一段時(shí)間。

另外，市場(chǎng)上有一些生物可降解塑料，但實(shí)際上要完全降解還差強(qiáng)人意，因此塑料降解的研究和應(yīng)用將會(huì)是人類一個(gè)持續(xù)而重大的挑戰(zhàn)。

問(wèn)：最后，能否簡(jiǎn)單介紹一下目前市場(chǎng)上都有哪些生物可降解塑料？

答：現(xiàn)在市場(chǎng)上有五類被稱為綠色塑料的生物可降解塑料。

一是聚乳酸（PLA）塑料，是一種新型的生物降解材料，采用可再生的植物資源，如玉米所提取的淀粉原料制成。

二是聚3-羥基烷酸酯（PHA），是由微生物通過(guò)各種碳源發(fā)酵而合成的不同結(jié)構(gòu)的脂肪族共聚聚酯。

三是聚己內(nèi)酯，是一種低熔點(diǎn)聚合物，其熔點(diǎn)僅62℃。

四是聚酯類，既可以通過(guò)石化產(chǎn)品產(chǎn)生，也可通過(guò)淀粉、纖維素、葡萄糖等可再生農(nóng)作物產(chǎn)物經(jīng)生物發(fā)酵途徑產(chǎn)生。

五是聚乙烯醇（PVA），又稱水溶性PVA薄膜，可完全降解為二氧化碳和水。