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（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，應該從其環(huán)境條件出發(fā)，結合材料本身結構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×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、化學改性的產物； 第二類為微生物發(fā)酵和化學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合成的方法將石化產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)?；a會導致糧食危機嗎？ 目前，生物降解塑料的全球產能約為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能建設在近幾年都實現(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化成為穩(wěn)定的腐殖質的生物化學過程。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。堆肥必須符合相關的質量標準。質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。 生物塑料相關行業(yè)標準 圖源：PN中文網 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節(jié)劑。 堆肥的原料可以是城鄉(xiāng)的有機固體廢棄物，如農業(yè)作物秸稈、農村養(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進行好氧中溫或高溫降解，產生穩(wěn)定腐殖質的過程。一般周期為180天，但隨著好氧堆肥技術變化，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 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結構、制品的配方等以及降解環(huán)境條件有關系。 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。 從生物降解地膜應用及其實驗室和野外降解實驗結果看，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，從實驗結果看，也能在半年左右內被完全降解。 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構與配方有關，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年中國的示范應用來看，快的時候4~5個月就能完全降解；在實際鋪膜應用，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），在地膜中應用中可以不再進行回收等。 另外，生物降解塑料的化學結構主要是以酯鍵為主的化學結構，易進行堿或酸或醇降解，因此，還可以進行化學回收。 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，其聚合物結構上也沒有氯元素等，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構，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)展之初沒有科學的測定方法和標準對產品進行約束和界定。 如“生物降解塑料”、“生物基材料”、“可堆肥材料”三者的概念及關系就經常被人們混淆！ 生物基材料指的是由來自生物質的原料制備的塑料。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：國內產能已達500kt左右，其中PLA 產能已達50kt/年，PBAT產能已超200kt/年，并且還有大批生產線正在建設或計劃建設中，PHA、PCL、PPC等材料產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、可降解為導向，研發(fā)推廣性能達標、綠色環(huán)保、經濟適用的塑料制品及替代產品，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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