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塑料制品的危害已经人尽皆知，相比于减少塑料垃圾，更多人的不愿放弃塑料制品带来的便利，于是许多人将目光转向了可降解塑料。可降解塑料听起来很环保，既然可以降解，那为什么不用呢？于是很多人开始无负担地大量使用可降解塑料制品。但是现存的可降解塑料究竟是否真的可以在短时间内完全降解成低害（无害）物质呢？以及，可降解塑料制品的生产过程中，会对环境造成多大的影响？按照目前的科技水平，现有“可降解塑料”对以上的两个问题并不能给出足够优秀的答案。1. 什么是可降解塑料1.1 可降解塑料的四个维度——降解方式，降解时间，降解环境，降解产物如果将“可降解”理解为一个绝对的概念，那各类塑料基本上都可以通过某些方式在一段或长或短的时间内，在某些环境下最终降解。所以，未经严格定义的“可降解”概念无法说明塑料降解需要的时间、方式、环境，以及其降解过程中会产生多少有毒有害物质。若要使这个讨论有意义，就应该将“可降解”理解为一个相对的概念——可以在多长的时间内通过何种方式，在何种环境，降解为什么物质（有毒与否）？常见的“可降解塑料”定义往往会考虑“塑料是否会在自然环境中，通过光，生物等方式无害/低害降解”。那目前比较权威的“可降解塑料”是如何定义的呢？1.2 即将发布的可降解塑料国家标准1.2.1可降解塑料最新《降解塑料的定义、分类、标志和降解性能要求》讨论稿GB/T 20197-202X中对可降解塑料如下定义：在自然界各种条件下，能最终完全降解变成二氧化碳（CO2）或/和甲烷、水（H2O）及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的一类塑料。自然界的各种条件在本标准中被分为六类：土壤、堆肥（包括传统堆肥与可庭院堆肥）、海洋环境、淡水环境、污泥厌氧、高固态厌氧。对于降解的相关技术要求为：降解塑料的有机物成分（挥发性固体含量）应不小于51%；重金属含量满足标准中的具体规定；相对生物分解率应≥90%，且材料中组分≥1%的有机成分的生物分解率应≥60%，材料中组分中＜1%的有机成分可用自我声明成分方式而可以不提供生物降解检验报告。可以总结为：可降解塑料的绝大部分成分都可以在相对应的自然环境中被几乎完全降解为自然界常见的物质。1.2.2 可生物降解塑料（降解方式）可降解塑料的降解方式有很多，国家标准目前首要关注于可生物降解塑料。可生物降解塑料：在自然界如土壤和/或沙土等条件下，和/或特定条件如堆肥化条件下或厌氧消化条件下或水性培养液中，由自然界存在的微生物作用引起降解，并最终完全降解变成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的塑料。1.2.3 各种自然环境中的可降解塑料（降解时间，降解环境，降解产物）在任何环境下麻将技巧，可降解塑料都必须满足以上对于“降解”的要求。除此之外，不同环境下有以下的不同要求。降解环境测试环境标准发布年份降解时间（生物分解时间）降解产物（崩解率）降解产物（毒性）降解产物（高度关注物）土壤环境2008180天无植物出苗率和生物质比≥90%；蚯蚓存活率和重量≥90%自我声明及相关证据堆肥环境（工业化）2011/2013/200545-180天≥90%植物出苗率和生物质比≥90%无堆肥环境（庭院）2011/2013/2005365天≥90%植物出苗率和生物质比≥90%无海洋环境2016/2019730天无毒性试验通过率≥90%自我声明及相关证据淡水环境2003/201560-180天无无无污泥厌氧202060天无无无高固态厌氧201715天无无无相比2006年提出的现行办法，最新的讨论稿移除了热氧降解塑料和光降解塑料的相关内容，强化规范了对可降解塑料和可生物降解塑料的定义（性能要求，检验方法），并且根据实际情况中，塑料会流入不同降解环境的现状，细化了对于“降解”环境的分类，避免了“可降解”一词中对于“何种方式（环境）”的模糊定义。1.2.4 新标准的不足从环保的角度看，该标准依旧有很大的提升空间，能在越短时间内在自然环境分解成无毒无害物质的塑料会是更好的可降解塑料。而目前的标准有以下一些不足1. 对于各类测试环境的标准相对落后老旧，亟待更新。2. 对于降解时间，特别是海洋环境中的降解时间要求还比较宽松。3. 对于降解产物的毒性和高度关注物还缺乏严格要求和足够的关注。4. 对于有关降解塑料的术语和标识方面，相关标准依旧欠缺。5. 对于何种产品需要用什么标准的可降解塑料缺乏讨论。1.3 现行国家标准但目前对商用塑料制品的相关规定中，还未对可降解塑料以“何种方式（环境）”降解提出具体要求，只要求通过“分解率测试”和“毒性测试”。所以，正在全面展开的，对一次性不可降解塑料制品的相关规定还停留在较为初步的阶段。所谓的“可降解塑料”可能只能在特定的理想环境下降解，而如果未经过完善的回收处理，则会造成与传统塑料一样的危害。例如，用于制造海洋渔具的塑料在理想（比如传统堆肥）条件下可以在标准规定时间内完成降解，但是流入低温，缺少微生物的海洋环境中，远无法达到可降解的标准。根据《商务领域一次性塑料制品使用、回收报告办法（试行）》（中华人民共和国商务部公告 2020年第61号）本办法所称环保替代产品包括纸袋、可循环使用的布袋、提篮和可降解塑料制品等。其中，可降解塑料制品是指以可降解塑料为原料制成，并符合相关国家标准的购物袋、包装膜、餐盒、餐具等。可降解塑料购物袋、可降解一次性餐饮具应分别符合GB/T38082和GB/T18006.3国家标准要求。其中两个国家标准文件中如此定义：GB/T18006.3-2020（一次性可降解餐饮具通用技术要求）；GB/T38082-2019（生物降解塑料购物袋）这两个标准文件中对可降解的定义与最新标准相差不大，但是对于可降解性的测试环境要求比较模糊。两个标准文件分别提供了一些可选用的测试条件，但是没有按照塑料制品的使用场景而做出降解测试的环境条件分类。所以新的讨论稿中也指出，旧版标准中的“降解”是一个广义的概念，商家往往会用这个笼统的词混淆概念，未将测试标准与塑料制品的使用场景相匹配。如此会让消费者误以为所购买的塑料制品对环境“无害”，造成塑料制品的加速消耗。并且也会造成回收端的分类处理困难。1.4 现行国际标准当然，国家标准只是我国的现行标准，它综合考虑了国情等因素。相比之下，国际上对于可降解塑料的降解条件有着相似的要求。以下皆是大致标准：参考美国的标准（ASTM美国材料实验协会）：在厌氧情况下，大于70%的成分需要在30天内被生物降解；有氧情况下，大于90%的成分需要在180天内降解。[1]参考欧盟的标准：在厌氧情况下，大于90%的成分需要在180天内降解。[2]参考英国的标准：两年内降解为不含微塑料或者纳米塑料的状态。[3]2 可降解塑料是否能解决塑料问题国家标准定义的“可降解塑料”目前还并不是一个解决塑料垃圾问题的好办法。虽然可生物降解塑料带来的环境影响小于不可降解的塑料，但是它依旧会导致很多环境问题，所以只能将它看做一个缓解塑料问题的代替品，而不是一个塑料问题的解决方法。虽然我们可以抱有对科技发展的期待，但是按照目前的科技水平，只有减少消耗才能最大程度的减少塑料制品对环境的影响。要完整的比较可生物降解塑料和传统塑料的优劣，我们不妨将塑料的生命周期拆解分析。2.1 常见的可降解塑料目前讨论较为广泛的是可生物降解塑料，它们有的是用可再生的生物资源，例如农作物，微生物等制作的，有的是用化石资源制作的。最常见的两种已经商业化的可生物降解塑料是PHA（聚羟基脂肪酸酯）和PLA（聚乳酸），它们分别由微生物（由农作物喂养）和玉米作为主要原材料。2.2 可降解塑料的生产1. 由于现在主要的可生物降解塑料原料来源是农作物（玉米，甘蔗等），而不是化石燃料，所以从原材料的角度看，可生物降解塑料相比传统塑料大约可以节省超过一半的化石燃料。如果全球的传统塑料被替换为可生物降解塑料，大约每天能节约349万桶化石燃料，约占全球4%的化石燃料消耗[4]。2. 可生物降解塑料生产过程中消耗的能量小于特性接近的传统塑料。可生物降解塑料的生产过程中一般每千克需要2500-4500万焦耳的能量，其中最常见的PLA需要4470万焦耳的能量。而传统塑料每千克需要消耗7300-8600万焦耳的能量[5][6]，远高于可生物降解的塑料。如果将全球的不可降解塑料替换成可生物降解塑料，按照2019年的全球塑料产量[7]估算，每年能节省1-2.2×1019焦耳的能量。占2019年全球能耗5.8×1020焦耳[8]的1.7-3.8%。3. 就生产成本而论，可生物降解塑料的价格目前略高于传统塑料（1-2倍之间），但是根据行业的发展速度预估，其价格会在不久的将来持续下降[9]。4. 生产1千克可生物降解的PLA塑料需要大约2.65千克的玉米[10]，生产1千克可生物降解的PHA塑料需要大约3.7千克的玉米[11]。按照2019年的数据，如果将所有传统塑料替换成PLA，每年需要消耗大约9.75亿吨的玉米[12]；如果将所有传统塑料替换成PHA，每年需要消耗大约13.6亿吨的玉米。与此同时，2018/2019年的全球玉米产量是10.9亿吨[13]，与替换塑料的成本接近。并且，随着更多的玉米，或者耕地被用于种植可生物降解塑料的原料，玉米等作物的价格自然会有所上升，从而继续威胁缺粮少食地区的食物保障。由此可见，可生物降解塑料对全球食物供应是一大威胁，在技术得到突破性提升之前，难以全面替代传统塑料。5. 在可生物降解塑料的原材料种植过程中，会使用大量化肥和杀虫剂[14]，其中的有毒物质会渗入水体之中[15]，危害饮用水安全，野生动物安全，以及土壤安全等等[16]。2.3 可降解塑料的回收1. 因为可生物降解塑料的产量太小，目前还缺乏系统的，大规模的回收处理手段。举一个简单的例子，在上海提出垃圾分类时，很多人苦恼于扔垃圾的时候需要把厨余湿垃圾抖出垃圾袋，很容易弄脏手。所以可生物降解湿垃圾袋火了起来，人们希望能把可生物降解垃圾袋和湿垃圾一起扔进湿垃圾桶。但是垃圾处理部门很快发声，指出虽然“可降解垃圾袋”会大部分降解，但是其依旧有不可降解，甚至是有毒有害的成分，会影响湿垃圾的处理。并且，这样的垃圾袋降解速度远慢于厨余垃圾，无法同步处理，只能被当做干垃圾焚烧处理。可生物降解塑料虽然可以被生物降解，但是并不意味着他们最终会打破回收处理的重重困难，被低害化地降解。2. 当可生物降解塑料因为没有得到有效回收，而进入垃圾填埋场后，它们在无氧环境下会分解出大量温室气体——甲烷。3. 当可生物降解塑料因为没有得到有效回收，而进入海洋环境后，因为海洋温度较低，缺乏足够的微生物和氧气，生物降解的效率会大大降低。而因为无法及时降解，这些可降解塑料依旧有很大的概率在未完成降解前对海洋生物造成危害[17]。2.4 整体碳排放对比1. 主要因为原材料的不同，可生物降解塑料在整个生命周期中释放的二氧化碳小于传统塑料。因为可生物降解塑料的原材料主要是植物，它们降解中产生的二氧化碳约等同于植物生长过程中会吸收二氧化碳，所以可生物降解塑料的二氧化碳排放主要来源于生产和运输过程中的机械排放。每千克传统塑料在它的完整生命周期中，大约会释放2.5-3.4千克的二氧化碳，而可生物降解塑料会释放1.14-2.6千克的二氧化碳，其中最常见的PLA每千克大约释放1.8千克二氧化碳[18][19]。如果全面用可生物降解塑料替换传统塑料，根据种类不同，全球每年大约会少释放0-8.3亿吨二氧化碳（考虑整个产品生命周期）。这个数量级相比全球每年约360亿吨[20]的碳排放量，占比约2.3%。2.5 潜在威胁当可降解塑料的环境影响（石油消耗，碳排放，能源消耗，农业污染等等）依旧存在，那可降解塑料依旧会造成环境问题。如果我们此时由于误以为可降解塑料是低害甚至无害的，而大量增加“可降解”塑料制品的使用量，那造成的总体环境影响（单位塑料制品的影响×塑料制品总量）或许会反而大于曾经传统塑料的时代。更不提现在可降解塑料的定义依旧模糊，当打着“可降解塑料”名头，但却“只有在理想环境中需要很长时间才能降解”的塑料混入市场，那其所造成的环境危害只增不减。2.6 总结：总结来看，如果使用可生物降解塑料替换传统塑料，可以节约全球4%的化石燃料，减少全球2.3%的碳排放，节约全球2%的能量消耗。即使我们只用可生物降解塑料替换所有一次性塑料（约占全球塑料生产总量的一半[21]），那也能达到以上一半的成果。但与此同时，将一次性塑料制品替换为可降解塑料会消耗全球一半以上的玉米产量，并且造成由甲烷，农药，化肥，不能及时降解等原因带来的风险。所以需要强调的是，“可降解”并不能说明这款塑料制品可以被简单的无害处理，它依旧会引发一系列的能量消耗，碳排放，食物短缺等等问题。按照目前的科技水平，“可降解塑料”是一种减缓垃圾问题的办法，它还并不是一个解决问题的办法，并不能因“可降解”一词而肆无忌惮地使用可降解塑料制品。如果我们根本彻底放弃使用一次性制品，那根本就不会造成以上那些燃料，能量，碳排放等等等等的污染和消耗。所以，在现有科技条件下，相比于使用可降解/可堆肥塑料替换传统塑料，减少一次性塑料制品的使用才是更优方案。 [1] ASTM D5511-18, ASTM D5526-18 [2] EN 13432:2000 [3] "New British standard for biodegradable plastic introduced". The Guardian. 1 October 2020. Retrieved 1 October 2020. [4] British Plastics Federation, Oil Consumption. http://www.bpf.co.uk/Oil_Consumption.aspx [5] Vink, Erwin T. H., Rabago, Karl R., Glassner, David A., Gruber, Patrick R., Applications of life cycle assessment to NatureWorks polylactide (PLA) production. Polymer Degradation and Stability 80, (403-419), 2003. [6] Narayan, Ramani and Patel, Martin, Review and Analysis of Bio-based Product LCA’s. [7] https://www.statista.com/statistics/282732/global-production-of-plastics-since-1950/ [8] https://www.theworldcounts.com/challenges/climate-change/energy/global-energy-consumption/story [9] Brian Momani. Assessment of the Impacts of Bioplastics: Energy Usage, Fossil Fuel Usage, Pollution, Health Effects, Effects on the Food Supply, and Economic Effects Compared to Petroleum Based Plastics. Worcester Polytechnic Institute, 2009. [10] Ghosh, Sudhipto. "European Parliament Committee Vote for 100% Biodegradable Plastic Bags". Modern Plastics and Polymers. Network 18, 19 Mar. 2014. Web. [11] Jiang, G., Hill, D. J., Kowalczuk, M., Johnston, B., Adamus, G., Irorere, V., & Radecka, I. (2016). Carbon Sources for Polyhydroxyalkanoates and an Integrated Biorefinery. International journal of molecular sciences, 17(7), 1157. [12] https://www.statista.com/statistics/282732/global-production-of-plastics-since-1950/ [13] https://www.statista.com/topics/986/corn/ [14] 7 Washington Post, One Word: Bioplastics. But Are They Better? By Eviana Hartman. http://www.washingtonpost.com/wpdyn/content/article/2008/07/17/AR2008071702295.html [15] EPA, Pesticides and Food: Health Problems Pesticides May Pose. http://www.epa.gov/opp00001/food/risks.html. [16] Minnesota Department of Health, Heavy Metals in Fertilizers. http://www.health.state.mn.us/divs/eh/risk/studies/metals.html. [17] Industry, Asia Pacific Food. "Biodegradable Plastics: Environmental Impacts And Waste Management Strategies". Asia Pacific Food Industry. Retrieved 2019-08-06. [18] Vink, Erwin T. H., Rabago, Karl R., Glassner, David A., Gruber, Patrick R., Applications of life cycle assessment to NatureWorks polylactide (PLA) production. Polymer Degradation and Stability 80, (403-419), 2003. [19] Narayan, Ramani and Patel, Martin, Review and Analysis of Bio-based Product LCA’s. [20] https://ourworldindata.org/co2-emissions [21] Konigin Astridlaan. Plastics-the Facts 2019 [R]. Wemmel: PlasticsEurope, 2019.
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