不要浪费，要腐烂

对海伦·图古德来说，一开始是一罐薄荷;对布拉德·拉普拉(Brad LaPray)来说，是土豆皮;加迪·罗森伯格使用了实验室的主食柠檬酸和甘油，再加上一个硅胶松饼烤盘。

他们的策略从合成生物学到试管化学，但三个人有一个共同的目标——他们都在通过发明新的可生物降解塑料，走在对抗塑料污染的前沿。

化学家们一直在寻找一种材料，这种材料可以起到与传统塑料相同的作用，但在工作完成后会对环境造成无害的褪色。被塑料堵塞的动物和严重污染的河流和海滩的令人不安的图像所感动，他们产生了大量的新物质海藻纱线用牛奶、木材制成的羊毛衬里，以及将废水转化为生物聚合物的微生物。

其中许多产品仍在实验室中。有些，例如食用水袋由海藻制成，在市场上争夺利基市场。少数，如Mater-Bi包包和餐具，已经成为主流。但是，生物可降解塑料还能比它在塑料中所占的不到0.5%的比例更高吗塑料市场，每年产量超过3亿吨?生物可降解塑料能让清洁的树篱和健康的海龟胃的梦想成为现实吗?答案是复杂的、令人困惑的和有争议的。

美国加州大学圣巴巴拉分校的环境科学家罗兰·盖耶说:“这真的很有争议——我的意思是，这是一个马蜂窝。”盖耶是其中一个引用最多的塑料统计数据到目前为止，我们已经生产了超过80亿吨塑料，其中大部分仍在使用，被填埋或随意丢弃。

虽然塑料污染问题的解决方案在生产和处理链上上下都在争论，但使塑料可生物降解的想法似乎仍然处于阴影之中。对于公众来说，令人困惑的是，生物基塑料比生物降解塑料吸引更多的宣传，两者经常被混为一谈。生物基塑料通常与传统塑料相同，但由作物和生物原料制成，而不是化石燃料。可口可乐的PlantBottle例如，它由30%左右的植物基PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成。乐高正在转向植物来源1-2%的碎片。

但这些产品不会在沙滩上轻轻降解——它们就像化石燃料衍生的类似物一样不可降解。另一方面，生物降解塑料——主要由生物质制成，但也由化石燃料制成——受到的关注较少。尽管事实是科学家在十年前计算过这种可生物降解塑料可以替代多达31%的塑料。

难以消化

塑料具有极强的抗分解能力。它们的碳氢化合物链上很少或没有供细菌酶附着的官能团。此外，它们的半晶体结构和链间的交联为细菌提供了一个不可穿透的森林，这意味着即使是含有氧基团的塑料，如聚酯，也受到了保护。

相比之下，可生物降解塑料往往具有较小的链长，并且含有氧或氮基团。目前，生物降解塑料主要有三大类:聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸盐(PHAs)和热塑性淀粉(TPS)。聚乳酸生产成本低——通常通过生物质发酵产生乳酸——但降解缓慢。尽管它的抗冲击强度、阻隔性和热性能较差，但它占据了生物降解塑料市场的五分之一以上，用于医疗植入物、包装和许多其他应用。大约有150种多环芳烃，它们在水中和海水中降解得很好。它们的生产成本很高，但它们的潜力令人兴奋，它们的市场规模预计将从目前的微小贡献中增长。与此同时，一些天然聚合物——淀粉或多糖——可以与水或甘油等增塑剂混合制成热塑性淀粉，它们的混合物占了可生物降解市场的近一半。总的来说,生物可降解的是压倒性的用于袋子(68%)，包装紧随其后(21%)。

在最前沿，新型塑料正在出现，而在酶学家实验室工作的生物化学家图古德希望寄托在薄荷上奈杰尔Scrutton在英国曼彻斯特大学。她说:“一开始我们在窗台上放了几盆。”然而，现在微生物已经接管了生产。

与其他一些实验室一样，该小组正在推动合成生物学寻找有趣的聚合物。他们跟踪了柠檬烯转化为薄荷或绿薄荷的代谢过程。在此过程中，他们分离出了不同的单萜类化合物，并利用工程微生物将氧气插入到它们的碳环中以制造内酯。它们具有足够的反应性，可以用化学方法打开，形成生物聚合物。

由此产生的聚己内酯是热塑性弹性体，柔韧而坚固，在牙科和医学以及柔性电子领域具有潜在应用。图古德说:“我们正在有效地挖掘代谢途径。”“我们已经能够取出不同的化合物，并有可能制造出一系列没有人真正研究过的新聚合物。”

绝妙的主意

荷兰阿姆斯特丹大学催化和可持续化学专家加迪·罗森伯格(Gadi Rothenberg)打破了反应器容器和障碍，声称已经完成了一件不可能的事情，发明了一种廉价的、可生物降解的热固性聚合物(热固性聚合物中丰富的交联通常使生物降解不可能)。

2010年，他偶然和同事阿尔伯特·阿尔伯特(Albert Alberts)一起做了这件事，把柠檬酸和甘油混合在一起，制造出一种固体泡沫，这种泡沫无情地粘在玻璃反应堆容器上，冷却后破裂。这种化合物,现在被称为Plantics-GX据Rothernberg说，这种塑料可以取代聚氨酯和其他泡沫材料，这些廉价材料用于包装、建筑和隔离行业，但由于它们含有有害化合物，在处理时造成了巨大的环境负担。

当浸泡在水或潮湿的土壤中时，Plantics-GX泡沫会膨胀并水解回甘油和柠檬酸，这一过程可能需要几天或几年的时间，这取决于聚合的程度。在他的发现八年后，Rothenberg似乎在扩大化学规模和打入保守的塑料行业的困难中得到了磨练。他说，我现在看到我们面临的主要障碍是财务方面的，如果你想做大，就需要有财务担保，因为你还没有销售产品。“这仍然很难找到——化学领域的实际风险投资非常少……这是非常传统的。”

进入市场的一种方法不是充分利用Plantics-GX的生物可降解性，而是利用它的无毒承诺——取代消费者希望避免使用的材料，因为他们担心这些材料会释放潜在的危险气体。他说:“我们现在正在与那些希望产品中使用无毒材料的公司合作，比如，他们希望产品能保证不含甲醛。”

他的公司Plantics现在也在生产可生物降解的花盆，以取代聚乙烯和聚丙烯制成的花盆。他说:“你可以把它们和你的植物一起种在地里，几个月后它们就会消失。”

用天然纤维完全代替涤纶和聚酰胺是不可能的

与传统塑料的最高性能和种类相比，一些人很难想象生物可降解塑料能与之匹敌。澳大利亚昆士兰大学的化学工程师Leela Dilkes-Hoffman指出，传统塑料被广泛使用是有原因的。它们很轻，可塑，你可以随心所欲地使它们坚硬或灵活;你可以给它们上色，使它们透明或防水。生物可降解塑料需要具备所有这些特性。卡塔尔大学(Qatar University)的聚合物化学家阿德里安•卢伊特(Adriaan Luyt)补充说，你的外卖餐会融化一个聚己内酯盘子。没有生物可降解塑料具有碳酸饮料瓶所需的屏障性能

“到目前为止，坦率地说，用天然纤维完全取代涤纶和聚酰胺是不可能的，”该公司的企业社会责任经理希尔克·帕茨沃尔说Vaude是一家德国户外服装制造商。她说，Vaude以其绿色认证为荣，但登山夹克需要耐用、易洗、耐磨、透气、防水、可包装和防异味。显然，很难将一件夹克的耐寒性能与之后在相同条件下的劣化性能结合起来。

尽管如此，Vaude一直在进行试验。一些蓬松的羊毛内部，通常是拉丝聚酯纤维，现在是由lyocell制成的，lyocell是一种由奥地利公司生产的海洋生物降解木材产品兰精．帕茨沃尔解释说，目前尚未证实的观点是，羊毛蓬松的一面特别容易产生微纤维，这种纺织品中的微小颗粒最近被发现正在大量地逃逸到环境中．Vaude也在使用QMilk纤维，从牛奶蛋白中提取，用作毡和绝缘材料。帕茨沃尔说:“QMilk的问题在于，如果你试图将它编织到织物中，它就不会——它不够稳定。”尽管它的发明者正在研究中，她补充道。

可生物降解的混合

考虑到这些障碍，难道普通塑料不能被改造成可生物降解的吗?专家说，有一些关于微生物降解传统塑料的报道，但它们的活性很低。一些公司宣传添加剂，通常是金属盐，使塑料具有生物降解性。迪尔克斯-霍夫曼说，事实上，它们通常会导致塑料碎片，但不会生物降解，在环境中留下大量的微塑料。

另一种选择是将传统塑料与淀粉和其他可生物降解塑料混合。“有很多人声称，如果你将聚乙烯与天然纤维混合，就会产生一种可生物降解的聚合物，我认为这绝对不是真的，”鲁伊特说。“你可能会让微生物更容易接触到聚合物，但它们首先会攻击这种天然物质，可能会缩短聚合物的寿命。”

有一家公司声称已经创造出了可以避免这种命运的混合物BioLogiQ位于美国爱达荷州。创始人布拉德·拉雷想利用他家乡州土豆农场的废弃淀粉，并找到了一种加工方法，制成一种热塑性淀粉NuPlastiQ全科医生．他说，这种塑料不同寻常，因为一种专有工艺可以去除淀粉中的水分(用塑化剂代替)，并抑制其回流。树脂本身是经过认证的海洋生物降解。它可以与其他生物降解塑料混合，也可以改善传统塑料的性能。但该公司也证明了一些传统的nuplastiq混合物完全或接近完全的生物降解。例如，一个由Nuplastiq GP和80%聚丙烯混合制成的杯子，在一个模拟垃圾填埋场的厌氧消化器中需要大约8个月的时间才能分解95%。

Luyt和Dilkes-Hoffman都对这些说法持怀疑态度，因为他们之前遇到过很多将碎片化与真正的生物降解混为一谈的说法。但拉普拉指出，这种混合物已经通过了标准的第三方测试。他说，神奇的是，他们把大的亲水淀粉颗粒转化成小的无定形疏水颗粒，然后以一种独特的方式与它们的伙伴传统塑料结合。在一个有利的环境中，微生物可以找到落脚点，并在混合物的无定形区域中找到“容易打开的门”，并继续前进，直到它们消耗掉所有的碳。

令人惊讶的是，尽管Nuplastiq的认证取得了成功，拉普拉却对这些标准提出了许多批评——主要是因为塑料认证的条件通常不能反映塑料寿命结束的现实情况。

没有简单的答案

他的观点在意想不到的地方得到了呼应。马库斯·埃里克森(Marcus Eriksen)是一名科学家和资深海洋塑料活动家。他的组织,5环流，发表于2018年(非同行评审)测试结果他们将一系列尿布、狗屎袋、一次性餐具杯等沉入海洋，所有这些都声称具有不同的生物降解性。他们在花园的土壤中埋下了类似的藏品。两年后，一些项目消失了，但大多数没有。埃里克森的观点是，很少有产品会在寒冷、咸且大多是黑色的海洋或普通土壤中无害地腐烂。大多数产品都没有声称具有这种精确的生物降解性，但这不是他想要传达的信息:他想证明，当前这一代生物降解塑料并不能解决塑料泄漏到环境中的问题。

这就提出了一个问题，即人们希望生物降解塑料达到什么效果，以及如果它们进入主流，将如何管理它们。到目前为止，大多数生物降解塑料需要非常特定的条件才能降解;例如，工业堆肥机的高温。这些要求因聚合物而异，这意味着一系列复杂的报废要求，其中许多可能最终到达错误的目的地，污染废物流。

埃德•科西尔(Ed Kosior)是聚合物工程专家，也是英国Nextek的董事总经理，该公司专注于回收创新。他说:“人们说‘让我们制造很多可降解的包装吧’。”“所以随之而来的问题是‘它们会在哪里退化?我们是不是要把他们带到一个地方，让他们全部退化?还是让他们长眠于地下?(它)仍然意味着收集，我们仍然必须处理它们，使它们退化。最后我们什么也得不到，只有二氧化碳和水。这就是为什么回收是一个更好的选择。”

这激怒了一些人。托尼·布雷顿是意大利生化公司的市场专家Novamont他指出，当可生物降解塑料与土壤融合时，它们通常会携带食物垃圾(在农业地膜的情况下，大量的土壤本身)，否则这些垃圾将被送往垃圾填埋场。这使土壤肥沃，但通常没有记录。

目前没有一种生物可降解材料可以解决这一挑战

此外，生物可降解塑料已经在封闭系统中运行良好，布雷顿补充道。诺瓦蒙特(Novamont)的mat - bi快餐餐具被用于体育赛事和节日，并与食物垃圾一起被丢弃在特殊的垃圾箱里，一起被送去堆肥。

英国清洁产品公司Ecover长期创新全球主管汤姆•多门(Tom Domen)认为，循环经济有两个相互竞争的版本。有“技术”周期和“生物”周期——一个支持回收，另一个支持生物降解。他说，实际上，两者都有各自的角色。

迪尔克斯-霍夫曼对此表示同意，他认为海洋生物降解塑料在塑料泄漏风险高或因污染而不太可能回收的行业中可以发挥作用。这包括小塑料制品，如香包、快餐容器、尿布和卫生用品、咖啡荚和渔具。

事实证明，生物可降解塑料的想法很诱人，但它们也存在问题——不仅在性能上与传统塑料相匹配，而且在寻找优雅的报废解决方案，将它们吸收到循环经济中。这些垃圾必须像传统塑料垃圾一样仔细管理。

多门说，与此同时，生物循环的支持者正在等待完美的可生物降解塑料。他解释说:“我们正在寻找对自然无害的材料，这意味着无论这些材料最终出现在哪里，无论是森林、海洋还是后院，它都应该被当地的生态系统所消耗。”“目前没有一种生物可降解材料可以应对这一挑战。”

艾斯林·欧文，英国牛津郡科学作家