从发展到危机：解决塑料问题的新方法

文化 2024-05-08 12:41:01 桔子生活

随着人类对塑料制品的需求不断增长，塑料污染问题也日益严重。目前，全球每年约有8000万吨塑料垃圾进入海洋，对生态环境造成巨大破坏。为了解决这一问题，科学家们正在研究和探索新的方法和技术，以减少塑料污染并实现可持续发展。

人类制造塑料仅有约100年的历史，但自1950年代以来，我们已经生产了约83亿吨塑料，大约相当于14万艘辽宁号航母的重量。由于绝大多数塑料都无法降解，因此几乎所有一个世纪以来生产的塑料都残留在地球上的某个地方，比如鱼和海鸟的胃中、充满毒素的垃圾场中、南极和北极的冰中、甚至形成了塑料沉积岩。微型塑料渗透到我们看不到的地方，比如饮用水和我们呼吸的空气中，最终进入我们的身体，其对健康的影响尚不清楚。

塑料已经无处不在，它们比天然材料有许多优势：它们具有难以置信的强度而又轻巧，可以是柔性的或刚性的（或两者都有），防水的，并且制造和运输便宜。使塑料如此坚固和通用的秘密成分是碳氢化合物聚合物，碳和氢原子的长链串在一起，它们的排列赋予了它们宝贵的性能。在碳氢化合物中添加的其他元素（例如氧、氮和硫），可以创建出适合于不同要求的不同类型的塑料。

从万能药到大麻烦

最早的合成塑料是在1900年代初期从煤焦油中创建的。1945年美国的塑料年产量超过40万吨，1979年产量超过了工业时代的代表 - 钢。当能够使用更便宜、更容易获得的石油制造塑料后，塑料征服了整个世界。生活的方方面面都离不开塑料了。

最初的酚醛塑料制品

然而，很快人们开始注意到大量的塑料碎片被冲上海滩，并且越来越多的证据表明，从塑料产品中浸出的化学添加剂对人类和环境都有害。

尽管存在这些担忧，但人类并没有找到便宜、可持续的替代品。每年仍能够通过石油生产出2.6亿吨的塑料制品，这其中有1.7亿吨是一次性的。

塑料垃圾每年会导致100多万只海鸟与10万多只海洋哺乳动物死亡。

一次性塑料袋对生态环境造成的污染极其严重。它的分子结构非常稳定，自然界的光和热、细菌和酶难以将其化解，即使埋在土里数百年它也不会分化、降解。焚烧塑料袋也不是解决问题的办法。塑料燃烧后产生的氯化物及重金属离子会严重危害人类健康和生态环境。

大量弃置塑料袋的堆积，造成农田和河流的严重污染，破坏了我们所处的生态环境。

回收塑料

因此，我们对塑料进行回收和再利用。有些塑料不能回收，比如胶木，但是许多可以回收的也仍然没回收。事实上，塑料包装的回收率只有大约七分之一，远远低于纸张和钢铁。其他塑料制品的回收率就更可怜了。

也许你已经发现，有些塑料制品上有个小三角，里面有数字1到7。那是"塑料识别码"，这是塑料行业协会的举措，目的是帮助回收。但是这个体制远远不够。

可降解塑料

可降解塑料是一种通过阳光辐射或土壤中微生物使其能分解成为低分子物的塑料。阳光对聚合物材料的降解是通过紫外光和氧的综合效应，因此称为光氧化降解。以聚烯烃为例，光氧化经常引起聚合物的断链或交联，并伴随形成一些含氧的官能团，如酮、羧酸、过氧化物和醇。其降解主要来自于聚合物中催化剂残留物，以及加工过程中引入的过氧化物和羰基的引发作用。

可降解塑料

然而我国2019年可降解塑料年产量仅为13.8万吨。不足1%，单靠可降解塑料无法解决全部问题。

全面解决的新希望

尽管我们大多数人将细菌视为小虫子，要么是好的（生活在我们肠道中的细菌），要么是坏的（导致感染的细菌），但科学家却将它们视为可以改造的小型工厂。与从石油或植物中提炼聚合物相比，从细菌中构建更容易，更可持续。

像所有生命有机体一样，细菌需要摄取食物，从食物中提取能量和营养以及排泄废物才能生存。细菌生长非常容易控制，因此科学家们一直在研究它们的内部结构，现在我们可以通过遗传和代谢方式改变它们的饮食以及代谢产物。

工程微生物吸收二氧化碳，并将其用于生产可生物降解的聚合物。这些聚合物经过纯化，可用于生产各种可生物降解的产品，其环境足迹要比基于植物的生物塑料小得多。图片：哈佛大学怀斯学院

科学家找到了一种名为钩虫贪铜菌的细菌，它吸收氢气和二氧化碳，并产生的一种称为PHB的聚合物。PHB本身不是好的塑料聚合物，它非常脆，很难制造，但是科学家设法调节微生物新陈代谢的方法，从而可以生产类似的聚酯 – PHA。

可生物降解的PHA并不是一个新主意，但只是到目前为止，没有人能够便宜地制造它们，以和石油基聚酯竞争。微生物可以大大降低生产这些聚合物的价格，因为我们只需要给它们供气而不是昂贵的前体化合物，并且避免了其他经济和环境成本。

使用工程微生物生产粉末状的聚合物PHA，可将其加工成各种塑料产品。图片：哈佛大学怀斯学院

虽然PHA这样的聚酯只是多种聚合物中的一种，但科学家认为，通过正确的工程设计，可以生产出模仿其他类型聚合物的代谢产物。PHA的优点在于可以对其进行广泛的修饰，因此，如果我们扩大微生物可以生产的化合物的范围，即使它们的化学结构不同，我们也可以制造出具有与其他石油化学产品相同的特性的材料。

地球的未来，也许就在于数亿年前就已经存在的微小生物上。

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