劉安立

大量廢塑料進(jìn)入垃圾場

你或許以為，只要我們盡可能地把飲料瓶、塑料袋和酸奶杯等從其他垃圾中分揀出來，或者盡可能多地讓塑料垃圾進(jìn)入藍(lán)色的分類垃圾桶，就會(huì)讓塑料遠(yuǎn)離填埋場和海洋。但實(shí)際并非如此。今天大多數(shù)塑料都是無法回收的，它們最終還會(huì)被填埋或進(jìn)入海洋。

只有很少一部分塑料能被回收

塑料回收 難度很大

塑料回收利用聽上去很好，但做起來很難?，F(xiàn)在很多塑料都不可回收。食品包裝膜因是多層不同塑料的復(fù)合材料，若要回收，不同塑料很難分開：塑料購物袋因過于輕薄，在傳送帶上很容易與其他材料糾纏在一起;酸奶杯和其他物品中包含的聚丙烯塑料通常也不會(huì)被回收;回收一堆包含各種聚丙烯的“大雜燴”。會(huì)產(chǎn)生一種黑色、難聞的聚丙烯塑料，制造商不愿使用。

通常只有兩類塑料被回收。其一是裝飲料的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）;其二是裝牛奶和清洗劑的高密度聚乙烯（HDPE）。目前這兩類塑料加起來只占全球塑料垃圾總量的大約1/4。而且，當(dāng)這些塑料被回收時(shí)，它們的用處也不大了。因?yàn)榛厥誔ET塑料，需要重新熔化，這會(huì)改變PET塑料的性能。因此，必須添加全新的PET與回收的PET混合，才能制成結(jié)實(shí)的最終產(chǎn)品;而回收混合的雜色HDPE碎片所產(chǎn)生的一種暗色塑料，只能用于生產(chǎn)公園長椅和垃圾桶，因?yàn)橹挥羞@類東西才對(duì)顏色的要求不太高。

塑料回收的難度之大，正是世界上到處都有塑料垃圾的一大原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年美國回收塑料垃圾2700萬噸，但其中被再生利用的只有300萬噸。而在全球的總共630億噸塑料垃圾中，只有9%被回收利用，另外12%被焚燒，其余近80%都堆在垃圾場中或進(jìn)入水體。

通常只有以上兩類塑料能被回收

現(xiàn)在，就連在世界上最高的喜馬拉雅山山頂和最低的馬里亞納海溝底部部被發(fā)現(xiàn)有塑料垃圾的存在。難怪科學(xué)家疾呼：必須盡快減少塑料垃圾！有人提議，用生物可降解材料替代塑料。但這些替代材料往往不如普通塑料結(jié)實(shí)，而且價(jià)格昂貴。由于塑料垃圾不可能會(huì)很快降解、消失，因此目前看來不可能采用單一方法來解決塑料垃圾的難題。為此科學(xué)家正在努力搞清這些塑料垃圾的來龍去脈，研發(fā)各種塑料回收再生的方法?，F(xiàn)在，其中一些技術(shù)有可能較快被投入應(yīng)用，另一些則僅在實(shí)驗(yàn)室研究中曙光初露。

甘蔗渣制成的一次性杯子

系列溶劑 分揀塑料

塑料回收的最大難題之一，就是每一種塑料都必須被分門別類地進(jìn)行處理。有科學(xué)家形容道，大多數(shù)塑料之間就像水與油那樣不相混合。例如，清洗劑的瓶體為聚乙烯（PE），蓋子為聚丙烯（PP）。如果把這兩種塑料一起熔化，再做成瓶子，那么瓶子會(huì)非常易碎，完全沒法使用。

因此，塑料垃圾回收利用的第一步就是通過人工和機(jī)器對(duì)這些塑料垃圾進(jìn)行分類，然后進(jìn)行滴洗、碾碎、熔化和重塑。這樣處理一些簡單的塑料垃圾（如飲料瓶和牛奶罐）很有效，但無法處理像消毒劑罐（罐體、曲柄和蓋子分別采用不同品種的塑料生產(chǎn)）這樣的塑料制品。包含多層不同塑料的食品包裝膜（復(fù)合材料）最難處理，因?yàn)橄敕珠_這些不同的層太難。全球每年生產(chǎn)1億噸食品包裝膜，它們被棄后無法再利用，只能進(jìn)入垃圾填埋點(diǎn)和自然界。

為解決回收混合塑料的問題，一個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種應(yīng)對(duì)復(fù)雜的混合塑料的新技術(shù)。該技術(shù)采用一系列的溶劑，從45復(fù)合材料制品中分別單獨(dú)溶解一種塑料成分。其中的關(guān)鍵技術(shù)是，必須選擇合適的溶劑，每次只能溶解一種塑料。研究人員用該技術(shù)對(duì)一種由聚乙烯（PE）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）和乙烯-聚乙烯醇其聚物（EVOH）制作的阻氣膜（食品保鮮膜）進(jìn)行試驗(yàn)：首先，將這種復(fù)合薄膜放在甲苯溶劑中進(jìn)行攪拌，溶解掉PE層;然后，用一種叫作二甲基亞砜（DMSO）的溶劑溶解掉EVOH;再抽出剩余的PET薄膜。之后再從不同的溶液中回收其他兩種塑料。

這一技術(shù)幾乎可從復(fù)合膜中回收所有類型的塑料。對(duì)回收的PE、PET和EVOH的材料進(jìn)行測試后顯示，這種溶劑清洗法對(duì)每種材料的回收率超過了95%。這表明，這些溶劑可被用于剝離比包裝膜更大型的塑料部件。因此，至少從理論上說，通過該技術(shù)可分別回收像消毒劑罐和其他不同形狀、大小的復(fù)合塑料容器中的塑料。

該團(tuán)隊(duì)的下一步計(jì)劃是尋找能溶解更多塑料種類（例如聚苯乙烯和發(fā)泡聚苯乙烯）的溶劑。但要讓該技術(shù)有效分離所有復(fù)雜的混合塑料，還需要做大量的工作。

塑料容器上的數(shù)字代表什么？

許多塑料產(chǎn)品都在一個(gè)標(biāo)志回收的三角框內(nèi)標(biāo)注有一個(gè)數(shù)字，然而，只有標(biāo)注數(shù)字1（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）和數(shù)字2（高密度聚乙烯）的塑料產(chǎn)品才能被廣泛回收，其余塑料產(chǎn)品通常都透入垃圾場，不被回收。

PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）

包括裝水和軟飲料的塑料瓶、沙拉盒、餅干托、沙拉醬和花生替容器。

HDPE（高密度聚乙烯）

包括裝牛奶和果汁的塑料瓶、冷藏袋、裝洗發(fā)水和去垢劑的塑料瓶。

PVC（聚氯乙烯）

包括裝化妝品的塑料容器和商用保鮮膜。

LDPE（低密度聚乙烯）

包括擠壓成型的塑料瓶和塑料袋、保鮮膜及垃圾袋。

PP（聚丙烯）

包括微波爐用盤碟、裝冰激凌的塑料盒、裝奶酪的塑料容器和清洗劑瓶蓋。

PS（聚苯乙烯）

包括CD碟片盒、一次性塑料杯、塑料餐具和錄像帶盒子。

其他類型的塑料

包括水冷卻瓶、柔性薄膜和復(fù)合塑料包裝材料。

新型增容劑 提高結(jié)合力

或許還有一些化學(xué)方法可以讓多層膜和其他塑料混合物能被回收利用。一種被稱為“增容劑”的添加劑有助于不同塑料的混合，因此，未經(jīng)分類處理的塑料可被視為一體來處理。但沒有什么“萬能”增容劑能讓每一種塑料都能混合在一起?，F(xiàn)有的增容劑沒有被廣泛采用的原因是它們的效力不夠，而且添加大量增容劑來處理塑料，成本高昂。

目前聚乙烯和聚丙烯這兩種塑料加起來，占全球塑料總量的一半以上。一個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)為處理聚乙烯和聚丙烯開發(fā)了一種高效增容劑。這種新型增容劑夾雜有兩段聚丙烯和兩段聚乙烯，這種交替片段在塑料混合物中能抓取相同類型的塑料分子，從而把原本不能混合的聚乙烯和聚丙烯結(jié)合到一起。

由于新型增容劑中每個(gè)增容劑分子都有兩個(gè)（而不是一個(gè)）聚乙烯和兩個(gè)聚丙烯連接段，所以它的效力比之前那些增容劑的增容效果都更好。在首次測試中，該團(tuán)隊(duì)添加這種新型增容劑成功讓聚乙烯段和聚丙烯段接合。這兩種塑料原本很容易相互分離，但在它們之間添加這種新型增容劑后，不管怎樣扯它們都不會(huì)分離。在第二次測試中，該團(tuán)隊(duì)將新型增容劑混合到聚乙烯和聚丙烯的混合物中，只需1%的新型增容劑就造出了強(qiáng)度很高的混合塑料。通常其他增容劑的濃度必須達(dá)到10%，才能把聚乙烯和聚丙烯結(jié)合起來。

目前，這種新型增容劑的研發(fā)仍在繼續(xù)，距離實(shí)際應(yīng)用還有一段時(shí)間。

化學(xué)回收 嶄露頭角

就算所有的塑料垃圾部容易被回收，也不能解決世界性的塑料再生難題。因?yàn)槟壳八芰系幕厥展ぷ鞔嬖诘囊恍╇y題，嚴(yán)重限制了可回收塑料的可用性。

首先，再生塑料會(huì)承襲原始塑料所有的染料、阻燃劑和其他添加劑的外觀和品質(zhì)?；厥账芰蠈?shí)際上是一種非常復(fù)雜的混合物，很少有制造商能夠使用混合了各種特性的再生塑料來制造新產(chǎn)品;第二，再加工過程會(huì)讓塑料分子中的一些化學(xué)鍵斷裂，從而影響再生塑料的強(qiáng)度和黏度。將塑料垃圾回收后再熔融重新成型塑料制品，就好比在微波爐內(nèi)再加熱比薩餅，加熱后的比薩餅成分基本不變，但肯定不如新鮮比薩餅好吃。況且，塑料的回收利用次數(shù)是有限的，不能再回收利用的塑料，通常不得不被填埋處理。

要想解決這兩個(gè)問題?？赡艿靡蕾囉谝环N新的回收途徑——化學(xué)回收。

組成塑料的分子叫作聚合物，聚合物是由更小的單體組成的。采用加熱和添加化學(xué)試劑，有可能將聚合物分解成單體.再將這些單體與染料和其他添加劑分離，然后將純凈的單體重新聚合，成為性能良好的新塑料?；瘜W(xué)回收就是在分子水平上將塑料分解。這是一種可以無限次生產(chǎn)純新塑料的方法。

不同的塑料需要采用不同的化學(xué)回收方法，一些塑料比另一些容易被拆解。目前最有望采用化學(xué)回收的塑料是PET，因?yàn)镻ET最易被拆解。科學(xué)家正在嘗試用微生物產(chǎn)生的酶來分解PET。一種叫復(fù)合角質(zhì)酶的微生物能分解植物葉面的蠟質(zhì)覆層，而這種酶也能把PET分解成單聚物——乙二醇和對(duì)苯二甲酸。

這種復(fù)合角質(zhì)酶就像是—把分子剪刀。但因?yàn)檫@種酶是為了分解植物材料而非分解塑料而進(jìn)化出來的，所以對(duì)于拆解塑料來說它并不理想。為了讓它更好地拆解PET?？茖W(xué)家重新設(shè)計(jì)了復(fù)合角質(zhì)酶的活性部位，即沿著PET對(duì)接點(diǎn)位用另一些氨基酸替換原來的氨基酸。他們用經(jīng)過修改的復(fù)合角質(zhì)酶處理PET塑料瓶之類的彩色塑料片，對(duì)每克PET施加3毫克這種酶，結(jié)果顯示：在大約10小時(shí)內(nèi)90%的塑料片被分解。與之對(duì)比，用未經(jīng)修改的復(fù)合角質(zhì)酶處理，只有50%塑料片被分解?？茖W(xué)家運(yùn)用修改過的復(fù)合角質(zhì)酶處理對(duì)苯二甲酸單體，結(jié)果制造出了和原來塑料瓶一樣結(jié)實(shí)的再生塑料瓶。目前，對(duì)PET的化學(xué)回收已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。

其實(shí)，化學(xué)回收在過去三四年中已開始嶄露頭角，但大多數(shù)化學(xué)回收技術(shù)因?yàn)槌杀靖甙夯蚝哪芨叨鵁o法投入商用。

微生物和酶類為降解塑料帶來了希望

微生物來幫忙

由微生物自然產(chǎn)生的一種酶對(duì)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的分解率約為50%。這種酶的修改版本的分解率達(dá)到80%以上。若將對(duì)每克PET采用1毫克酶增加到3毫克，分解率更高——達(dá)到90%。

可控反應(yīng) 尚待未來

像聚乙烯和聚丙烯之類的其他塑料，很難通過化學(xué)回收進(jìn)行分解。例如，拆解聚乙烯分子所需要的溫度超過400℃。在如此高溫下，化學(xué)過程十分紊亂。塑料分子的分解不可控，會(huì)產(chǎn)生一些復(fù)雜化合物的混合物，這些混合物可作為燃料但不可用于生產(chǎn)新材料。

一些科學(xué)家最近提出，可在比較溫和的條件下，以更可控的方式來部分分解那些堅(jiān)固的塑料，從而生產(chǎn)其他類型的有用分子。他們找到了一種方法，能把聚乙烯轉(zhuǎn)變成烷基芳烴化合物，這類化合物可用作洗發(fā)水、清洗劑及其他產(chǎn)品中的生物可降解成分。在這一轉(zhuǎn)變過程中，聚乙烯被置入溫度設(shè)定在280℃的反應(yīng)器，在包含鉑納米顆粒的催化劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)。

聚乙烯是一種長鏈分子，其中氫原子連接到可長達(dá)上萬個(gè)碳原子的一根聚合分子主鏈上。鉑能很好地打斷碳—?dú)滏I。而在反應(yīng)器中產(chǎn)生氫，鉑催化劑則利用氫來打破分子主鏈上的碳—碳鍵，實(shí)際上就是把主鏈砍成小段。因?yàn)檫@一反應(yīng)的溫度只有280℃，所以反應(yīng)可控、有序，被砍成的分子短鏈每節(jié)只有大約30個(gè)碳原子長度。這些“碎片”接著組合為烷基芳烴化合物特有的那種六邊環(huán)結(jié)構(gòu)。

在反應(yīng)器中經(jīng)過24小時(shí)后，大多數(shù)產(chǎn)物都是液體，而大多數(shù)液體都是烷基芳烴類。在實(shí)驗(yàn)中，一只低密度聚乙烯塑料袋中大約69%的塑料被轉(zhuǎn)化為液體，一只高密度聚乙烯瓶蓋中大約55%的塑料被轉(zhuǎn)化成液體。反應(yīng)過程中產(chǎn)生的烴氣可被用來產(chǎn)生熱量，推動(dòng)塑料再生工廠中的化學(xué)反應(yīng)。

目前，這種可控反應(yīng)仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，和其他許多塑料再生思路一樣，距離商業(yè)化操作還很遠(yuǎn)?？茖W(xué)家指出，解決塑料回收難題需要多管齊下，多種技術(shù)并用。

將塑料廢物轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品

讓塑料不再一次性

今天生產(chǎn)的塑料因從來就沒有被設(shè)計(jì)成可以多次使用的，這就是讓塑料回收（尤其是讓回收塑料嶄新如初）非常困難的原因所在?？茖W(xué)家正在思考：下一代塑料該是什么樣的？怎樣設(shè)計(jì)出永遠(yuǎn)不會(huì)進(jìn)入垃圾場的塑料？怎樣設(shè)計(jì)一種聚合物，在有需要時(shí)立即分解它？

最近，有科學(xué)家正在設(shè)計(jì)一種名為PDK（聚二酮烯胺）的聚合物。PDK能夠在相對(duì)溫和的條件下讓化學(xué)鍵斷裂，斷裂反應(yīng)所需能量強(qiáng)度遠(yuǎn)低于目前分解任何塑料所需要的能量強(qiáng)度。只需把塑料浸入pH值為1或2的一種酸性溶液中，就足以斷開其單體之間的鍵。PDK單體可被用來無限次地制造新的塑料。

常用的塑料（例如PET和聚乙烯）都很便宜，因此讓這些塑料能真正回收利用在商家看來并無必要，畢竟生產(chǎn)這些新塑料便宜，而回收塑料反而貴。現(xiàn)在，真正意義上的回收塑料依然是科學(xué)家的一個(gè)夢想。但再過幾十年，破解全球塑料危機(jī)或許不會(huì)再是紙上談兵。