Aufrufe
vor 6 Monaten

Special Chinese Edition 2021

  • Text
  • Carbon
  • Renewable
  • Biodegradable
  • Biobased
  • Bioplastics
Best of 2020 in Chinese Language

基 础 知 识 海 洋

基 础 知 识 海 洋 塑 料 垃 圾 生 物 降 解 塑 料 能 拯 救 浮 游 生 物 吗 ? 污 染 和 气 候 变 化 是 我 们 面 临 的 众 多 环 境 问 题 中 的 两 个 。 它 们 大 多 是 分 开 考 虑 的 , 污 染 特 别 是 海 洋 污 染 , 是 一 种 我 们 可 以 用 眼 睛 看 到 并 产 生 情 感 的 污 染 。 然 而 , 对 大 多 数 人 来 说 , 往 往 是 我 们 看 不 到 的 污 染 对 我 们 的 潜 在 影 响 最 大 。 估 计 大 气 中 超 过 总 数 一 半 的 氧 气 是 由 海 洋 浮 游 植 物 所 生 产 [1], 海 洋 垃 圾 和 气 候 变 化 可 能 是 相 互 关 联 的 , 通 过 连 接 证 明 , 海 洋 中 的 塑 料 垃 圾 对 浮 游 植 物 产 生 重 大 影 响 。 各 种 大 小 的 塑 料 , 从 纳 米 到 宏 观 , 以 及 所 有 不 同 类 型 的 聚 合 物 都 可 以 在 世 界 各 地 的 海 洋 中 找 到 。 它 们 存 在 于 所 有 的 栖 息 地 , 从 近 岸 海 岸 带 , 到 深 海 海 沟 , 从 极 点 到 极 点 。 据 估 计 ,2010 年 有 480 万 至 1270 万 吨 塑 料 进 入 海 洋 , 到 2025 年 , 这 一 水 平 预 计 将 增 加 一 个 数 量 级 。 最 新 的 研 究 估 计 这 些 水 平 甚 至 会 更 高 。 海 洋 塑 料 垃 圾 塑 料 垃 圾 占 海 洋 垃 圾 [3] 总 量 的 84%, 约 80% 来 自 陆 地 活 动 , 其 余 20% 来 自 海 洋 活 动 。 从 陆 地 上 , 通 过 河 流 和 小 溪 进 入 海 洋 的 塑 料 制 品 中 , 食 品 包 装 占 了 绝 大 多 数 。 微 塑 料 是 从 污 水 处 理 厂 的 污 水 和 道 路 的 雨 水 径 流 中 引 入 的 , 其 形 式 是 由 于 合 成 衣 服 ( 洗 涤 期 间 ) 和 道 路 轮 胎 等 物 品 的 磨 损 而 产 生 的 分 解 产 品 。 塑 料 的 坚 固 和 轻 便 特 性 使 其 成 为 海 上 活 动 的 理 想 材 料 , 通 常 用 于 渔 具 ( 浮 标 、 线 、 网 ), 以 及 存 储 和 运 输 ( 盒 子 、 包 装 、 绝 缘 )。 因 此 , 航 运 、 野 生 渔 业 和 水 产 养 殖 通 过 意 外 或 故 意 沉 积 大 量 塑 料 。 通 过 一 般 性 磨 损 碎 裂 , 对 微 塑 料 和 纳 米 塑 料 的 海 洋 废 弃 物 作 出 了 重 大 排 放 。 例 如 , 拖 网 绳 用 于 保 护 拖 网 免 受 磨 损 , 在 网 和 坚 硬 的 衬 底 之 间 提 供 缓 冲 。 大 小 不 一 的 塑 料 对 环 境 构 成 了 一 系 列 威 胁 , 它 们 可 能 以 不 同 的 营 养 级 别 进 入 生 态 系 统 。 摄 食 的 影 响 范 围 从 造 成 身 体 内 部 损 伤 到 造 成 错 误 的 饱 腹 感 , 导 致 随 后 对 动 物 健 康 的 影 响 。 与 塑 料 有 关 的 固 有 或 降 解 产 生 的 化 学 物 质 , 包 括 微 塑 料 , 也 可 能 对 不 同 营 养 级 别 的 生 物 链 构 成 重 大 风 险 , 既 包 括 塑 料 的 直 接 消 耗 , 也 包 括 通 过 食 物 链 的 生 物 积 累 和 生 物 放 大 。 尽 管 在 世 界 各 地 人 类 食 用 的 海 洋 物 种 的 内 脏 和 组 织 ( 包 括 从 商 业 市 场 提 取 的 样 本 ) 中 都 发 现 了 微 塑 料 , 但 目 前 尚 不 清 楚 它 们 是 否 对 人 类 健 康 构 成 威 胁 。 除 了 潜 在 的 毒 理 学 影 响 外 , 塑 料 垃 圾 还 为 生 物 膜 的 形 成 提 供 了 一 种 新 的 基 质 , 这 种 生 物 膜 对 生 态 系 统 构 成 威 胁 , 其 作 用 是 将 入 侵 物 种 和 病 原 体 在 海 洋 中 转 移 , 其 转 移 距 离 比 以 前 可 能 的 [4] 更 远 。 大 自 然 的 弹 性 使 塑 料 如 此 多 才 多 艺 , 如 此 成 功 , 但 也 使 它 难 以 或 不 可 能 被 大 自 然 同 化 。 因 此 , 塑 料 不 仅 影 响 今 天 的 海 洋 , 而 且 还 会 影 响 未 来 几 十 年 。 虽 然 “ 垃 圾 ” 一 词 意 味 着 故 意 丢 弃 在 环 境 中 的 物 品 , 但 重 要 的 是 要 承 认 , 海 洋 塑 料 垃 圾 在 使 用 过 程 中 可 能 通 过 意 外 损 失 和 一 般 磨 损 而 无 意 地 进 入 环 境 。 虽 然 人 们 普 遍 认 为 塑 料 不 应 该 被 扔 进 海 洋 , 但 它 的 存 在 是 不 可 避 免 的 。 因 此 , 人 们 越 来 越 多 地 讨 论 生 物 可 降 解 和 可 堆 肥 塑 料 在 陆 地 和 海 洋 应 用 中 取 代 传 统 塑 料 , 以 减 少 未 来 的 海 洋 垃 圾 。 生 物 可 降 解 塑 料 是 解 决 方 案 吗 ? 尽 管 一 种 材 料 被 描 述 为 “ 可 生 物 降 解 ”, 但 这 并 不 意 味 着 它 在 所 有 接 受 环 境 中 都 能 降 解 。 一 些 只 能 在 工 业 堆 肥 条 件 下 生 物 降 解 , 另 一 些 在 工 业 堆 肥 和 土 壤 中 生 物 降 解 , 但 不 能 在 水 生 环 境 [5]。 有 一 系 列 不 同 的 标 准 测 试 可 测 量 在 不 同 条 件 下 的 生 物 降 解 , 包 括 ISO 18830 和 ISO 19679 标 准 , 主 要 测 定 非 漂 浮 塑 料 材 料 在 海 水 / 沉 积 物 界 面 的 好 氧 生 物 降 解 。 在 常 用 的 可 堆 肥 和 生 物 降 解 聚 合 物 中 , 聚 琥 珀 酸 丁 酯 (PBS)、 聚 乳 酸 (PLA)、 聚 己 二 酸 对 苯 二 甲 酸 丁 酯 (PBAT) 和 聚 琥 珀 酸 丁 酯 - 共 己 二 酸 丁 酯 (PBSA) 不 满 足 海 洋 环 境 中 生 物 降 解 性 的 要 求 。 一 些 材 料 —— 某 些 等 级 的 醋 酸 纤 维 素 和 聚 羟 基 丁 酸 酯 (PHB) 家 族 的 共 聚 体 —— 显 示 出 了 海 洋 生 物 降 解 性 。 目 前 , 对 于 陆 地 上 的 活 动 , 我 们 关 注 的 材 料 是 家 庭 或 工 业 可 堆 肥 的 , 可 能 是 土 壤 可 生 物 降 解 的 。 如 果 80% 的 海 洋 塑 料 垃 圾 来 自 陆 地 , 大 多 数 可 堆 肥 塑 料 不 能 在 海 洋 中 生 物 降 解 , 那 么 生 物 可 降 解 塑 料 垃 圾 仍 然 是 垃 圾 —— 可 能 导 致 了 与 传 统 塑 料 [6] 相 同 的 问 题 。 人 们 可 能 会 决 定 , 所 有 的 东 西 都 应 该 只 使 用 海 洋 生 物 可 降 解 材 料 。 这 里 有 两 个 主 要 问 题 : 1、 适 合 用 途 的 材 料 —— 物 品 的 功 能 和 使 用 寿 命 ; 2、 这 些 生 物 可 降 解 塑 料 分 解 时 的 影 响 。 首 先 , 海 洋 生 物 可 降 解 材 料 不 能 提 供 其 主 要 用 途 所 必 需 的 所 有 功 能 ( 如 包 装 或 海 洋 网 、 拖 曳 绳 等 )。 更 复 杂 的 问 题 是 , 当 这 些 海 洋 生 物 可 降 解 材 料 分 解 时 , 会 发 生 什 么 ? 它 们 仍 然 经 历 着 从 宏 观 到 微 观 再 到 纳 米 塑 料 的 转 变 , 它 们 只 是 在 这 个 过 程 中 发 生 了 生 物 降 解 。 相 当 多 的 研 究 关 注 了 纳 米 塑 料 对 海 洋 物 种 的 影 响 。 水 生 系 统 中 报 告 的 最 高 浓 度 为 ng/L( 纳 克 / 升 ) 浓 度 ; 所 有 已 发 表 的 研 究 都 应 谨 慎 解 释 , 因 为 他 们 使 用 的 纳 米 塑 料 [7] 的 浓 度 通 常 远 高 于 0.5 mg/L。 考 虑 到 这 一 点 , 最 近 的 一 项 研 究 表 明 , 尽 管 PHB 微 塑 料 是 海 洋 生 物 可 降 解 的 , 但 通 过 非 生 物 降 解 PHB 微 塑 料 产 生 的 二 次 PHB 纳 米 塑 料 对 被 测 生 物 [8] 有 害 。 这 表 明 , 海 洋 可 降 解 塑 料 在 短 期 内 仍 不 意 味 着 环 境 安 全 。 更 积 极 的 一 点 是 , 这 些 纳 米 塑 料 仍 然 容 易 受 到 生 物 ( 酶 ) 降 解 的 影 响 , 这 意 味 着 它 们 不 会 长 期 积 累 。 纳 米 和 微 塑 料 的 影 响 不 仅 限 于 动 物 , 研 究 也 越 来 越 多 地 确 认 了 对 主 要 生 产 者 的 影 响 , 包 括 植 物 、 藻 类 和 光 合 细 菌 。 越 来 越 多 的 研 究 证 实 了 它 们 对 处 于 食 物 链 最 底 层 的 浮 游 植 物 的 影 响 , 这 些 浮 游 植 物 有 能 力 利 用 太 阳 的 能 量 , 吸 收 二 氧 化 碳 , 同 时 为 地 球 提 供 50% 的 氧 气 。 生 物 可 降 解 并 不 是 完 全 的 解 决 方 案 海 洋 生 物 可 降 解 意 味 着 材 料 将 在 某 一 时 刻 发 生 生 物 降 解 —— 这 取 决 于 微 生 物 和 温 度 。 虽 然 海 洋 生 物 可 降 解 塑 料 可 能 在 短 期 内 对 海 洋 产 生 影 响 , 但 它 们 在 未 来 几 十 年 可 能 不 会 继 续 产 生 这 种 影 响 。 另 一 方 面 , 其 他 可 降 解 聚 合 物 将 对 海 洋 生 物 产 生 更 长 期 的 影 响 。 生 物 可 降 解 塑 料 并 不 能 完 全 解 决 海 洋 垃 圾 问 题 。 这 种 规 6 bioplastics MAGAZINE Vol. 16 | 中 文 版

新 闻 Futerro 模 的 挑 战 需 要 分 层 解 决 方 案 。 我 们 需 要 通 过 重 新 思 考 塑 料 及 其 使 用 方 式 来 阻 止 塑 料 进 入 水 生 系 统 —— 从 将 循 环 设 计 原 则 应 用 到 我 们 的 材 料 和 产 品 , 到 优 化 其 ( 化 学 ) 结 构 以 达 到 预 期 目 的 , 最 终 淘 汰 海 洋 垃 圾 。 www.scionresearch.com 参 考 文 献 1. McQuatters-Gollop, A., Reid, P. C., Edwards, M., Burkill, P. H., Castellani, C., Batten, S., ... & Johnson, R. (2011). Is there a decline in marine phytoplankton?. Nature, 472(7342), E6-E7. 2. Jambeck, J. R., Geyer, R., Wilcox, C., Siegler, T. R., Perryman, M., Andrady, A. and Law, K. L. (2015). Plastic waste inputs from land into the ocean. Science 347(6223), 768–771. 3. European Commission (2018) https://www.europarl.europa.eu/ RegData/etudes/BRIE/2018/625115/EPRS_BRI(2018)625115_ EN.pdf 4. Avio, C. G., Gorbi, S. and Regoli, F. (2017) Plastics and microplastics in the oceans: From emerging pollutants to emerged threat. Marine Environmental Research. 128, 2-11. 5. nova-Institute (2020) http://bio-based.eu/ graphics/#biodegPoster 6. Agarwal, S. (2020). Biodegradable Polymers: Present Opportunities and Challenges in Providing a Microplastic-Free Environment. Macromolecular Chemistry and Physics, 221(6), 2000017. 7. Koelmans, A. A., Besseling E, and Won J. Shim. (2015) Nanoplastics in the aquatic environment. Critical review. Marine anthropogenic litter. Springer, Cham, 325-340. 8. González-Pleiter M., Tamayo-Belda M., Pulido-Reyes G, Amariei G, Leganés F., Rosal R. and Fernández-Piñas F. (2019) Secondary nanoplastics released from a biodegradable microplastic severely impact freshwater environments. Environ. Sci.: Nano, 6, 1382. 启 动 了 中 国 第 一 个 完 全 集 成 的 聚 乳 酸 工 厂 富 特 罗 是 比 利 时 银 河 集 团 (Belgian GALACTIC group) 的 子 公 司 , 已 开 始 与 现 有 的 合 作 伙 伴 丰 原 生 化 (BBCA Biochemical) 合 作 , 运 营 中 国 首 个 聚 乳 酸 综 合 生 产 工 厂 。 该 工 厂 位 于 安 徽 省 蚌 埠 市 , 年 产 能 为 3 万 吨 , 包 括 年 产 能 为 8 万 吨 的 乳 酸 产 能 , 该 乳 酸 产 能 还 为 银 河 集 团 旗 下 一 家 生 产 乳 酸 食 品 配 料 的 公 司 供 应 亚 洲 市 场 。 这 3 家 工 厂 是 由 一 个 比 利 时 - 中 国 混 合 团 队 在 创 纪 录 的 24 个 月 时 间 内 建 成 的 。 新 的 乳 酸 和 聚 乳 酸 工 厂 包 含 新 的 专 利 技 术 , 能 生 产 高 质 量 的 产 品 和 具 有 竞 争 力 的 成 本 。 富 特 罗 和 丰 原 已 经 计 划 将 乳 酸 产 量 提 高 到 18 万 吨 / 年 ( 这 将 使 其 成 为 世 界 上 最 大 的 乳 酸 生 产 单 位 之 一 ), 计 划 将 聚 乳 酸 产 量 提 高 到 10 万 吨 / 年 ( 这 将 是 亚 洲 产 能 领 先 的 单 位 )。 “ 这 第 一 个 工 厂 是 Futerro 前 进 的 重 要 一 步 。 今 天 , 我 们 看 到 聚 乳 酸 开 始 在 塑 料 世 界 中 找 到 自 己 的 位 置 , 不 仅 是 因 为 它 的 天 然 来 源 , 还 因 为 它 的 固 有 特 性 ,”Frédéric van Gansberghe 的 首 席 执 行 官 Futerro 说 :“ 我 们 相 信 , 经 过 30 年 的 发 展 , 聚 乳 酸 将 在 未 来 几 年 迎 来 强 劲 的 发 展 势 头 。” Futerro 提 供 了 通 过 发 酵 单 体 、 聚 乳 酸 和 LOOPLA 生 产 乳 酸 的 许 可 证 , 这 是 一 种 将 聚 乳 酸 转 化 为 乳 酸 的 循 环 过 程 。 聚 乳 酸 具 有 低 碳 足 迹 , 最 大 限 度 地 减 少 其 生 产 对 全 球 变 暖 的 影 响 . MT 图 1: 被 冲 到 海 滩 上 的 天 然 碎 片 中 编 织 的 合 成 绳 www.futerro.com 图 2: 生 物 可 降 解 塑 料 盆 随 时 间 的 降 解 bioplastics MAGAZINE Vol. 16 | 中 文 版 7

bioplastics MAGAZINE ePaper