鑽石舞台

美國倫斯勒理工學院化學教授Richard Gross：合成塑料使現代生活的許多方面更便宜、更安全、更方便。但是，我們未能弄清楚在使用它們後如何擺脫它們。

與其他形式的垃圾（如食品和紙張）不同，大多數合成塑料不易被活微生物或通過化學過程降解。因此，日益嚴重的塑料垃圾危機威脅着我們星球的健康。它體現在大太平洋垃圾帶——一個巨大的浮動塑料垃圾區，面積是法國的三倍，在加利福尼亞和夏威夷之間延伸。科學家估計，如果目前的趨勢繼續下去，到2050年，海洋中的塑料質量將等於魚類的質量。用石油製造塑料也會增加大氣中的二氧化碳含量，從而導致氣候變化。

我的大部分工作都致力於尋找製造和分解塑料的可持續方法。我的實驗室和其他實驗室在這兩個方面都取得了進展。但這些新的替代品必須與已經建立基礎設施和優化工藝的合成塑料競爭。如果沒有政府的支持性政策，創新的塑料替代品將難以跨越所謂的「死亡之谷」，從實驗室進入市場。

從木材和絲綢到尼龍和有機玻璃

所有塑料都由聚合物組成——包含許多小單元或單體的大分子，連接在一起形成長鏈，就像珠子串一樣。珠子的化學結構和將它們連接在一起的鍵決定了聚合物的性質。一些聚合物形成堅硬而堅韌的材料，如玻璃和環氧樹脂。其他的，如橡膠，可以彎曲和拉伸。

幾個世紀以來，人類一直用天然來源的聚合物製造產品，如絲綢、棉花、木材和羊毛。這些天然塑料在使用後很容易被微生物降解。

從石油中提取的合成聚合物是從 1930 年代開始開發的，當時迫切需要新的材料創新來支持二戰中的盟軍。例如，1935年發明的尼龍取代了降落傘和其他齒輪中的絲綢。聚（甲基丙烯酸甲酯），稱為Plexiglas，取代了飛機窗戶上的玻璃。當時，很少考慮是否或如何重複使用這些材料。

現代合成塑料可分為兩大類：熱塑性塑料，加熱時軟化，冷卻後再次硬化，以及熱固性塑料，一旦成型就永遠不會軟化。一些最常見的大容量合成聚合物包括聚乙烯，用於製造薄膜包裝和塑料袋；聚丙烯，用於形成可重複使用的容器和包裝；以及聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），用於衣服、地毯和透明塑料飲料瓶。

回收挑戰

如今，美國只有大約10%的廢棄塑料被回收利用。加工商需要無污染或純塑料的輸入流，但廢塑料通常含有雜質，例如殘留的食物。一批廢棄的塑料產品還可能包括多種樹脂類型，並且通常在顏色、形狀、透明度、重量、密度或尺寸上不一致。這使得回收設施很難按類型對其進行分類。

熔化和重整混合塑料廢物會產生性能不如原始材料的回收材料。出於這個原因，許多人將塑料回收稱為「降級回收」。

正如大多數消費者所知，許多塑料製品都印有代碼，指示它們是由三個箭頭組成的三角形內的樹脂類型，編號為 1 到 7。這些規範由塑料工業協會於 1980 年代制定，旨在說明是否以及如何回收這些產品。

然而，這些標誌具有高度誤導性，因為它們表明所有這些商品都可以無限次回收。事實上，根據環境保護署的數據，2015年的回收率從PET（SPI代碼1）的31%到高密度聚乙烯（SPI代碼2）的10%不等，其他群體最多只有幾個百分點。

在我看來，一次性塑料最終應該被要求是可生物降解的。為了實現這一目標，家庭應該有生物垃圾箱來收集食物、紙張和可生物降解的聚合物廢物進行堆肥。德國有這樣的系統，舊金山對家庭和企業的有機廢物進行堆肥。

設計更環保的聚合物

由於現代塑料具有多種類型和用途，因此需要多種策略來取代它們或使其更具可持續性。一個目標是用生物基碳源而不是油製造聚合物。最容易實施的選擇是將植物細胞壁（木質纖維素）中的碳轉化為單體。

例如，我的實驗室開發了一種酵母催化劑，該催化劑採用植物衍生的油並將其轉化為具有類似於聚乙烯特性的聚酯。但與石油基塑料不同，它可以被堆肥系統中的微生物完全降解。

還必須開發新的具有成本效益的路線，將塑料分解成可重複使用的高價值化學品。這可能意味着使用生物和化學催化劑。一個有趣的例子是來自粉蟲的腸道細菌，它可以消化聚苯乙烯，將其轉化為二氧化碳。

其他科學家正在開發高性能的三聚體——一種熱固性塑料，其中交聯鏈的鍵可以形成和斷裂，具體取決於溫度或pH等內置條件。這些三聚體可用於製造堅硬的模塑產品，這些產品可以在其使用壽命結束時轉化為可流動的材料，從而可以將其改造成新產品。

經過多年的研究、開發和營銷，優化合成塑料。新型綠色聚合物，如聚乳酸，剛剛開始進入市場，主要用於堆肥袋、食品容器、杯子和一次性餐具。製造商在降低成本和提高性能時需要支持。將學術和工業努力聯繫起來也至關重要，這樣新發現才能更快地商業化。

今天，歐盟和加拿大為生物基和可持續塑料的發現和開發提供了比美國更多的政府支持。如果美國想在可持續聚合物革命中競爭，這種情況必須改變。

1.區域群

上海、廣東、海南、京津冀生物降解材料和製品群

2.產品群

PLA、PHA生物降解塑料交流群

澱粉基材料交流群、生物基產業交流群

納米纖維素交流群、生物基呋喃新材料、HMF產業交流群

（掃碼進群）