中科院成功研發海水可降解塑料 望在海南應用推廣
2020-06-29 中國日報網6月13日，省科技廳與中國科學院理化技術研究所(以下簡稱中科院理化所)在海口籤署戰略合作協議，雙方將共建海南省降解塑料技術創新中心，研究降解塑料領域的新技術、新產品、新工藝等，推進海水可降解塑料技術在海南進行中試(即產品正式投產前的試驗)，儘早實現海水可降解塑料的產業化，為海南全面鋪開的「禁塑」工作注入科技力量。
海水可降解塑料，是此項合作的核心。什麼是海水可降解塑料？為什麼要研發它？帶著這些問題，海南日報記者採訪了中科院理化所研究員、工程塑料國家工程研究中心主任季君暉。
「海水可降解塑料，就是能在海水中降解的聚酯複合材料。」季君暉說，研發它是為了解決日益嚴峻的海洋塑料汙染問題，替代難以降解的通用塑料，保護海洋生態環境，「海南當前已開啟『禁塑』工作，加上海南是海洋大省，海水可降解塑料應用得越早越好，範圍越廣越好。」
紀錄片《塑料海洋》揭露塑料垃圾帶給海洋的災難。(資料圖片)
海洋塑料垃圾汙染超乎想像
當前，塑料汙染已成為地球上直逼氣候變化的另一重大威脅，因為它正在急劇汙染每一種自然系統，並危及越來越多的生物。
「從上世紀60年代開始，人們開始關注塑料汙染問題。由於人類對陸地上塑料汙染的感受更為深刻，所以科學家們最先想辦法解決陸地塑料汙染問題。」季君暉說，這才有了我們現在常用的生物降解塑料。
但事實上，海洋塑料垃圾汙染，以及它們對海洋生態環境的危害，早已遠遠超出了我們的想像。「當前地球每年產生的塑料超過3億噸，其中相當一部分使用後被直接丟入海洋，還有部分從陸地通過河道、風力最終進入海洋。」季君暉說，目前人類活動和洋流導致這些塑料垃圾集中分布於北太平洋、南太平洋、北大西洋、南大西洋及印度洋中部。
「近年來塑料的使用量越來越大了，據估算，如果現在的塑料消費方式沒有顯著變化的話，到2050年，全球海洋中塑料總重量將超過魚類的總重量。」季君暉說，這是一件非常可怕的事情，目前在美國夏威夷和加利福尼亞州之間有座「塑料島」，160萬平方公裡全是塑料，很多人戲謔地稱之為「世界第八大洲」。
「我們必須知道，幾乎所有類型的塑料都已經在海洋中找到。」季君暉說，它們在海水中受光、風化、渦流機械和生物群的不斷作用，最終形成直徑小於5毫米的「微塑料」，這些塑料微粒或漂浮在海水中、或沉入海底，幾十年甚至幾百年都不會分解，對整個海洋環境造成了嚴重的汙染。
在海洋中彌散性分布的塑料微粒使無數海鳥、魚和其他海洋生物受滅頂之災，並逐漸通過食物鏈將毒素帶到人類的餐桌。「中國科學家研究發現，平均每克食用鹽中含有一顆『微塑料』。這都是不可降解塑料進入海洋的後果，這不是危言聳聽，這是人類必須直面的海洋汙染問題。」季君暉說。
與治理處理陸地上的「白色汙染」不同，人們幾乎無法對細小的塑料微粒進行廣泛收集和處理。「海洋塑料汙染的治理日益緊迫，同時也困難重重。」季君暉說，要解決這一問題最根本有效的辦法，就是讓塑料進入海水後自行降解消失，因此開發和使用能在海洋環境中自行降解的塑料製品，替代難降解的塑料製品，迫在眉睫。
生物降解塑料在海水中無法降解
為了遏制「白色汙染」蔓延，國際社會不約而同展開「限塑」甚至「禁塑」工作，目前全球已有60多個國家和地區出臺了相關限制塑料使用的政策或法令。隨著科學研究的深入，聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚酯(PBAT)、聚己內酯(PCL)和聚羥基烷酸酯(PHAs)等生物降解材料(生物降解塑料)，已經大規模替代了不可降解的通用塑料，一定程度上緩解了陸地上的「白色汙染」。
海水可降解塑料製品，外觀與普通塑料無明顯差別。
那麼，海水可以降解生物降解塑料嗎？答案是不能。
生物降解塑料大都是含酯鍵的高分子材料，分子鏈相對脆弱，可以被自然界許多微生物分解、消化，最終形成二氧化碳和水。「與陸地土壤不同，海水中微生物量極少，而且海水溫度也比較低，生物降解塑料在海水中不能像在陸地上一樣降解，或者說很長時間內都無法被海水中降解。」季君暉說，因此科研人員需要開發能夠在海洋環境中降解的新型高分子材料。
當前國際上海水可降解材料的相關研究才剛剛起步。「雖然海水降解塑料已經得到全球專家的高度重視，但是國際上海水可降解塑料的研究還是鳳毛麟角，只有中國、日本、德國等國家的極少數跨國企業和科研機構開始著手研究。」季君暉說，2017年，工程塑料國家工程研究中心和中科院理化所組織近10名博士研究海水可降解塑料，走在全國前列。
從分子結構設計出發，歷經艱難攻關、經過反覆實驗，2018年季君暉團隊研製出了一種可在海水中降解的高分子材料，可以理解為海水可降解塑料製品的「前身」。
「這種新型材料，既有在海洋水體中的降解性，也能在土壤中降解，可在被廢棄到土壤或海洋中數十天到數百天內被分解成水和二氧化碳等物質。」季君暉說，雖然海水可降解塑料誕生了，但它仍處在實驗室層面，距離投產應用還有很長一段路要走。
在海水裡浸泡3個月的海水可降解塑料樣品(上)和良好保存的樣品(下)對比。
有望減少人類塑料汙染增量
一般來說，進入海洋的塑料大致分為兩類，一類是塑料垃圾，一類是在海洋中使用的塑料製品。「根據塑料製品的用途不同，我們要選擇不同性能的海水可降解高分子材料。」季君暉說。
舉個例子，漁網是常見的塑料製品，為了防治海洋塑料垃圾，未來的漁網需用海水可降解塑料製成，「漁網是用來打魚的，它不可以剛放進海裡沒多久就被降解了，否則打魚成本太高。」季君暉說，因此科研人員要考慮漁網在海水中的使用壽命，延長其被降解的時間，「需要較長時間降解」就是這一高分子材料的性能之一。
以此反推，如果廢棄的包裝盒、保鮮膜、纖維等塑料製品進入海洋，那它們就是塑料垃圾了，「那我們需要縮短其被降解的時間。」季君暉說，這些生產生活上的不同需求，也是科研人員在研發中需要考慮的因素。
從2018年開始，在中科院深海所、三沙航跡珊瑚礁保護研究所的協助下，季君暉團隊在渤海、東海和南海等不同海洋環境對海水可降解的高分子材料進行了降解測試和篩選，定型了不同應用背景的高分子材料品種，未來他們可以根據不同應用，設計出不同性能的材料。
「進行海試，是為了研究不同高分子材料在不同海洋環境中保持性能不顯著降低的時間(即以後產品可能的使用壽命)，降解消失速度如何，以此判斷塑料性能，以便開發應用。」季君暉說，目前海水可降解塑料海試工作取得了海水可降解塑料製備的初步成果，接下來就要解決工程技術問題，為產業化示範做準備。
「海水可降解塑料不僅可以在海水中降解，也可以在陸地土壤裡降解。」季君暉說，治理海洋汙染問題，是為人類的生存而戰，他們所作的一切努力，都是為了在人類塑料用量持續增加的前提下，盡全力減少塑料汙染的增量。
本版照片除資料圖外由受訪者提供
來源：海南日報
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