如何减少塑料对环境的负担吗

有一个肥皂碟在美容产品店出售在圣保罗,巴西。一个白色圆盘光滑,圆润的形状像一条河石,它只是一个提供数以百万计的塑料肥皂菜在世界各地的商店。但是,尽管大多数塑料是由石油的一些塑料这道菜开始在加州甲烷生成的水处理设备。

10-metre-tall生物反应器内的设施,古老的细菌称为甲烷氧化菌转化为分子,称为聚(3-hydroxybutyrate),或P3HB。细菌利用P3HB作为一种内部电池储能。但一个生物科技公司叫芒果材料在雷德伍德城,加州使用P3HB作为原料,收获颗粒从细菌和制造成lentil-sized颗粒称为nurdles。这些nurdles,塑料工业的共同货币,然后成为了肥皂碟。

自然的一部分前景:循环经济

芒果材料是科学家们越来越努力的一部分,非政府组织和公司大型和小型塑料更可持续。“我们有一个很长很长的路要走,”莫尔斯莫利说,生物聚合物工程师和芒果的首席执行官材料。公司生产少于45吨P3HB每年仅nurdle-sized数量的塑料每年生产约4亿吨。塑料在食品包装、建筑材料、电子产品、服装和现代生活的其他方面。

塑料工业依赖不可再生资源。超过90%的全球塑料生产主要由塑料——这是新生产的,而不是回收——由石油产品。这种依赖需要巨大的能量并产生温室气体的排放。到2050年,排放量塑料生产可能估计碳预算的15%全球变暖需要保持低于1.5°C¹。

塑料也创建一个大规模的废物管理问题。“浪费的大量的创造是不像其他供应链,”凯瑟琳Locock说聚合物化学家联邦科学与工业研究组织(CSIRO)在墨尔本,澳大利亚。

大约70%的塑料,曾经已经被丢弃²。一次性塑料,尤其是包装,在欧洲约占塑料总产量的40%³。然而,使用最广泛的塑料垃圾填埋场或环境中存在几十年甚至几个世纪后被扔掉。

理论上,许多常用的塑料可以回收。但只有十分之一的塑料,曾经产生再生一次,两次,只有1%被回收⁴。“便宜就新建一个塑料产品比收集和回收或重用它,”克里斯蒂安Syberg说鲁开德大学研究塑料污染丹麦。“这是一个系统性的问题。”

改变那张照片需要行动在多个领域:扩大回收技术,建立滚动出来在全世界范围内,开发技术处理hard-to-recycle塑料,利用见解来自大自然援助生产和塑料的处理,并控制生产一次性塑料。但是结果可能为循环经济更广泛的好处。“有很多我们可以学习在塑料领域发生了什么,这是非常活跃的,适用于其他领域,”莎拉说国王,循环经济研究员斯文本科技大学在墨尔本,澳大利亚。

一种更好的

研究表明,使塑料更可持续的回收需要全球大规模扩大。今天发生的大部分的塑料回收是一种被称为机械回收。塑料废物收集、清洗、分类、分解然后融化,形成球卖给回收塑料制品生产商。

这个过程听起来简单,但在实践中它远非简单。“塑料,问题是有很多不同的类型,”Ed库克说,研究废塑料作为循环经济的一部分,在利兹大学的英国。不同类型的塑料混合不好融化时,少量的错误的类型可以降低整个批处理的质量,所以塑料必须仔细分类。

在高收入国家,这种排序通常发生在高科技的帮助下机器大规模回收设施。这些设施通常目标最常用的塑料类型,尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,用来制造碳酸饮料和瓶装水)、高密度聚乙烯(HDPE、牛奶中发现和洗发水瓶子),有时低密度聚乙烯(LDPE),用于塑料购物袋)和聚丙烯(瓶盖和脆包)。

即使有勤奋的排序,再生塑料的低质量几乎总是比初级塑料。超过10000种不同的添加剂可用于给塑料不同颜色和技术特性。相同类型的塑料通常包含的不同组合添加剂,与不可预测的,常常不佳导致回收材料添加剂的组合。另外,聚合物长链构成这些材料成为略短每次融化了。

所有这些因素通常意味着塑料回收数量下降性循环,创造产品技术或较不严格的审美品质。例如,食品级塑料饮料瓶成为羊毛服装、公园长椅上或组件。

因为制造商不能让许多产品回收塑料,它的市场是有限的,马格达莱纳河克洛茨说,生态系统设计的一个研究生在苏黎世瑞士联邦技术研究所(ETH),瑞士。克洛茨和她的合作者已经表明,即使80%的塑料在瑞士收集回收,最多只有20%的会在回收的塑料制品⁵。“这是不够的,如果我们只收集更多,”她说。没有其他改变塑料系统,“我们得到二次材料不能使用”。

精简机械回收和提高二级塑料的质量,研究人员正努力开发一些化学物质称为增容作用,帮助不同类型的塑料混合均匀时融化下来。“这是一个古老的领域,但将它应用于回收的概念获得了很多牵引最近,”梅根·罗伯逊说,一个在德克萨斯州休斯顿大学的化学工程师。一些增容剂,有助于混合的特定类型的塑料现在商用,罗伯逊是努力开发更加灵活的增容剂,可以应用到不同的聚合物混合。

其他努力旨在提高排序,以确保一个更纯净,更均匀的塑料进入回收过程。HolyGrail 2.0项目——160多家公司和组织之间的协作参与塑料包装,促进欧洲品牌协会和资助在很大程度上由联盟结束塑料垃圾——驾驶使用数字水印在欧洲。这些代码嵌入塑料包装可以读的专业相机在回收设施,包含一块塑料垃圾的属性信息,如它所包含的添加剂。另一种方法被称为排列设计,要求塑料制造商协调使产品类型的塑料和较少使用相同的添加剂。然后回收设施将得到更大体积的类似塑料,进而产生更高质量的回收塑料。“轻松取胜是简化一点,”库克说。

一些公司开始把这些想法。今年8月,可口可乐公司总部位于亚特兰大,乔治亚州,开始包装雪碧、柠檬口味的碳酸饮料,在透明的塑料瓶子在北美,而不是标志性的绿瓶子已经使用了60年。该公司表示,目标是帮助其回收的瓶子回瓶,而不是到其他产品难以回收。这反过来将有助于可口可乐来满足自己的承诺增加回收的包装内容。此举凸显了研究人员所说的是提高回收率的关键:推动市场需求二级塑料。“我们真的可以解决这种浪费塑料的问题如果人们生产塑料需要这个废物作为原料,”安德烈Bardow说,瑞士苏黎世联邦理工学院的一位化学工程师。”,让我充满希望。”

全球即兴创作

塑料便宜的生产,是一个可访问的和实用的材料几乎为零的人生活在非正式定居点和远程访问制冷和卫生设施。另外,它的重量轻会降低能源密集型比其他食品和饮料包装材料运输。因此,这些产品是世界上随处可见,即使在最偏远的地方,科斯塔斯当你说可持续性利兹大学的科学家。

还有问题:因为浪费塑料的价值如此之小,没有经济激励来收集它从这些孤立的位置。事实上,塑料垃圾无处不在,通过许多低收入和中等收入国家,正式的回收计划是罕见的。事实上,全球估计有二十亿人缺乏常规的废物管理服务⁶。大多数的估计每年1300万吨的塑料进入海洋来自废物管理不足的地区。

然而,一个惊人数量的塑料回收发生在低收入和中等收入国家。在这些地方,回收往往是非正规经济的一部分。垃圾拾荒者筛选垃圾填埋场和垃圾箱收集塑料从环境中。包括当你和厨师团队的研究显示,这些人的努力加起来:“浪费的人背后比正式的全球塑料回收行业,“当你说。

这些非正式工人往往是创业,适应性强。在加纳,垃圾收集器已经开始上门采购一些HDPE等最理想的塑料的回收利用,说Kwaku Oduro-Appiah,废物管理科学家在加纳海岸角大学。反过来,Oduro-Appiah说,“有些家庭现在看到一些价值和不想添加(塑料)直接浪费”。其他垃圾收集器去活动,如婚礼和收集使用的一次性塑料,意识到清洁的塑料会比物品卖更高的价钱,挑出垃圾,他说。

然而,垃圾拾荒者和收藏家在加纳和其他低收入和中等收入国家倾向于生活在贫困之中,常常来自边缘化社区和他们的垃圾清理活动有时是有罪。他们的工作可能会带来危险,特别是在垃圾填埋场,和“他们甚至没有得到物有所值,因为他们没有讨价还价的权力”,Oduro-Appiah说。但这是开始改变。识别垃圾拾荒者的贡献和关心他们的工作条件促使努力包括在废物管理计划,如在加纳的国家行动路线图塑料废弃物在2021年推出。

收集的一些塑料垃圾拾荒者最终回收工厂在较大的国家,如巴西和印度尼西亚,当地塑料行业。一些是回收运往海外。一些本地回收的小规模企业,工人将YouTube视频学习和分享技能。“这些非常小规模的操作没有任何环境和公共健康保护,“当你说。不过,“有很多即兴创作在全球南方”,他补充道。

先进的故障

虽然继续努力促进世界各地建立回收方法,过去的十年中也增加了研究的注意力转向先进的回收技术,有时被称为化学回收。这些方法还没有被广泛使用在商业规模,但他们最终可能允许回收的塑料类型和产品不能机械地回收。

其中一个方法是热解过程,塑料被加热到高温在缺乏氧气。这导致聚合物链分解成更小的组件。热解可用于混合塑料垃圾——可能使各种产品的回收由多层不同的塑料。

热解迄今为止,大多数研究都集中在将塑料转化为燃料,一个能源密集型的过程导致塑料中包含的碳被释放到大气中。但在理论上,热解产生的小分子可能会重新回到塑料。

另一个先进的回收方法是将塑料分子分解成各自的子单元。这些可以组装成聚合物,绕过缩短链和退化发生在机械回收的质量。这可以帮助热固性材料的回收,不能融化的一类聚合物,因此不能机械地回收。这些聚合物用于生产材料,如胶木、三聚氰胺和环氧树脂用于风力涡轮机叶片。

化学回收也打开了升级改造的可能性:做化工产品的单体比塑料更有价值,和通过其他方式难以生产。“通常这些不是大规模的化学物质,”Bardow说,但仍有一些关键角色在某些行业,如3-hydroxy-γ-butyrolactone,用于产生降胆固醇的他汀类药物。这些化合物的高价值可能提供一个金融大力发展化学回收技术,Bardow说。

化学回收是一个巨大的障碍,塑料聚合物非常稳定——这正是塑料如此有用的在这样一个各种各样的应用程序,所以需要大量的能量把它们分开。研究人员正在寻找酶和催化剂,可以减少所需的能量。“这是真正的游戏现在化学回收,”罗伯森说。

自然的灵感

寻找可以帮助化学回收的酶和催化剂,“我们可以去的地方他们已经存在于自然”,Craig Criddle说,他专门从事微生物生物技术在加州的斯坦福大学。(Criddle里海的莫尔斯博士;芒果材料使用的一些方法从实验室出来的工作。)聚合物中常见的各种各样的生物世界,有时生物的解决方案分解天然聚合物可以用于拆卸人造的,他说。Criddle的研究侧重于粉虱(Tenebrio莫利托),他运用“小生物反应器”。这些无脊椎动物可以消化多个塑料的帮助下他们的肠道微生物群落。其他研究人员已经确定了细菌可以将多种类型的塑料分解成相同的最终产品,更多的证据表明,特定的微生物——或分子来源于他们——可能帮助回收混合塑料废物流。

研究人员正在寻找自然界使塑料工业的其他方面更可持续的和圆形的。有塑料的兴趣高涨等可再生原料生产糖和玉米,而不是化石燃料。然而,这些生物塑料仍然只占一小部分的塑料生产的今天,如果大幅扩大它可以创建农业土地和水供应的压力。这些问题激发了芒果材料生产P3HB从甲烷,一种强效温室气体是污水处理厂的产物,垃圾填埋场和农业设施。甲烷是比其他便宜可再生原料,塑料是一种更有价值的材料比其他的产品可以由甲烷,莫尔斯解释说。

但也有一些缺点,生物塑料。“他们通常不同的聚合物”比由化石燃料,Syberg说。“所以他们不很好地融入我们的循环系统。“把P3HB:技术存在回收它,但设施不,因为目前生产的太少。(P3HB也是在国内可生物降解堆肥桩,提供另一个处理方案。)

除了回收

到2050年,全球塑料需求预计将每年近三倍至11亿吨¹。在今年早些时候发布的一项分析⁷Bardow和他的团队发现,扩大回收,更多地依靠可再生原料和实现其他策略使塑料行业更多的圆形塑料生产的当前水平保持在“地球界限”。但如果塑料生产预测的速度继续增长,那么选择大大减少,到2050年,Bardow说,不会有可持续的解决方案“即使所有的技巧,化学家和化学工程师可以拉动”。

更多的从自然前景

调查结果突出的整体需要减少使用塑料,特别是一次性物品。“如果我们仅仅从使油性一次性塑料制品为此一次性塑料制品,然后我们没有很远,”说Syberg。

到目前为止,研究能够支持这种转变是稀缺的。Syberg和他的团队分析了塑料与欧洲有关的研究,发现大多数研究集中在塑料的回收和废物的阶段,很少关注产品生命周期的其他部分⁸。同样,国王和Locock circular-plastic-economy研究进行了全面审查在世界范围内,和发现,超过四分之一的研究专注于回收,但不到10%的话题,例如修复和重用⁹。

努力改善塑料循环继续。芒果材料正在寻求一个设施位置,每年可以生产2300吨P3HB——一个数量级飞跃能力,虽然还只是一小部分全球塑料生产。“这有趣的尝试,是解决方案的一部分,”莫尔斯说。“但也很艰巨。”