我們的文明建立在塑膠之上。據世界經濟論壇*稱,僅在 2014 年,工業界就生產了 3.11 億噸塑膠,預計到 2050 年,這一數字將增加兩倍。* 然而,只有不到 15% 的塑膠得到回收。其餘大部分被焚燒、填埋或遺棄在環境中——由於它們能抵抗微生物分解,因此可以在環境中持續數百年。積聚在海洋中的塑膠碎片會造成各種問題,從被誤食後導致野生動物死亡,到釋放有毒化合物。它甚至可能透過受汙染的魚類進入我們的身體。
可生物降解塑膠可以緩解這些問題,有助於實現“迴圈”塑膠經濟的目標,在這種經濟中,塑膠來源於生物質並被轉化回生物質。與源自石化產品的標準塑膠一樣,可生物降解塑膠也由聚合物(長鏈分子)組成,這些聚合物在其流體狀態下可以模製成各種形狀。然而,目前可用的選項——主要由玉米、甘蔗或廢棄脂肪和油製成——通常缺乏標準塑膠的機械強度和視覺特性。最近在從纖維素或木質素(植物中的乾燥物質)生產塑膠方面的突破有望克服這些缺點。更環保的是,纖維素和木質素可以從非食用植物中獲得,例如巨型蘆葦,它生長在不適合糧食作物的邊際土地上,或者從廢木材和農業副產品中獲得,否則這些副產品將毫無用處。
纖維素是地球上最豐富的有機聚合物,是植物細胞壁的主要成分;木質素填充這些細胞壁中的空間,提供強度和剛性。為了用這些物質製造塑膠,製造商必須首先將它們分解成其組成部分,即單體。研究人員最近找到了分解這兩種物質的方法。木質素的研究尤為重要,因為木質素的單體由芳香環組成——這種化學結構賦予了一些標準塑膠機械強度和其他理想特性。木質素不溶於大多數溶劑,但研究人員已經表明,某些環境友好的離子液體(主要由離子組成)可以選擇性地將其從木材和木本植物中分離出來。類似於真菌和細菌中的基因工程酶然後可以將溶解的木質素分解成其組成部分。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
各公司正在這些發現的基礎上進行建設。例如,倫敦帝國學院的衍生公司 Chrysalix Technologies 開發了一種工藝,該工藝使用低成本離子液體從起始材料中分離纖維素和木質素。芬蘭生物技術公司 MetGen Oy 生產多種基因工程酶,這些酶將不同來源的木質素裂解成各種應用所需的成分。Mobius(前身為 Grow Bioplastics)正在開發用於可生物降解花盆、農業覆蓋物和其他產品的木質素基塑膠顆粒。
在新型塑膠得到廣泛應用之前,必須克服許多障礙。其中之一是成本。另一個是最大限度地減少生產它們所用的土地和水——即使木質素僅來自廢棄物,也需要水將其轉化為塑膠。與任何重大挑戰一樣,解決方案將需要法規到社會使用和處置塑膠方式的自願改變等多種措施相結合。儘管如此,新興的可生物降解塑膠生產方法完美地展示了更環保的溶劑和更有效的生物催化劑如何為主要行業的迴圈經濟做出貢獻。
*編者注(7/4/19):這句話在釋出後經過編輯。它最初說工業界生產了 3.11 億公噸塑膠。