Intelektualista

Czy degradowalne tworzywa sztuczne mogą rozwiązać problem opakowań jednorazowych?Źródło: pexels.com

Czytanie przewodnika

●

○

Tworzywa „degradowalne” stały się nowym trendem w ochronie środowiska.Jednak od produkcji i użytkowania po sortowanie i przetwarzanie problemy spowodowane przez „degradowalność” są znacznie więcej niż rozwiązane.Nie tylko koszt jest wysoki, ale także nie tak trwały jak tradycyjne tworzywa sztuczne;Po przekształceniu w odpad nadal potrzebuje bardzo szczegółowego, sklasyfikowanego środowiska zbiórki i kompostowania przemysłowego, aby naprawdę zrealizować „degradację”.Jednak te dwa warunki są trudne do zapewnienia w większości obszarów, więc mamy powody, aby kwestionować, czy powinien wyjść z laboratorium i przejść do zastosowania na dużą skalę.

Ze scenariuszem Yang Jinqi

Redaktor odpowiedzialny: Feng Hao

●●● na powitanie nadchodzących Zimowych Igrzysk Olimpijskich w Pekinie w 2022 r., Sinopec ogłosił, że jego filia Beijing Petroleum przekaże 100 000 degradowalnych plastikowych toreb do miasta Zhangshanying, gdzie znajduje się obszar zawodów Zimowych Igrzysk Olimpijskich w Yanqing, aby zmniejszyć ilość plastiku zanieczyszczenia podczas działania gier.Materiałem tych toreb plastikowych jest PBAT (kopolimer adypinianu butanodiolu i tereftalanu butanodiolu), który może ulegać degradacji w warunkach kompostowania.Wraz ze wzrostem świadomości społecznej na temat zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi, degradowalne tworzywa sztuczne są uważane za złoty klucz do rozwiązania problemu białego zanieczyszczenia.

Jednak coraz więcej badań zaczyna kwestionować skuteczność degradowalnych tworzyw sztucznych jako rozwiązania problemu zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi.Na przykład, w jakich okolicznościach tzw. degradowalne tworzywa sztuczne mogą ulec degradacji?Jaki będzie to miało wpływ na obecny system przetwarzania odpadów?

Zanim odpowiemy na te pytania, równie dobrze możemy przyjrzeć się koncepcji, zasadzie, warunkom i obecnemu praktycznemu zastosowaniu „degradowalnych tworzyw sztucznych”.

1

Co to jest degradowalny plastik?

Mówienie o degradacji bez warunków jest jak mówienie o toksyczności bez dawki.

Warunki degradacji obejmują wiele aspektów - temperaturę, wilgotność, tlen, populację drobnoustrojów itp. Ponadto kluczowy jest czynnik czasu.Zwykłe tworzywa sztuczne oparte na paliwach kopalnych, takie jak zwykłe plastikowe butelki, mogą również ulec degradacji w środowisku naturalnym po 450-500 latach, ale nie ma to znaczenia dla ochrony środowiska, o której mówimy.

Z punktu widzenia struktury molekularnej materiału proces degradacji faktycznie ingeruje w strukturę chemiczną ogólnych tworzyw sztucznych, to znaczy, że długołańcuchowe wiązanie węglowe poliestru rozkłada się na krótkie łańcuchy, a następnie na dwutlenek węgla, wodę i biomasę, tak jak bezpiecznie powrócić do materialnego cyklu natury.

Większość powszechnie dostępnych na rynku tworzyw sztucznych to tworzywa nieulegające degradacji, takie jak polipropylen (PP), tereftalan etylenu (PET), polichlorek winylu (PVC) itp. Można je poddać recyklingowi, ale jeśli zostaną wyrzucone na wysypiska, zazwyczaj wymagają setek lat do degradacji.

Generalnie istnieją dwa sposoby degradacji plastiku: degradacja fotooksydacyjna i biodegradacja.Ze względu na duże kontrowersje dotyczące degradacji fotooksydacyjnej (jak pokazano w poniższej tabeli), niniejszy artykuł koncentruje się na biodegradacja.

Degradacja fotooksydacyjna (degradacja oksydacyjna) generalnie przyspiesza fragmentację tradycyjnych tworzyw sztucznych opartych na paliwach kopalnych pod wpływem tlenu, światła lub wysokiej temperatury poprzez dodanie dodatków.Chociaż tworzywa sztuczne ulegające degradacji w wyniku fotooksydacji mogą ulec rozdrobnieniu lub nawet być niewidoczne gołym okiem w ciągu kilku miesięcy lub lat, rozdrobnione tworzywa sztuczne stopniowo staną się w środowisku mikroplastikami (zwykle cząstkami plastiku o wielkości cząstek poniżej 5 mm).Na chwilę obecną nie ma dowodów na to, że mikrotworzywa mogą ulec całkowitej degradacji w krótkim czasie.Dlatego degradacja fototlenowa jest kontrowersyjna i podejrzewana o „pranie zieleni”.

Ponadto tworzywa sztuczne ulegające degradacji w wyniku fotooksydacji nie są w praktyce trwałe i nie można ich poddać recyklingowi ani kompostować po użyciu.Wręcz przeciwnie, będą kolidować z obydwoma metodami przetwarzania - zmniejszą wydajność przetworzonych tworzyw sztucznych i zanieczyszczą produkty kompostowe.Główne marki na całym świecie (takie jak Unilever, Pepsi Cola), instytucje badawcze i instytucje opieki społecznej proponują teraz zakaz produkcji tego plastiku, dopóki nie pojawią się dowody na to, że można go całkowicie zdegradować w krótkim czasie.

Biodegradacja odnosi się do całkowitego przekształcenia materiałów w dwutlenek węgla i wodę w wyniku działania mikrobiologicznego w określonym środowisku.Mikroorganizmy, które mogą przekształcać krótkie łańcuchy poliestru w dwutlenek węgla, to bakterie, grzyby i pierwotniaki, a wydzielany przez nie enzym może rozkładać wiązania poliestru.

Obecnie na rynku dostępnych jest ponad 20 rodzajów biodegradowalnych tworzyw sztucznych.Ludzie często mylą go z tworzywami sztucznymi opartymi na bio (składniki z odnawialnych zasobów biologicznych).W rzeczywistości biodegradowalne tworzywa sztuczne mogą być pochodzenia biologicznego lub kopalnego (składniki z nieodnawialnych zasobów kopalnych).

Tworzywa sztuczne na bazie biologicznej często wykorzystują maniok, kukurydzę i trzcinę cukrową jako surowce .Powinno być jasne, że nie wszystkie tworzywa sztuczne na bazie biologicznej ulegają biodegradacji.Na przykład bio-PE produkowany na dużą skalę z trzciny cukrowej jako surowca w Brazylii nie ulega biodegradacji.Większość tworzyw sztucznych opartych na paliwach kopalnych nie ulega biodegradacji.Oczywiście są wyjątki, takie jak polikaprolakton (PCL), bursztynian polibutylenu (PBS) oraz kopolimer adypinianu butylenu i tereftalanu butylenu (PBAT).

2

Trzy rodzaje biodegradowalnych tworzyw sztucznych, które można produkować na dużą skalę

Według europejskiego raportu z danymi o rynku biotworzyw, w 2019 r. globalna łączna zdolność produkcyjna biodegradowalnych tworzyw sztucznych wyniosła 1,17 mln ton, co stanowi 0,3% światowej rocznej produkcji tworzyw sztucznych (360 mln ton).Obecnie istnieją trzy główne rodzaje produkcji komercyjnej na dużą skalę .

Jednym z nich są tworzywa skrobiowe i kwas polimlekowy (PLA) ze skrobią roślinną jako surowcem [10].Skrobia jest tania, wydajna i prosta w procesie.Wadą jest to, że nie jest wodoszczelny i zależy od roślin spożywczych jako surowców, zajmując dużą część gruntów uprawnych.Obecnie branża bada również wydobycie surowców z odpadów rolniczych i przemysłowych (takich jak kolby kukurydzy i celuloza) .

Po drugie, kopoliestry dizasadowego kwasu diolowego (PBS, PBSA, PBAT, dalej zwane tworzywami PBS) z produktami ubocznymi ropy naftowej lub surowcami biologicznymi, a moce produkcyjne takich tworzyw z roku na rok rosną.

Trzecim są estry polihydroksykwasów tłuszczowych (PHA), które są syntetyzowane przez mikroorganizmy z cukrami lub olejami jako surowcami podczas fermentacji.Obecnie moce produkcyjne są wciąż niewielkie, na świecie zaledwie 25000 ton.Jednak ponieważ jest podobny do PLA i może wykorzystywać jako surowce uboczne produkty rolne i inne odpady organiczne, perspektywa PHA jest bardzo obiecująca.

Obecnie cena tworzyw biodegradowalnych jest generalnie wyższa niż tworzyw tradycyjnych, ale wraz z efektem skali związanym ze wzrostem mocy produkcyjnych oraz wpływem wahań cen ropy na tworzywa tradycyjne, cena tworzyw biodegradowalnych staje się coraz wyższa. konkurencyjne na rynku.

Jia Xinnan, doktor ekologii polarno-morskiej na Uniwersytecie Tasmanii w Australii, powiedziała intelektualistom, że najpowszechniejszą formą degradowalnego plastiku w Chinach jest folia, zwłaszcza zdominowana przez testowanie i promocję degradowalnego plastiku.Na obszarach miejskich jest najczęściej stosowany w supermarketach, torbach na zakupy i opakowaniach żywności.

3

Rozkładany plastik, czy naprawdę łatwo się rozkłada?

Jeśli odpady z tworzyw sztucznych nie mogą być skutecznie zbierane i rozrzucane w środowisku naturalnym, spowoduje to niezwykle poważne negatywne skutki.Powszechne metody przetwarzania zebranych odpadów z tworzyw sztucznych obejmują składowanie, spalanie, recykling i degradację.

Składowisko

Składowanie odpadów to najmniej idealna metoda oczyszczania, która nie tylko zanieczyszcza środowisko i zagraża zdrowiu publicznemu, ale także uwalnia metan wraz z innymi odpadami organicznymi po składowaniu biodegradowalnych tworzyw sztucznych.Wkład takiej samej ilości metanu w efekt cieplarniany jest 25 razy większy niż dwutlenku węgla, zaostrzając zmiany klimatyczne.Ze względu na brak temperatury, wilgotności i innych warunków wymaganych do degradacji tworzyw sztucznych, praktycznie nie ma różnicy w „degradacji” między tworzywami biodegradowalnymi i niedegradowalnymi na składowiskach.

Wang Jun, wiceprezes ds. technicznych oddziału recyklingu tworzyw sztucznych Chińskiego Stowarzyszenia Żywic Syntetycznych, powiedział intelektualistom: „nawet jeśli założy się, że degradowalne tworzywa sztuczne potrzebują tylko 20 lat na degradację w naturze, co jest znacznie krótsze niż tworzywa niedegradowalne, jednak w 20 lat, kiedy nie zostały całkowicie zdegradowane, szkodliwość dla naturalnej ekologii i biologii nie różni się od innych tworzyw sztucznych”.

Oparzenie

Spalanie w celu wytwarzania energii lub ogrzewania jest lepsze niż składowanie na wysypiskach, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że wartość opałowa tworzyw sztucznych opartych na paliwach kopalnych jest wyższa niż węgla.Choćby z punktu widzenia wykorzystania energii, spalanie zużytych tworzyw sztucznych jest bardziej efektywne niż spalanie innych nieodnawialnych źródeł energii (węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego).

Jednak zespół badawczy Uniwersytetu Tongji znalazł trudne mikroplastiki w żużlu ze spalarni ].Badania oszacowały, że na tonę odpadów włożonych do spalarni może powstać 360000 ~ 102000 mikrocząstek plastiku.Innymi słowy, nawet spalanie nie rozwiąże problemu zanieczyszczenia plastikiem raz na zawsze.Co więcej, z punktu widzenia zasobów, spalanie plastiku jest również bardzo marnotrawstwem.Zarówno tworzywa nieulegające degradacji, jak i tworzywa degradowalne zmuszone są do skrócenia swojej żywotności.W porównaniu z przekształceniem w tworzywa sztuczne z recyklingu poprzez link do recyklingu, o którym mowa poniżej, tracą one możliwość recyklingu.

Odzyskać

W porównaniu z prostym i prymitywnym przetwarzaniem zasobów poprzez spalanie, recykling jest powszechnie zalecanym rozwiązaniem dla odpadów z tworzyw sztucznych.Niedegradowalne tworzywa sztuczne oparte na paliwach kopalnych (takie jak PET) mogą być poddawane recyklingowi na dużą skalę i wykorzystywane do produkcji tworzyw sztucznych lub wyrobów włókienniczych.Chang Xinjie, wiceprezes ds. gospodarki o obiegu zamkniętym grupy taolang, norweskiego dostawcy rozwiązań do sortowania i recyklingu, powiedział intelektualistom: „Recykling butelek PET stał się w Chinach na dużą skalę. Według szacunków Tao Langa wskaźnik zbiórki osiągnął 85% ; obecnie degradowalne tworzywa sztuczne są zastępowane głównie materiałami w scenariuszach jednorazowego zastosowania, bez uwzględniania zbiórki i recyklingu po zużyciu, więc niekoniecznie są lepsze niż tradycyjne tworzywa sztuczne nadające się do recyklingu”.

Chang Xinjie poinformował, że obecnie sprzęt do sortowania optycznego wielu firm zajmujących się przetwarzaniem końcowym może identyfikować materiały biodegradowalne, takie jak PBAT i PLA z PP i PE.Problem polega jednak na tym, że wiele produktów to nie pojedyncze materiały.Różni producenci mogą mieszać w swoich produktach różne materiały, takie jak PLA, PBAT i skrobię, a ich proporcje są różne.Obecny sprzęt nie może być ukierunkowany na Identyfikację, co sprawia więcej kłopotów w późniejszym sortowaniu.

Chang Xinjie powiedział: „obecnie ilość biodegradowalnych tworzyw sztucznych wprowadzanych do systemu recyklingu w Chinach jest niewielka, ale jeśli biodegradowalne tworzywa sztuczne będą szeroko stosowane w przyszłości, a standardy produktów front-end i klasyfikacja odpadów nie są wystarczająco surowe i dokładne, wtedy degradowalne tworzywa sztuczne prawdopodobnie zmieszają się z tworzywami sztucznymi pochodzącymi z recyklingu, a nawet zakłócą cały proces recyklingu”.

Zgodnie z podobną zasadą, ogólne papierowe opakowania do żywności (takie jak jednorazowy kubek papierowy) składają się z materiałów kompozytowych.Jest warstwa folii z tworzywa sztucznego, która jest wodoodporna i olejoodporna.Jeśli nie da się go skutecznie oddzielić, papier wpłynie również na recykling plastiku.

W praktyce tworzywa sztuczne ulegające biodegradacji po użyciu muszą przedostać się do wspierających kanałów degradacji, aby mieć możliwość zakończenia swojej misji degradacji.Jednak Chang Xinjie ujawnił, że obecnie w Chinach wciąż jest niewiele takich obiektów pomocniczych.

4

Obecnie degradowalne tworzywa sztuczne nie mogą tworzyć zamkniętej pętli materiału

Wang Jun uważa, że ​​biodegradowalne tworzywa sztuczne są bardzo niedojrzałe lub przez większość czasu są pseudokoncepcją.

Powodem jest to, że pojęcie „degradacji” w ludzkim umyśle pochodzi z obserwacji natury.Na przykład organizmy takie jak drewno mogą zostać całkowicie zdegradowane przez naturalnie występujące mikroorganizmy, stając się pokarmem innych organizmów i tworząc zamkniętą pętlę materiału.Obecnie jest „biodegradowalny”. Sztuczne polimery, takie jak tworzywa sztuczne, to polimery poliestrowe, które wymagają określonych warunków hydrolizy w pierwszym etapie degradacji chemicznej, zanim zostaną strawione przez mikroorganizmy.

„To różni się od naturalnej degradacji. Zanim natura wyewoluowała mikroorganizmy z syntetycznymi tworzywami sztucznymi jako bezpośrednim źródłem pożywienia, syntetyczne tworzywa sztuczne wybrały naturalną, zamkniętą pętlę, czyli wyrzucanie tworzyw sztucznych do natury w celu degradacji i absorpcji nie jest odpowiedzialnym podejściem do środowiska ”, powiedział Wang Jun.

Badane w laboratorium degradowalne tworzywa sztuczne mogą cieszyć się odpowiednią temperaturą, wilgotnością i bogatą populacją drobnoustrojów, aby wspomóc proces degradacji.Jednak, aby wydostać się z laboratorium, degradowalne tworzywa sztuczne muszą przejść prawdziwą „górską przepustkę” – klasyfikację, zbieranie i przetwarzanie – wszystko to jest ze sobą powiązane i niezbędne.

Obecnie system klasyfikacji śmieci w miastach krajowych nie może realizować oddzielnego przechowywania i transportu degradowalnych tworzyw sztucznych.Jeżeli wszystkie rodzaje tworzyw sztucznych trafią do spalarni w ten sam sposób, konsumenci stracą znaczenie ochrony środowiska, płacąc wysokie ceny za tworzywa biodegradowalne.

Innymi słowy, zakładając, że system segregacji odpadów jest ściśle wdrożony, zaplecze degradacji zaplecza również musi spełniać warunki biodegradacji (do efektywnej degradacji wymagany jest generalnie tlen, wysoka temperatura 50℃ i wilgotność 55%) .Obecnie większość domowych urządzeń do fermentacji beztlenowej odpadów kuchennych nie jest w stanie skutecznie zaspokoić potrzeb biodegradacji, takich jak brak tlenu.

Kompostowanie jest najczęstszym sposobem degradacji.

Wreszcie poliester może zostać przekształcony w dwutlenek węgla, wodę, sole mineralne i biomasę w procesie biologicznym i nie powstaną żadne substancje toksyczne dla środowiska naturalnego (wody, gleby) ani zwierząt i roślin.Zgodnie z normą UE, w warunkach kompostowania przemysłowego, materiały kompostowalne muszą być całkowicie rozłożone przez naturalnie występujące mikroorganizmy i spełniać cztery warunki: (1)Składniki muszą zawierać więcej niż 50% materii organicznej, a zawartość metali ciężkich nie przekracza standard;(2)W warunkach kompostowania 90% materiałów musi zostać całkowicie zdegradowanych w ciągu sześciu miesięcy;(3)W warunkach kompostowania należy je rozdrobnić do rozmiarów nieodróżnialnych gołym okiem w ciągu 12 tygodni.(4 )Produkty kompostowe są nieszkodliwe dla wzrostu i kiełkowania roślin (i dżdżownic).

Obecnie trudno jest zweryfikować autentyczność tzw. produktów kompostowalnych, a światowy standard przemysłowy system kompostowania jest znacznie mniejszy niż wydajność takich tworzyw sztucznych.Te „zielone” opakowania z degradowalnymi etykietami nadal będą spływać do środowiska naturalnego, takiego jak woda czy gleba.

Wang Jun uważa, że ​​„degradowalne tworzywa sztuczne są łatwiejsze do rozdrobnienia niż zwykłe tworzywa sztuczne. Jeśli dostaną się do środowiska na dużą skalę, prawie niemożliwe jest ich ponowne zebranie, a problem zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi będzie poważniejszy”. obróbki końcowej jest tymczasowo ignorowane, degradowalne tworzywa sztuczne mają ograniczenia na etapie użytkowania. Wang Jun wyjaśnił, że niedojrzałość degradowalnych tworzyw sztucznych w porównaniu z naturalnymi degradowalnymi materiałami polega na tym, że degradacja materiałów naturalnych ma mechanizm „przełącznika”.„Na przykład liście nie ulegają degradacji, gdy znajdują się na drzewach, a degradacja następuje dopiero po opadnięciu, czyli po zakończeniu cyklu życia”.uważa, że ​​„biodegradowalne” tworzywa sztuczne nie mają tego mechanizmu i stoją w obliczu „zastosowania”, a „degradowalne tworzywa sztuczne nie są tak trwałe, jak tradycyjne niedegradowalne tworzywa sztuczne, ani nie są tak degradowalne jak wszystkie materiały naturalne” – powiedział Wang Jun.

Istoty ludzkie żyją na ziemi od milionów lat, a zastosowanie i popularyzacja tworzyw sztucznych nastąpiła dopiero w ostatnim stuleciu.Zanim tworzywa sztuczne zaczęły być stosowane na dużą skalę, relacje między ludźmi a opakowaniami produktów nie były takie same jak obecnie.Żywność o krótkim okresie przydatności do spożycia była często sprzedawana luzem w pobliżu miejsca pochodzenia;ludzie zabierali własne garnki z olejem i worki ryżu do sklepów zbożowych i olejowych, aby kupić racje żywnościowe;wykwintne herbaty i ciastka o dłuższym okresie przydatności do spożycia zostały zapakowane w wykwintne metalowe pudełka, z których większość pozostawiła właścicielka. Inne zastosowania.

Plastik niewątpliwie przyniósł nam dużą wygodę, ale nie wszystkie plastikowe opakowania są potrzebne.

„Plastik jest wytworem człowieka. Nie powinniśmy polegać na naturze w rozwiązywaniu problemów powodowanych przez ludzi. Ponieważ produkujemy plastik, powinniśmy starać się, aby tworzył zamkniętą pętlę i pozostawał w cyklu ludzkiego systemu, a raczej niż wejść w naturalny cykl systemu” – powiedział Wang Jun.

5

Polityka się zmienia

Wraz z rosnącymi wyzwaniami degradowalnych tworzyw sztucznych w praktyce, 8 września 2021 r. Krajowa Komisja Rozwoju i Reform oraz Ministerstwo Środowiska Ekologicznego wydały plan działań na rzecz kontroli zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi w XIV planie pięcioletnim („plan”) – poprawa cały łańcuch kontroli zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi, promowanie ograniczenia produkcji i wykorzystania tworzyw sztucznych u źródła oraz promowanie substytutów tworzyw sztucznych w sposób naukowy i systematyczny .

W „schemacie” proponuje się pełne uwzględnienie wpływu degradowalnych tworzyw sztucznych na zasoby i środowisko w całym cyklu życia, zbadanie mechanizmu i wpływu różnych rodzajów degradowalnych tworzyw sztucznych oraz naukową ocenę ich bezpieczeństwa środowiskowego i możliwości kontroli.

Wang Wang, wiceprezes wykonawczy oddziału recyklingu tworzyw sztucznych i oddziału recyklingu PET Chińskiego Stowarzyszenia Żywicy Syntetycznej, przeanalizował intelektualistów i powiedział, że ten „schemat” pokazuje stosunek poziomu polityki do degradowalnych tworzyw sztucznych, to znaczy wpływ na środowisko w całym cyklu życia, degradacja mechanizm i kontrola bezpieczeństwa degradowalnych tworzyw sztucznych nie są jasne, występuje nieuporządkowany rozwój i ślepa ekspansja zdolności produkcyjnych, które należy skorygować.

Na przykład w „planie” proponuje się, aby przemysł degradowalnych tworzyw sztucznych rozwijał się w uporządkowany i racjonalny układ, obszary jego zastosowań muszą być ujednolicone, a warunki degradacji i metody utylizacji również muszą być jasne.Sygnał polityczny można rozumieć jako: „obecnie nie nadaje się do promocji i stosowania degradowalnych tworzyw sztucznych na dużą skalę”, podsumował Wang Wang.