摘要：

随着我国经济的快速发展, 人们对各类塑料制品的需求不断增加。然而, 垃圾处理技术的不完善导致大量塑料被泄漏到环境中, 从而导致了严重的白色污染。生物降解塑料由于其环境友好性、 易回收性和易加工性, 受到了科学界和工业界的关注。生物降解塑料已经在一次性制品、 农林渔牧、 汽车工业、 3D 打印等领域得到了广泛的应用。

北京工商大学翁云宣教授课题组从生物降解塑料的种类和特点出发, 综述了聚乳酸(PLA)、 聚羟基脂肪酸酯(PHA)、 聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯( PBAT)、 聚碳酸亚丙酯( PPC)等市场上主流的生物降解塑料的特性、 生命周期评价(LCA)、 产业发展现状和在多个领域的应用情况, 同时简述了各国针对商业上主要的一次性塑料制品的有关禁限政策, 分析了生物降解塑料的未来发展前景, 为我国生物降解塑料产业的发展提供参考。

1 前言

塑料因质量轻、性能优异、 耐用性高而被广泛使用,极大地方便了人们的生活。我国塑料工业发展迅猛 ,据统计, 2020 年中国塑料制品总产量约 8511 万吨。然而, 塑料制品在快速发展的同时, 如何对其废弃物进行合理处置也遇到了挑战, 尤其是大量的一次性塑料制品在使用和废弃后, 因处理不当而引发的环境问题已成为全球关注的热点 。

世界各国纷纷出台政策, 宣布禁止和限制不易回收、易污染的一次性塑料产品, 欧盟不仅在包装法规中明确规定了有机垃圾的回收、可堆肥、焚烧处理等要求,还在海洋防污条例中规定 2021 年 7 月开始禁止和限制使用 10 种一次性塑料产品。我国也出台了有关塑料污染治理的相关政策, 如禁止进口废塑料、加强垃圾分类、减少一次性塑料制品使用等, 2020 年 1 月 19 日, 国家发展和改革委员会与生态环境部正式印发《关于进一步加强塑料污染治理的意见》, 电商包装、 邮政快递包装、 外卖包装绿色化成为目前的发展趋势; 2021 年 5 月 9 日, 在国家发展和改革委员会环资司发布的《污染治理和节能减碳中央预算内投资专项管理办法》中, 提到国家将支持生物降解塑料的生产和应用。 生物降解塑料受到越来越广泛的关注。

目前, 全球生物降解塑料产能约为 122 万吨, 年复合增长率超过20%, 聚乳酸(polylactic acid, PLA)、 聚羟基链烷酸酯( polyhydroxyalkanoates, PHA)、 聚对苯二甲酸-己二酸丁 二酯 ( poly (
butyleneadipate-co-terephthalate ),PBAT)、聚碳酸亚丙酯(poly(propylene) carbonate, PPC)等可生物降解材料不仅性能有了明显改善, 生产成本不断降低, 市场竞争力不断提高, 其应用也不再局限于高端领域, 而是逐渐在纤维、日用薄膜袋、 一次性塑料餐盒等生活用品领域和地膜、 渔网、 花盆等农林渔牧领域得到推广和使用。

2 生物降解塑料的主要品类

根据生物降解塑料的原料来源, 一般可将其分为生物基生物降解塑料和石化基生物降解塑料2 类。生物基生物降解塑料主要可分为 3 类: 第 1 类是由天然材料直接加工而成的塑料, 第 2 类是通过微生物发酵和化学合成获得的可降解塑料, 第 3 类是微生物直接合成的塑料 。石化基生物降解塑料是指将石化单体聚合而成的塑料, 如聚丁二酸丁二醇酯( poly ( butylene succinate),PBS)、PBAT、 PPC 等。

3 生物降解塑料的生产现状与趋势

据欧洲生物塑料协会统计, 目前全球生物降解塑料产能约 122 万吨/年, 主要生物降解塑料种类在总产能中的占比如图 1 所示。

图 1 2020 年全球生物降解塑料产量

(数据来源: 欧洲生物塑料协会)

4 生物降解塑料的应用

根据应用领域来划分, 生物降解塑料目前主要用途有日用塑料制品、 包装、 纺织纤维、 农林渔牧用制品、汽车、 增材制造、 电子电器等。

图 2 PLA 纤维服装照片

图 3 菜鸟物流全生物降解快递袋(a), 京东生物降解包装袋(b), 可生物降解塑料袋(c)

图 4 PLA 餐盒(a)和 PLA 卡片(b)照片

图 5 全生物降解地膜(a); 生物降解捆绑绳( b); PLA 肥料缓释胶囊的释放过程(c); 生物降解纤维绳(d)

图 6 丰田汽车开发的新型生物降解塑料内饰( a), 荷兰埃因霍温大学设计制造的全环保汽车“Noah”(b)

图 7 美国开发的滑翔机原型机( a), 无人机使用范围, 用 C-17 运输机投放滑翔机, 可覆盖整个加利福尼亚(b)

图 8 淀粉基发泡缓冲塑料(a), PLA 发泡餐盒(b), PLA 花卉底座(c)

图 9 eBamboo 3D 打印耗材(a), PCL 制 3D 打印耗材(b)

图 10 英吉利海峡中的废弃渔网照片, 英法已准备大批预算开发新型生物降解塑料制渔网代替传统渔网

5 生物降解塑料生命周期评估

在评价某种材料是否为绿色材料时, 一般会使用全生命周期评估法(life cycle assessment, LCA)对其全生命过程各环节的能耗及碳排放进行评估。根据文献调研,主要生物降解塑料的非可再生能源能耗和 CO2 综合排放，如图 11 和图 12 所示。

图 11 高密度聚乙烯(、 低密度聚乙烯、 生物基聚乙烯、 PLA、 PHA、 PBAT、 PPC 在全生命周期中所消耗的非可再生能源

图 12 高密度聚乙烯、 低密度聚乙烯、 生物基聚乙烯、 PLA、 PHA、 PBAT、 PPC 在全生命周期中产生的温室气体排放

6 国内外相关政策

6.1 世界各国对一次性塑料制品的禁限政策

近年来, 世界各国纷纷制定相关法律法规, 禁止和限制使用难以回收和污染的一次性塑料产品, 详见表 8 。

6.2 国内的相关政策

2007 年, 国务院办公厅颁布了《国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》, 正式揭开了我国禁限塑工作的序幕。2008 年 5 月 15 日, 中华人民共和国商务部、 发展和改革委员会、 工商总局响应国务院办公厅号召, 联合公布了《商品零售场所塑料购物袋有偿使用管理办法》, 明确了我国商品零售场所(指提供零售服务的类超市、 商场、 集贸市场)应当依据该办法向消费者有偿提供塑料购物袋。

2020 年 1 月 16 日, 国家发展和改革委员会、 生态环境部发布了《关于进一步加强塑料污染治理的意见》, 明 确 了 国 家 “ 禁 止 生 产、 销 售 厚 度 小 于0. 025 mm 的超薄塑料购物袋、 厚度小于 0. 01 mm 的聚乙烯农用地膜、 以医疗废物为原料制造的塑料制品、 一次性发泡塑料餐具、 一次性塑料棉签、含塑料微珠的日化产品”; 并以 2020 年底、 2022 年底和 2025 年底为关键时间节点, 分地区、分阶段逐步实现包括“不可降解塑料袋、 一次性塑料餐具、 宾馆酒店一次性塑料用品、 快递塑料包装品”在内的塑料产品的“禁止、 限制使用”。

除上述具体目标外, 该意见还提出推广应用替代产品和模式、 规范塑料废弃物回收利用和处置、 完善支撑保障体系、 强化组织实施等具体要求。2021 年 5 月 18 日, 国家和发展改革委员会环资司印发了《污染治理和节能减碳中央预算内投资专项管理办法》, 在附件 3 的《重点支持内容》中提到将支持可降解塑料项目的发展, 进一步推动了生物降解塑料行业的发展态势。考虑到塑料污染治理意见、“两碳”政策的影响, 生物降解塑料的应用和需求也会越来越大, 行业的未来是完全可以期待的。

6.3 国内外政策的区别

全球范围内, 我国的禁限塑政策从数量和执行力度上均可以算作第 1 梯队, 其深度和广度都不弱于欧美发达国家。对全球主要经济体(欧盟、中国、美国、英国、日本、俄罗斯、韩国、印度) 的禁限塑政策层次进行比对, 具体如下:

(1)欧盟: 已完成欧盟层次上的立法( Directive on Single-Use Plastics, 文件号: EU2019 / 904, 简称 SUPD)且该指令已于 2021 年 7 月 3 日生效, 但在欧盟 27 个成员国中尚未全部通过, 具体实施情况也有所不同(具体见附件 1)。

(2)中国: 已完成国家层面上的立法(《关于进一步加强塑料污染治理的意见》), 各省、 自治区和直辖市也推出了相应的禁限塑法规。

(3)美国: 尚无联邦层面的禁限塑法案, 仅有部分州有相应的禁限塑法案(详见附件 1)

(4)英国: 英国脱欧后, 禁限塑政策仍大体延续当初欧盟的相关法案(《包装和包装废物指令》、《废弃物框架指令》), 但未遵守 SUPD 的要求, 英国政府正在筹备相关法案(详见附件 1)。

(5)日本: 日本在国家层面的禁限塑政策已完成。

(6)俄罗斯: 已完成国家层面的限塑立法(第 89-FZ号联邦法律、 第 3722-r 号法令), 尚无针对一次性塑料制品的法律或行政指令。

(7)印度: 已完成国家层面的立法, 但以印度政府的能力, 能否将政策推向全国尚存疑问。

综上, 可以看到我国在禁限塑政策的推行力度上位于世界前列, 法案详细程度完全可以与欧盟日本等国相媲美。

7 结语

我国关于塑料污染治理的原则, 是以减量化、 可循环、 可回收、 易回收、 可降解为指导, 开发和推广符合性能标准、 绿色环保、 经济适用的塑料制品和替代产品,从产业政策角度看, 我国的生物降解塑料行业得到了稳步发展。

目前国内的 PLA、 PBAT 已经规模化生产和应用, 并且还有大批生产线正在建设或计划建设中, PHA、PCL、 PPC 等生物降解塑料的产能、 应用量和应用领域也在不断扩大。我国在一系列绿色生产和消费领域出台了大批法律法规和相关措施, 大力推动绿色、 循环、 低碳发展, 在塑料污染治理和绿色循环经济发展上已取得了显著成效。

相信随着国内外更多政策的逐步出台、 实施和完善, 人们有关节约资源、 保护环境的生产生活方式形成, 国内生物降解塑料技术创新、 检测评价和标准体系日趋完善, 生物降解塑料产业将得到快速发展, 应用领域也更加广泛。