研究 | 生物降解塑料并不等同于低环境影响
北京石油化工学院与自然资源保护协会于 2020 年 12 月联合发布了《中国塑料的环境足迹评估》报告，其中评价了生物降解塑料的环境足迹。报告分析表明：不同品类的可降解塑料环境绩效差异显著；在塑料领域，“可降解”并非资源节约、环境友好的代名词；塑料的本质碳龄及其在产品链中的位置，很大程度上决定了它们的相对环境友好性。下文将展开介绍。
1. 生物降解塑料的构成
生物降解塑料是可降解塑料中的一种，可降解塑料还包括光降解塑料和热氧降解塑料。相对于传统塑料而言，生物降解塑料同时立足于塑料垃圾滞留困境与资源耗竭问题，寻求来自人类社会经济系统的末端处置方案，以及来自自然经济系统的资源耗竭解决方案。
生物降解塑料的产品包括PLA（聚乳酸）、PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、PBAT（己二酸丁二醇酯 -co- 对苯二甲酸丁二醇酯）、PGA（聚乙醇酸）、PCL（脂肪族聚酯）、PHA（聚羟基脂肪酸酯）、PPC（聚碳酸亚丙酯），上述产品在全球及中国的构成如下图所示。
全球及中国生物降解塑料的产品构成
报告介绍了部分产品的性能：
PLA 用于注塑、薄膜、片材、纤维几乎各种塑料用途，被认为具有逐步取代传统塑料的潜力。一代 PLA 以谷物、木薯等农产品为原料（存在与粮争地的风险），二代 PLA以秸秆等农业及农产品加工剩余物为原料。全球及国内已有的 PLA 装置主要是一代装置，玉米是国内 PLA 的主要生产原料。
PBS 由SA（丁二酸）和 BDO（1，4 丁二醇）缩聚而成，是目前世界公认的综合性能最好的可完全降解塑料品种，但是存在抗撕裂性能较差和韧性不高的缺点。
PBAT 是热塑性可降解塑料，成膜性能良好，可以克服 PBS 抗撕裂性能较差和韧性不高的缺点，是替代传统塑料中最富技术优势、成本优势的可降解塑料品类。
PPC 是CO2（二氧化碳）和 PO（环氧丙烷）的交替共聚物，被评价为可“抑制温室气体排放”。PPC 具有高阻隔性（隔氧性）和生物相容性，目前主要用于农膜、食品及医药品包装、餐具等领域。
2. 生物降解塑料的环境足迹
注：环境足迹包括水足迹、碳足迹以及能源足迹：
（1）水足迹衡量的是“隐藏”在人们每天购买和使用的产品、服务和流程中被消耗的水量，通常不被产品或服务的最终用户看到，但水已经在整个价值链中被消耗[2]。
（2）碳足迹是指人类活动产生的温室气体总量[3]。
（3）能源足迹由“全球足迹网络”定义，指所有用于提供非粮食和非饲料能源的区域的总和，如用于能源和燃料作物的耕地等[4]。
报告设置了三种情境，在评价谷物（玉米）基 PLA 的环境足迹的同时，将其与 PP（聚丙烯，一种传统塑料）的环境足迹相比较：
情境 1：既考虑玉米的碳库功能，也考虑秸秆在产业链的能源化利用。
情境 2：仅考虑玉米的碳库功能，是国内 PLA 生产的实景。
情境 3：既不考虑玉米的碳库功能也不考虑秸秆利用，描述的是 PLA 被丢弃在自然界，在自然环境又无法降解的情形。
在模拟国内 PLA 生产实景的情境 2 下，每吨 PLA 的能源足迹与 PP 大致相当，碳足迹不足 PP 的 10%，这归功于作物碳库功能沿着产品链从谷物传递到 PLA 产品之中。不过，谷物生产剩余物，即秸秆等的碳排放发生在分析边界之外，成为 PLA 原料的隐形“固废包袱”。
当 PLA 使用后被弃之不管（即情景 3）时，PLA 产品中的碳命运与传统塑料的碳命运并无本质区别。不仅如此，PLA 产品的水足迹较化石基的 PP、PE 还高 20%左右。
PLA 的环境足迹：基于 PP 树脂
如果化石基原料格局没有取得突破性进展，那么生产单位质量的 PBAT 或 PBS 产品的环境需求较传统的 PP、PE 树脂高：PBAT 和 PBS 的能源足迹分别是 PP 的 3 倍 和 2.5 倍，碳足迹是 PP 的 2.6 倍左右。
PBAT/PBS 的环境足迹：基于PP 树脂
纯 PPC 生产的 CO2 与PO（环氧丙烷）消耗配比约为 40% : 60%。PO 合成有三种工艺：氯醇法、间接氧化法、直接氧化法。当 PO 来自氯醇法路径时，生产 1 吨纯 PPC 的能耗是 PP 能耗的 2.5 倍，产生的碳足迹和水足迹是 PP 的3倍。当 PO 来自直接氧化工艺时，单位 PPC 的能源足迹、碳足迹仅为氯醇法的 60%左右，水足迹不足氯醇法的一半。该工艺环境友好度高，但技术难度大。
PPC 的环境足迹：基于 PP 树脂
3. 生物降解塑料并非资源节约、
环境友好的代名词
报告分析表明，不同品类的可降解塑料环境绩效差异显著。在塑料领域，“可降解”并非资源节约、环境友好的代名词。塑料的本质碳龄及其在产品链中的位置，很大程度上决定了它们的相对环境友好性。
报告中的比较分析是基于质量单位的，未考虑从聚合物到塑料制品中的物料需求差异。在功能单位一致的情况下，新生代塑料制品的物料需求普遍较传统塑料制品要高。例如，1.5 ~ 2 公斤 PBS 制塑料托盘在功能上才与 1 公斤 PP 制塑料托盘相当。
报告对不同区域宣称为“可降解”的塑料制品进行原料组分调查，发现 100%生物基的塑料制品占比极小。商机之下，工艺成熟、投资相对低的 PBAT/PBS 产能扩张冲动明显，PPC 也备受关注，这些产品在市场中叫座，但是在环境中并不叫好。
已出台的塑料相关政策纷纷提到生物降解塑料、可降解塑料。例如，
· 2020年 初发布的《关于进一步加强塑料污染治理的意见》提出“在商场、超市、药店、书店等场所，推广使用环保布袋、纸袋等非塑制品和可降解购物袋”；
· 2018 年新版《快递封装用品》规定“快递包装袋宜采用生物降解塑料”；
· 2017 年出台的《网络餐饮服务食品安全监督管理办法》，鼓励网络餐饮服务第三方平台提供者提供可降解的食品容器、餐具和包装材料；
· 2016 年年底发布的《电子商务“十三五”发展规划》提出，到 2020 年，可降解的绿色包装材料应用比例将提高到 50%。
然而，需要我们特别警醒的是，在塑料领域，“可降解”并不等同于低环境影响。塑料的本质碳龄、在产品链中的位置，加上后端处理处置方式，共同决定着其全生命周期的环境绩效：
1. 当可降解塑料的命运被制度设定为焚烧时，化石基的可降解塑料更不环保，政策目标上可降解为主的源头治理与以焚烧为主的实际管理冲突明显。
2. 当 PPC 生产原料来自高能耗高排放的氯醇法工艺时，碳基的可降解 PPC 塑料也是如此。
3. 当塑料使用后被抛弃在绝大部分地点时，PLA 产品中的碳与化石能源中的碳没有本质的差异，皆为"沉睡的历史黑碳"。
值得我们注意的是，可生物降解塑料不能彻底解决塑料问题，特别是垃圾处理走焚烧为主的路线时。报告还指出，塑料经济依然是开环的、线性的，物质闭环程度待提升。推动塑料经济从开环的线性模式走向闭环的循环模式，是一场系统性变革，涉及理论、技术、管理及生产、消费，需要全社会各产业部门以及消费者参与其中，需要政府部门尽快完善全产业链条的禁限塑政策框架。
可持续的塑料：物质流从线性到闭环
参考文献
[1]http://www.nrdc.cn/Public/uploads/2020-12-28/5fe941e197b58.pdf
[2]https://www.watercalculator.org/footprint/what-is-virtual-water/
[3]https://www.nature.org/en-us/get-involved/how-to-help/carbon-footprint-calculator/
[4]https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/energy-footprint
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编辑：吴林晓、摆脱塑缚
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