新型石油基全降解纤维会不会杀死蚯蚓?
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就塑料而言,对于产品生命周期结束阶段的研究也是非常重要的。例如,大量的塑料被出口到监管宽松的国家,而塑料在这些国家的命运很多时候是未知的。随着塑料出口被认定为海洋塑料污染的一大来源,许多人开始质疑:即便是可回收的塑料制品,最终也真的被回收了吗[1]?
01
垃圾填埋
02
垃圾焚烧
即使在欧盟内部,废弃物处理系统差异也很大。例如,在瑞典,填埋塑料是被禁止的,并且他们致力于完全阻止塑料进入焚烧炉;而在威尔士,他们的目标是消除垃圾填埋中的塑料,但焚烧被认为是可以接受的。这也是为什么在这种研究中时间和地域的说明都应该明晰的一个原因。
除了填埋与焚烧,回收与循环在生命周期结束阶段也扮演着重要角色。但是,在研究中,回收率(recycling rates)是出了名的不准确,且难以比较的。生命周期评价研究通常使用国家报告的回收率,并假设一个封闭的循环过程。然而,事实上,从收集到被回收,材料有许多损失。这也是为什么欧盟最近调整了其回收测量方法——只包括成为了回收产品的材料(而不是假设所有收集起来进行回收的材料最终都会被回收)[5]。这可能会导致欧盟报告的回收率大幅下降,尤其是塑料回收率。
品牌方和生产商将越来越需要考虑多个生命周期的问题,因为他们越来越需要在产品使用寿命(第1个)结束时对产品负责。对材料流负责,甚至接受材料流的所有权,意味着优先级可能会改变,并且需要一种在多个生命周期内量化这一点的方法。这在政策制定中也会变得很重要,因为单个产品之间的简单比较将不足以确定宏观层面的影响。
其他包装材料介于两者之间,高产量的材料,如铝,与许多塑料相比有着更高的循环效率。图表显示,对于一种以65%的循环效率成为新产品的材料(高于欧盟2030年55%的塑料回收率目标),原始材料在循环了足够长的时间后,在它基本消失前仅产生了2个额外的新产品(在每个循环之后只有65%的材料被保留);相比之下,一个循环效率为90%的材料在足量循环后将产生8个新产品。
当材料不围绕闭环循环时(即产品“1”与产品“2”不同),而是级联到其他开环中,例如塑料瓶回收后用来制作聚酯纤维服装,这种循环概念将变得特别难以建模。随着材料越来越远离初始产品,可能发生的情况也变得难以确定。
尽管存在挑战,但这一概念可以应用到生命周期评价中,以显示一件产品的每个后续生命周期分别需要多少新的和原始的材料。这可以通过多种方式应用,包括确定:
目前讨论较为广泛的是可生物降解塑料,它们有的是用可再生的生物资源,例如农作物,微生物等制作的,有的是用化石资源制作的。最常见的两种已经商业化的可生物降解塑料是PHA(聚羟基脂肪酸酯)和PLA(聚乳酸),它们分别由微生物(由农作物喂养)和玉米作为主要原材料。
2.1 由于现在主要的可生物降解塑料原料来源是农作物(玉米,甘蔗等),而不是化石燃料,所以从原材料的角度看,可生物降解塑料相比传统塑料大约可以节省超过一半的化石燃料。如果全球的传统塑料被替换为可生物降解塑料,大约每天能节约349万桶化石燃料,约占全球4%的化石燃料消耗[1]。
2.2 可生物降解塑料生产过程中消耗的能量小于特性接近的传统塑料。可生物降解塑料的生产过程中一般每千克需要2500-4500万焦耳的能量,其中最常见的PLA需要4470万焦耳的能量。而传统塑料每千克需要消耗7300-8600万焦耳的能量[2]&[3],远高于可生物降解的塑料。如果将全球的不可降解塑料替换成可生物降解塑料,按照2019年的全球塑料产量[4]估算,每年能节省1-2.2×1019焦耳的能量。占2019年全球能耗5.8×1020焦耳[5]的1.7-3.8%。
2.3 生命周期分析的缺憾,过往的可生物降解塑料的生命周期分析都着高于玉米生长过程中从空气中吸收的二氧化碳。但很少会注意到在种植这些玉米前必须要把树林或土地改变为种植玉米的农地。若不砍伐树林或把农地种植,那些植物本来可以继续吸收空气中的二氧化碳。这也是种植玉米在二氧化碳上的机会成本。
展速度预估,其价格会在不久的将来可能会下降[6]。
2.6 随着塑料需求不断增加, 若以现时每种植 6.35吨的玉米需要一公顷的农地面积,如果将所有传统塑料替换成PHA,需要土地是 2.1亿公顷农地, 即中国所有农地的1.4倍左右, 相等于全球总农地面积的 12%, 这无疑对人类粮食供应的一大威胁。
3.1 因为可生物降解塑料的产量太小,目前还缺乏系统的,大规模的回收处理手段。举一个简单的例子,在上海提出垃圾分类时,很多人苦恼于扔垃圾的时候需要把厨余湿垃圾抖出垃圾袋,很容易弄脏手。所以可生物降解湿垃圾袋火了起来,人们希望能把可生物降解垃圾袋和湿垃圾一起扔进湿垃圾桶。但是垃圾处理部门很快发声,指出虽然“可降解垃圾袋”会大部分降解,但是其依旧有不可降解,甚至是有毒有害的成分,会影响湿垃圾的处理。并且,这样的垃圾袋降解速度远慢于厨余垃圾,无法同步处理,只能被当做干垃圾焚烧处理。可生物降解塑料虽然可以被生物降解,但是并不意味着他们最终会打破回收处理的重重困难,被低估了其更多的缺点。
3.2 当可生物降解塑料因为没有得到有效回收,而进入海洋环境后,因为海洋温度较低,缺乏足够的微生物和氧气,生物降解的效率会大大降低。而因为无法及时降解,这些可降解塑料依旧有很大的概率在未完成降解前对海洋生物造成危害[14]。
主要因为原材料的不同,可生物降解塑料在整个生命周期中释放的二氧化碳小于传统塑料。因为可生物降解塑料的原材料主要是植物,它们降解中产生的二氧化碳约等同于植物生长过程中会吸收二氧化碳,所以可生物降解塑料的二氧化碳排放主要来源于生产和运输过程中的机械排放。每千克传统塑料在它的完整生命周期中,大约会释放2.5-3.4千克的二氧化碳,而可生物降解塑料会释放1.14-2.6千克的二氧化碳,其中最常见的PLA每千克大约释放1.8千克二氧化碳[15][16]。如果全面用可生物降解塑料替换传统塑料,根据种类不同,全球每年大约会少释放0-8.3亿吨二氧化碳(考虑整个产品生命周期)。这个数量级相比全球每年约360亿吨[17]的碳排放量,占比约2.3%。以上未计算种植玉米在二氧化碳上的机会成本,若把那些机会成本计算上去。可生物降解塑料在整个生命周期中释放的二氧化碳不一定小于传统塑料。
当可降解塑料的环境影响(石油消耗,碳排放,能源消耗,农业污染等等)依旧存在,那可降解塑料依旧会造成环境问题。如果我们此时由于误以为可降解塑料是低害甚至无害的,而大量增加“可降解”塑料制品的使用量,那造成的总体环境影响(单位塑料制品的影响×塑料制品总量)或许会反而大于曾经传统塑料的时代。更不提现在可降解塑料的定义依旧模糊,当打着“可降解塑料”名头,但却“只有在理想环境中需要很长时间才能降解”的塑料混入市场,那其所造成的环境危害只增不减。
总结来看,如果使用可生物降解塑料替换传统塑料,可以节约全球4%的化石燃料,减少全球2.3%的碳排放,节约全球2%的能量消耗。即使我们只用可生物降解塑料替换所有一次性塑料(约占全球塑料生产总量的一半[18]),那也能达到以上一半的成果。但与此同时,将一次性塑料制品替换为可降解塑料会消耗全球一半以上的玉米产量,并且造成由甲烷,农药,化肥,不能及时降解等原因带来的风险。所以需要强调的是,“可降解”并不能说明这款塑料制品可以被简单的无害处理,它依旧会引发一系列的能量消耗,碳排放,食物短缺等等问题。按照目前的科技水平,“可降解塑料”是一种减缓垃圾问题的办法,它还并不是一个解决问题的办法,并不能因“可降解”一词而肆无忌惮地使用可降解塑料制品。如果我们根本彻底放弃使用一次性制品,那根本就不会造成以上那些燃料,能量,碳排放等等等等的污染和消耗。所以,在现有科技条件下,相比于使用可降解/可堆肥塑料替换传统塑料,减少一次性塑料制品的使用才是更优方案。
2004年深圳市开始就禁摩托限电动车了。一路过来十几年了,一直禁禁禁,事实上有地方该有的还有,因为政府不能限制老百姓的多种出行方式的需求……
考虑降解方式应该是先调查最终塑料废弃的环境而定,抛开环境谈降解都是空谈,一窝蜂上堆肥,没有分类,没有堆肥场地,最终还是焚烧,做的这些全部是无用功。
关于碳中和和碳排放,塑料回收才是正道,人追求长生不老,材料也是应该追求长不老,这样碳排放才是很低的,PLA等使一次就丢碳排放量更大,人类花费了巨大的代价生产出来一种材料,是希望多用几次而不是用了一次就丢弃,所以支持循环利用为上,最终自然降解处理才是科学。
塑料降解放在最后,实在不能循环再次使用了,再用上的自然降解技术,不增加国家和社会成本
可循环,易回收,可降解
参考资料;
[1]British Plastics Federation, Oil Consumption.
http://www.bpf.co.uk/press/Oil_Consumption.aspx
[2]Vink, Erwin T. H., Rabago, Karl R., Glassner, David A., Gruber, Patrick R.,Applications of life cycle assessment to NatureWorks polylactide (PLA)production. Polymer Degradation and Stability 80, (403-419), 2003.
[3]Narayan, Ramani and Patel, Martin, Review and Analysis of Bio-based ProductLCA’s.
[4]https://www.statista.com/statistics/282732/global-production-of-plastics-since-1950/
[5]https://www.theworldcounts.com/challenges/climate-change/energy/global-energy-consumption/story
[6] BrianMomani. Assessment of the Impacts of Bioplastics: Energy Usage, Fossil FuelUsage, Pollution, Health Effects, Effects on the Food Supply, and Economic EffectsCompared to Petroleum Based Plastics. Worcester Polytechnic Institute, 2009.
[7] Ghosh,Sudhipto. "European Parliament Committee Vote for 100% BiodegradablePlastic Bags". Modern Plastics and Polymers. Network 18, 19 Mar. 2014.Web.
[8] Jiang,G., Hill, D. J., Kowalczuk, M., Johnston, B., Adamus, G., Irorere, V., &Radecka, I. (2016). Carbon Sources for Polyhydroxyalkanoates and an IntegratedBiorefinery. International journal of molecular sciences, 17(7), 1157.
[9]https://www.statista.com/statistics/282732/global-production-of-plastics-since-1950/
[10] https://www.statista.com/topics/986/corn/
[11] 7Washington Post, One Word: Bioplastics. But Are They Better? By Eviana
Hartman.http://www.washingtonpost.com/wpdyn/content/article/2008/07/17/AR2008071702295.html
[12]EPA, Pesticides and Food: Health Problems Pesticides May Pose.http://www.epa.gov/opp00001/food/risks.html.
[13]Minnesota Department of Health, Heavy Metals in Fertilizers.http://www.health.state.mn.us/divs/eh/risk/studies/metals.html.
[14] Industry,Asia Pacific Food. "Biodegradable Plastics: Environmental Impacts AndWaste Management Strategies". Asia Pacific Food Industry. Retrieved2019-08-06.
[15]Vink, Erwin T. H., Rabago, Karl R., Glassner, David A., Gruber, Patrick R., Applicationsof life cycle assessment to NatureWorks polylactide (PLA) production. PolymerDegradation and Stability 80, (403-419), 2003.
[16] Narayan,Ramani and Patel, Martin, Review and Analysis of Bio-based Product LCA’s.
[17] https://ourworldindata.org/co2-emissions
[18] KoniginAstridlaan. Plastics-the Facts 2019 [R]. Wemmel: PlasticsEurope, 2019.
[19]https://www.weihengag.com/home/article/detail/id/6757.html