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近日，国家发展改革委联合有关部门召开全国电视电话会议研究部署“十四五”塑料污染治理工作，第一任务“是积极推动塑料生产和使用源头减量，包括积极推行塑料制品绿色设计、持续推进一次性塑料制品使用减量、科学稳妥推广塑料替代产品”，通过绿色设计、一次用品减量、科学稳妥替代三项要求正确导向源头减量，真是及时雨，雪中炭。曾被禁塑、限塑令推上可降解、可替代舞台的主流材料是生物降解塑料，这种主流材料是否符合生态导向？产业链发展怎样符合减污降碳？生态塑料新观点能否成为未来主流？都是影响政府决策的焦点问题，需要引起各方重视，本人先抛砖引玉，以石激浪，促进符合自然环境降解条件的各类生态塑料产品应运而生。 一、主流材料为可降解可替代添堵 生物降解塑料是实现降解替代的主流材料，却成为实现替代决策的瓶颈，未添彩，反添堵，是有原因的。 生物降解是指在工业堆肥条件下，六个月可有90%以上成分转化为二氧化碳和水。有两个限制条件：一个是工业堆肥条件，并非自然环境。二是时间条件，在堆肥设施中仍需六个月，在自然环境会更长。这两个照抄欧盟堆肥标准的降解条件，就成为替代目标的约束，虽成为主流材料但担当不了重任，呈现出为可降解可替代添堵的诸多表现。 1）自然环境生物降解性能验证否？ 欧盟委员会的科学建议机构（SAM）针对“开放环境中塑料的可生物降解性”，特别指出：“只有当替代产品的组成适合被排放的环境，并且该产品或其碎片有可能逃逸到接收环境中时，才会实现可生物降解塑料的潜在利益”。 对于遗弃在自然环境中小于3-5%（北京仅为0.02%）的一次性塑料用品，只有证明在自然环境中的降解时间和终极形态，替代品才能产生“潜在利益”。仅仅用堆肥处理厂条件下的测试结果来替代自然环境降解数据，不代表替代产品“适合被排放的环境”。 2）无堆肥处理厂混合处置可接受否？ 中国没有堆肥塑料处理厂，所有的不降解和降解废弃物都将共同进入垃圾焚烧厂或填埋场处理，不能显示降解效益。正因明白这一道理，欧盟塑料协会“EUBP”要采取的措施是，在2023年底之前将有机废弃料从垃圾填埋场中清除出去，让工业可堆肥塑料进入专业处理厂。如果不将生物降解塑料与普通塑料分开，混在干垃圾（其他垃圾）或者回收垃圾中共同处置，生物降解则只能让公众为多花钱购袋添堵。 3）生物降解塑料市场监管标准存在否？ 目前生物降解塑料的ISO标准几乎全部为检测方法标准，直接相关的标准约有16项。我国国家标准中的相关标准约有37项，其中检测方法标准13项，最新的检测方法标准几乎全部采用ISO标准。现行标准全部集中在该类产品的生产领域，以材料检测定终身。与生物降解塑料市场推广相关的市场标准、消费者使用标准仍属空白。 4）生物降解塑料供应成本增加可接受否？ 世界绿色产品问世的基本要求是不降低使用功能、不增加供应成本。这一点恰是生物降解塑料研究多年未解决的短板。生物降解塑料成本成倍高于被替代品，是公众不能接受的关键。保护生态环境旨在让人民享受生态福祉，绝不是强加给人民额外负担。一项重大决策，一定要先讲社会效益、经济效益、生态效益。国家立项近20年未有重大成果的不成熟技术和产品，让广大公众分担推广代价，最为添堵。 5）生物降解塑料推广有无论证？ 中国在禁塑限塑令中明确降解替代，把重担压在生物降解塑料肩上，应该有技术经济可行性论证，应该有先行先试示范验证，应该有环境影响评价，特别是为解决生态问题的决策必须提交全生命周期生态安全、健康安全评估报告。至今为止，未见一个报告公示。现在有数百亿投资注入生物降解塑料领域，到底是真心解决白色污染，还是搞形式主义，违背生态规律，会成众矢之的。因为在生态文明新时代已容不得半点虚假。 二、减污降碳为可降解可替代定向 1）减污降碳从自然环境生态降解起步 自然环境生态降解不排除水、气、光、热、土壤、微生物等任何要素的作用，不排除任何材料在不同生境条件下的减量化、无害化、资源化过程，促使石化材料分子量在自然环境中大幅降低、羰基指数增大至结构变化转变为生物碳，这一朔源返祖的逆向反应过程称为生态降解。 以生态降解、生态安全标准评价塑料降解结果能被接受，就意味着跳出当前单纯评价材料特性的小视野，站上减污降碳的生态大舞台。 值得关注的国际动向是美国ASTM6954和英国的9017标准和GB/T 20197最大的区别是增加了数均分子量、Z均分子量、羰基指数和生物分解率这几个指标，恰是这些指标揭示出塑料降解特性的几个关键判别：（1）当重均分子量达到1万以下，则塑料演变为硬质和软质的蜡，而非高分子塑料；（2）羰基指数是代表PE氧化程度的一项指标，在老化过程中，C=C被C=O取代，羰基指数逐渐增大，至大于1.0，石化材料逐渐由疏水材料变为亲水材料，最终能够被微生物分解利用。对此结论，我国文献早有介绍：分子量小于10000，为硬腊，小于1000，则从软腊变为润滑脂液体，如下图所示； 与生物降解塑料堆肥条件下降解为二氧化碳和水不同，塑料降解产物主要为生物碳。自然界中存在于有机物中的碳为有机碳，它不包括碳酸盐岩、石墨中的碳等无机碳。根据微生物可利用程度分为易分解有机碳，难分解有机碳和惰性有机碳。有机碳中易于发生生物同化作用的部分，具有水溶性高、易被植物吸收，具有糖、醇、酸（含氨基酸）等功能团的特征。这种生物碳代表有机碳生物同化作用产物，既区别于源于生物炭的有机肥，又区别于光合反应的碳源（CO2)。李林林的探索实验，纯PE粉生物碳为0，石化材料变革类降解塑料地膜120小时老化处理后，生物碳可达70%以上。 2）重视再生循环 香港特区政府是先定降解标准，出规矩。首先确定自身的垃圾处理方向（只有焚烧和填埋），然后权衡综合社会和环保效益，对一次性的、不易回收的和不易循环再造的塑料产品，制定符合国际标准的环保降解政策。特区政府对降解塑料的材料应用不作限制，只要能达标不同材料或技术都可接纳。例如垃圾袋，对指定垃圾袋的推荐技术规定设计为： （1）材料中至少采用50%（将提升至70%）再生塑料，其中至少30%采用消费后或工业回收塑料； （2）产品在自然环境中生物降解率 >60%（单一聚合物）或 ≥90%（混合聚合物）； （3）确保产品的使用安全性（三层结构制成，再生塑料夹在中间层）和对环境不会做成二次污染（无毒害）。 这种垃圾袋生产技术在香港地区已经应用多年，结合绿色环保标志认证，连同持续的环保教育和完善法规，成果让人满意，并未出现由于应用自然降解技术而助长乱丢垃圾情况的发生。 3）启用无机材料减碳 中国有多类使用藴藏丰富的无机材料碳酸钙的塑料产品，生产过程不使用酸、碱、漂白剂，不消耗工业用水，也不排放“三废”。替代石油基原料50%以上，相比传统塑料减低二氧化碳排放量50%以上。且产品可多次重复使用、循环再生，符合减塑、降污政策导向，与传统一次性塑料制品相比，性能没有下降，在自然环境下2年内能被降解成水，气体和矿物质。经权威第三方机构检测，焚烧无有毒有害气体排放，残渣无二次污染，价格接近传统塑料，仅是堆肥塑料-聚乳酸价格的1/3。获得FDA、欧盟REACH、RoHS有毒有害物质检测、重金属检测、VOC检测、LFGB食品检测、国内食品安全检测报告，是符合绿色包装生态设计要求的合格产品。 此产品碳足迹结果贡献最大的是：原材料消耗中的聚丙烯对应的温室气体排放量，占比60.69%；其次是电力消耗对应的排放，占比25.42%；再者是碳酸钙和钛白粉对应的排放，分别占比8.71%和3.76%。此案例使用50-55%的低碳无机材料，可实现厂区范围内产生的碳排放量仅占生命周期内碳排放量的1/4左右。若想进一步降低排放，可对比分析上游原辅材料碳足迹，选择碳足迹较低及距离较近的产品。在原辅材料排放中，聚丙烯是排放最大的原材料，可以在保证产品质量和生产效率的前提下，选择产品碳排放量更低的聚丙烯材料。 4）支持传统塑料创新克服生态短板 塑料各种功能给人类带来健康、便捷，唯不可降解成为生态短板。重点攻克短板，实为捷径。应运而生的是多种石化材料的变革，集光降解、化学助剂诱导和缓释性降解、低温热氧降解、生物降解为一身，在自然环境发生分子量降低和羰基指数增大的快速变化，能实现分子量10000道尓顿以下、羰基指数大于1，官能团结构证明非塑料。聚乙烯、聚丙烯等普通常见塑料的原料是石油化工的产物。把源于石油化工的高分子材料制成的塑料降解为有机碳和无机碳，符合碳中和“通过生态建设实现土壤固碳”的目标。 这类材料制成的育苗袋经国家三北防护林项目示范应用，其在深埋地面以下 80 公分处也可以逐步降解，幼苗根系穿透降解薄膜袋扎根土壤，极大地提高了荒山荒漠苗木种植成活率。 这类材料制成农用地膜，旨在保持PE农膜“白色革命”成果的同时消除“白色污染”。张军平博士后基于GB 1037-1988 塑料薄膜和片材透水蒸气试验方法（杯式法），以水蒸气透过量和水蒸气透过系数为评价指标，对比测试了三种膜的水汽阻隔性能： 1、石化材料变革类降解农膜， 2、PE普通膜， 3、PBAT/PLA共混生物降解膜。（厚度同为10微米） 测试结果为，水蒸气透过量生物降解膜在200 g/(m2·24h)以上水平，是PE普通膜和石化材料变革类降解膜10倍以上。水蒸气透过系数，生物降解膜在4.5?10-14g·cm/(cm2·s·Pa)水平，也是PE普通膜和石化材料变革类降解膜10倍以上。石化材料变革类降解膜与PE普通膜处同一水平。 这就为真正推出成本低、功能高、保增产、符合生态导向的农膜好产品打好基础。 三、生态塑料是可降解可替代未来 生态塑料泛指为克服塑料难降解生态短板的塑料生态创新领域。涵盖塑料再生循环类、石化材料变革类、无机材料替代类、生物基及生物降解类等等，均以生态导向把关，确保使用功能不減，产品供应价格可接受，生态负面影响有效控制，生态福祉获得人民称赞。上述要求均以全生命周期评价结论为据，必须提供先行先试验证报告、技术经济可行性论证报告、环境影响后评估报告、生态安全、健康安全评价报告，改变生物降解塑料全面承担替代任务准备不足的困境，开拓不拘一格促创新、生态为本的新局面，迎接更多生态塑料类产品问世。 注意，生态塑料的成功在于全链条治污，全方位减污降碳，全生命周期生态安全、健康安全，优势不言自明。要点破的只是生物降解塑料在微塑料污染防范和降解性能检测方面是否存在优势。 1）关于微塑料污染防治 在舆论更多介绍海洋微塑料污染的同时，越来越多的研究证明，陆地系统中也普遍存在微塑料污染。全球有79%的塑料垃圾堆放在垃圾填埋场，土壤可能是微塑料的一个巨大的汇。研究表明，陆地中存在的微塑料丰度可能是海洋的4-23倍。迄今，为数不多的几例调查数据显示，土壤中存在相当高含量的微塑料污染。微塑料浓度范围在0.34-42960 items/kg 之间，有些文献中以mg/kg为单位来统计微塑料的浓度，范围在300-67500mg/kg，因为计量单位的不统一，不同研究地区的微塑料浓度便无法进行比较。土壤微塑料以纤维、微珠、碎片、薄膜等形状为主，主要类型有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯等。调查统计的微塑料粒径范围为0.02-5 mm。 从农田、温室、家庭庭院到工业区、海滩、洪泛平原等各种类型的土壤中均有检测到微塑料的存在。目前，对土壤微塑料污染现状进行调查的国家有澳大利亚、瑞士、墨西哥、德国和中国。其中，中国对土壤微塑料存在和分布有关的野外调查工作开展较多。我国是塑料垃圾的排放大国，仅沿海地区，估计每年排放的塑料垃圾高达132-353万吨，排放量在全球居首位。在我国的渤海、南海的海水和海滩等海洋环境，以及内陆湖泊、河口、水库等淡水环境中均有检测到微塑料。近几年在我国的土壤中也同样发现有微塑料污染的现象。在毗邻中国渤海和黄海的海滩土中，发现微塑料丰度在1.3-14712.5 items/kg，其污染主要受到当地人为活动包括水产养殖、港口建设和旅游业的影响。在中国的黄土高原，Zhang等报道了不同土壤类型中微塑料的污染现状。同时，在上海郊区的菜地土壤、水稻田以及云南的菜地和河岸森林缓冲带，也都发现微塑料的污染。 郭昌盛、侯嵩、樊境朴三位博士共同对比验证生物降解地膜与石化材料变革类降解地膜的微塑料的生态毒性。考虑到我国生物降解地膜的覆盖周期主要在60 ~ 70d，进入环境后可在较短时间内降解为微塑料，对有机污染物如农药等具有很强的吸附能力，可能影响环境污染物的迁移转化过程；此外，随地膜的老化降解，生产过程中添加的大量助剂如抗氧化剂、塑化剂等也会被逐渐释放到环境中。石化材料变革类降解地膜和生物降解地膜主要材料和降解周期不同，但两者都存在微塑料潜在污染问题，对比评价两者的安全性具有重要意义。 优选赤子爱胜蚓(Eisenia fetida) ，具有对污染物敏感、易于实验室条件下养殖、繁殖率高、生命周期短等特点，是最常用的土壤生态毒性评价品种，目前已建立标准化的测试方法，如 ISO 11268-2-2011、ISO 11268-2-2011、OECD No.207、GB/T 21809-2008等。利用蚯蚓作为模式生物进行生态毒理风险评价涉及的主要研究内容包括：污染物对蚯蚓的存活、生长、繁殖、行为等方面的影响，主要是通过蚯蚓的急性毒性试验、慢性毒性试验、繁殖试验以及回避试验来确定。 GB/T 25413 农田地膜残留量限值及测定中规定，农田耕作层中地膜残留量不得超过75kg/hm2。耕作层一般深度在20cm左右，因此该农膜残留限值可视为37.5g/m3。一般来说，含腐殖质较多的土壤天然密度为1500kg/m3，因此，农膜残留量限值可换算为0.025g/kg，即每千克农田耕作层土壤中，农膜残留量不得超过0.025g。 本次试验最低设置浓度为0.125g/kg，约是土壤中地膜残留量限值的5倍；最高浓度为200g/kg，是该限值的8000倍，该浓度是一个无论是短期还是长期使用农膜都很难达到的极限值。因此，如在该试验梯度下仍未观测到蚯蚓有明显死亡，则可视为残留地膜无急性土壤生物毒性。 测试结果表明两种地膜对蚯蚓死亡率不存在明显剂量效应，即使在超出农业残留地膜限值8000倍的条件下，蚯蚓的存活率并未受到影响。生物降解地膜，并未表现出明显的生物友好性。 2）关于降解性能测试 目前测定塑料降解性能的标准均基于欧盟堆肥系列标准，通过设计降解材料90%转化为二氧化碳和水的降解过程。设计工业堆肥条件，六个月完成测试；设计土壤环境，2年满足生物分解率达到60%或者相对生物分解率达到90%。这种模拟条件或者因自然环境不存在堆肥环境，或自然条件众多因素难复制、验证，严重制约降解塑料市场监管、健康发展。 更为实用可行的测试方法， 是李林林等融合中外测试标准的新探索，即利用测定生物碳含量的国家标准方法测定样品有机碳数量，再根据它在总有机碳的比例计算生物碳转化率，作为量化评价指标。引用前已述及的重均分子量、羰基指数等国际标准指标，作为定性评价指标。二者结合则可快速完成降解水平科学判断、量化评价。技术关键点一是模拟风化条件的老化方法，二是生物碳转化率测定。 （1）样品老化 通过实验室模拟样品自然户外暴露风化條件，如空气、阳光和湿气。通常称为老化條件，以累计能量负荷区分不同老化条件。 样品老化处理应符合表1的规定，根据累计能量负荷需求任选其一： 表1老化处理选择 风化方式 | 降解性能评价要求 | 拉伸断裂伸长率保留率（纵/横）% | 分子量 | 羰基指数 | 自然曝晒 | ≤5 | Mn≤5000，且Mw下降率≥90% | ≥1 | 氙灯人工加速老化箱内曝晒 | ≤5 | Mn≤5000，且Mw下降率≥90% | ≥1 | 紫外线加速老化箱曝晒 | ≤5 | Mn≤5000，且Mw下降率≥90% | ≥1 | 热氧老化 | ≤5 | Mn≤5000，且Mw下降率≥90% | ≥1 |
表1中羰基指数测定，参考Almond, J.、Sugumaar、P.,Wenzel、M.,Hill、G.& Wallis、C.利用ATR-FTIR光谱法测定聚乙烯和聚丙烯的羰基指数。e-Polymers20, 369–381 (2020). DOI: 10.1515/epoly-2020-0041 （2）生物碳转化率 选用相关国家标准，用定量的重铬酸钾—硫酸溶液，在加热条件下，将降解塑料产物中的的生物活性碳氧化，多余的重铬酸钾溶液用硫酸亚铁标准溶液滴定，同时以二氧化硅作空白试验。根据氧化前后消耗的氧化剂消耗量，计算生物活性碳含量，用该含量与降解产物的总有机碳含量的比值作为降解产物中生物碳转化率。在测试分子量和羰基指数同时完成本项测试，可在7-14天内完成生态塑料生物碳转化率70-90%的量化评价。 3）关于农田样品验证 檀文柄、王月等博士取农田样品进行验证研究，为可降解可替代的生态导向提供环境影响后评价思路。 （1）田间塑料残留物检测 选取无地膜背景点、多年常规地膜点、使用可降解地膜不同年限点分别采集0-20 cm的耕作层土壤样品，并对土样进行前处理，通过激光红外成像系统（Agilent8700 LDIR）对塑料微颗粒进行初步分析。 A、形状：土壤塑料微颗粒形状主要为纤维状、小球状、碎片状和薄膜状。 B、大小：土壤塑料微颗粒尺寸主要是<1 mm，占88%至98%，为泛指0.02-5mm粒径范围的微塑料概念，补充了分类调查数据， C、土壤塑料微颗粒的总丰度范围是280,000–796,000个·kg–1。其中石化材料变革类降解地膜土壤微颗粒PE相对丰度小于5%优于常规地膜，长期覆膜PE相对丰度8.6%，均劣于石化材料变革类降解地膜。（覆膜3年土壤中PE占比2.4%，覆膜2年占比2.7%，覆膜1年占比5%） 以上数据均未用微塑料，因为微塑料的一般界定5mm就和本次1mm结论有别。表明不同塑料产品、不同影响环境、不同生态导向应分类进行，对其产生和危害也要从机理、毒理上说通，防止盲从。就地膜的微塑料污染问题，建议从微颗粒入手，逐步揭示微塑料污染的发生条件和防治对策，先获调查权，再有发言权。 （2）关于降解指标量化评价 取使用期结束、结束后三个月、六个月、一年、两年残留物样品直接进行分子量、羰基指数、生物碳和生物碳转化系数测定。同时取土壤样品，测残留物每公斤土壤残留量，小于不同粒径（1mm至5mm或特别规定）的塑料微颗粒丰度和属性分析，则可以对各种塑料产品残留物在自然环境中的降解能力给予更科学的评价。 四、结束语 可降解、可替代塑料产业链的未来在于落实生态导向、跨界融合；从创新中国标准开始，融合国际标准、国家标准、团体标准、企业标准的硬核技术；有针对性的选择关键指标提出新要求，改变与真实降解环境脱节的生物降解塑料（基于堆肥条件测试）标准的局限性；从绿色设计、材料准入、质量保证、降解性能、生态安全、健康安全、投入产出、综合效益共八个方面规定控制指标；依靠科技成果标准化，标准化引领产业化，开拓中国生态塑料的新领域；用减污降碳的生态塑料实现再生循环类、石化材料创新类、无机材料替代类、生物基及生物降解类互为支撑、互为补充，千帆竞发；让人民享受生态塑料带来的生态安全、健康安全，享受生态福祉。 本文涉及的部分新科技，系中国环境科学研究院李鸣晓等和院外专家李林林等有关生态导向研究的初步成果。应该代表广大公众感谢生态环境权威研究机构体现科学研究的人民性，也开始关注涉及民生的塑料替代问题，从一直被忽视的生态导向和生态安全关键点及时介入，未来可期。● （摘自：<夏青说绿>）
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