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全世界的研究人員正在研究更有效的政策、更智能的回收和研發新材料，來解決塑料污染危機。

【現況】

二十年前，德國制定了一個簡單的計劃，以減少塑料垃圾。當人們用一次性塑料瓶購買飲料時，他們要支付少量的額外費用，并通過將用過的瓶子存放在歸還中心來獲得回報。許多其他國家也有類似的激勵措施。但是，這種干預措施是否真的減少了德國的一次性塑料的使用？全球塑料政策中心(Global Plastics Policy Centre)的研究員安塔亞-馬奇(Antaya March)說，該中心于2022年在英國樸茨茅斯大學成立，對世界各地的塑料垃圾管理進行獨立評估，目前還沒有這方面的證據。該計劃確實吸引了人們歸還他們的塑料瓶，從而減少了亂扔垃圾的現象。但是，隨之而來的是一次性瓶子的意外增加——也許是因為人們感到放心，用塑料瓶購買飲料是可以被回收的。

諸如此類的政策是否有助于減少塑料的使用是一個關鍵問題，因為全世界都在努力解決對塑料命運的日益關注。

根據加州大學圣巴巴拉分校工業生態學家Roland Geyer未公布的估計，在1950年至2021年間產生的87億噸塑料垃圾中，只有11%經過了回收利用。

根據位于巴黎的經濟合作與發展組織（OECD）的數據，在2019年，也就是有數據可查的最近一年，所產生的3.53億噸塑料垃圾中，超過三分之二被送往填埋場或焚燒，22%（7900萬噸）被當作未被回收的垃圾，傾倒在陸地或水中不受管制的地方，或在露天焚燒。該組織預測，到2060年，不斷增長的塑料產量將導致每年的廢物增加兩倍，超過10億噸，如果不實施新的政策來阻止這種趨勢，每年的塑料污染（管理不善的部分）可能會增加一倍。

但變化可能就在眼前。去年3月，聯合國環境大會批準了一項歷史性的協議，在2024年底前制定一項全球塑料條約。這一過程將涉及制定政策和執行政策的方法。馬薩諸塞州法爾茅斯海洋教育協會的海洋學家Kara Lavender Law說，看到各國同意尋求一項涵蓋塑料整個生命周期的條約是一個非常積極的跡象。世界各地的研究人員現在正在努力幫助削減塑料污染。樸茨茅斯團隊、Law和其他許多人代表了一種方法：調查減少塑料生產、使用和處置的最佳政策。其他研究人員專注于使用技術來改善回收利用--或完全創造新的塑料種類。樸茨茅斯政策中心主任Steve Fletcher說，所有這三大類解決方案都是需要的，這是關于建立一個在整個塑料生命周期中發揮作用的系統。

【評估最佳政策】

世界上并不缺乏減少塑料垃圾的善意努力。某些類型的塑料被禁止或征稅，如一次性包裝袋和外賣容器。有關于塑料垃圾如何跨越國際邊界的規定，以及擴大的生產者責任計劃，其中要求制造商在使用后收集和回收（或負責任地處置）其含塑料的產品，或資助這些努力。到目前為止，樸茨茅斯團隊已經在科學論文、行業報告、新聞報道和專家意見等證據的基礎上，審查了全世界130多項不同類型的政策。

他們的主要發現：在大多數情況下，“對政策的監測幾乎為零”，這相當令人擔憂，因為如果沒有太多關于什么有效和什么無效的證據，人們怎么能制定一個關于打擊塑料污染的全球條約？。德國確實編制了一些數據，這些數據顯示，塑料瓶的使用量在20年內有所上升。2003年引入押金制度后，根據該計劃歸還的一次性瓶子的比例也在上升，而可重復使用的瓶子的比例則在下降。馬奇說，一個有效政策的例子是2016年安提瓜和巴布達禁止銷售或使用塑料購物袋（有一些豁免）。關于這項政策效果的完整數據并不存在，但現有的證據表明，它導致第一年被丟棄在垃圾場的塑料數量減少了15%。有幾個因素促成了這一成功，包括一個明確的實施計劃、公眾支持、早期的利益相關者參與和執法：在這種情況下，罰款1100美元和最高6個月的監禁。

根據華盛頓特區皮尤慈善信托基金會防止海洋塑料項目主任 Winnie Lau 及其同事 2020 年的一項分析，實施得當的干預措施可能會產生重大影響。通過咨詢專家和可用數據，他們試圖評估利用現有知識和技術的八項干預措施的潛力，包括減少塑料產量、限制塑料廢物的國際出口、用紙張等替代材料替代塑料，以及擴大規模各種回收方法的容量。他們發現，如果不采取任何行動，到 2040 年，每年將產生大約 240 公噸管理不善的塑料垃圾。但是，如果所有八項干預措施都得到最大程度的實施，正如團隊評估的那樣，到 2040 年，管理不善的塑料垃圾將減少到每年 44 公噸——與不采取行動的情況相比，減少了約 80%。相關研究成果以“Evaluating scenarios toward zero plastic pollution”為題，發表在Science上。

目前，解決相當大一部分塑料污染問題所需的知識和技術已經存在。實施減少塑料進入環境的政策的最大困難之一是缺乏關于塑料在哪里生產、使用和最終到達哪里的數據。去年9月，Lau和她在皮尤的同事，以及其他幾個組織，發起了一項建立全球塑料披露系統的努力，他們將鼓勵那些希望減少塑料消費和浪費的公司采用這一系統；該系統有點類似于碳披露系統，使公司能夠報告其碳足跡。

【閉合循環】

在法國克萊蒙費朗的一個設施中，一家名為Carbios的公司正在測試一項技術，這項技術有可能將成為世界上第一個酶法回收工廠的基礎，它的目標是在今年開始建造，并在2025年開放。該工廠將使用轉基因酶來分解一種叫做聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的普通塑料。Carbios團隊希望，酶可以克服機械回收的一些缺點，機械回收是當今最流行的廢舊塑料再利用方法。這包括首先對塑料進行分類和分離，塑料是不同種類的聚合物（長分子鏈）的混合物；然后對其進行清洗，最后將其研磨或融化以生產新塑料。除了用于織物和包裝的PET之外，其他一些可通過這種方式回收的常用塑料包括用于包裝和建筑的聚丙烯，以及聚乙烯。

機械回收對污染物（如食物和添加劑）很敏感，而且這個過程會減少聚合物的長度，影響塑料的特性（如韌性或硬度）及其被加工成新材料的能力。這種降解，也被稱為降級回收，最終會使塑料無法回收。

用酶分解塑料是一種選擇。這可以將聚合物分成它們的組成部分，或單體，然后可以用來制造具有與起始材料相同性質的塑料。這使得無限期地回收塑料成為可能，這一過程通常被稱為閉環回收。關于可以降解塑料的酶的首次報道至少可以追溯到三十年前。但是這個概念在2016年得到了很大的推動，當時日本的研究人員報告說發現了一種天然存在的細菌，它將塑料作為其唯一的食物來源。這種微生物Ideonella sakaiensis含有兩種酶，它們共同作用于分解PET。相關成為以“A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)”為題，發表在Science上。

這項研究促使其他研究人員探索塑料吞噬酶。南京工業大學姜岷教授團隊專注于尋找能夠降解殺蟲劑的酶，但后來又把食塑料生物加入了他們的研究范圍。姜岷教授團隊已經在垃圾填埋場、森林和海洋中尋找能夠分解塑料的微生物，一個重點是開發酶促回收聚氨酯、絕緣材料、家具、鞋底和其他日常用品中使用的塑料的方法。到目前為止，該小組已經確定了20多種能夠降解聚氨酯的微生物，并且正在實驗室中研究這些生物的酶。Jiang的團隊也是MIX-UP的成員，這是一個由歐洲和中國的14個機構組成的聯盟，旨在利用微生物將塑料解聚成其組成的單體（或低聚物——由幾個構件組成的鏈）并制造新的塑料。據Carbios公司的首席科學官Alain Marty說，使用該公司的酶，一個20立方米的生物反應器可以在20小時內降解10萬個塑料瓶；其2025年的設施旨在每年分解5萬噸PET。

盡管興趣激增，但基于酶的回收有其局限性。這項技術仍然很昂貴。位于科羅拉多州戈爾登的美國國家可再生能源實驗室的化學工程師Gregg Beckham和他的同事對2023年的一項估計表明，目前酶法回收PET的成本可能是原生產品的兩倍左右，是機械回收的四倍左右；它還比機械回收使用更多的能源，排放更多的溫室氣體。

到目前為止，酶的方法似乎僅限于PET和聚氨酯：這兩種聚合物可能更容易被分解，因為它們不是完全由碳-碳鍵構成。其他塑料，如聚烯烴（聚乙烯和聚丙烯）和聚苯乙烯，它們由碳-碳鍵結合在一起，解決起來要困難得多。

然而，與機械回收相比，酶確實有一個優勢，因為它們在消化什么方面具有高度的選擇性。當它們對含有添加劑（如其他類型的塑料或用于著色的化學品）的PET瓶進行處理時，酶會消化PET，而留下其他部分。這意味著酶法回收可以處理一些機械回收無法處理的塑料，并且需要一個不太嚴格的分類過程。Carbios認為，隨著時間的推移，這將有助于酶法處理在成本上的競爭。(例如，歐盟規定，到2025年，PET瓶至少要含有25%的回收塑料，Carbios說，這將導致PET廢料變得越來越少，從而提高機械回收的材料采購成本）。以酶為基礎的回收只是化學回收的一種形式，化學回收是指將塑料分解成其分子構件的一類更廣泛的技術的術語。化學催化劑也可能被使用——許多科學家正試圖超越僅僅分解PET的范圍。

在2022年的一項研究中，研究人員將生物和化學催化劑結合起來可以成為混合塑料的一項強大技術。研究人員使用一個兩步流程，包括一個金屬催化劑和一個工程土壤細菌，將混合塑料--PET、高密度聚乙烯（一種常用于洗發水瓶和牛奶盒的塑料）和聚苯乙烯（用于制造發泡苯乙烯）--降解為可用于制造新聚合物的化學品。相關成果以“Mixed plastics waste valorization through tandem chemical oxidation and biological funneling”為題，發表在Science上。

另一種有時被稱為化學回收的技術是熱解，即在沒有氧氣的情況下將混合塑料加熱到極高的溫度，直到它們分解成可用作燃料或用于制造新聚合物的成分。但這種標簽是有爭議的。批評者質疑它是否真的可以被視為回收利用——因為它經常被用來產生燃料——并認為這是一個能源密集型的過程，比焚燒好不了多少。盡管有這些批評，許多大型化學公司正在世界各地建設熱解工廠。

【制造更好的塑料】

解決塑料危機的第三種方法：重新開始設計——并設計一種新型塑料。理想的塑料替代品具有生命力類似于紙張的循環：對源材料進行最少的修改，易于回收，如果它泄漏到環境中，危害的可能性最小。2022 年，Luterbacher 的小組報告了一種使用稱為醛的化學物質來轉化不可食用的生物材料的方法，例如作為木屑和玉米芯，制成可生物降解的聚酯，稱為二甲基乙醛酸木糖，這可能是這種替代材料。雖然生產過程目前是概念驗證，但應該可以簡單而輕松地大量制造這種聚酯。相關成果以“Sustainable polyesters via direct functionalization of lignocellulosic sugars”為題，發表在《Nature Chemistry》上。

許多研究人員正在努力開發新一代的塑料，這些塑料通常被統稱為生物塑料。這個總括性術語可以指任何一種生物基塑料，它們來自于植物材料；生物可降解塑料，它們在環境中可在幾個月內降解；以及可堆肥塑料，這是生物可降解塑料的一個子集，除其他外，在分解時不會產生有毒殘留物。(可生物降解的術語本身是有爭議的。研究人員對這種塑料是否真的能在制造商聲稱的時間跨度內分解提出了疑問，并擔心它們可能導致海洋生態系統中的微塑料問題）。由于生物塑料不依賴化石燃料作為原料，其生產的碳足跡也比原生塑料的要小。

目前，最大的兩類生物塑料--聚羥基烷烴(PHA)和聚乳酸(PLA)，都是生物基和可生物降解的；它們被用于食品包裝、餐具和紡織品等應用。企業正在投資數十億美元用于制造生物塑料。但目前它們只占每年生產的4億多噸塑料中的1%。而且在與原生塑料競爭時，生物塑料面臨著種種限制。大規模生產生物塑料的成本也很高，盡管它們可以比原生塑料的碳排放量更低。一些研究人員正試圖通過使用轉基因細菌，甚至是化學品，而不是微生物，來提高PHA的產量，制造生物塑料。

【一個可解決的問題？】

人類是否能夠找到解決塑料危機的方法？Nature雜志采訪的一些研究人員持樂觀態度。全世界有這么多的研究團隊正在研究這個問題，而且得到了更多的媒體關注和公眾興趣。雖然應對氣候變化的許多障礙讓有些人對塑料問題的充分解決沒有信心。不過，人們認為聯合國關于制定全球塑料條約的決議是朝著正確方向邁出的一步。人類確實已經認識到了這個問題，即使這將需要不朽的工作和時間，但最終希望我們能夠解決這個問題。