生物降解塑料 ：讓塑料“消失”的綠色魔法

當(dāng)每一個(gè)塑料袋都能化作春泥，每一片地膜都能滋養(yǎng)作物，塑料將不再是生態(tài)負(fù)擔(dān)，而是地球碳循環(huán)的積極參與者。

自20世紀(jì)初塑料誕生以來，這種輕便、便宜又耐用的材料迅速融入我們生活的方方面面—— 從零食包裝、外賣餐盒到手機(jī)外殼，幾乎無處不在。但問題也隨之而來，傳統(tǒng)塑料以石油為原料，一旦被丟棄，可能需要500-1000年才能分解，相當(dāng)于從北宋至今的時(shí)間跨度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年約有800萬(wàn)噸塑料垃圾涌入海洋，相當(dāng)于每分鐘向大海傾倒一卡車?yán)Ｋ鼈儾粌H讓海洋生物誤食窒息，還會(huì)破碎成肉眼難見的“微塑料”，通過食物鏈悄悄進(jìn)入人體，長(zhǎng)期積累可能損害消化、免疫等系統(tǒng)。

盡管塑料污染日益嚴(yán)峻，人類對(duì)塑料的依賴卻有增無減。據(jù)聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，若不采取有效管控措施，到2050年全球塑料年產(chǎn)量可能突破10億噸，遠(yuǎn)超環(huán)境承載能力。為此，各國(guó)政府紛紛開始采取行動(dòng)，目前已有67個(gè)國(guó)家禁用一次性塑料，并積極開發(fā)新型可降解塑料作為替代品。

生物降解塑料在這種需求下應(yīng)運(yùn)而生，這種材料既保留了傳統(tǒng)塑料的輕便耐用，又具備“自我消解”的特性，它的產(chǎn)業(yè)化和大范圍推廣已成為解決塑料危機(jī)的關(guān)鍵突破口。預(yù)計(jì)到2030年，生物降解塑料將替代30%的傳統(tǒng)塑料，相當(dāng)于每年減少1.2億噸碳排放 。

“優(yōu)秀”的生物降解塑料

生物降解塑料是一類在自然環(huán)境中可通過微生物代謝作用逐步轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳或甲烷等生態(tài)友好產(chǎn)物的材料，又被稱為“綠色生態(tài)塑料”。相比于傳統(tǒng)塑料，這些材料在廢棄后能夠在自然環(huán)境中被完全降解，從而降低對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期負(fù)面影響。

生物降解塑料與傳統(tǒng)塑料對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響之所以截然不同，與兩種材料的原料來源和分解性質(zhì)有關(guān)。傳統(tǒng)塑料主要由石油等化石燃料制成，其生產(chǎn)過程會(huì)消耗大量能源，并且釋放大量溫室氣體，廢棄后降解極為緩慢，大多累積在自然環(huán)境中，造成微塑料污染。這種污染影響到水生和陸生生態(tài)系統(tǒng)，包括動(dòng)植物的生存和繁殖，且生態(tài)系統(tǒng)中的微塑料會(huì)被生物吸收，進(jìn)入食物鏈，最終對(duì)包括人類在內(nèi)的高級(jí)掠食者造成不良影響。相比之下，來源于可再生資源，如農(nóng)作物或其他生物質(zhì)的生物降解材料，在生長(zhǎng)過程中通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，在理想條件下可以快速分解，同時(shí)其在分解 過程中不太容易形成微塑料，因此對(duì)水體和土壤生態(tài)系統(tǒng)影響較小，整體碳足跡只有傳統(tǒng)塑料的1/3。

藍(lán)晶微生物PHA生產(chǎn)工藝 圖/發(fā)酵工業(yè)網(wǎng)

基于不同原料來源，目前主流的生物降解塑料可分為兩大類：一類是植物派系，用玉米淀粉、秸稈等可再生資源制成，比如用玉米淀粉做的聚乳酸（PLA），遇水就能慢慢融化，常用于可降解餐具和3D打印材料；另一類是石油改良派系，雖然原料來自石油，但通過化學(xué)改造后也能被微生物分解，比如聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT），完成使命后會(huì)自動(dòng)碎裂成無害小顆粒，目前這類材料被廣泛應(yīng)用于農(nóng)用地膜和包裝材料。

根據(jù)降解徹底性，生物降解塑料又可分為完全降解型和部分降解型，前者由天然材料合成，分解后完全消失，不留痕跡，對(duì)環(huán)境保護(hù)十分有利；后者只能被“肢解”成更小碎片，仍需配合回收處理，就像被撕碎的紙張還需進(jìn)一步處理。

進(jìn)軍多領(lǐng)域，嶄露頭角

生物降解塑料憑借獨(dú)特的環(huán)境友好特性，正從實(shí)驗(yàn)室走向田間地頭與城市生活。其在農(nóng)業(yè)中最大的突破是替代傳統(tǒng)地膜。

2023年，新疆棉田采用PBAT生物降解地膜后，不僅解決了傳統(tǒng)聚乙烯地膜殘留破壞土壤的難題，還通過微生物分解轉(zhuǎn)化為肥料，使棉花畝產(chǎn)提升15%，并節(jié)省每畝80元人工清理成本，土壤微生物多樣性也顯著提高。這一技術(shù)已在甘肅、云南等十余個(gè)省份推廣，覆蓋馬鈴薯、水稻等作物，年示范面積超10萬(wàn)畝。

類似的替代方式還出現(xiàn)在山東壽光的蔬菜大棚中，生物降解防霧膜正在替代傳統(tǒng)PE膜，這種會(huì)呼吸的薄膜不僅延長(zhǎng)了作物生長(zhǎng)期，還能在廢棄后自動(dòng)降解為土壤微生物的“營(yíng)養(yǎng)餐”。此外，由甘蔗渣制成的育苗缽也正在悄然革新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，這類育苗缽在移栽過程中，無需從幼苗根部剝離，可直接埋入土壤，經(jīng)微生物自然分解后成為有機(jī)肥。云南紅河哈尼族自治州的試驗(yàn)顯示，使用這種育苗缽的咖啡苗成活率提高18%，每畝減少塑料使用量300公斤。

生物降解塑料正引發(fā)包裝行業(yè)變革。2021年，中國(guó)運(yùn)鴻集團(tuán)以秸稈、果蔬莖稈為原料，開發(fā)出全生物降解餐具，防水防油且可完全堆肥分解，每年替代傳統(tǒng)塑料超5000噸，悄然改變著連鎖餐飲的環(huán)保生態(tài)；2022年，廣西農(nóng)墾明陽(yáng)淀粉公司與中國(guó)科學(xué)院合作，以PBAT/玉米淀粉復(fù)合材料為原料，研發(fā)出成本更低的全生物降解膜袋產(chǎn)品，可替代傳統(tǒng)PE材料，該產(chǎn)品通過歐盟“工業(yè)可堆肥”認(rèn)證，堆肥條件下6-12個(gè)月可完全降解為水和二氧化碳。日本明治大學(xué)用蝦殼提取物和植物精油，研制出一款“可食用保鮮膜”，這種膜在自然環(huán)境中14天即可降解，用它包裹草莓、葡萄等水果，既能隔絕氧氣延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，又可直接食用。東京馬拉松從2025年起全面采用這種包裝，賽后塑料垃圾直接減少70%。

生物降解塑料在醫(yī)療領(lǐng)域所取得的突破同樣令人矚目。中國(guó)國(guó)產(chǎn)聚乳酸PLA縫合線已在臨床應(yīng)用中得到驗(yàn)證和推廣，其在術(shù)后3個(gè)月自動(dòng)降解，免去拆線痛苦；3D打印的PLA-HA復(fù)合骨支架則逐步替代金屬植入物，隨骨骼再生自行降解，避免二次手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；此外，可降解藥物微球具有良好的生物相容性，在體內(nèi)不會(huì)引發(fā)免疫系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)，與普通控釋的藥物相比，其藥物釋放速率更平穩(wěn)。

除上述領(lǐng)域外，生物降解塑料在汽車部件、漁網(wǎng)制造、紡織業(yè)等領(lǐng)域也嶄露頭角。在CES2025展會(huì)上，松下控股公司展示了一種100%生物質(zhì)含量的海洋可降解塑料，由高濃度植物纖維素纖維與聚乳酸PLA復(fù)合而成，該材料強(qiáng)度與聚丙烯PP相當(dāng)，已通過日本生物塑料協(xié)會(huì)認(rèn)證，可用于汽車內(nèi)飾部件（如儀表盤、座椅裝飾），目標(biāo)是減少石油基塑料使用并降低海洋污染風(fēng)險(xiǎn)；2024年歐洲生物降解材料研究院的研究發(fā)現(xiàn)，PLA漁網(wǎng)在特定條件下具有良好的降解性能，相比傳統(tǒng)漁網(wǎng)，其降解速度更快，能夠有效減少?gòu)U棄漁網(wǎng)對(duì)海洋環(huán)境的長(zhǎng)期污染。2023年，芬蘭Spinnova公司與瑞典Renewcel合作，利用Renewcell專利技術(shù)將紡織廢料轉(zhuǎn)化為紙漿，再通過 Spinnova的無化學(xué)紡絲技術(shù)制成可生物降解纖維，可用于棉混紡面料。2021年，上海凱賽生物技術(shù)有限公司與颯美特合作，運(yùn)用合成生物技術(shù)，把玉米等生物質(zhì)原料升級(jí)再造，研制成新型生物基面料泰綸PA56，其作為新型的生物基環(huán)保面料，具有多種傳統(tǒng)面料的優(yōu)點(diǎn)，且易染色，可抗菌，并能被再次利用，形成“面料閉環(huán)”。

可降解環(huán)保塑料袋

新技術(shù)不斷涌現(xiàn)

成熟的生物降解塑料產(chǎn)品已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用，同時(shí)為了進(jìn)一步滿足市場(chǎng)需求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，越來越多的新型生物降解技術(shù)及材料正在開發(fā)，它們的推廣將加快生物降解塑料產(chǎn)品的迭代，展現(xiàn)出更高的環(huán)保性能和產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

2024年6月，ECO妙元素推出了一種低成本的生物降解技術(shù)，通過在傳統(tǒng)塑料加工過程中添加0.5%～1%的ECO妙元素，即可使塑料生物降解，達(dá)到生物降解塑料檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)不僅成本低廉，而且不改變?cè)兴芰系哪陀眯院图庸すに?，已成功?yīng)用于眾多企業(yè)的產(chǎn)品中，取得了顯著的環(huán)保效果。

2024年8月，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院通過基因編輯微生物芽孢嵌入塑料基質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢棄后30天內(nèi)完全降解的“活”塑料技術(shù)。該技術(shù)將基因工程改造的芽孢與聚乳酸PLA等塑料母粒直接混合，制備出的“活”塑料在土壤環(huán)境中能夠在25天至30天內(nèi)被完全降解。這種技術(shù)解決了傳統(tǒng)塑料難以降解的問題，為生物降解塑料的廣泛應(yīng)用提供了新的可能性。其優(yōu)勢(shì)在于無需改變現(xiàn)有的塑料生產(chǎn)和加工流程，只需在原料中添加經(jīng)過基因編輯的微生物芽孢，即可實(shí)現(xiàn)塑料的可降解性，具有較高的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

2024年12月，華南理工大學(xué)陳克復(fù)院士團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為DACNF-ESO的生物基塑料，以植物纖維素納米纖維DACNF為剛性“骨架”，環(huán)氧大豆油ESO與硼氧化物通過動(dòng)態(tài)交聯(lián)形成柔性結(jié)合，類似“鋼筋混凝土”結(jié)構(gòu)，兼具高強(qiáng)度與柔韌性。測(cè)試表明，這種可降解塑料拉伸強(qiáng)度達(dá)41MPa，優(yōu)于普通聚乙烯PE塑料，在150℃高溫或7天水浸后性能穩(wěn)定，且在土壤中埋藏約80天可完全降解，分解產(chǎn)物為水和二氧化碳，無毒性殘留，可適用于農(nóng)業(yè)、包裝、電子、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。該技術(shù)已被浙江省生物基全降解及納米材料創(chuàng)新中心納入重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。

藍(lán)晶微生物公司于2023年通過合成生物學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PHA的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，該產(chǎn)品于2024年通過中國(guó)食品可接觸認(rèn)證，并獲得美國(guó)FDA食品可接觸材料認(rèn)證，列入歐盟食品接觸材料清單，成為全球首家可在中美歐三地量產(chǎn)、銷售和使用食品接觸級(jí)PHA原料的企業(yè)。這種PHA材料不僅具有優(yōu)異的生物降解性能，還具備良好的機(jī)械性能和加工性能，可廣泛應(yīng)用于食品接觸材料、包裝、醫(yī)療等領(lǐng)域。

踐行綠色環(huán)保生活方式。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

近年來，隨著環(huán)保意識(shí)的提升和相關(guān)政策的推動(dòng)，我國(guó)生物降解塑料行業(yè)迎來了快速發(fā)展的機(jī)遇。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2024年生物降解塑料市場(chǎng)規(guī)模已突破130億美元，其中亞太地區(qū)占比超40%；中國(guó)作為其中的重要力量，2024年總產(chǎn)能已達(dá)1960千噸，成為全球最大生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平已與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)，部分產(chǎn)品已在餐飲、商超等領(lǐng)域形成穩(wěn)定供應(yīng)。目前，全球生物降解塑料市場(chǎng)正以超22.7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率擴(kuò)張，預(yù)計(jì)到2026年市場(chǎng)規(guī)模將接近3000千噸。

然而，行業(yè)在快速擴(kuò)張中仍面臨多重挑戰(zhàn)。首先，在生產(chǎn)成本方面，生物基原料采集加工成本較石油基原料高3倍至5倍，特殊工藝導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低20%～30%， 疊加環(huán)境評(píng)估等合規(guī)成本，短期生產(chǎn)成本較傳統(tǒng)塑料高30%～100%。新疆、甘肅等地通過“農(nóng)膜補(bǔ)貼+技術(shù)扶持”降低農(nóng)用地膜使用成本，但原料本地化種植和工藝優(yōu)化仍需深化?；蚓庉嫾夹g(shù)、低能耗聚合路徑等創(chuàng)新是未來方向。

其次，材料性能短板問題突出，現(xiàn)有材料機(jī)械強(qiáng)度普遍低于30MPa，耐熱性不足60℃，高壓環(huán)境易變形，降解速率受溫濕度影響顯著，難以滿足食品包裝、汽車部件等場(chǎng)景需求，需要加速研發(fā)復(fù)合改性技術(shù)。此外，降解速率調(diào)控技術(shù)尚未成熟，需平衡使用壽命與環(huán)保效益，智能溫控降解技術(shù)等創(chuàng)新成果或可突破這一瓶頸。

再者，標(biāo)準(zhǔn)體系滯后加劇市場(chǎng)混亂。市場(chǎng)監(jiān)督管理局2023年抽查顯示，35%的企業(yè)使用“偽降解”材料。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)沖突導(dǎo)致2023年出口退貨率增長(zhǎng)12%。國(guó)家發(fā)展改革委2024年試點(diǎn)報(bào)告指出，各省市在堆肥條件、檢測(cè)方法等12項(xiàng)指標(biāo)存在差異，建議建立“純樹脂白名單” 制度。海南禁塑試點(diǎn)通過政策覆蓋和稅收減免，使替代產(chǎn)品使用率提升至65%以上。

此外，回收體系有待完善。全國(guó)首批12個(gè)城市已建成生物降解塑料專用回收渠道，但混合垃圾填埋場(chǎng)景下，材料降解周期受厭氧環(huán)境影響延長(zhǎng)至180天以上。對(duì)此， 杭州“綠色賬戶”模式通過積分激勵(lì)將回收率提升至75%，浙江海正生物通過專利創(chuàng)新的PLA解聚技術(shù)實(shí)現(xiàn)85%循環(huán)利用率，為行業(yè)閉環(huán)提供技術(shù)范本。

最后，市場(chǎng)推廣度有待提高。調(diào)研顯示，超60%消費(fèi)者對(duì)耐用性和環(huán)保真實(shí)性存疑，產(chǎn)品平均溢價(jià)35%抑制市場(chǎng)普及。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)試點(diǎn)提出“標(biāo)簽透明化+階梯定價(jià)”策略，要求明確降解條件與認(rèn)證標(biāo)識(shí)，并對(duì)重點(diǎn)場(chǎng)景實(shí)施“限塑補(bǔ)貼”；同時(shí)聯(lián)合頭部企業(yè)開展“以舊換新”活動(dòng)。如上海凱賽生物通過“泰綸PA56面料閉環(huán)計(jì)劃”，將終端產(chǎn)品溢價(jià)轉(zhuǎn)化為品牌環(huán)保價(jià)值。

從田間地頭到城市商超，從日常用品到高端科技，塑料正經(jīng)歷著從“白色污染”到“綠色希望”的蛻變。生物降解塑料將為人類文明的可持續(xù)發(fā)展寫下新的注腳，它是科技產(chǎn)物，是環(huán)保意識(shí)的載體。當(dāng)每一個(gè)塑料袋都能化作春泥，每一片地膜都能滋養(yǎng)作物，塑料將不再是生態(tài)負(fù)擔(dān)，而是地球碳循環(huán)的積極參與者。

生物降解塑料的產(chǎn)業(yè)化，不僅是科學(xué)家與企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，更是每個(gè)人生活方式的革命。當(dāng)技術(shù)創(chuàng)新、政策支持與公眾意識(shí)形成合力，那個(gè)“無塑世界”的愿景或許不再遙遠(yuǎn)。

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2025年5月號(hào)）

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編校：范曉華，審讀：郭麗

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