中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱中科院理化所)研究員、工程塑料國(guó)家工程研究中心主任季君暉日前向媒體透露，由其帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過兩年的研究，研制出一種可在海水中降解的高分子材料。中科院理化所于6月13日與海南省科技廳在海口簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將共建海南省降解塑料技術(shù)創(chuàng)新中心，研究降解塑料領(lǐng)域的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝等，推進(jìn)海水可降解塑料技術(shù)在海南進(jìn)行中試(即產(chǎn)品正式投產(chǎn)前的試驗(yàn))，盡早實(shí)現(xiàn)海水可降解塑料的產(chǎn)業(yè)化，為海南全面鋪開的“禁塑”工作注入科技力量。
海水可降解塑料應(yīng)用越早越好
海水可降解塑料，是中科院理化所與海南省合作的核心。什么是海水可降解塑料?為什么要研發(fā)它?海南日?qǐng)?bào)記者采訪了季君暉。
“海水可降解塑料，就是能在海水中降解的聚酯復(fù)合材料。”季君暉說，研發(fā)它是為了解決日益嚴(yán)峻的海洋塑料污染問題，替代難以降解的通用塑料，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，“海南當(dāng)前已開啟‘禁塑’工作，加上海南是海洋大省，海水可降解塑料應(yīng)用越早越好，范圍越廣越好。”
海洋塑料垃圾污染超乎想象
當(dāng)前，塑料污染已成為地球上直逼氣候變化的另一重大威脅，因?yàn)樗诩眲∥廴久恳环N自然系統(tǒng)，并危及越來越多的生物。
“人們關(guān)注塑料污染問題始于上世紀(jì)60年代。人類對(duì)陸地上塑料污染的感受越來越深刻，科學(xué)家們最先想辦法解決的是陸地塑料污染問題。”季君暉說，這才有了我們現(xiàn)在常用的生物降解塑料。
但事實(shí)上，海洋塑料垃圾污染，以及它們對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的危害，早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的想象。“當(dāng)前地球每年產(chǎn)生的塑料超過3億噸，其中相當(dāng)一部分使用后被直接丟入海洋，還有部分從陸地通過河道、風(fēng)力最終進(jìn)入海洋。”季君暉說，目前人類活動(dòng)和洋流導(dǎo)致這些塑料垃圾集中分布于北太平洋、南太平洋、北大西洋、南大西洋及印度洋中部。
“近年來塑料的使用量越來越大，據(jù)估算，如果現(xiàn)在的塑料消費(fèi)方式?jīng)]有顯著變化，到2050年，全球海洋中塑料總重量將超過魚類的總重量。”季君暉說，這是一件非常可怕的事情，目前在美國(guó)夏威夷和加利福尼亞州之間有座“塑料島”，160萬平方公里全是塑料，很多人戲謔地稱之為“世界第八大洲”。
生物降解塑料在海水中無法被降解
為了遏制“白色污染”蔓延，國(guó)際社會(huì)不約而同展開“限塑”甚至“禁塑”工作，目前全球已有60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)出臺(tái)了相關(guān)限制塑料使用的政策或法令。隨著科學(xué)研究的深入，聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚酯(PBAT)、聚己內(nèi)酯(PCL)和聚羥基烷酸酯(PHAs)等生物降解材料(生物降解塑料)，已經(jīng)大規(guī)模替代了不可降解的通用塑料，一定程度上緩解了陸地上的“白色污染”。
那么，生物降解塑料在海水中可以降解嗎?答案是不能。
生物降解塑料大都是含酯鍵的高分子材料，分子鏈相對(duì)脆弱，可以被自然界許多微生物分解、消化，最終形成二氧化碳和水。“與陸地土壤不同，海水中微生物量極少，而且海水溫度也比較低，生物降解塑料在海水中不能像在陸地上一樣降解，或者說很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都無法在海水中被降解。”季君暉說，因此科研人員需要開發(fā)能夠在海洋環(huán)境中降解的新型高分子材料。
開發(fā)海水可降解塑料迫在眉睫
“我們必須知道，幾乎所有類型的塑料都已經(jīng)在海洋中找到。”季君暉說，它們?cè)诤Ｋ惺芄狻L(fēng)化、渦流機(jī)械和生物群的不斷作用，最終形成直徑小于5毫米的“微塑料”，這些塑料微粒或漂浮在海水中、或沉入海底，幾十年甚至幾百年都不會(huì)分解，對(duì)整個(gè)海洋環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。
在海洋中彌散性分布的塑料微粒使無數(shù)海鳥、魚和其他海洋生物受到滅頂之災(zāi)，并逐漸通過食物鏈將毒素帶到人類的餐桌。“中國(guó)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，平均每克食用鹽中含有一顆‘微塑料’。這都是不可降解塑料進(jìn)入海洋的后果，這不是危言聳聽，這是人類必須直面的海洋污染問題。”季君暉說。
與治理處理陸地上的“白色污染”不同，人們幾乎無法對(duì)細(xì)小的塑料微粒進(jìn)行廣泛收集和處理。“海洋塑料污染的治理日益緊迫，同時(shí)也困難重重。”季君暉說，要解決這一問題最根本的有效辦法，就是讓塑料進(jìn)入海水后自行降解消失，因此開發(fā)和使用能在海洋環(huán)境中自行降解的塑料制品，替代難降解的塑料制品，迫在眉睫。
中國(guó)團(tuán)隊(duì)誕生海水可降解塑料
當(dāng)前國(guó)際上海水可降解材料的相關(guān)研究才剛剛起步。“雖然海水降解塑料已經(jīng)得到全球?qū)＜业母叨戎匾暎菄?guó)際上海水可降解塑料的研究還是鳳毛麟角，只有中國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家的極少數(shù)跨國(guó)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)開始著手研究。”季君暉說，2017年，工程塑料國(guó)家工程研究中心和中科院理化所組織近10名博士研究海水可降解塑料，走在全國(guó)前列。
從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，歷經(jīng)艱難攻關(guān)、經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，2018年季君暉團(tuán)隊(duì)研制出了一種可在海水中降解的高分子材料，可以理解為海水可降解塑料制品的“前身”。
“這種新型材料，既有在海洋水體中的降解性，也能在土壤中降解，可在被廢棄到土壤或海洋中數(shù)十天到數(shù)百天內(nèi)被分解成水和二氧化碳等物質(zhì)。”季君暉說，雖然海水可降解塑料誕生了，但它仍處在實(shí)驗(yàn)室層面，距離投產(chǎn)應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段路要走。
有望減少人類塑料污染增量
一般來說，進(jìn)入海洋的塑料大致分為兩類，一類是塑料垃圾，一類是在海洋中使用的塑料制品。“根據(jù)塑料制品的用途不同，我們要選擇不同性能的海水可降解高分子材料。”季君暉說。
舉個(gè)例子，漁網(wǎng)是常見的塑料制品，為了防治海洋塑料垃圾，未來的漁網(wǎng)需用海水可降解塑料制成，“漁網(wǎng)是用來打魚的，它不可以剛放進(jìn)海里沒多久就被降解了，否則打魚成本太高。”季君暉說，因此科研人員要考慮漁網(wǎng)在海水中的使用壽命，延長(zhǎng)其被降解的時(shí)間，“需要較長(zhǎng)時(shí)間降解”就是這一高分子材料的性能之一。
以此反推，如果廢棄的包裝盒、保鮮膜、纖維等塑料制品進(jìn)入海洋，那它們就是塑料垃圾，“我們需要縮短其被降解的時(shí)間。”季君暉說，這些生產(chǎn)生活上的不同需求，也是科研人員在研發(fā)中需要考慮的因素。
從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化仍需要過程
從2018年開始，在中科院深海所、三沙航跡珊瑚礁保護(hù)研究所的協(xié)助下，季君暉團(tuán)隊(duì)在渤海、東海和南海等不同海洋環(huán)境對(duì)海水可降解的高分子材料進(jìn)行了降解測(cè)試和篩選，定型了不同應(yīng)用背景的高分子材料品種，未來他們可以根據(jù)不同應(yīng)用，設(shè)計(jì)出不同性能的材料。
“進(jìn)行海試，是為了研究不同高分子材料在不同海洋環(huán)境中保持性能不顯著降低的時(shí)間(即以后產(chǎn)品可能的使用壽命)，降解消失速度如何，以此判斷塑料性能，以便開發(fā)應(yīng)用。”季君暉說，目前海水可降解塑料海試工作取得了海水可降解塑料制備的初步成果，接下來就要解決工程技術(shù)問題，為產(chǎn)業(yè)化示范做準(zhǔn)備。
“海水可降解塑料不僅可以在海水中被降解，也可以在陸地土壤里被降解。”季君暉說，治理海洋污染問題，是為人類的生存而戰(zhàn)，他們所作的一切努力，都是為了在人類塑料用量持續(xù)增加的前提下，盡全力減少塑料污染的增量。
