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用绿色替代方案击退“包装刺客”

  两包零食包装费近10元、18元麻辣烫外卖包装费6元、13元奶茶打包费4元……

  近日,“包装刺客”在网络上引发热议。除了虚高的打包费,外卖的一次性包装材料还存在不可降解的问题,引发的“白色污染”将给人类的生存环境带来直接危害。

  如何治理白色污染?不久前,国家重点研发计划“循环经济关键技术与装备”重点专项“一次性塑料包装绿色替代与低成本制造技术”项目获得科技部资助,有望解决一次性塑料包装绿色替代和低成本制造难题。

  中国互联网络信息中心发布的第51次《中国互联网络发展状况统计报告》显示,截至2022年12月,我国网上外卖用户规模达5.21亿,占网民整体的48.8%。这一些数据背后还有不计其数的一次性餐盒、打包袋。

  如今,一次性包装材料在人们的日常生活中,尤其是快递和外卖如此便捷的当下非常普遍。然而,传统一次性包装材料难降解,丢弃会引发“白色污染”。

  中国科学院长春应用化学研究所(以下简称长春应化所)研究员边新超向《中国科学报》介绍了“白色污染”的主要危害:“一次性包装材料在土壤中不断累积,会影响农作物吸收养分和水分,导致农作物减产,土地板结影响可持续利用;陆地或水体中的塑料袋被动物当作食物吞入导致动物死亡;微塑料渗入人体中,会对人体健康造成危害。”

  边新超也是“一次性塑料包装绿色替代与低成本制造技术”项目的负责人。他指出,近十年来,随着我们国家倡导绿色低碳发展,科技部加大了对生态环保材料项目的支持力度,生物降解材料研发和产业化取得了较快进展。“但与传统材料相比,生物降解材料的成本一直是制约其普遍推广的主要的因素。”

  边新超的导师、长春应化所陈学思院士带领团队从2000年开始与企业合作,致力于聚乳酸生物降解材料的研发和产业化,已建立了国内首条万吨级聚乳酸(PLA)生产线。“针对PLA关键单体丙交酯卡脖子技术,我们率先提出了乳酸一步法合成丙交酯的工业化新路线,将环氧丙烷单体转化率从30%提高到90%以上,目前均完成了百吨级中试。”

  “通过多年产学研合作,我们也发现生物降解材料产业化规模的增加,并不是降低材料成本的根本因素,技术进步和提升才是解决材料成本问题的关键。”边新超表示,怎么样才能做到材料制备过程的绿色化、全流程环保,既是行业痛点,也是关注的焦点。

  2022年,科技部发布了“循环经济关键技术与装备”专项,将“一次性塑料包装绿色替代与低成本制造技术”项目列入指南。长春应化所牵头联合海正生材、金发科技、联泓新材等企业和四川大学、北京师范大学、广东工业大学、中科院过程工程研究所等多家高校院所共同申报,于2022年11月获得立项支持。

  广东工业大学教授周雅是该项目课题1“生物可降解塑料包装全生命周期资源环境影响评价”的负责人,她在接受《中国科学报》采访时候表示,我们团队主要关注外卖等新兴起的产业全生命周期环境影响及减污降碳优化调控策略,建立了聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等塑料包装全生命周期清单,提出降低传统塑料包装三分之二生命周期环境排放的调控策略。

  周雅所在团队的带头人是中国工程院院士杨志峰。团队方向之一是环境系统工程,应用系统思维,综合多学科交叉方法,对复杂环境问题做多元化的分析、模拟、优化和研判,为环境污染防治和社会经济可持续发展提供科学方法体系和综合解决方案。

  2022年,联合国环境大会最新通过的决议提出,对塑料进行全生命周期管理,在设计阶段就将塑料产品的重复使用和回收利用纳入考量,并且着眼于多样化治理塑料污染。

  周雅告诉《中国科学报》:“我们团队曾通过定量我国城市外卖垃圾产量及生命周期环境排放,提出重复使用餐盒,为我国外卖行业绿色转型、塑料包装废物减量、‘无废城市’建设提供新模式。”

  四川大学高分子材料工程国家重点实验室研究员陈宁是项目课题5“实现生物可降解包装薄膜低成本制造”的负责人,他来自中国工程院院士王琪团队。

  王琪团队开展的一项研究工作就是解决聚乙烯醇热塑加工的难题,使环境友好塑料能够替代不可降解的材料,并投入大规模生产。“未解决这一难题,王琪院士已经在这个方向坚持了十余年。”陈宁说。

  近年来,王琪团队成功实现了无机纳米粒子在聚合物基体中的良好分散和高填充。团队还逐步发展了固相剪切碾磨加工技术,实现了生物质秸秆、无机粉体填充生物可降解塑料的成型加工,制备了高性能全生物降解塑料制品。

  边新超说:“该项目需要各单位优势互补,强强联合,紧密围绕既定目标,将环境、化工、材料、管理等多学科深层次地融合,依托各自的研究特长进行合作。”

  “生物可降解塑料包装代替传统一次性塑料包装是解决‘白色污染’的重要方法之一,然而推广生物可降解塑料还面临资源环境影响不清、降解机理不明、制造成本偏高等难题,亟需建立一次性塑料包装绿色替代和低成本制造的新方法新技术,开展工程示范。”边新超向《中国科学报》介绍了立项的背景。

  虽然项目立项不到半年,但是各单位的工作已经在有序开展中,并取得一定成效。

  周雅和记者说:“我们已初步建立可降解塑料包装全生命周期减排多维调控机制,为一次性塑料包装绿色替代提供科学依据。”

  目前,周雅团队正在跟参与企业组织对接,希望从行业尺度搭建生命周期数据库。“调研中我们得知基础数据存在缺失,希望能构建中国可降解塑料包装生命周期数据库,推动绿色低碳可持续发展。”

  陈宁团队负责研发的多组分生物可降解塑料的无机粉体高填充技术已有积累。他说:“我们将与企业协同合作,在降低材料成本的同时提高包装制品的性能。”

  边新超介绍,该项目完成后,将建成15万吨/年丙交酯和15万吨/年聚乳酸生产线万吨/年二氧化碳基可降解塑料生产线万吨/年改性生物可降解塑料生产线个产业化示范工程。

  他也指出目前遇到的一些困难:“我们团队在研发中面临着关键材料纯度问题,设备国产化问题,关键催化剂的优化问题,高性能制品开发问题,以及材料降解机理不完全明晰等诸多问题,还需要一一攻关。”

  “我们最终生产的可降解包装薄膜有望较市场同种类型的产品降低生产所带来的成本30%以上。”边新超透露,低成本生物降解材料预计会率先在购物袋、一次性餐具餐盒、一次性吸管、纸杯等领域推广应用。


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