“塑料”也能是环保材料?
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2023-09-29 00:17:34
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原标题:“塑料”也能是环保材料?

窗外,树木被风吹得东倒西歪,树叶在空中打着旋儿。云层下,立着亮眼的彩虹舞台;会议室里,桌椅晃动、水杯轻颤。

苹果 CEO Tim Cook 带领整个团队,神色不安地转过头,发现由 Octavia Spencer 扮演的“自然之母”忽然在长桌一端落座,用略带凌厉的目光看着众人:“2020 年,你们承诺在 2030 年把 Apple 的整体碳足迹清零,现在怎么样了?”

这是一段苹果最新发布会中播出的广告片,在仅有两小时的发布会中,专门留出了5分钟介绍了这位虚拟的“自然之母”。用故事短片的形式,苹果向所有用户承诺将在2030年实现全面碳中和。

全面碳中和是指产品的生产与运输全流程中,排出的温室气体能被材料循环回收、植树造林、节能减排等形式抵消,从而不为地球增加额外碳负担。

不仅仅是苹果,所有领先的 3C 公司都已发布了自己的碳中和计划,华为宣布了 2025 年让单位收入碳排放量相对2019年减少16%的目标。OPPO 发布低碳白皮书,宣布于 2023 年从欧洲市场开始,实现包装材料100%可降解。

实现碳中和需要多管齐下,电力消耗来源、生产运输效率、办公运营低碳等等方面都需要持续优化。但作为消费产品,最能直观地向消费者传递自己的低碳理念,并让消费者一同参与其中的,就是消费者最容易感知的部分——包装材料。

纸包装的骗局

2021 年,全球调研咨询机构英敏特的最新报告指出,61%的中国受访者对于支持环境可持续性品牌有着更高的好感,但他们的感受往往质朴地来源于触摸与感受,几乎不可能从专业角度去判断什么才是更安全与环保的材料。

纸张,往往是大众普遍认为最环保的材料,但真实情况并不尽然。

今年9月12日,一份由欧洲环境局、欧洲零废物组织、Fern、环境纸网络和Rethink Plastic alliance组成的非政府组织联盟撰写报告《Disposable Paper-based Food Packaging》报告显示,将一次性纸质产品当作塑料的环保替代品进行营销,是在误导公民和政策制定者。食品纸质包装通常与塑料或其他化学涂层结合使用,但它可回收成分很少,只能焚烧或填埋,并且它会导致全球森林砍伐和工业用水消耗。

纸张也为很多国家带来生态灾难。巴西是欧洲最大的纸浆和纸张供应国,在过去20年巴西的纸浆产量中增加了两倍,自身却因为桉树和松树种植园加剧了水资源短缺、森林火灾和生物多样性丧失。即使在欧洲,由于过度砍伐,76%的芬兰森林栖息地被列为受威胁栖息地,甚至芬兰已成为二氧化碳的净排放国。

在环保之外,纸张的物理性能也未必能满足消费者的产品诉求。它在运输或撞击下会掉粉,缓冲性能也不能保证,一度流行的纸吸管也曾因为耐温与耐水性的不理想,还让“奶茶消费者吐槽纸吸管”话题登上过微博热搜。

穿透环保的朴素直觉,人们最终还是需要在已经被大规模验证的材料中,重新寻找环保的方案。

塑料,也能来自天然

塑料,也就是高分子聚合物,自从以石油为原料的工业合成的技术发明后,就以其独特的可塑性、透明度、手感、韧性等诸多优势,迅速在全球普及开来,成为人们日常生活中不可替代的存在。

乍听塑料的名字,人们容易将其与《禁塑令》中的白色污染形象相关联。殊不知,高分子聚合物本就源起天然树脂,它们并非完全来源石油,也并非都不环保。

所有的高分子聚合物,都能基于“是否来自石油”,以及“是否可在自然环境中降解”被分成如下图所示的四大类:

具有热塑性的高分子材料

并非所有塑料都来源于石油,也并非所有塑料都是不可降解的。如图所示,只有不可降解的材料,才是环境的最大杀手,也就是人们常说的白色污染。为了满足非石油来源的双碳要求,我们把目光放在了那些由自然物质生成,且可被降解的塑料上。

可降解材料的终极选项

其中,PHA(聚羟基脂肪酸酯)被视为最有未来潜力的材料选择。

这是一类早已在自然界微生物细胞中广泛存在的天然聚合物。1926年,一个叫 Lemoigne 的法国人在巨大芽孢杆菌中发现了一种天然高分子材料。

微生物细胞中的PHA类似于动物体内的脂肪

他发现的物质被命名为聚3-羟基丁酸,后来归为了 PHA 家族中的一员。随着人们对 PHA 的研究加深,发现它竟然能在相当多的微生物菌株里自然合成,以储存能量。人们发现,这类叫PHA的材料已经在地球上存在了十亿年以上,并且在某些微生物的野生菌株体内,PHA 含量甚至可以达到70%,天然具备生物相容性。

PHA 作为微生物的一种储存能量的形式,天然可降解是它的第一性。在土壤和水体环境中,通常3-6个月时间就足以让 PHA 消失得无影无踪,而这个过程,传统塑料可能需要数百年。

后来人们借自然界合成 PHA 的方式,利用合成生物学技术不断筛选、迭代生产 PHA 的菌株,让它们在精密设计的工业产线中,也能在体内源源不断生产 PHA,并逐渐提高合成效率,彻底为人所用。

它源于自然,又能归于自然,还有什么能比它更环保的呢?

更难能可贵的是,PHA 在海洋中也保持了这种优异的降解特性,其海洋降解率与纸和棉麻中的纤维素降解率持平,而另一种也被认为是可降解塑料的 PLA(聚乳酸),海洋降解率几乎为0。

PLA 是目前另一种被产业界关注的高分子聚合物,作为以淀粉为来源的产品,在工业堆肥环境下的降解性能优于传统塑料。只可惜自然界并不天然提供工业堆肥的生物环境。本质上看,堆肥降解就是在微生物作用下发生的化学及酶促水解反应,这对环境中的温度、湿度和特异微生物数量都有一定要求。但这些条件在自然环境中很难满足,尤其在高盐、低温的海洋环境中,并不存在这样的条件。

因此,2019年6月5日欧洲议会和理事会发布《关于减少某些塑料制品对环境影响的指令(EU)2019/904》,委员会出台《关于一次性塑料制品的指南》。明确建议 PBAT 和 PLA 等人造高分子聚合物不能用于制造一次性用品或添加到天然纤维中。

为响应号召,今年6月,全球乳酸巨头 Corbion(科碧恩)公司甚至宣布,终止其在法国的10万吨 PLA 项目建设 。

起码目前可以这样认为,截至目前,完全生于自然,也能归于自然的 PHA,就是全域可降解高分子材料的终极方案。

从科学来,到产业去

当科学问题得以解决,剩下的就交给工业界。

PHA 类材料作为近年来被产业界关注的新型绿色材料,产品导入也需要持续的开发。它的热塑性(热可塑性或加工性)与传统塑料相似,并且由于其分子结构上有着各种支链,不同的 PHA 有着各自不同的特性,需要供应商持续地深入研究,建立数据模型。

同时在产业实践中,包装材料在各类场景下,有着不同程度的诸如强度、耐磨、透明度等指标要求。这就对PHA 供应商提出了苛刻的要求,它不仅需要对各种类型的PHA性能了如指掌,还要求熟悉PHA与各种有机或无机材料复配方案与工艺。

要将一种创新型材料带出实验室,真正走向市场,先行者必须要掌握从研发、生产,到应用的全流程方法论,才能满足企业需求,服务社会。

蓝晶微生物自 2016 年起从事 PHA 行业,组建复合型研发团队,目前结合“工业4.0”升级迭代生物技术研发平台 Synbio OS™,通过不断优化发酵生产 PHA 的工业菌株,目前已成为全球屈指可数的PHA工业化生产商之一。

蓝晶将所有可用于生物制造的碳源分为三类,环境收益依次递增;但科学、工程技术与运营难度也依次增大。

用于生产蓝晶™PHA的混合碳源技术

第一是传统生物质,例如淀粉和植物油脂;第二是非粮生物质,例如秸秆和废气烹饪油;第三则是温室气体,包括二氧化碳和工业废气。其中,使用第三类碳源的环境收益最大——将温室气体中的碳原子直接转化为蓝晶™ PHA,可为碳中和做出显著贡献。如今,利用这三种碳源工业生产蓝晶™ PHA 的路径都已跑通,可用于生产一次性制品、硬质包装、软质包装、纤维等产品。

以此为基础,蓝晶微生物希望能与所有志在可持续发展方面有所行动的企业携手,根据下游需求共同打磨产品,早日将环保理念落到实处。

目前,“蓝晶™PHA超级工厂 BioFAB1”已建成投产,预计每年可生产 5,000 吨 PHA 产品,为下游的稳定供应打下了基础,第二期、第三期工程,也在扩建中。未来,蓝晶的研发团队可以根据不同需求的应用场景,陪伴合作伙伴进行工艺改进,共创可持续发展的新路径。

环保,是一场社会大协作

环保是每个人一生的课程,更是需要全社会共同完成的大协作。环保的口号人人都熟悉,但真正在生活中将其落到实处并不容易。如果缺少有力的引导与示范,那么更多人就会搭着便车,让别人先环保起来。

环保的落实离不开如各国“禁塑令”般法规的兜底,也离不开具备强力社会责任感企业的摇旗呐喊。如此这般,才能让“绿水青山就是金山银山”的口号从宣传倡议,变成行动的指南,最终成为潮流。

这也是为什么诸如苹果、华为、OPPO 等所有 3C 大企业,都争先带头,面对社会发布可持续发展的社会承诺。如今手机、智能手表、智能耳机等3C产品,已是几乎无时不刻伴随消费者左右,企业也从产品的全生命周期出发,思考如何让每一个环节变得更环保。

其中计算每一环节的碳得失固然重要,但如果我们站在社会协作的角度思考,就会发现如何让消费者参与其中,认识到自己也是环保事业的一环,更能帮助社会凝聚长久共识。

这就需要企业不仅仅站在产品生命周期的角度,更要站在消费者使用场景的角度去思考。在消费者接触到产品,打开包装,直至抛弃物处置的各个环节,都能意识到自己参与了环保其中,并且发现竟如此轻松。

改变意识的努力看似漫长,但结果却是能高度确定的。回看过往二十年的变化,我们的社会环境会越来越好,消费者也越来越倾向使用环保理念更强的品牌。这便是环保事业的正循环,最终会为企业带来长久的回报。

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