海洋塑料的科技“救赎”

有报道称，至少79000吨海洋塑料垃圾聚集在太平洋深处，形成一座巨大的塑料“垃圾岛”，面积约为160万平方公里，约等于45个海南岛。

这些塑料垃圾能被海水降解吗？“不能。”中国科学院理化技术研究所（以下简称中科院理化所）研究员、工程塑料国家工程研究中心主任季君晖在接受《中国科学报》采访时坦言，“照此速度发展，2050年海洋塑料垃圾重量将超过海洋鱼类的重量。”

季君晖介绍从南海实验点打捞的塑料垃圾。

那么，如何让塑料在海水中降解消失呢？

被忽视的海洋塑料污染

1965年，瑞典人斯图林（Sten Gustaf Thulin）发明了一体式PE塑料袋，以替代需要大量砍伐森林制成的纸袋。这在当时被列为“二十世纪最伟大的发明之一”，却在2002年被英国《卫报》评为“人类最糟糕的发明”。

据中国塑协塑料再生利用专业委员会统计，我国每天使用塑料袋约30亿个。季君晖打了个比方：“这些塑料袋连起来不仅能从地球到月亮绕三次，还能富余出一个打结的长度。”

PE塑料是不可以被降解的。从事材料化学研究的中国科学院院士江雷解释道：“不可降解塑料在其化学合成的过程中形成的化学键，是微生物无法降解的，因此很难在土壤或其他自然环境中被分解。”

为了解决白色污染问题，近年来，国际社会纷纷开展了“限塑”甚至“禁塑”工作，并取得一定成效。但遗憾的是，海洋塑料污染问题却长时间被忽视。

“每年约有800万吨塑料废弃物流入海洋，海洋中已经积攒了数亿吨的塑料废弃物。”季君晖感慨道，最关键的是，这些塑料无法自行降解。

2015年，研究人员在哥斯达黎加的海洋中发现一只雄性太平洋丽龟，它的鼻孔被一根12厘米的吸管堵住，呼吸困难。实际上，每年因为塑料缠绕或误食备受折磨甚至死亡的海洋生物数不胜数。

当前，大量陆地塑料流入海中，甚至形成塑料岛，对海洋生物和全人类构成重大威胁。“日常生活中的塑料大多能在海洋中发现。它们最终会形成直径小于5毫米的‘微塑料’，通常会小于1毫米，甚至0.1毫米，跟水一样在整个海洋弥散性分布。”季君晖说，“这意味着，有水的地方就有微塑料。”

而这些微塑料，将不可避免地走上人们的餐桌。“微塑料可能通过海产品和食盐被人们吃下。”季君晖告诉记者。

为什么海洋塑料污染长时间被忽视呢？季君晖认为，一方面因为海洋污染不像土壤污染给人们生产生活带来更直接的影响，另一方面是海洋污染的权责不像土壤污染那么明晰，无论是哪个国家提出，都需要从全球环境保护的角度出发。

塑料在海水中如何降解

季君晖团队在2015年开始研究海洋可降解塑料。“降解塑料的终极研究目标是全自然域可自然降解，因为我们没办法控制塑料最终留在了哪里，而海水属于较难降解的环境。如果塑料产品在海水中能实现降解，基本上也可以在其他领域实现降解。”

起初，与大多数学者一样，季君晖也希望现有的生物降解塑料可以在海洋中降解。然而经过一年多的实验，他发现大部分生物可降解塑料无法在海洋中降解。

为什么塑料在海水中的降解如此困难呢？“生物降解塑料的降解机理是‘生物作用’，要靠环境中的微生物来降解，而海水的盐分高，即使最富微生物的海水也要比贫瘠的土壤微生物少很多。”季君晖解释道，“这就意味着仅依赖微生物实现降解的生物降解塑料在正常土壤中只需要3~6个月就能降解，而在海洋中的降解可能需要几十年甚至更长，这种降解是没有意义的。”

让塑料在海水中实现生物可降解这一想法破灭之后，季君晖在2017年带领团队开始研发全新的海水可降解塑料，把降解机理从生物降解调整为盐促水解降解。

“海水中最不缺的就是盐，盐促水解反应可以把塑料分子链先变成一个个的小‘片断’。这些小‘片断’慢慢会被海洋消纳，最后变成二氧化碳。”季君晖解释道。

实验过程并非一帆风顺。在南海的一次海上实验中，台风吹跑了研究样品，团队半年多的辛苦工作付诸东流。

功夫不负有心人。一年后，季君晖团队成功研制出在海水中可降解塑料，可以制备塑料袋、塑料瓶、餐盒、塑料泡沫等制品，其中用于制备塑料袋和塑料瓶的新型海水可降解塑料即将在海南进行中试。

他介绍道，目前所研发的海水可降解塑料，在海水中的降解时间可以控制在2~3年，而在土壤环境中只需3~6个月。“不同制品的塑料降解时间不同，比如用于海水养殖的渔网一般使用寿命是5~6年，那它的降解时间则会控制在9~10年。”

江雷对此评价道：“海水可降解塑料是一项非常重要的突破，可以解决新增海洋塑料垃圾的消化和分解问题。”

“应用是我们最终的目标”

2020年4月，海南省生态环境厅印发《关于开展海南省禁止生产销售使用一次性不可降解塑料制品试点工作的通知》，并逐渐开展“禁塑”试点工作。

为了全面支撑海南省“禁塑”工作，同年6月，中科院理化所与海南省科技厅计划共建海南省降解塑料技术创新中心，研究降解塑料领域的新技术、新产品、新工艺等，推进海水可降解塑料的产业化。

“海洋里发现的塑料废物是什么，我们就先研究什么，而实现塑料制品的可降解性能只是第一步，关键要解决产品的使用性能和成本问题。”季君晖说。

在他看来，“禁塑”的关键前提是提高市场监管部门对塑料产品的快速鉴别能力，而当时检验塑料产品能否降解需要6个月之久。

为了在短时间内解决塑料产品的快速检测问题，季君晖几乎把北京的实验室搬到了海南，最终促成了海南省地方标准DB46/T 519-2020《全生物降解塑料及制品快速检测法基于电子监管光谱指纹图谱法》、DB46/T 520-2020《全生物降解塑料制品中可降解成分快速检测法》的制定和发布。该标准一出台，就被国家发改委列入国家生态文明建设区推荐措施。

此外，季君晖团队还研制出塑料产品的检测设备，检测时间也由6个月缩短到几分钟。“目前降解塑料快速检测设备的价格还比较高，我们希望开发新的装备，将价格控制在2万元以内，只有成本下来了，才能实现全面的装备制造。”他说。

除了海水可降解塑料，中科院理化所还研发了具有完全自主知识产权的PBS/PBAT（第三代新型生物降解塑料），并完成向多家企业的技术授权，顺利投产。“我们研究的出发点永远是行业的需求，应用是我们最终的目标。”季君晖告诉记者。

为更好地推动科研成果转化，中科院理化所在2020年7月成立了中科启程新材料科技（海南）有限公司。“科研成果转化的过程中，很容易产生知识产权纠纷，有了自己的转化平台有助于解决这一问题。”季君晖坦言。

“人这一辈子难得做好一件事，当看到自己研发的产品被千家万户使用时，我很自豪。”季君晖感慨道，“海水可降解塑料不再是生物降解塑料的更新换代，而是全新的颠覆性技术，随着工艺的完善和成本的降低，将会有更大的发展空间。”