靠细菌和虫子能吃掉白色污染吗?(下)

魏昕宇 2019-12-3120:20:35 评论 881 views

《塑料的世界》系列

靠细菌和虫子能吃掉白色污染吗?(下)

​​【前情提要】在本文的中篇中【靠细菌和虫子能吃掉白色污染吗?(中)】 ,我们了解了目前最为重要的生物可降解塑料聚乳酸,以及其它形形色色的标榜可降解的塑料。那么这些塑料是否真的像声称的那样,能够通过降解来消除白色污染问题呢?

四、是骡子是马,拉出来遛遛

如果用上面两条标准去衡量,淀粉、纤维素这样的天然高分子材料很容易过关,毕竟它们都是微生物的老朋友了,但聚乳酸就有些麻烦了。细心的读者可能注意到了,在前面介绍聚乳酸时,笔者使用了“合适的条件”这样的字眼,这并不是平白无故加上去的。乳酸在自然界很常见,聚乳酸对于微生物来说却是相当陌生。虽然近年来科学家们找到了一些能够直接降解聚乳酸的微生物,但聚乳酸在环境中的降解主要并不是依赖于微生物,而是通过聚乳酸与水发生水解反应导致分子逐渐变小。只有当聚乳酸的分子变得足够小时,微生物才有可能参与进来分一杯羹。

靠细菌和虫子能吃掉白色污染吗?(下)

在合适的条件下,聚乳酸能够在环境中彻底降解 (图片来源:Kale G, Kijchavengkul T, Auras R, et al. 2007. Compostability of bioplastic packaging materials: An overview. Macromolecular Bioscience, 7(3): 255-277)

聚乳酸的水解过程要想较快发生,通常需要维持60℃左右的温度和较高的湿度,即通常所说的工业化堆肥条件。在这样的条件下,聚乳酸制品只需要一两个月的时间就会消失不见。但如果环境中的温度或者湿度过低,聚乳酸的水解就会非常缓慢。例如来自英国的研究人员曾经测试了各种可降解塑料制品在冬春两季户外堆肥装置中的降解情况。英国的气候虽然较为温和,在研究人员所处的东南部,冬季气温也可以降至10℃以下。实验结果表明,经过6 个月的时间,淀粉制成的器具基本降解完全,纸制品可以降解一半左右,而聚乳酸制品则几乎没有任何降解的迹象。因此,聚乳酸要想符合生物可降解塑料的两条标准,必须以满足合适的降解条件为前提。直接将聚乳酸埋在自家后院或者扔进垃圾填埋场不仅很难让它们回归自然,甚至有可能加剧原本已经严重的白色污染问题。有些研究人员就担心生物可降解塑料的标签会让消费者错误地认为可以毫无顾忌地将塑料垃圾丢弃到环境中。

至于那些通过向传统的塑料中混合添加剂而得来的所谓生物可降解塑料,问题就更大了。同聚乳酸一样,这些塑料也并非在什么条件下都可以顺利降解。例如有研究人员把宣称可降解的聚乙烯等塑料的薄膜埋在土壤中,3 年后再挖出来,薄膜仍然完好无损,所谓的降解完全是空头支票。但更大的问题在于,即便这些所谓的可降解塑料真的消失不见了,它们在环境中最终会变成什么,仍然是一个未知数。很可能它们只是从大块的塑料制品变成了看不见的小碎片,这些小碎片仍然可以长期在环境中存在,甚至有可能吸附有毒物质,对环境造成更大的危害。特别是近年来许多研究指出,这些肉眼难以察觉的塑料碎片,即所谓微塑料,对环境特别是海洋生物的威胁恐怕不亚于大块的塑料垃圾。进入海洋的微塑料有一些来自添加于沐浴液、牙膏等日化用品中的塑料微球,但相当一部分源于塑料垃圾在环境中部分降解后产生的碎片。由于海洋环境与陆地环境相差甚远,微生物组成也大不相同,这些部分降解的塑料碎片在进入海洋后很可能以微塑料的形式长期留存于海洋环境中,这显然是我们不希望看到的。正因为这些原因,许多有识之士呼吁将这些名不符实的生物可降解塑料剔除出去。例如欧洲议会的一些议员就曾提议以立法的形式禁止这一类塑料的使用。

靠细菌和虫子能吃掉白色污染吗?(下)

普通的聚乙烯薄膜(a)与添加了宣称能够加速生物降解过程的添加剂的聚乙烯薄膜(b)(c)埋入土壤3 年后(右)与埋入前(左)的比较  (图片来源:Selke S, Auras R, Nguyen T A, et al. 2015. Evaluation of biodegradation-promoting additives for plastics. Environmental Science & Technology, 49(6): 3769-3777)

五、生物降解,恐非消除白色污染的良药

最后让我们再回过头来看看黄粉虫降解塑料这项研究。虽然确实早就有人观察到黄粉虫能够以塑料为食,但实验者往往只是观察到黄粉虫可以取食塑料,并不能证明被黄粉虫吃下的塑料究竟被转化成了何种物质,因此很难令人信服黄粉虫可以降解塑料。做出这些发现的主要是业余科学爱好者,研究塑料在黄粉虫体内的代谢过程已经远远超过了他们的能力范围。

此次来自中美两国的研究人员利用先进的检测手段,成功证明聚苯乙烯塑料被黄粉虫取食后确实有一部分变成了二氧化碳和黄粉虫自身的生物质,这就无可辩驳地证实黄粉虫确实能够在一定程度上降解塑料。不仅如此,研究人员还进一步证实,黄粉虫之所以能够消化塑料,是由于其消化道中的细菌在帮忙,并且成功分离鉴别出这种细菌,为进一步的研究奠定了基础。这也就是为什么看起来毫无新意的发现能够荣登知名的学术刊物,并成为媒体关注的焦点。

然而值得注意的是,根据论文中提供的数据,被黄粉虫吃下的聚苯乙烯有一半左右变成二氧化碳排出体外,很少一部分留在黄粉虫体内,剩下的一半都通过粪便被排泄掉。同时,在粪便中仍然可以检测到平均分子量相当于原先80% 的聚苯乙烯,也就是说聚苯乙烯并没有完全消失。因此,一个合理的推断是,黄粉虫虽然从塑料中获取一定的养分,但并不能将其完全降解。残存在黄粉虫粪便中的聚苯乙烯及其他可能的降解产物对环境会产生什么样的影响,仍然需要进一步的研究。正因为如此,虽然大多数媒体对于这项研究毫不吝惜溢美之词,一些专业媒体却表现得较为冷静和谨慎。例如美国化学会主办的《化学化工新闻》就援引的一位业内人士的话指出聚苯乙烯并没有被完全降解,对环境仍然可能产生负面影响。

类似的,近年来其他一些关于通过生物来降解传统塑料的报道,也受到了不同程度的质疑。例如大蜡蛾的幼虫能够降解聚乙烯的报道,发表不久就遭到德国同行的质疑,后者认为相关的实验证据不够确凿有力,不排除是聚乙烯样品被蛋白质污染。而日本科学家发现的能够降解聚对苯二甲酸乙二醇酯的细菌,虽然颇令人振奋,但也有业内人士指出,实验所用的聚对苯二甲酸乙二醇酯样品结晶度较低,而通常用于生产饮料瓶等产品的聚对苯二甲酸乙二醇酯具有一定的结晶度,会给生物降解带来极大的挑战。

通过上面的分析我们不难看出,生物降解确实能够在一定程度上缓解塑料带来的环境问题,但完全依靠生物降解来促使塑料垃圾进入自然界的物质循环,目前仍然是一个遥不可及的目标。

(完)

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(本文节选自作者所著《塑料的世界》一书,科学出版社2019年5月出版,文字略有调整)

魏昕宇

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