塑料降解之殇

　　白色污染是现代社会最难解的“顽疾”之一。几十年前，使用着廉价且方便的塑料制品的人们想象不到，这些东西会给人类的生存和发展带来如此大的挑战。如今，人们还在苦苦寻找着彻底战胜“白色污染”的方法。

　　细菌降解塑料问题多

　　过去，人类与塑料的数次“战役”均以失败告终：焚烧塑料，产生包括二噁英等致癌物质在内的有毒有害物质;掩埋塑料，几十年后塑料制品还是基本保持原样;丢入大海，变成微粒进入到海洋生物体内，最终出现在人类餐桌上……经过多次的失败，大自然终于给人类提供了一个看上去最可靠的解决方案——用细菌降解塑料。

　　近年来，科学家们发现了多种可降解塑料的细菌。2016年，日本科学家首次宣称，他们发现了一种可以“吞噬”塑料的细菌，能完全降解聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。PET是世界上最常见的塑料之一，应用于衣料、饮水瓶和食物打包盒等，一般情况下需要数百年才能分解。无独有偶，2019年，美国学生摩根·韦格在得克萨斯州的一处油料场采集的样本中发现了另外一种可以食用PET的细菌。

　　2020年，德国莱比锡亥姆霍兹环境研究中心的科学家在一个塑料废料场收集土壤并对其进行研究后，发现了一种以聚氨酯(PU)为食的细菌。PU是一种常见的硬质塑料，用于制造玩具乃至家电等诸多产品，加热不易熔化反而会释放出有毒和致癌的化学物质。这些化学物质会杀死大多数细菌，但是新发现的菌株能够存活下来，并且利用这些化合物作为营养来源。

　　这些新发现激励了科学家，中国湖北大学的生物学家郭瑞庭从一种细菌体内分离出能分解PET的酶，将之加工成了多种新型PET降解酶。通过基因工程大规模生产这种新型酶，PET造成的白色污染就能得到解决。

　　但是，细菌降解塑料并不是万能的。如上所述，现已发现的细菌只能消化PET和PU，对于其他常见塑料，如产量巨大的通用塑料聚氯乙烯(PVC)、用于制造管道的坚硬塑料高密度聚乙烯(HDPE)，至今还没找到能消化它们的细菌。

　　此外，细菌并不能完全降解塑料，而是将其分解成小分子。这些小分子必须被收集起来，进行下一步的分解或作为原料制造更多塑料，否则会对环境造成更大影响。这个过程也许会让人们陷入更多塑料等待分解的恶性循环。

　　另外，如果未来制造出大量吞噬塑料的细菌，也可能带来其他问题——这些“开挂”的细菌是否会侵占其他细菌的生存资源，破坏生态平衡;细菌在降解塑料的过程中，有可能释放出其中包含的化学添加剂，从而污染环境;细菌发生不可控的突变，将人类世界的塑料制品逐一吞噬……

　　可降解塑料诞生

　　过去的塑料很难处理，今人吸取教训，于是开始生产容易降解的塑料。但是，这些塑料真的可以降解吗?

　　最开始制造的可降解塑料原理很简单：在普通的塑料原料里面添加一定量的光降解添加剂。这种光降解型塑料受到光热、氧气或者水分的影响会发生降解。但是此类塑料的降解过程只是大的变小，小的变碎，最后变成肉眼看不见的颗粒，不仅不利于塑料的清理和回收利用，碎片化的塑料进入到环境中将产生更大的危害，因此它们现在已经被踢出“可降解塑料”的队伍。

　　现在，可降解塑料的主流是以聚乳酸(PLA)为代表的生物降解塑料。从可再生的植物资源(如玉米)身上提取淀粉，淀粉被分解成单糖，再发酵制成乳酸，最终合成一定分子量的聚乳酸，就成了PLA塑料的原材料。从其制造过程可以看出，PLA使用的均是能被自然界中常见微生物完全降解和利用的物质，最终产物是二氧化碳和水，不会污染环境，可以认为是非常环保的。

　　但是，PLA的生物可降解性不是无条件的，更不是完全没有环境危害的。PLA生物降解需要满足两个最基本的条件：50%～60%的湿度和50℃～70℃的温度。在此条件下，微生物才有可能在数月甚至更长的时间里逐步将PLA分解。一旦不满足温湿度条件，细菌无法长期存活，PLA就不能被很好地降解。因此，想要完全降解PLA，还是要依靠分类回收和人力降解。

　　工业上一般通过堆肥方式进行降解，将分类好的塑料制品放置在容器中，提供满足要求的温湿度环境，培养微生物让其分解塑料。根据微生物生长的过程及是否给氧，可以分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化。有氧气时，有机物最终被分解成二氧化碳、水和腐殖质;没氧气的时候，堆肥产物多了一种——甲烷，甲烷易燃易爆，同时也是造成温室效应的主要气体之一。因此，好氧堆肥是降解塑料更好的方式。但由于成本的限制，我国各地兴建的处理设施中，大约80%采取的都是厌氧发酵处理技术，这造成了环境的另一重负担。

　　新型塑料长这样

　　堆肥降解塑料也许并不符合人们对可降解塑料的期待，我们想象的可降解塑料应该是这样的：将之丢弃在自然环境中，不需要经过特殊处理就会快速分解。不久的将来，也许这一想法真的能实现。

　　最近，美国加州大学伯克利分校的工程学家徐婷带领她的团队发明了一种新型可降解塑料，它只需要简单地在水中加热，最快可在两天内完成降解。这一降解速度还经过了减速处理，否则，新型塑料会在使用过程中慢慢解体，可谓是史上最易降解的塑料了。

　　这种强大的降解能力来源于酶，当酶与塑料分子相遇时，它能像剪刀一样，逐个剪开大分子塑料的各个链条，使塑料的分解速度得到了极大的提升。同时，由于每一个链条都被剪断，塑料分解率也大大提高，从而减少了微塑料颗粒的产生。

　　科研小组使用的酶价格低廉且易获得，对于PLA，他们用的是一种名为蛋白酶K的酶，这种酶可以将PLA咀嚼成乳酸分子;对于聚己内酯(PCL)，则使用了脂肪酶将之分解成单体。新型塑料的制造过程也不复杂，像生产光降解型塑料一样，在生产PLA或PCL的原料中，将酶加入其中，即可制得这种新型塑料。真正的难题在于，酶的降解作用实在强大，如何保证在使用过程中，塑料不会发生降解?

　　为了解决这个问题，研究团队为酶穿上了一层厚厚的“铠甲”。他们设计了一种称为随机异源聚合物(RHPs)的分子，能够将酶牢牢包裹起来，杜绝其与塑料分子接触。但同时，RHP包裹的酶也不会改变塑料的特性，因为RHP分子暴露在紫外线下一段时间后就会被降解。在合适的热量和湿度条件下，酶会摆脱RHP的包裹，开始分解塑料聚合物。

　　穿上“铠甲”的新型塑料终于兼顾了耐用性和可降解性。研究人员对其性能进行了实际测试，结果表明，该塑料至少能够在室温的水中浸泡三个月而不被降解。研究人员还在尝试在更多塑料中添加穿着“铠甲”的酶，以得到更多种类的可降解塑料。同时，他们还要改善塑料降解的条件，真正实现废弃塑料随手一扔，即可自行消失的目标。

　　科学家还在努力解决白色污染危机，但其实，一劳永逸的解决方法一直掌握在人们的手中：摒弃一次性消费的文化，尽可能重复使用、再生使用塑料制品，才能从根本上减少白色污染。希望未来，人类能真正摆脱白色污染的威胁。