李道季：海洋中的塑料垃圾和微塑料：从污染到治理｜大家

轻便、耐用的塑料制品自1960年代量产以来，迅速在全球得到广泛应用。到了1990年代，塑料污染逐渐成为环境污染的重要议题，特别是海洋中的塑料垃圾与微塑料污染成为亟待解决的全球性海洋环境问题。许多塑料垃圾在海洋环境中难以降解并持久存在，微塑料是小型海洋塑料垃圾，它对海洋生态系统的潜在风险也使得海洋塑料垃圾和微塑料问题备受关注。目前，尚未形成全球具有法律约束力的合力。要实现对海洋塑料垃圾和微塑料污染的治理，还有很长路要走。

塑料垃圾与微塑料定义

塑料垃圾指未被妥善处理而泄漏到环境中的塑料材质垃圾。微塑料是直径小于5mm的小型塑料，主要分为非纤维类微塑料和纤维类微塑料，其中非纤维类微塑料是组成、大小、形状和密度各异的塑料微粒。另外可以根据浮游生物摄食尺寸大小进一步细分微塑料尺寸。这些塑料微粒也具有不同的组成成分和表面效应，被认为具有与大型塑料垃圾一样的环境风险。小于1μm的塑料被定义为纳米塑料，仍有待进一步研究认识。

海洋塑料垃圾引发关注

1972年，美国伍兹霍尔海洋研究所爱德华·卡彭特 （Edward J. Carpenter） 团队先后在《科学》上发文，分别介绍了美国新英格兰近海及马尾藻海中的塑料分布，这是最早关于海洋塑料垃圾的科学记录。

1997年发生了历史性的事件：美国阿尔加利特海洋研究中心的摩尔 （Moore） 船长由夏威夷驾驶帆船返回洛杉矶途中，在北太平洋发现大量塑料垃圾。这引发广泛关注，也是著名的太平洋垃圾环流带的由来。

2004年，理查德·汤普森 （Richard Thompson） 提出“微塑料”概念，自此，海洋微塑料污染问题进入人们的视野。

2022年，经济合作与发展组织（OECD）的《全球塑料展望》报告显示，全球塑料年产量从2000年的2.34亿吨升至2019年的4.60亿吨，塑料垃圾从2000年产生的1.56亿吨增至2019年的3.53亿吨。若考虑回收过程的塑料垃圾损失，2019年有2.2亿吨塑料垃圾泄漏到环境中，微塑料占12%，而管理不善的垃圾占比高达82%。截至2015年，人类至少产生了69亿吨塑料垃圾。

据统计，海洋中漂浮的塑料制品已超过5万亿件，这些塑料垃圾主要聚集在全球大洋的五大涡旋区域。此外，海洋塑料垃圾还主要集中在人口密集的地方，这与微塑料污染严重的区域十分相似。

这些只是海洋表层能被监测的塑料污染，更多的塑料可能赋存在海底或者海洋其他水层中，表层水中微塑料约占总体的2%。

2021年联合国环境署 （UNEP） 相关评估报告显示，目前海洋中的塑料垃圾约占海洋垃圾总重量的85%。

潜在生态风险

管理不善的塑料垃圾经由不同途径泄漏到海洋环境中，海洋生物可能误食它们或被缠绕，同时，塑料表面可能携带的有害痕量有机污染物也具有生态风险。这些问题都值得关注。

大型塑料垃圾的风险主要可以分为航行和工业危害、渔业和水产养殖以及影响生物多样性的风险。海洋微塑料由于粒径小，容易被海洋生物误食，可能导致有害物质被生物吸收，进而在食物链中传递。微塑料表面附着的病原微生物也有传播风险。

目前，人们对微塑料的海洋环境风险的认识尚浅，对环境中纳米塑料的风险更缺少见解。人类因饮食和呼吸接触微纳米塑料，不过暂无确凿证据表明其存在健康风险。

我国相关研究与应对

我国是较早应对塑料垃圾污染问题的国家。早在1995年国家就颁布了相关的固废法，2000年《关于立即停止生产一次性发泡塑料餐具的紧急通知》 （禁塑令） 、2007年《国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》 （限塑令） ，以及2012年《中华人民共和国清洁生产促进法》等涉及塑料垃圾问题的相关法律法规相继颁布。

具有重大意义的是2018年国务院发布了《禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》。由于废塑料占进口洋垃圾的比例较大，在回收利用时容易泄漏到环境中，该方案的实施极大程度地减少了塑料洋垃圾的进口。

目前我国塑料污染治理工作已经上升到国家政策层面，从2019年中央全面深化改革委员会通过的《关于进一步加强塑料污染治理的意见》到2021年发改委与生态环境部等联合印发的《“十四五”塑料污染治理行动方案》等，我国对加强塑料污染治理、开展海洋塑料垃圾和微塑料监测与防治技术等提出了新要求。

我国从2013年开始研究海洋微塑料问题，随后开展关于塑料垃圾向海洋排放的问题研究。

2016年，科技部正式启动了国家重点研发计划项目“海洋微塑料监测与生态环境效应评估技术研究”，对海洋微塑料的监测、分析关键技术，源解析、输运和归趋机制，毒性效应与机制，风险管理与源头控制等开展一系列研究。

项目系统调查研究了我国典型河流、河口、沿海潮滩、近海、大洋、极地、大气与海洋生物的微塑料分布特征，并奠定了技术方法基础，形成了我国海洋微塑料重要的基础数据集。通过我国科学家不断获取实地监测数据，更正了部分外国专家根据假设和模型高估的我国塑料垃圾入海量，使得不同模型对我国河流入海塑料垃圾的估算量大幅降低，为我国河流入海塑料垃圾管控提供了科学依据。

国际推动解决海洋

塑料垃圾问题的进程

自从2004年联合国大会开始关注海洋垃圾问题以来，2011年联合国环境署将海洋垃圾问题作为三大主题之一纳入《2011年联合国环境署年鉴》中，尤其关注海洋微塑料的污染。

2014年到2022年，联合国连续召开了五届环境大会，通过了五项关于海洋垃圾问题的决议。特别是2015年联合国大会通过了《21世纪议程》，其中可持续发展目标 （SDGs） 特别强调应对海洋塑料污染问题。2015~2020年多个海洋国际组织响应并制定了涉及海洋塑料垃圾和微塑料问题的指导文件。

在联合国环境大会中，多次会议以海洋塑料垃圾为主题，设定海洋垃圾和微塑料不限成员名额特设专家组（AHEG），着力推动海洋塑料垃圾污染防治的全球公约与区域合作行动。在国际公约中，《联合国海洋法公约》《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》《控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约》等都涉及海洋塑料垃圾问题。

2019年，联合国环境署海洋环境保护科学问题联合专家组 （GESAMP） 等开展海洋塑料垃圾和微塑料风险评估，并发布评估报告，对海洋塑料垃圾和微塑料对生态环境和人类健康的影响和风险、决策和行动提供指南。联合国第四届环境大会 （UNEA4） 呼吁加强关于海洋塑料的科技研究和技术知识分享与合作。

同期，我国成立了联合国教科文组织政府间海洋科学委员会海洋塑料垃圾和微塑料区域培训与研究中心，我国科学家也在2019年联合国环境署项目“海洋垃圾热点评估方法”的白皮书编制、2021年《从污染到解决方案：海洋垃圾和塑料污染全球评估》报告中作出贡献。

具有重大历史意义的海洋塑料污染治理进程是2022年2月联合国环境署不限成员名额常驻代表委员会第五届会议续会（OECPR）讨论了三项关于塑料污染的提案，其中秘鲁和卢旺达的方案涉及塑料的全生命周期，日本针对海洋塑料污染问题，印度针对一次性塑料污染。最后，3月2日在联合国第五届环境大会第二阶段会议 （UNEA5.2） 上通过了终结塑料污染决议。

这是一项历史性决议，内容包括到2024年结束塑料污染，并达成一项具有法律约束力的国际协议。这项决议涉及塑料的整个生命周期，设立了一个政府间谈判委员会（INC），目标是在2024年底前完成一项具有法律约束力的全球协议草案。INC已召开多次会议，不断向前推进草案工作。目前，“塑料公约”的国际谈判正在进行中，我国也在积极参与。

塑料全生命周期过程与碳循环

在石油基塑料的生产过程中，石油经提炼裂解成单体，通过聚合反应生成高分子聚合物，经过增加添加剂及一系列设计与制作工序，成为市场上流通的塑料制品。塑料生产与使用后产生的塑料垃圾与微塑料有一部分被消费者遗弃，有的进入垃圾填埋场填埋，有的被焚烧或被回收利用。填埋或回收中产生的塑料垃圾在不同环境下降解，这些降解的以及最初被收集焚烧的产物都会参与到全球碳循环中，部分进入碳的生物地球化学循环，也有部分作为温室气体逃逸到外层大气。

全球塑料全生命周期过程与全球碳循环

在考虑到低碳减排的情况下，生命周期短的可降解塑料制品，以及不耐用、快速降解、需要被迅速替换的塑料制品 （如一次性塑料制品） 可能存在高碳排放。相比之下，坚固耐用、寿命长的塑料制品在降解过程中碳排放的速率较慢，因此耐用的塑料制品在较长时间内将有相对更少的碳排放，使用耐用的非一次性塑料制品将能够达到碳减排的目的，这也为塑料制品的环保设计提供了新思路——设计与生产更低碳、更环保、可循环、产品更坚固耐用的塑料制品。

近年流行的可降解塑料是相对一般塑料而言更容易降解的塑料，碳排放速率更快，不过将其降解成更小的塑料可能导致新的环境问题。如何低碳、绿色、高质量、可循环地使用塑料是我们面临的更重要的课题。

从循环经济的角度考虑，不只是要防止塑料垃圾泄漏到环境中，也要考虑如何更好地可循环再生利用它，让它作为一种性能优良的材料持续为人类服务。

人类应设计绿色、更好使用和回收的塑料，发展塑料循环经济，而不应将它污名化。

塑料全生命周期的污染治理

塑料的全生命周期过程中，在产品生产、消费和包装、运输、废弃物管理，直到泄漏到环境中的全生命周期各个环节均应采取针对性措施进行绿色低碳设计，避免环境泄漏污染。

在上游应增加对离岸的石油和天然气企业关于产品环保设计的倡导，消费者使用中建设零废弃社区，下游的废弃物管理中改变焚烧的政策、倡导垃圾分类，对于泄漏到环境中的塑料垃圾开展河流、岸滩净滩活动，实现清洁海洋的目的。

塑料的循环利用技术也有待进一步发展。以往的塑料回收以物理回收为主，将塑料洁净后加工成小塑料颗粒，重新生产低价值的塑料制品，但由于塑料种类多、回收效率低，未能实现经济效益最大化。如今发展出了低耗能、温和条件下化学回收的新技术，能在回收处理过程中通过添加低价值化学品将废塑料降解为单体，然后利用单体生产新塑料——相比普通的物理回收利用，可产出更高品质的新塑料制品。

随着化学回收技术持续发展，若能够找到一种针对不同塑料材质的新化学技术，实现废塑料低成本降解为可重新利用的单体，将推进人类加快塑料循环的步伐，助我们更持久、低碳地使用材料。

塑料循环利用与碳排放过程中，若能在全生命周期的各个环节减少碳排放，减少一次性塑料制品的使用，塑料将会是非常低碳的材料。比如在生产塑料时可以减少它的重量、缩小体积，使用可再生能源来生产，以减少塑料本身背负的碳排放，再通过减少废弃物的产生等，可实现塑料更好的生产利用与回收。

塑料与微塑料污染与防治

如今全球塑料垃圾和微塑料污染仍存在很多问题。全球塑料垃圾的排放量仍保持增长，若不迅速采取实质行动，塑料废物排放到海洋生态系统中的量预计将持续增加，所以有必要采取有效管控措施，减少塑料废弃物，减缓海洋塑料污染。

海洋塑料污染治理中塑料垃圾和微塑料监测方法面临着一致性的挑战，相关标准化方法的制定、塑料垃圾入海通量以及它们在全球的输运和积累的相关科学研究需要进一步深入。

塑料管理方面，塑料全生命周期管理和塑料循环经济发展的蓝图设想进展缓慢。涉及塑料全生命周期管理的具有法律约束力的全球“塑料公约”谈判仍然任务艰巨。

终结塑料污染的国际公约最终要求人类发展新技术实现塑料循环经济，有必要进一步优化塑料产品设计，开发高效快捷、环境友好、具有高回收率的绿色化学废塑料回收技术，实施创新性的塑料制品管理和回收的循环经济模式，最大限度提高塑料制品的可重复利用性，最终消除可能进入环境的废塑料的产生。

塑料污染问题的解决不只是靠政府、企业、科学家和非政府组织等，更要靠每个公民的自觉行动。所有的利益攸关方应齐心协力解决塑料垃圾污染问题，更好地利用塑料，在多方合力下共同解决海洋塑料垃圾污染与微塑料问题。

-本文选自《世界科学》杂志2023年第12期“大家•科技前沿”栏目；根据笔者在上海市科学技术普及志愿者协会主办的 “海上科普论坛”上的报告撰写而成--