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研究生物降解塑料并不等同于低环境影响

发布时间:2024/9/8 12:44:38   

北京石油化工学院与自然资源保护协会于年12月联合发布了《中国塑料的环境足迹评估》报告,其中评价了生物降解塑料的环境足迹。报告分析表明:不同品类的可降解塑料环境绩效差异显著;在塑料领域,“可降解”并非资源节约、环境友好的代名词;塑料的本质碳龄及其在产品链中的位置,很大程度上决定了它们的相对环境友好性。下文将展开介绍。

1.生物降解塑料的构成

生物降解塑料是可降解塑料中的一种,可降解塑料还包括光降解塑料和热氧降解塑料。相对于传统塑料而言,生物降解塑料同时立足于塑料垃圾滞留困境与资源耗竭问题,寻求来自人类社会经济系统的末端处置方案,以及来自自然经济系统的资源耗竭解决方案。

生物降解塑料的产品包括PLA(聚乳酸)、PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(己二酸丁二醇酯-co-对苯二甲酸丁二醇酯)、PGA(聚乙醇酸)、PCL(脂肪族聚酯)、PHA(聚羟基脂肪酸酯)、PPC(聚碳酸亚丙酯),上述产品在全球及中国的构成如下图所示。

全球及中国生物降解塑料的产品构成

报告介绍了部分产品的性能:

PLA用于注塑、薄膜、片材、纤维几乎各种塑料用途,被认为具有逐步取代传统塑料的潜力。一代PLA以谷物、木薯等农产品为原料(存在与粮争地的风险),二代PLA以秸秆等农业及农产品加工剩余物为原料。全球及国内已有的PLA装置主要是一代装置,玉米是国内PLA的主要生产原料。

PBS由SA(丁二酸)和BDO(1,4丁二醇)缩聚而成,是目前世界公认的综合性能最好的可完全降解塑料品种,但是存在抗撕裂性能较差和韧性不高的缺点。

PBAT是热塑性可降解塑料,成膜性能良好,可以克服PBS抗撕裂性能较差和韧性不高的缺点,是替代传统塑料中最富技术优势、成本优势的可降解塑料品类。

PPC是CO2(二氧化碳)和PO(环氧丙烷)的交替共聚物,被评价为可“抑制温室气体排放”。PPC具有高阻隔性(隔氧性)和生物相容性,目前主要用于农膜、食品及医药品包装、餐具等领域。

2.生物降解塑料的环境足迹

注:环境足迹包括水足迹、碳足迹以及能源足迹:

(1)水足迹衡量的是“隐藏”在人们每天购买和使用的产品、服务和流程中被消耗的水量,通常不被产品或服务的最终用户看到,但水已经在整个价值链中被消耗[2]。

(2)碳足迹是指人类活动产生的温室气体总量[3]。

(3)能源足迹由“全球足迹网络”定义,指所有用于提供非粮食和非饲料能源的区域的总和,如用于能源和燃料作物的耕地等[4]。

报告设置了三种情境,在评价谷物(玉米)基PLA的环境足迹的同时,将其与PP(聚丙烯,一种传统塑料)的环境足迹相比较:

情境1:既考虑玉米的碳库功能,也考虑秸秆在产业链的能源化利用。

情境2:仅考虑玉米的碳库功能,是国内PLA生产的实景。

情境3:既不考虑玉米的碳库功能也不考虑秸秆利用,描述的是PLA被丢弃在自然界,在自然环境又无法降解的情形。

在模拟国内PLA生产实景的情境2下,每吨PLA的能源足迹与PP大致相当,碳足迹不足PP的10%,这归功于作物碳库功能沿着产品链从谷物传递到PLA产品之中。不过,谷物生产剩余物,即秸秆等的碳排放发生在分析边界之外,成为PLA原料的隐形“固废包袱”。

当PLA使用后被弃之不管(即情景3)时,PLA产品中的碳命运与传统塑料的碳命运并无本质区别。不仅如此,PLA产品的水足迹较化石基的PP、PE还高20%左右。

PLA的环境足迹:基于PP树脂

如果化石基原料格局没有取得突破性进展,那么生产单位质量的PBAT或PBS产品的环境需求较传统的PP、PE树脂高:PBAT和PBS的能源足迹分别是PP的3倍和2.5倍,碳足迹是PP的2.6倍左右。

PBAT/PBS的环境足迹:基于PP树脂

纯PPC生产的CO2与PO(环氧丙烷)消耗配比约为40%:60%。PO合成有三种工艺:氯醇法、间接氧化法、直接氧化法。当PO来自氯醇法路径时,生产1吨纯PPC的能耗是PP能耗的2.5倍,产生的碳足迹和水足迹是PP的3倍。当PO来自直接氧化工艺时,单位PPC的能源足迹、碳足迹仅为氯醇法的60%左右,水足迹不足氯醇法的一半。该工艺环境友好度高,但技术难度大。

PPC的环境足迹:基于PP树脂

3.生物降解塑料并非资源节约、

环境友好的代名词

报告分析表明,不同品类的可降解塑料环境绩效差异显著。在塑料领域,“可降解”并非资源节约、环境友好的代名词。塑料的本质碳龄及其在产品链中的位置,很大程度上决定了它们的相对环境友好性。

报告中的比较分析是基于质量单位的,未考虑从聚合物到塑料制品中的物料需求差异。在功能单位一致的情况下,新生代塑料制品的物料需求普遍较传统塑料制品要高。例如,1.5~2公斤PBS制塑料托盘在功能上才与1公斤PP制塑料托盘相当。

报告对不同区域宣称为“可降解”的塑料制品进行原料组分调查,发现%生物基的塑料制品占比极小。商机之下,工艺成熟、投资相对低的PBAT/PBS产能扩张冲动明显,PPC也备受

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