环境降解塑料在保护环境及实施可持续发展战略中的作用

1环境降解塑料在保护环境及实施可持续发展战略中的作用摘要：本文对保护环境及实施可持续发展已成为21世纪全球关注的焦点和紧迫任务，及塑料废弃物正面临环境问题的严峻挑战两大问题进行了简述；并从减量、资源化、无害化、资源补充替代以及产品整个生命周期分析（LCA），论述了环境降解塑料（EDP）在保护环境及可持续发展中的作用；从生产、应用、新助剂、淀粉改性技术、全生物降解塑料以及试验评价方法和标准等方面介绍了中国EDP近期进展。文中对中国EDP发展的基本思路提出了以下几点看法：EDP发展必须从国情出发，围绕技术、经济、市场、资源与环境等要素综合考虑；EDP产品开发必须从其实用性、降解性、安全性、经济性等方面综合评价；EDP用途开发必须准确定位；EDP发展目标：减轻环境污染，缓解环境矛盾；用可再生资源、来源丰富的资源补充（替代）有限的、面临枯竭的不可再生资源；开发多功能性及生物医用高分子材料，满足市场特殊需求，造福人类，从而保证塑料工业的可持续发展。文章最后从环保角度，从资源补充替代角度，从合成高新材料角度以及从需求角度分析了中国EDP的市场发展，前景看好。关键词：资源、环境、可持续发展、降解塑料、废弃物、作用一、保护环境及可持续发展已成为21世纪关注焦点和紧迫任务［1］20世纪中末页以来，全球更多的国家相继走上了以工业为主要特征的发展道路，高投入、高产出、高消耗的经济发展模式促进了经济快速发展，创造了人类前所未有的巨大物质财富和加速了世界文明2的演化过程，但伴随而来的是地球资源肆意开发和过渡消耗，生态环境急剧破坏和日益恶化，人与自然进入了紧张的局面。面对严峻的现实，世界上无论是发达国家还是发展中国家都被迫理性地探索新的发展模式和发展战略，寻求一条经济增长和社会发展与环境资源和谐发展及良性循环的全新发展道路，保护地球环境、构筑循环型社会，走可持续发展的道路正是在这一背景下提出来的。目前世界上对可持续发展一词尚未形成一致的定义和公认的理论基础，但各种不同的定义和解释，其基本含义和思想内涵均是一致的，其中国际上常采用的是世界环境与发展委员会（WCED）主席布伦特兰（G.H.Byundland）在《我们共同的未来》文件中的定义：既满足当代人自身的需求，又不对后代人满足其自身需求的能力构成危害的发展。这一定义在1989年联合国环境规划署（UNEP）第15届理事会通过的《关于可持续发展的声明》中得到接受和认同。而部分学者从技术选择的角度，又扩展了可持续发展的定义：可持续发展就是转向更清洁、更有效的技术，尽可能接近零排放或密闭式的工艺方法，尽可能减少能源和其它自然资源的消耗。1992年在联合国环境与发展大会（UNCED）上通过的重要文件《21世纪议程》就是全球范围内可持续发展的行动计划，文件中对工业的可持续发展问题提出了一系列指导原则，旨在建立21世纪世界各国在人类活动对环境产生影响的各个方面的行动规则，为保障人类共同的未来提供一个全球性措施的战略框架。可持续发展是一个涉及经济、文化、技术及资源环境的综合概念，3它是立足于环境和自然资源的角度提出的关于人类长期发展的战略和模式，是经济、社会、环境和谐发展的象征。进入21世纪，在未来的经济发展中，全球更将面临人口日益增多，资源日趋贫乏，环境愈加恶化以及由此引发的既要节约并合理利用那些不可再生的有限资源，又要确保人类安全的生存环境，保持洁净的生活空间这两大难题的严重挑战。因此保护地球环境，走可持续发展的道路已成为各行各业发展及人类活动的准则，并正成为全球关注的焦点及紧迫任务。二、塑料废弃物面临环境问题的严峻挑战当前塑料作为一种新型材料以其综合性能优异、价格低廉、易成型加工等特性，已广泛进入国民经济各部门以及人民生活等各个领域，获得了愈来愈广泛的应用，不仅弥补了部分传统材料质和量的不足，而且已成为某些部门技术进步不可缺少的材料。虽然塑料在今后发展中仍将继续起到非常有效的经济发展平台作用，但其在应用中却有若干问题有待解决，首先是塑料的应用环境问题，其废弃物在自然环境中较难降解，尤以一次性塑料废弃物量大、分散、脏乱，不易收集，其中一部分随同生活垃圾进入城市固体废弃物（MSW）处理系统，而另一部分被随意丢弃散落地面以及山川湖泊污染城市市容和景观，破坏生态平衡，甚至危害禽畜和野生动物生命等，为此受到各国环保部门和公众的责难。近十多年来，欧美日等发达国家部分地区相继制订了一些有关法规，对那些用后不易回收利用，不易处理以及在自然环境中较难降解或在废弃处理过程中会产生有害物质的塑料材料和制4品，特别是一次性塑料制品，局部禁用、限用、强制收集、规定回收目标及回收利用比例，以及收取污染费或课以高税等。中国塑料工业的发展虽起步较晚，但据有关部门统计［2］,2001年塑料原料产量12038.5kt，进口量14260kt，塑料加工行业全部国有和产品年销售收入500万元以上的非国有独立核算工业企业累计，塑料制品总产量11835kt，加上中小型企业，估计全国塑料制品总产量达20000kt以上，难以回收利用的一次性塑料制品以占20%计，仅此产生的塑料垃圾将达到4000kt。据不完全统计，近年来北京、上海、广东等省市一次性快餐盒每天消费量分别达100多万只，加上一次性托盘等年消耗量近10亿只。据统计，1999年，上海市混入生活垃圾中的塑料废弃物达360kt，占城市固体垃圾废弃物（MSW）总量的14%；北京市每天产生的塑料垃圾约0.9kt，年产生的塑料垃圾量约330kt。据统计，2000年中国MSW已超过140000kt，并按8%幅度增长，按上述一次性塑料废弃物4000kt计算，则全国年均一次性塑料废弃物按重量计在MSW中约占3%，若按体积计则占30%左右。当前中国的垃圾管理工作问题还比较多，除北京、上海、深圳等几个大城市具有一定数量的卫生填理及现代化焚烧装置外，相当多的城市垃圾最终处理方式基本上停留在露天堆放或浅埋水平，另外人们环保意识还比较淡薄，随意丢弃废弃物以及乱倒、乱扔垃圾的行为随处可见，由此引发废弃物对环境的负面影响日益加重，并被形象地比喻为白色污染而倍受责难。从1996年起，铁道部在列车上首先禁用聚苯乙烯发泡5餐盒。继之杭州、武汉、广州等十多个城市相继发布禁用法令，国家经贸委1999年发布6号令，在全国范围内全面禁止聚苯乙烯（PS）发泡餐具的生产和应用，也有一些城市如北京、天津、大连、海南、石家庄等发布禁用，限用普通塑料袋等法规。这些对塑料材料的发展无疑是一种严峻的挑战。三、环境降解塑料（EnvironmentallyDegradablePlastics）在保护环境及实施可持续发展战略中的作用如前所述，塑料材料的广泛应用，随之而来的是环境负荷日益严重。近10多年来，国内外对此问题虽进行了不少研究和提出许许多多治理方案和措施，如减量、回收循环利用，回收再生利用、开发环境降解塑料等等。但在实际操作中仍存在相当大的难度和许多有待进一步研究解决的关键问题，而且上述措施必须有机结合，相辅相成，相互补充，成为一个防治结合、综合治理的方案，才能获得有效的治理效果。关于减量、回收循环利用，回收再生利用等在治理环境污染、走可持续发展道路的重要性已有许多专文论述，本文拟根据中国《固体废弃物污染防治法》，从减量化、资源化、无害化、资源补充替代以及产品整个生命周期（LCA）等角度着重对环境降解塑料在保护环境及实施可持续发展战略中的作用进行扼要分析述评。（一）减量化减量是对塑料生产活动中减少资源消耗和垃圾产生量而言。当前中国开发并已商品化的高淀粉含量生物降解塑料或高无机材料（碳酸6钙）填充量的光氧降解塑料膜、片、袋、盒等，其淀粉或碳酸钙含量达30－60%，这意味着可节约30－60%的塑料原料。另塑料制品中有三分之一以上到一半的组分易生物降解或易被环境消纳，亦即意味着减少了三分之一到一半的垃圾产生量。从这点考虑，我们认为这完全符合清洁生产的技术内涵，即通过对短缺资源的补充代用，节约有限资源和从生产源处进行削减，减少废弃物的生成，从而有利于节省资源、减轻污染的环保措施和可持续发展战略的实施。（二）资源化资源化是指塑料废弃物的回收再利用。固体废弃物的资源化途径包括物质回收、物质转换和能量转换三种途径。EDP除不利于作为物质回收外，对于能量转换如焚烧处理回收热能或电能，用作燃料高炉炼钢等效果差别不大。堆肥化是物质转换的一种形式，国外实践证明生物降解塑料BDP进行堆肥化是回收利用的一种独特方式，EDP与堆肥化结合是治理塑料废弃物污染环境最佳途径之一。当前国外在MSW处理方法中，填理和焚烧处理方法所占比重由于填埋地不足及抑制有害气体产生等原因，已呈下降趋势，而堆肥化处理方法由于不仅能使MSW中的有机质充分利用，使受到威胁的泥土得到补充，而且有助于阻止由于长期采用化肥而导致的农田土壤质量下降，从而受到世界瞩目。欧美日等国家正在进行多种全生物降解塑料堆肥化的试验，并制订了认证标准和标志，经跟踪试验证明，完全达到堆肥质量要求，但价格高昂，一时难以被市场接受，广泛推广应用尚待时日。中国目前生产的高淀粉含量生物降解塑料，其应用性能和价格接近普通塑料，7降解效果也较理想，目前正进行堆肥化实地试验，从初步试验表明，添加低温热氧化剂及其它促降解剂而淀粉含量达40%以上的PE塑料膜（袋），在垃圾堆埋中1－3个月可崩碎成小碎片甚至粉末；又根据中国农科院土肥所，十多年来降解塑料地膜大田覆盖跟踪试验结果，以及土壤化学污染及物理污染研究结果表明，降解地膜对土壤中的N.P.K无明显影响，也未发现对土壤产生重金属元素铬、镉污染和微量元素钴、铜、镍、钼等的积累；废弃的地膜只要碎裂成16cm2以下的碎片，其在20年内的积累残留量，对土壤容量、比重、土壤水运动、孔隙、团聚体三相比污染的可能性很小，对农作物生长也无不良影响。基于以上情况推测，估计可以满足堆肥化要求，但其结果尚有待实验最终结果数据证明。（三）无害化无害化是指塑料废弃物易无害化处理或易被环境消纳，从而使塑料废弃物对环境的负面影响降到最低点。中国当前研发和生产的光降解、光生物降解、光氧生物降解、高淀粉含量生物降解、高碳酸钙光氧降解等塑料制品（膜、片、袋、盒等）经实验室检测，实地土壤填埋、垃圾堆埋试验以及农田覆盖示范应用试验等结果表明，在一定环境条件下，经历一定周期，少则20多天，多则几百天可以劣化、破碎成易被环境消纳的小碎片甚至粉末（或形态不变，但一触即碎），而随着时间的推移，最终可以回归自然循环，但其周期要比天然材料或全生物降解塑料长一些，而与非降解塑料比较，则可大大缩短，从而可使塑料垃圾减容减量，达到减轻8环境污染，缓解环境矛盾的目的。另外在MSW无害化处理过程中，EDP与普通塑料比较，在回收利用中除材料回收和化学回收受到一定影响外，对于热能回收影响甚微，而对填埋和焚烧处理由于其废弃物易降解，可减少填埋地面积和由于降低燃烧值可延长焚烧炉寿命等而相反较为有利。（四）资源补充替代回顾20世纪50年代以来世界塑料工业的发展，其原料来源主要来自化石燃料资源（煤、石油和天然气）。据统计，目前世界化学工业中植物/农作物基资源所占份额很少，能源方面低于1%，原材料方面也不到5%[3]，如美国塑料产量已超过30000kt，而植物/农作物基为原料只占1.8%，众所周知，化石燃料是一类资源有限、正在减少而又面临枯竭的不可再生资源。有关专家提出世界可开采和探明储量的化石燃料资源，如按现在消费水平计算只能再提供50－100年[4]，又据日本资料报导，全世界石油可开采的年限约45年，天然气约63年。虽然今后还会出现新的矿源，但还必须注意到由于人口的增长以及发展中国家人们生活水平的提高，需求将会进一步增长，上述开采年限将会受到一定影响。因此对塑料工业发展而言，有限的资源十分令人担忧。目前欧美发达国家政府和产业界，正着手研究制定利用再生资源来补充或替代目前过于依赖的不可再生并日益减少的化石燃料资源的策略，如美国制订的可再生资源开发和利用的战略设想和目标中：2000年化学基础产品中至少有10%来自植物/农作物基为原料的可再生资源，2050年将提高到50