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降解500年不烂的塑料,科学家们在行动!
时间:2019-07-04 14:56:24来源:中外学术情报
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提要: 塑料虽是我们生活中所不可或缺的一部分,但在其给我们带来方便快捷的同时,也给我们带来了很多环境问题。由于塑料的不可降解性和顽固性,塑料垃圾会对环境造成严重的威胁。
降解500年不烂的塑料,科学家们在行动!

  小伙伴们知道自然界中塑料的降解需要多长时间吗?

  答案是300-500年!!!

   人类发明第一块塑料是在1862年,意味着什么?这意味着人类发明的第一块塑料想要完全降解还需要至少140多年。

   而且,今天的这一问题正在快速积累。目前,城市固体废物(MSW)的产生量约为每年20亿吨,预计到2025年全球将增加至30亿吨。其中,塑料垃圾占到MSW的12%。在所有塑料垃圾中,聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)类占总塑料垃圾的70%。

  塑料虽是我们生活中所不可或缺的一部分,但在其给我们带来方便快捷的同时,也给我们带来了很多环境问题。由于塑料的不可降解性和顽固性,塑料垃圾会对环境造成严重的威胁。

   全世界的科学家们,都在研究加快塑料降解的方法以及研究塑料的替代品。今天的文章将和小伙伴们一起去看看科学家们都取得了怎样的成果吧。

  2014年,北京航空航天大学杨军教授在国际环境科学与技术领域权威期刊《Environmental Science and Technology》上发表了两篇姊妹篇文章,以全面证据揭示了黄粉虫啮食降解聚苯乙烯、将其完全降解为二氧化碳的机理。

   一次偶然的机会,杨军教授发现装米的塑料袋破了很多洞,洞口周围有虫子爬进爬出。塑料袋是否被虫子给吃掉了呢?

  为了找到答案,杨军教授开始在只含有聚乙烯薄膜的无碳培养基上培养“米虫”的内含物,并成功培养出两株降解能力强的菌种:阿氏肠杆菌和芽孢杆菌。后来杨军教授又做了黄粉虫降解聚苯乙烯实验,发现50%的聚苯乙烯被黄粉虫转化为二氧化碳和自身肌体。

  以前需要几百年才能降解的塑料,通过从虫子的肠道里找到可高效降解塑料的细菌、酶,只需24小时甚至更少的时间就能降解塑料。杨军教授的研究为解决石油基塑料污染问题打开了一扇窗。

  2015年,2位华裔女生在加拿大引起巨大社会关注度,并入选了加拿大“全国20岁以下的20名顶尖青少年”名单。原因是她们从垃圾填埋场的土壤中提取出了14种菌株,并放入拥有塑化剂的培养皿中观察。最终发现了3种能将塑料有效降解的菌株微生物!这一成果获得的市场估值高达5000万人民币。

  2016年,日本科学家Kohei Oda和Kenji Miyamoto在《Science》上发表《A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)》文章,发现了世界上第一例可“吞噬”PET的细菌。

  PET名为聚对苯二甲酸乙酯,是大多数饮料瓶等多种食品包装瓶的原材料,PET虽然在目前是回收最多的塑料,但以在美国为例仍有超过一半的PET塑料最终只能进入垃圾填满场,而这种聚合物中的酯键很强,很难自然降解。

  PET的传统降解方法为化学水解法,这种方法需要高温高压。而上述日本科学家发现的这种细菌能够在30℃生物条件下分解PET聚合物。

  不过比起饮料瓶这种结晶态PET,这种细菌更偏爱无定形PET。不过,这一方法在工业上进行应用,还需要更多的研究。但这项技术对于材料的回收利用、环保产业依然意义重大,被美国化学会C&EN评选出2016年顶级科研成果之一。

  2019年,来自希腊克里特岛技术大学的环境工程师Evdokia Syranidou在《Journal of Hazardous Materials》上发表《Biodegradation of mixture of plastic films by tailored marine consortia》一文,提出了利用海洋微生物降解塑料的方法。

  作者从希腊的2处海滩附近收集被天然侵蚀的聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)碎片浸入到盐水中,以模拟海水环境。然后引入利用2种不同的微生物群落(海洋中原生的天然生物),5个月后,PS的重量减少了11%,PE减少了7%。

  除了研究降解塑料的方法之外,很多科学家也在寻求可以替代塑料的产品——可降解的生物塑料,例如聚羟基链烷酸酯聚合物(PHA)。PHA目前很有希望能够替代现在已有的石油基塑料,但其生产成本过于昂贵,因此难以推广使用。

  以色列的科学家SupratimGhosh等人在《Bioresource Technology》上发表题为《Macroalgal biomass subcritical hydrolysates for the production of polyhydroxyalkanoate (PHA) by Haloferax mediterranei》的论文揭示,他们利用以海藻为食的微生物,生产出了PHA。

  研究团队表示,这种微生物可从咸水中制造聚合物,对淡水短缺的国家如以色列、印度等具有很大吸引力,也许能促进当地相关生物降解塑胶的市场成长。

  来自北京大学的科学家,通过“基因计算机”对细胞里的基因进行“编程”,让细胞把它生理代谢活动的所有能量,都用于生产PHA,经过两到三年的实验和工业化尝试,现在已经成功的在山东实现了工业化生产,并且现在已经把成本做到了传统石油基塑料的2-3倍。

  虽然以上研究大部分还停留在实验室阶段,但是科学家们所做的每一项突破,无论多么微小,都是朝着最终的目标前进,塑料垃圾的难题,总有一天会被我们攻克。

 

参考:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5b02661

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5b02663

https://science.sciencemag.org/content/351/6278/1196

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652618330737?via%3Dihub

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389419305060

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降解 500年 塑料 科学家 行动

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作者系陈富强

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