全世界的研究人员正在研究更有效的政策、更智能的回收和研发新材料，来解决塑料污染危机。

【现况】

二十年前，德国制定了一个简单的计划，以减少塑料垃圾。当人们用一次性塑料瓶购买饮料时，他们要支付少量的额外费用，并通过将用过的瓶子存放在归还中心来获得回报。许多其他国家也有类似的激励措施。但是，这种干预措施是否真的减少了德国的一次性塑料的使用？全球塑料政策中心(Global Plastics Policy Centre)的研究员安塔亚-马奇(Antaya March)说，该中心于2022年在英国朴茨茅斯大学成立，对世界各地的塑料垃圾管理进行独立评估，目前还没有这方面的证据。该计划确实吸引了人们归还他们的塑料瓶，从而减少了乱扔垃圾的现象。但是，随之而来的是一次性瓶子的意外增加——也许是因为人们感到放心，用塑料瓶购买饮料是可以被回收的。

诸如此类的政策是否有助于减少塑料的使用是一个关键问题，因为全世界都在努力解决对塑料命运的日益关注。

根据加州大学圣巴巴拉分校工业生态学家Roland Geyer未公布的估计，在1950年至2021年间产生的87亿吨塑料垃圾中，只有11%经过了回收利用。

根据位于巴黎的经济合作与发展组织（OECD）的数据，在2019年，也就是有数据可查的最近一年，所产生的3.53亿吨塑料垃圾中，超过三分之二被送往填埋场或焚烧，22%（7900万吨）被当作未被回收的垃圾，倾倒在陆地或水中不受管制的地方，或在露天焚烧。该组织预测，到2060年，不断增长的塑料产量将导致每年的废物增加两倍，超过10亿吨，如果不实施新的政策来阻止这种趋势，每年的塑料污染（管理不善的部分）可能会增加一倍。

但变化可能就在眼前。去年3月，联合国环境大会批准了一项历史性的协议，在2024年底前制定一项全球塑料条约。这一过程将涉及制定政策和执行政策的方法。马萨诸塞州法尔茅斯海洋教育协会的海洋学家Kara Lavender Law说，看到各国同意寻求一项涵盖塑料整个生命周期的条约是一个非常积极的迹象。世界各地的研究人员现在正在努力帮助削减塑料污染。朴茨茅斯团队、Law和其他许多人代表了一种方法：调查减少塑料生产、使用和处置的最佳政策。其他研究人员专注于使用技术来改善回收利用--或完全创造新的塑料种类。朴茨茅斯政策中心主任Steve Fletcher说，所有这三大类解决方案都是需要的，这是关于建立一个在整个塑料生命周期中发挥作用的系统。

【评估最佳政策】

世界上并不缺乏减少塑料垃圾的善意努力。某些类型的塑料被禁止或征税，如一次性包装袋和外卖容器。有关于塑料垃圾如何跨越国际边界的规定，以及扩大的生产者责任计划，其中要求制造商在使用后收集和回收（或负责任地处置）其含塑料的产品，或资助这些努力。到目前为止，朴茨茅斯团队已经在科学论文、行业报告、新闻报道和专家意见等证据的基础上，审查了全世界130多项不同类型的政策。

他们的主要发现：在大多数情况下，“对政策的监测几乎为零”，这相当令人担忧，因为如果没有太多关于什么有效和什么无效的证据，人们怎么能制定一个关于打击塑料污染的全球条约？。德国确实编制了一些数据，这些数据显示，塑料瓶的使用量在20年内有所上升。2003年引入押金制度后，根据该计划归还的一次性瓶子的比例也在上升，而可重复使用的瓶子的比例则在下降。马奇说，一个有效政策的例子是2016年安提瓜和巴布达禁止销售或使用塑料购物袋（有一些豁免）。关于这项政策效果的完整数据并不存在，但现有的证据表明，它导致第一年被丢弃在垃圾场的塑料数量减少了15%。有几个因素促成了这一成功，包括一个明确的实施计划、公众支持、早期的利益相关者参与和执法：在这种情况下，罚款1100美元和最高6个月的监禁。

根据华盛顿特区皮尤慈善信托基金会防止海洋塑料项目主任 Winnie Lau 及其同事 2020 年的一项分析，实施得当的干预措施可能会产生重大影响。通过咨询专家和可用数据，他们试图评估利用现有知识和技术的八项干预措施的潜力，包括减少塑料产量、限制塑料废物的国际出口、用纸张等替代材料替代塑料，以及扩大规模各种回收方法的容量。他们发现，如果不采取任何行动，到 2040 年，每年将产生大约 240 公吨管理不善的塑料垃圾。但是，如果所有八项干预措施都得到最大程度的实施，正如团队评估的那样，到 2040 年，管理不善的塑料垃圾将减少到每年 44 公吨——与不采取行动的情况相比，减少了约 80%。相关研究成果以“Evaluating scenarios toward zero plastic pollution”为题，发表在Science上。

目前，解决相当大一部分塑料污染问题所需的知识和技术已经存在。实施减少塑料进入环境的政策的最大困难之一是缺乏关于塑料在哪里生产、使用和最终到达哪里的数据。去年9月，Lau和她在皮尤的同事，以及其他几个组织，发起了一项建立全球塑料披露系统的努力，他们将鼓励那些希望减少塑料消费和浪费的公司采用这一系统；该系统有点类似于碳披露系统，使公司能够报告其碳足迹。

【闭合循环】

在法国克莱蒙费朗的一个设施中，一家名为Carbios的公司正在测试一项技术，这项技术有可能将成为世界上第一个酶法回收工厂的基础，它的目标是在今年开始建造，并在2025年开放。该工厂将使用转基因酶来分解一种叫做聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的普通塑料。Carbios团队希望，酶可以克服机械回收的一些缺点，机械回收是当今最流行的废旧塑料再利用方法。这包括首先对塑料进行分类和分离，塑料是不同种类的聚合物（长分子链）的混合物；然后对其进行清洗，最后将其研磨或融化以生产新塑料。除了用于织物和包装的PET之外，其他一些可通过这种方式回收的常用塑料包括用于包装和建筑的聚丙烯，以及聚乙烯。

机械回收对污染物（如食物和添加剂）很敏感，而且这个过程会减少聚合物的长度，影响塑料的特性（如韧性或硬度）及其被加工成新材料的能力。这种降解，也被称为降级回收，最终会使塑料无法回收。

用酶分解塑料是一种选择。这可以将聚合物分成它们的组成部分，或单体，然后可以用来制造具有与起始材料相同性质的塑料。这使得无限期地回收塑料成为可能，这一过程通常被称为闭环回收。关于可以降解塑料的酶的首次报道至少可以追溯到三十年前。但是这个概念在2016年得到了很大的推动，当时日本的研究人员报告说发现了一种天然存在的细菌，它将塑料作为其唯一的食物来源。这种微生物Ideonella sakaiensis含有两种酶，它们共同作用于分解PET。相关成为以“A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)”为题，发表在Science上。

这项研究促使其他研究人员探索塑料吞噬酶。南京工业大学姜岷教授团队专注于寻找能够降解杀虫剂的酶，但后来又把食塑料生物加入了他们的研究范围。姜岷教授团队已经在垃圾填埋场、森林和海洋中寻找能够分解塑料的微生物，一个重点是开发酶促回收聚氨酯、绝缘材料、家具、鞋底和其他日常用品中使用的塑料的方法。到目前为止，该小组已经确定了20多种能够降解聚氨酯的微生物，并且正在实验室中研究这些生物的酶。Jiang的团队也是MIX-UP的成员，这是一个由欧洲和中国的14个机构组成的联盟，旨在利用微生物将塑料解聚成其组成的单体（或低聚物——由几个构件组成的链）并制造新的塑料。据Carbios公司的首席科学官Alain Marty说，使用该公司的酶，一个20立方米的生物反应器可以在20小时内降解10万个塑料瓶；其2025年的设施旨在每年分解5万吨PET。

尽管兴趣激增，但基于酶的回收有其局限性。这项技术仍然很昂贵。位于科罗拉多州戈尔登的美国国家可再生能源实验室的化学工程师Gregg Beckham和他的同事对2023年的一项估计表明，目前酶法回收PET的成本可能是原生产品的两倍左右，是机械回收的四倍左右；它还比机械回收使用更多的能源，排放更多的温室气体。

到目前为止，酶的方法似乎仅限于PET和聚氨酯：这两种聚合物可能更容易被分解，因为它们不是完全由碳-碳键构成。其他塑料，如聚烯烃（聚乙烯和聚丙烯）和聚苯乙烯，它们由碳-碳键结合在一起，解决起来要困难得多。

然而，与机械回收相比，酶确实有一个优势，因为它们在消化什么方面具有高度的选择性。当它们对含有添加剂（如其他类型的塑料或用于着色的化学品）的PET瓶进行处理时，酶会消化PET，而留下其他部分。这意味着酶法回收可以处理一些机械回收无法处理的塑料，并且需要一个不太严格的分类过程。Carbios认为，随着时间的推移，这将有助于酶法处理在成本上的竞争。(例如，欧盟规定，到2025年，PET瓶至少要含有25%的回收塑料，Carbios说，这将导致PET废料变得越来越少，从而提高机械回收的材料采购成本）。以酶为基础的回收只是化学回收的一种形式，化学回收是指将塑料分解成其分子构件的一类更广泛的技术的术语。化学催化剂也可能被使用——许多科学家正试图超越仅仅分解PET的范围。

在2022年的一项研究中，研究人员将生物和化学催化剂结合起来可以成为混合塑料的一项强大技术。研究人员使用一个两步流程，包括一个金属催化剂和一个工程土壤细菌，将混合塑料--PET、高密度聚乙烯（一种常用于洗发水瓶和牛奶盒的塑料）和聚苯乙烯（用于制造发泡苯乙烯）--降解为可用于制造新聚合物的化学品。相关成果以“Mixed plastics waste valorization through tandem chemical oxidation and biological funneling”为题，发表在Science上。

另一种有时被称为化学回收的技术是热解，即在没有氧气的情况下将混合塑料加热到极高的温度，直到它们分解成可用作燃料或用于制造新聚合物的成分。但这种标签是有争议的。批评者质疑它是否真的可以被视为回收利用——因为它经常被用来产生燃料——并认为这是一个能源密集型的过程，比焚烧好不了多少。尽管有这些批评，许多大型化学公司正在世界各地建设热解工厂。

【制造更好的塑料】

解决塑料危机的第三种方法：重新开始设计——并设计一种新型塑料。理想的塑料替代品具有生命力类似于纸张的循环：对源材料进行最少的修改，易于回收，如果它泄漏到环境中，危害的可能性最小。2022 年，Luterbacher 的小组报告了一种使用称为醛的化学物质来转化不可食用的生物材料的方法，例如作为木屑和玉米芯，制成可生物降解的聚酯，称为二甲基乙醛酸木糖，这可能是这种替代材料。虽然生产过程目前是概念验证，但应该可以简单而轻松地大量制造这种聚酯。相关成果以“Sustainable polyesters via direct functionalization of lignocellulosic sugars”为题，发表在《Nature Chemistry》上。

许多研究人员正在努力开发新一代的塑料，这些塑料通常被统称为生物塑料。这个总括性术语可以指任何一种生物基塑料，它们来自于植物材料；生物可降解塑料，它们在环境中可在几个月内降解；以及可堆肥塑料，这是生物可降解塑料的一个子集，除其他外，在分解时不会产生有毒残留物。(可生物降解的术语本身是有争议的。研究人员对这种塑料是否真的能在制造商声称的时间跨度内分解提出了疑问，并担心它们可能导致海洋生态系统中的微塑料问题）。由于生物塑料不依赖化石燃料作为原料，其生产的碳足迹也比原生塑料的要小。

目前，最大的两类生物塑料--聚羟基烷烃(PHA)和聚乳酸(PLA)，都是生物基和可生物降解的；它们被用于食品包装、餐具和纺织品等应用。企业正在投资数十亿美元用于制造生物塑料。但目前它们只占每年生产的4亿多吨塑料中的1%。而且在与原生塑料竞争时，生物塑料面临着种种限制。大规模生产生物塑料的成本也很高，尽管它们可以比原生塑料的碳排放量更低。一些研究人员正试图通过使用转基因细菌，甚至是化学品，而不是微生物，来提高PHA的产量，制造生物塑料。

【一个可解决的问题？】

人类是否能够找到解决塑料危机的方法？Nature杂志采访的一些研究人员持乐观态度。全世界有这么多的研究团队正在研究这个问题，而且得到了更多的媒体关注和公众兴趣。虽然应对气候变化的许多障碍让有些人对塑料问题的充分解决没有信心。不过，人们认为联合国关于制定全球塑料条约的决议是朝着正确方向迈出的一步。人类确实已经认识到了这个问题，即使这将需要不朽的工作和时间，但最终希望我们能够解决这个问题。