中国石化与清华大学联合研究可降解塑料 告发布
近日，由中国石化与清华大学联合研究的《可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究 告》正式发布。本研究绘制了我国可降解塑料的物质代谢图，首次提出以可降解性为核心的可降解塑料对比传统塑料评价指标体系，同时从社会经济多维度分析了可降解塑料的可行性使用路径。
完整版 告如下——
前言
塑料污染问题在国际社会引起广泛关注，例如微塑料的环境污染问题，塑料废弃物海洋漂浮带问题，塑料中化学物质在不规范的回收中迁移导致的环境毒性问题等。为应对日益严峻的塑料污染治理压力，2020年1月16日，中国正式发布《进一步加强塑料污染治理的意见（发改环资〔2020〕80号）》，这是在我国污染治理历史上首次提出的系统性解决中国塑料污染问题的纲领性文件。其中，作为塑料制品替代方案的一环，“可降解塑料”多次出现在该政策文本中。例如，文件中提出“以可循环、易回收、可降解为导向”、“推广使用可降解塑料袋，规模化推广可降解地膜”、“制修订可降解材料与产品的标准标识”等政策要求。同时，可降解塑料产业由于天然具有“环保”的标签，符合当代环境、社会、企业治理（Environmental、Social、Governance，ESG）投资趋势，因此目前吸引了大量国内企业资本投资该领域，但是可降解塑料是否真的环保仍然需要进行环境－经济－社会多维度评估。
塑料废弃后发生环境泄漏是塑料领域的主要环境问题，可降解塑料制品的使用目的是解决我国塑料废弃物环境泄漏后的污染问题。本研究旨在通过开展量化评价研究，阐明目前可降解塑料领域亟待明确的与政策制定息息相关的突出问题，例如可降解塑料产能相较于需求是否过剩，可降解塑料相较于传统塑料是否具有更好的环境友好性，对于传统塑料的可降解塑料替代方案能否实现塑料环境泄漏控制的作用等问题。本研究在回答以上这些问题的基础上，识别我国可降解塑料使用优化实施路径，提供可降解塑料应用于塑料污染治理的可行性行动方案，为“十四五”期间的塑料污染治理提供政策支撑与建议。
本研究开展了我国可降解塑料领域的分材质、分制品级别的精细末端流向的实地调研，绘制了我国可降解塑料的物质代谢图。同时，对比了可降解塑料与传统塑料的全生命周期环境影响，首次提出以可降解性为核心的可降解塑料对比传统塑料评价指标体系。利用情景分析和成本效益分析，从社会经济多维度分析了可降解塑料的可行性使用路径。
01 研究背景
1.1可降解塑料概况
塑料根据降解与否可分为可降解塑料和不可降解塑料。可降解塑料是指各项性能可满足使用要求，在使用后在能降解成对环境无害物质的塑料。不可降解塑料则指无法或者很难通过微生物降解的塑料。
1.1.1生物降解塑料
生物降解塑料指在自然界下通过微生物（如细菌、霉菌和藻类等）的生命活动就能引起降解的塑料，其作用机理一般分为生物物理作用与生物化学作用。生物物理作用指随着附着在材料表面微生物的不断增殖，高分子材料发生水解、电离、质子化等物理分解过程，生成分子结构不变的低聚物碎片或单体；生物化学作用指在微生物分泌的酶等物质侵蚀下，聚合物逐步断裂并氧化分解，或被微生物吸收作为呼吸作用原料，代谢成CO2和H2O的过程。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分（CO2、H2O）的高分子材料。
根据塑料降解程度的不同，生物降解塑料可分为完全生物降解塑料和不完全生物降解塑料（生物破坏性塑料）。不完全生物降解塑料是指在普通塑料（不可降解的塑料）中加入一些可降解的生物物质，比如淀粉、纤维素、蛋白质等，但普通塑料部分仍不可降解；完全生物降解塑料是指在堆肥条件下，通过微生物的作用，可在180天内转化成二氧化碳和水的降解材料，其性能与普通塑料几乎相同，也被称为“绿色塑料”。
1.1.2生物基塑料
1.2可降解塑料领域国内外政策形势
1.2.1国外政策
关于生物可降解塑料，2018年《欧洲塑料战略》强调，需要为具有可生物降解和可堆肥特性的塑料建立一整套监管框架。目前市场上的许多生物可降解塑料，只有在特定条件下才能进行生物降解，而这些条件在开放环境中往往无法得到满足。因此需要通过添加特定标签，来区分可回收塑料、可堆肥塑料、传统塑料和生物可降解塑料，因为如果不加以区分的话，可能会对回收产品的质量产生负面影响，并增加乱扔的垃圾数量。鉴于缺乏“明确的标签或标识”和“适当的废弃物收集和处理”方案，欧盟委员会目前建议谨慎使用生物可降解塑料，以免加剧乱扔垃圾的问题。
2019年6月，欧洲议会发布了《关于减少某些塑料制品对环境影响的指令》（第2019/904号指令），目标是防止和减少塑料对环境的负面影响，同时促进向循环经济的过渡。在该指令的背景下，从到2021年7月开始将禁止氧化降解塑料的使用，因为其不会完全分解成二氧化碳、生物质和水，而是碎裂成微塑料。此外，该指令对塑料的定义并未对传统塑料、不可生物降解的塑料和生物可降解塑料加以区分。因此，对某些一次性塑料制品的禁令将适用于包括可降解塑料在内的任何材料。不过，预计欧盟将于2027年7月之前对该指令进行再次评估，其中包括评估适用于本指令范围内的相关一次性塑料制品及其一次性替代品在海洋环境中的生物降解性标准或规范的科技进展，以确保后者在足够短的时间内完全分解为二氧化碳（CO2）、生物质和水，使塑料不会对海洋生物造成危害，也不会导致塑料在环境中的积累。（第2019/904号指令，第15条）。
2021年5月，欧盟委员会发布了《一次性塑料制品指南》，该指令规定从2021年7月3日禁止所有欧盟成员国在市场中投放诸如餐具、吸管、棉签、发泡容器在内的9种一次性塑料制品，其中明确指出应禁用以改性的天然聚合物制造的塑料，或用生物基、化石基或起始物质不是自然产生的合成塑料为原料的上述一次性制品。
1.2.2国内政策
2020年初，中国发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见（发改环资〔2020〕80号）》，其中将可降解塑料提升到较为核心的高度，随后多部委纷纷出台配套政策。2021年7月国家发改委发布《“十四五”循环经济发展规划》，其中在塑料污染治理的塑料替代路线里，可降解塑料的推广应用同样是重要环节。受政策刺激驱动，可降解塑料相关产业在我国迎来了一轮高速发展阶段。
2021年9月国家发改委发布《“十四五”塑料污染治理行动方案》，本研究团队直接参与了该政策的起草，提出应充分考虑竹木制品、纸制品、可降解塑料制品等全生命周期资源环境影响，开展不同类型可降解塑料降解机理及影响研究，科学评估其环境安全性和可控性，出台生物降解塑料标准，规范应用领域，明确降解条件和处置方式，推动生物降解塑料产业有序发展，引导产业合理布局，防止产能盲目扩张，加快对全生物降解农膜的科学研究和推广应用等一系列重要措施，有力地支撑了塑料污染治理的管理决策。
1.3可降解塑料科学评估
现今市场上在全生物降解塑料之外，由于具有相对的成本优势，一些诸如淀粉类改性塑料、小麦秸秆共混PP塑料等不可完全降解的所谓"可降解塑料"，虽"存在感"日渐下降，但仍有一定的应用。因此，首先需要对我国市场真实情况开展实地调研分析。可降解塑料产业由于天然具有“环保”的标签，符合当代环境、社会、企业治理（Environmental、Social、Governance，ESG）投资趋势，因此目前吸引了大量国内企业资本投资该领域，但是可降解塑料是否真的环保仍然需要进行环境－经济－社会多维度评估。
目前我国塑料污染治理的重点仍是解决传统塑料环境泄漏后的环境影响问题，为应对国家塑料污染治理的实际需求，需要根据不同的使用场景、使用条件和末端处理手段，识别出可降解塑料应用的可行性方案。评估可降解塑料在不同地区的替代效果要配合发展垃圾处理大背景来看，在堆肥设施发展缓慢、厨余分出率低的地区，在厨余塑料袋中使用可降解塑料的替代效果就会打折扣。回答这些问题需要考虑成本、配套基础设施、环境影响、技术安全、配套标准与标识等多方面因素。
1.4研究目标
目标01
通过识别我国全品种可降解塑料，获取我国市场的真实情况。通过分析市场占有率信息，进一步明确本研究的核心对象，并深入调研其生产成本、单位投资额、产能、技术工艺流程、产品类型与典型应用场景、核心技术国产化率等关键信息。
目标02
通过物质代谢分析，明确我国可降解塑料核心品种的实际流向。通过对实际生产工艺流程和不同末端处理场景配套的塑料替代分析，得到不同路径的可降解塑料环境影响评价。通过逐一评价不同材料的可降解性，明确现有产品是否具有环境友好性，为加强监管提供方向。
目标03
通过情景分析，提出可降解塑料典型应用场景作为未来政策备选方案，分析可降解塑料可能政策应用场景下的环境影响与成本，为“十四五”塑料污染控制政策出台提供依据。
02 可降解塑料物质代谢及环境影响分析
2.1我国可降解塑料末端流向现场调研
目前，我国进入工业堆肥、厌氧发酵等生物质处理设施的可降解塑料中，绝大多数会作为杂质被设备分拣出，进入不了最终的生物质降解发酵环节，无法实现其降解优势。本研究对我国某循环经济产业园进行现场考察以及文献调研，发现我国厨余和餐厨垃圾最主要的处理方式为厌氧消化产沼气配合沼渣焚烧的工艺，生物质好氧堆肥处理占比远低于厌氧消化处理。餐厨垃圾相较于厨余垃圾而言，生物质纯度更高，油脂含量较多，一般会有提油系统将粗油脂提纯再生利用。两种工艺的处理主要流程如图1所示。
▲图1 厨余垃圾工业堆肥和厌氧消化体系一般流程
生物质主要处理系统分为预处理系统和厌氧消化或好氧堆肥利用系统。其中，预处理环节主要包含以下部分：
（1）粗分选：上料机将物料均匀送至粗破碎机进料皮带，将物料中大的木条、铁器、石块等大尺寸物料分选出来。通过大物料分选后的物料进入粗破碎机进行破碎处理，将袋内物料分散开，进入滚筒筛，一定尺寸以上筛上物（主要是塑料、纺织等）直接进入到打包机打包后外运焚烧，而筛下物（大部分有机物）进入精细分选环节。
（2）精细分选制浆：物料进入弹跳皮带，去除物料中石头、陶瓷、玻璃等硬质惰性物质与瓶盖、筷子小粒径杂物及塑料、纸张等轻质杂物。同时对大块有机质进行破碎，得到浆状物料的均质物料，该物料泵送至后续系统处理。压榨滤液通过收集池收集后，通过柱塞泵打入缓存料斗，进入下一环节。
（3）除砂除渣：经精分制浆系统处理后制成的有机浆料，泵送至除砂除渣装置有效去除沙粒、贝壳、玻璃、瓷片、砂石等重物质杂质和细纤维、细碎塑料片、辣椒皮、辣椒籽等难以消化并对后续工艺造成干扰的非营养性无机物品，除砂后的浆液最后进入厌氧系统。
▲图2 厨余垃圾预分选和厌氧消化工艺中塑料拣出情况
通过以上过程，进入生物质发酵系统中的杂质质量占比实际小于5%，如图2所示。实际使用中的生物可降解塑料制品如生物可降解塑料袋、餐盒等制品，由于目前机械分选和磁选均无法将其与普通塑料制品进行区分。
从塑料替代政策角度而言，由于绝大多数生物可降解制品会被分离出，作为杂质进行焚烧或填埋处理，这导致政策推进中，在现有末端设施分选环节的约束条件下，对于希望进入厨余垃圾处理设施降解处理的可降解塑料制品，如可降解垃圾袋、可降解餐盒具等实践方案，实际上不能达到最初的目的，而只会和传统塑料的作用类似。
我国生物质处理设施的运行时间周期远短于目前可降解塑料标准中规定的降解时间，现有降解标准无法满足设施对可降解塑料的要求。我国厨余垃圾处理设施的组成占比中，好氧堆肥工艺大致占比为16%，厌氧消化工艺大致占比为84%，好氧堆肥处理设施中固含物在设施中停留30天以内。厌氧消化处理设施中固含物一般在发酵罐中停留20到40天，湿式厌氧停留时间长于干式厌氧。
▲表1不同降解测试环境下的标准方法与试验周期表
如表1所示，目前对于工业好氧堆肥条件的生物可降解塑料判定标准为6个月内可降解，对于湿式厌氧消化条件的生物可降解塑料判定标准为3个月内可降解，干式厌氧消化条件的生物可降解塑料判定标准为半个月内可降解。
除干式厌氧条件外，其余现有标准的试验周期均在不同程度超过我国设备运行时固含物的停留时间，无法保证实际运行时通过标准的生物可降解塑料可以在设备中完全降解。从生物可降解塑料与设施运行时间匹配的角度来看，现有的堆肥条件下与厌氧发酵条件下可降解材料的评价标准，不能与实际设备运行时间相匹配。
目前欧盟和我国出台的政策中，可降解塑料180天的测试时间明显周期过长，而且仅以工业堆肥条件作为可降解塑料评价标准与末端实际情况脱节，实际现场中厌氧发酵是主要的生物质处理方式。为满足我国厨余垃圾处理设施的实际情况，需要将降解测试时间大幅缩短到30到40天，同时需要更加重视在湿式厌氧消化条件下的降解表现。
2.2可降解塑料的物质代谢分析
方法学基础
本研究使用物质代谢分析（MaterialFlowAnalysis，MFA）来研究我国2020年可降解塑料生产使用与废弃的物质流动情况。
由于目前我国可降解塑料的有关统计数据基本空白，因此项目组与中国石化化工销售公司合作，通过组织近百人在全国范围内开展大规模现场实地调研，获取了截至2021年5月全国华北、华东、华南等6个中国石化化工销售分公司所在辖区内的超过80家可降解塑料颗粒生产企业的生产销售数据，这80家企业基本涵盖了目前我国所有可降解塑料颗粒生产企业。
据此本研究得到我国可降解塑料分材料品种与制品种类的物质流数据。本研究物质代谢研究边界如图3所示，包含可降解塑料材料生产、制品生产、使用废弃后进入可控焚烧、卫生填埋、厌氧发酵、工业堆肥、环境泄漏等细分的物质代谢流向。
▲图3中国可降解塑料物质代谢研究的边界框架
在本研究中，主要识别了可在微生物条件降解的塑料材料，不考虑光氧、热氧等其他非生物降解条件的不完全降解塑料材料品种。因为这些材料会以塑料崩解的方式产生微塑料污染问题。按我国市场实际主要品种划分，本研究涵盖聚乳酸（polylacticacid，PLA），热塑性淀粉（thermoplasticstarch，TPS），聚羟基烷酸酯（poly-hydroxyalkanoate，PHA），聚对苯二甲酸－己二酸丁二醇酯（Poly(butyleneabdicate—terephthalate)，PBAT），其中TPS一般作为填料与其他材料混合使用，TPS作为填料未涵盖其中，一般在可降解制品中添加15%~60%的TPS。我国还存在占比较小、基本未商业化的其他可降解塑料材料品种，如聚己内酯（polycaprolactone，PCL），二氧化碳和环氧丙烷共聚物（Polypropylenecarbonate，PPC）等，均未纳入本研究范畴。
我国可降解塑料产能规划增长迅速，其中PLA和PBAT是主流材料品种。同时，可降解塑料产业技术体系方面已经较为完善，具备全链条自主可控能力。柱塞泵
