塑料是聚合结构的碳氢化合物，往往含有大量的添加剂，以提升某种性能。

自1950 年代以来，全球已经产生了超过90亿吨的塑料。每年有超过900万吨的塑料进入水域，其中1.65亿吨的塑料已经污染了我们的海洋。由于只有约9%的塑料被回收，剩下的大部分塑料要么污染环境，要么被丢在垃圾填埋场，在那里它可能需要500年的时间来分解，同时向土壤中释放有害化学物质。

研究表明，塑料会引起土壤化学成分和结构的变化，从而可能导致土壤环境中的水分平衡和循环受到干扰。土壤性质的变化直接或间接地作用于土壤生物群。因此，土壤中的塑料的生态毒性作用既包括塑料颗粒或其降解产物对土壤生物的直接影响，也包括塑料浸出物或塑料降解产物浸出物对土壤生物群的影响。

源自石油的原材料被用来制造传统塑料。一些人声称，含有20%或更多可再生资源的生物塑料可以解决塑料污染问题。减少对化石燃料供应的依赖、更小的碳影响和更快的分解是生物塑料经常被提及的一些好处。此外，生物塑料的危害性更小，并且不含双酚A（BPA），这是一种经常包含在传统塑料中的激素干扰物。

在哥伦比亚大学地球和环境工程系研究生物塑料的Kartik Chandran声称，它们是对传统塑料的“重大改进”。

那么，生物塑料真是解决塑料问题的灵丹妙药吗？

01

塑料对于陆地生态系统非生物部分的影响

塑料出现在陆地环境中，改变了土壤的化学成分，导致土壤成分与塑料颗粒以及其他污染土壤区间的化学物质之间发生相互作用。

塑料几乎都是碳化合物。不妨假设，从长期来看，聚合物中的碳会成为土壤的碳库，加剧土壤微生物的进化压力（注：selective pressure，即外界施予一个生物进化过程的压力，会改变该过程的前进方向）。

除了碳原子，部分塑料还包含氮（聚丙烯腈）或氟（聚四氟乙烯）等元素，这些元素均有可能会进入生物地球化学循环（注：bio-geochemical cycle，即环境中各种元素沿着特定路线运动，由周围环境进入生物体，最后回到环境中的循环运动过程）。

如前所述，塑料含有各种添加剂，添加剂可以在聚合或加工的任何阶段以任何比例加入聚合物中。据估计，添加剂占塑料质量的70%。因此，它们也可能进入土壤基质中，并影响土壤的物理和化学特性。

塑料不仅会直接改变土壤的化学成分，也会带来间接影响。例如，研究人员发现，高浓度的PVC微颗粒明显增加了溶解有机物的营养物质（碳、氮和磷）含量。此外，微塑料PVC促进了高分子量的腐殖质类物质和富勒维酸的积累，而富勒维酸的积累可能有利于提高污染物的生物利用率、流动性，推动其在土壤中的转化。

报告特别指出，容易被微生物分解的生物基塑料可能会减少土壤中的营养成分。这是因为微生物的新陈代谢需要氮、磷和其他元素，以进行生物降解，导致这些物质的缺失。塑料还会吸附有害污染物，包括有毒的有机化学品、重金属和抗生素，再加上塑料在土壤和水生环境中的流动性，它们可能会改变细菌的抗生素抗性特征。

塑料颗粒的到来引发了土壤化学成分的变化，带来了土壤物理性质的变化，并影响了各种土壤的参数和过程，如土壤孔隙、毛细管、湿润过程、体积密度、土壤水分和蒸腾作用。

研究发现，添加到土壤中的微塑料会让土壤聚集度下降。部分微塑料（PEHD、PES、PET等）还会让土壤的体积密度下降，而土壤体积密度降低，可能会提升土壤透气性，改善土壤生产力，带来积极影响。

土壤中的塑料影响了水的饱和度和土壤中的转化，最终影响到陆地上的水循环。研究人员观察到，塑料增加了土壤水的蒸发速度。

不过，不同塑料的实验结果也存在差异，例如PA（尼龙）和PES（聚醚砜树脂）会让蒸发量分别增加约35%和50%，但添加了PEHD（高密度聚乙烯）、PET（涤纶树脂）、PS（聚苯乙烯）的情况下，蒸发量的增加则较小。

塑料对土壤物理化学性质的影响是一个多层面的问题，涵括土壤化学成分和结构的变化，以及生态系统中循环和水平衡的波动。这些变化的过程和结果取决于许多因素，如生物塑料的化学成分、浓度，土壤的类型和成分等，因此研究结果和结论各不相同，很难一言以蔽之。

02

塑料对陆生生物的影响

通常来说，土壤生物群分为植物（单子叶植物和双子叶植物）、微生物（细菌、真菌、古细菌和藻类）和土壤动物（原生动物、线虫、螨虫、弹簧虫、蜘蛛、昆虫、蚯蚓）。

植物方面，研究人员发现，土壤中存在的塑料微粒和塑料的浸出物会造成种子发育异常。另外一组实验的数据表明，种子发芽的早期阶段，塑料会对发芽率产生影响，这很有可能是微塑料对种子囊中的空隙造成了物理堵塞。研究人员还发现，淀粉基生物降解塑料的微颗粒和大颗粒会抑制小麦在分叶期（从收获的14天左右到40天）的生长高度。

实验结果表明，和大颗粒相比，小颗粒的塑料碎片在吸收有毒化学物质和将其转移到食物链中的流动性、生物利用度和效率更高，也就是说，塑料的碎裂会促进其在土壤间的运输和扩散。

微塑料也会在食物链中积累和转移。2017年，Huerta Lwanga等人研究了位于墨西哥的10个家庭花园中的蚯蚓和鸡对PE微颗粒和大颗粒的摄取情况。从土壤到蚯蚓尸体再到鸡的粪便，微塑料颗粒不断累积，浓度不断提高。这表明，微塑料和大塑料有可能进入陆地食物链中。

科学家还用弹簧虫、线虫和蜗牛作了陆地生态系统的毒性研究。研究发现，生活在有微塑料的土壤中，弹簧虫的体重和繁殖能力明显下降，肠道的微生物群也发生了变化。塑料纳米颗粒和微颗粒可能降低线虫的存活率，寿命明显减少，但没有对线虫的繁殖造成影响。

与未接触塑料微粒的蜗牛相比，接触了塑料微粒的蜗牛食物摄入量没有明显减少，但塑料微纤维损害了它们的胃肠道，破坏了它们的排泄。目前，有关塑料对弹簧虫、线虫和其他土壤动物的影响的研究，仅限于石油基塑料。

03

什么是生物塑料？

生物塑料包括生物基塑料、可生物降解塑料及可生物降解的生物基塑料。生物塑料由于其可再生、环保性，被广泛利用。随着全球环保意识增强，许多国家都对生物塑料展开了相关研究，全球生物塑料年生产能力呈上升趋势。

由于在讨论生物塑料时经常存在误解，让我们首先定义几个概念。

可降解：所有塑料，包括传统塑料都是可降解的，然而，仅仅因为它可以被分解成小块碎片或粉末，并不意味着这些材料会恢复到原来状态。含有某些化合物的传统塑料会更快地腐烂。可光降解的塑料在阳光下更容易降解；可氧化降解的塑料在热和光下更迅速地降解。

可生物降解：在正确的情况下，微生物可以将可生物降解的塑料完全降解为水、二氧化碳和堆肥。“可生物降解”一词表明分解需要数周到数月才能完成。耐用的生物塑料是那些缓慢分解的塑料，而不可生物降解的生物塑料是由微生物难以分解的生物质制成的。

可堆肥：可堆肥的塑料将在堆肥设施中分解。以与堆肥堆中的其他有机材料相同的速度，微生物将其分解为二氧化碳、水、无机化学品和生物质，不会留下任何有害物质。

生物塑料的类型：

目前，除了包装、容器、吸管、袋子和瓶子等一次性物品外，生物塑料还被用于非一次性物品，包括地毯、塑料管、手机外壳、3D打印、汽车绝缘和医疗植入物。

生物塑料的两大类是。

PLA（聚乳酸）通常由玉米淀粉、木薯或甘蔗中的糖制成。它是可食用的、碳中和的和可生物降解的。当玉米被浸泡在二氧化硫和热水中时，玉米的成分分解成淀粉、蛋白质和纤维，从而将玉米转化为塑料。然后将玉米粒被磨碎，将玉米油从淀粉中分离出来。淀粉是由碳分子的长链组成的，与化石燃料的塑料中的碳链相似。一些柠檬酸被混合在一起形成一种长链聚合物（由重复的较小单元组成的大分子），这是塑料的组成部分。聚乳酸的外观和行为可以像聚乙烯（用于塑料薄膜、包装和瓶子）、聚苯乙烯（保丽龙和塑料餐具）或聚丙烯（包装、汽车零部件、纺织品）。

PHA（聚羟基烷酸酯）是由微生物制造的，有时是经过基因工程设计的，它从有机材料中生产塑料。这些微生物获得了大量的碳，但缺乏氮、氧和磷等营养物质。它们产生的PHA作为碳储备，储存在颗粒中，直到它们有更多的其他营养物质来生长和繁殖。然后，公司可以收获微生物制造的PHA，它的化学结构与传统塑料相似。PHA经常被用于医疗用途，包括缝合线、吊带、骨板和皮肤替代品，因为它是可生物降解的，不会伤害活体组织。它还被用于一次性使用的食品包装。

04

全球生物塑料的市场动态

1、驱动因素：消费者偏好转向环保塑料产品

消费者的认识正在促进生物塑料的市场增长。传统塑料通常以石油为基础，需要几十年才能分解或降解，并在垃圾填埋场存放很长时间。生物降解塑料当它们被丢弃并被吸收回自然系统时，分解得更快。此外，生物降解塑料通过微生物的活动分解的速度比传统塑料快得多。

与需要大约1000年才能分解的传统塑料相比，生物降解塑料在180天或更短时间内分解60%或更多。越来越多的垃圾填埋场和废物堆已成为严重的环境危害，并对生态系统中的动植物产生了许多不利影响。

越来越多的消费者意识到这些不利影响(由传统塑料的使用引起)，这鼓励了可生物降解塑料的使用。此外，由于其有毒成分，常规聚合物的使用可能对人类健康和安全造成威胁。例如，PVC可能会导致遗传疾病、溃疡、耳聋和视力衰退。如此高的风险增加了对人类健康安全的产品的需求。因此，消费者意识的提高以及政府立法推动了生物基产品的使用，如生物可降解塑料和生物基塑料。

2、制约因素：生物塑料的价格高于传统塑料

生物塑料的成本高于传统聚合物，这限制了许多应用领域的市场增长。在许多情况下，生物基聚合物的生产成本比常规聚合物高20%至100%。这主要是由于生物基聚合物的高聚合成本，因为大多数方法仍处于开发阶段，因此没有实现规模经济。

例如，PHA在以下方面有多种应用（刹车器合成纸、医疗器械、电子零件、食品包装和农业）生产成本高，产量低，可获得性有限。与PHA相比，PLA的生产成本要低得多，但仍然比石油基PE和PP昂贵。总的来说，生物基材料仍处于开发阶段，尚未商业化到与石化材料相同的水平，石化材料已快速发展了50多年。

目前，生物降解塑料的成本从2美元/公斤到6美元/公斤不等，而传统塑料的成本约为1美元/公斤到2美元/公斤。小规模生产导致的较高R&D（研发）和生产成本以及与传统石油基塑料相比的显著价格差异，是导致生物塑料在各行业渗透率较低的关键因素。

3、机遇：APAC新兴国家的巨大潜力

生物塑料和生物聚合物市场参与者不断实施有机和无机战略以促进自身发展。近年来，玩家在新兴国家APAC取得了许多战略发展。例如，2019年，道达尔科碧恩在泰国罗勇建立了一家PLA工厂，产能为每年75，000吨。同年，三菱化学控股公司(日本)和联想集团有限公司(中国)成立了一家合资企业，为智能手机生产基于生物塑料的机身(3D形状背板)。

此外，印度尼西亚正在探索生物塑料替代品，如海藻。Evoware是一家本地公司，提供基于海藻的专利包装。这家公司正在生产海藻容器。与环境相关的法规预计将会增加，这最终将推动这些国家未来对生物塑料的需求。此外，东南亚拥有丰富的生产生物塑料所需的生物基原料，因为它可以在当地获得可持续的原材料。因此，法规，加上原料的易得性，反过来将有助于维持预测期内对生物塑料的需求。

4、挑战：发展中国家与生物塑料相关的法规有限

选择一种产品而不是其替代品，会受到市场上现有法规的影响。与废物管理相关的严格规定和塑料工业中的法规会增加对生物塑料而非传统塑料的偏好。生物塑料只有满足与成本、功能、供应和可回收性相关的要求，才能与传统塑料竞争。然而，发展中国家的规定是有限的。

在非洲、拉丁美洲和APAC等一些发展中国家和欠发达地区，无知和疏忽导致人们缺乏对包装产品可持续性和回收重要性的认识。除非消费者直接受到废物的影响，否则他们不会意识到由废物引起的问题的严重性。

然而，随着全球数字媒体和社交媒体的蓬勃发展，这些地区的可持续发展意识有望提高。尽管政府采取了各种举措，但仍有相当多的人不相信包装材料的回收和再利用。因此，这些国家需要与包装和废物管理相关的严格法规，否则这将继续挑战全球生物塑料和生物聚合物市场的增长。

文章来源： 超然塑胶包装制品，摆脱塑 缚，Markets and Markets