被滥用之后 生物降解的内在究竟是什么？

聚乳酸是相对比较成熟，应用比较广泛的全生物降解可堆肥塑料。这个材料除了生物降解特性之外，还有几个不同的特点。

其中一个重要的特性是，聚乳酸是食品接触安全性更高的材料。它的单体是乳酸，乳酸是一种食品添加剂，酸奶、化妆品或调味品里面都存在乳酸。它本身的安全性等级比用石油单体做出来的材料更安全。而且聚乳酸在六七十年代是医用材料，用于手术缝合线、固定骨棒等，后来因为工艺突破，成本降低，才进入民用的行列。

其次，聚乳酸是生物基的材料，它来源于植物。其中较常用原料是玉米、木薯和蔗糖。将玉米、木薯等农作物提成淀粉，通过发酵变成乳酸，再通过化学聚合成为聚乳酸，是一种生物基原料比较明确的材料。

再次，聚乳酸材料的低碳性。所谓低碳，指的是二氧化碳消耗量或者释放量相对较低的概念。比如某个材料，在它生产到消亡的整个生命周期，从单体、聚合、运输、储存到使用的整个过程中，吸收和排放二氧化碳总量合计起来，通过对比，如果它是塑料材料中二氧化碳排放总量相对较低的，我们称之为低碳材料。

以聚乳酸为例，从玉米或木薯种植开始，到葡糖糖提取、乳酸发酵、聚乳酸聚合、一直到聚乳酸产品加工的过程中，二氧化碳排放总量的数据是，一公斤的聚乳酸膜所释放的二氧化碳量大概是1.274公斤。做个对比，制作一公斤PET材料矿泉水瓶，要排放4公斤二氧化碳。制作一公斤PP材料洗发水瓶大概要排放2.5公斤。

最后就是聚乳酸材料的降解堆肥特性。在堆肥环境下，能够百分百降解生成二氧化碳和水，不污染环境。以江浙沪一带为例，一般两到五年可以降解，其他地方因气候等因素而各有不同。在实验室里，我们有一些比较明确的数据，比如0.3毫米厚的聚乳酸片，六周之后肉眼看不到。当然看不到不等于降解，六周是不能完全降解，需要时间。

05 聚乳酸的生物降解及其来源

给大家分享两张检测报告图，这是国家塑料制品检测检疫中心在生物降解实验中截取出来的数据。这个实际是根据国标GBT20197-2006生物降解材料的定义、分类、标识及其测试方法测试，而国标则是参照美国ASTMD6400订立。

大家看到两条曲线，第一张图，使用聚乳酸材料跟纤维素做对比，通过二氧化碳释放曲线，来测它的生物降解率。这个实验数据显示，大概在105天左右时，生物降解材料的降解率就可以达到90%左右。

测定二氧化碳的方法则是依据ISO14855, 试验中由于后续二氧化的释放量较小，测试误差比较大。所以一般测到105天，如果生物分解率超过60%，实验就可以终止，会判定是属于什么材料。当然，会跟天然物质，比如木质素做对比。如果两条曲线基本吻合，而且105天时又超过了60%，基本上判定是一类真正的可降解材料。

聚乳酸这一类可堆肥材料处理途径就只能进行堆肥吗？如果没有堆肥场，堆肥设施怎么办？实际上可堆肥材料除了堆肥处理，还有其他的处理方式，比如燃烧。跟塑料比，聚乳酸完全燃烧的产物是二氧化碳和水，不会污染。也可以进行填埋，虽然降解速度比较慢，但至少不污染地下水，不破坏植物生长，不浪费耕地。当然还有可以回收，不过回收的成本比较高。

在讲到聚乳酸材料来源于木薯、玉米时，很多人会问：人类粮食都拿去做高分子材料了，会不会影响粮食安全呢？这个问题大家很关心，当然这样想也是对的，如果我们真的没东西吃，必然是事先保证粮食安全，不可能先去做高分子材料对不对。但是从客观角度来讲，这个担心是多余的，我给大家分享几组数据。

这几组数据足以证明，利用植物淀粉生产聚乳酸材料，并不会影响粮食产业。全球玉米产量是10亿吨/年，其中80%用于饲料和燃料，做成燃料乙醇烧掉50%左右，饲料30%左右。用在粮食上大概仅有10%，约1亿吨。假设PLA产量每年200万吨，也就是消耗600万吨的玉米，占0.6%。我们的粮食产量大量过剩，现在中国还有2亿吨陈粮。除了玉米外，其他农作物，比如木薯全球年产量有3亿吨，60%的产量用在工业上，并不是人类粮食。

06 聚乳酸的应用

聚乳酸的应用，比较知名的是纸杯。纸杯里有一层膜，传统纸杯用的是PE膜，现在美国从西雅图星巴克开始，已经将PE膜换成聚乳酸膜，而且杯盖现在基本上用聚乳酸材料来做。

2018年吸管很火，全球都在去塑料吸管，聚乳酸吸管就可以用在这。比如说星巴克宣布2020年之前停售塑料吸管，中国的吸管大王就在做聚乳酸吸管。所以可堆肥材料主要是看跟什么东西处理，跟传统塑料一起处理肯定不行，跟厨余一起处理就没问题，跟纸一起处理也可以。

聚乳酸除了做一次性产品，也做一些其他产品，比如日用品，中国有个比较知名的品牌「谷的家」，就用聚乳酸做成日用品，做成日用品并不是为了降解，是利用聚乳酸材料高食品安全性。同时，聚乳酸材料有很高的强度，敲起来好像陶瓷一样，以及高光亮性，比其他塑料亮很多。这类聚乳酸产品在中国市场上也可以随便买到，运用的虽然不是其生物降解性，但用完数年，最后废弃，比传统塑料的危害肯定小很多的。

另外还有在3D打印耗材上面的应用。图片上展示的月球灯，就是用聚乳酸材料打印的，这类打印叫做FDM3D打印，它的耗材90%以上是聚乳酸材料。因为聚乳酸材料打印时不但没有臭味，还有甜甜的香味。另外，它的尺寸稳定性很好，不容易变形，收缩率小。当然聚乳酸材料打印出来的模型废弃了，也可以降解。

聚乳酸材料的应用还有可以用在纤维上，做丝巾、茶叶包装、尿不湿、薄膜、窗口膜等不同用途。

07 全球可堆肥相关标准及认证

目前全球各堆肥的相关标准和认证机构大概就在这张表格里面。

像欧盟的认证标准是EN13432，那么他认证机构呢，德国一个比利时一个，认证机构为AIB VINCOTTE和DIN-CERTCO。这两个认证机构在全球有一定知名度，大家如果从事相关产业的话可以通过他的标准去认证。在中国，我们也有标准GB/T20197-2006，但是很可惜，我们没有标识。美国的标准DSTMD640，认证机构BPI，日本的标准JIS K 6953。在澳洲、韩国都有，这里不一一罗列。他们都有相关组织机构去认证。也就是说，根据相关标准去做实验，实验达标拿实验报告去申请认证，认证通过才可以颁发证书。

认证费用挺高的，16500欧元，十几万人民币。一般的小企业都很不愿意去做，而且全球比较知名的一家是在德国，小企业觉得不方便。不过实验室并非认证机构，中国也有实验室，我们国家塑料制品检验中心可以做，但中国的实验室，很多人不愿意相信。

这种实验室做一个实验，要分不同的步骤：第一步送去的样品要分析它的化学成分，通过分析红外光谱，检测到底是什么材料。比如送过去检测的材料说是百分百聚乳酸，实际上在里面混了其他东西，化学成分一分析就知道。这个分析成本不高，700多欧元，大概六千多人民币。

化学成分分析结束之后，第二步就是崩解实验，也就是材料从大块到小碎片的过程。这个过程一般进行三个月，材料要从10cm×10cm的大块，变成至少3mm×3mm的小碎片，才能认定通过崩解实验。

通过崩解实验，会进行第三步的生物降解实验。把那些3mm的小碎片通过微生物的作用，通过二氧化碳收集，分析它的生物降解率，也就是前面给大家分享的那两张表格，测试材料跟纤维素比，多少天能够达到多少生物分解率。这个实验时间大概六个月左右。

最后即便生物降解检验做完符合要求，认定材料是百分百降解。仍然不能颁发证书，还要通过环境毒性实验。降解最直接的还是对土壤的影响。如果降解残留了有害物质在土壤中，那样的降解毫无意义。所以，全球各种认证标准，又规定第四步叫做环境毒性实验，就是验证那些生物降解以后，对环境有没有毒害。进行植物种植检测，比如添加堆肥的和未添加堆肥的两个土壤，各拿十组出来种不同的小青菜，看植物的生长情况到底有没有影响。只有在环境毒性这一关也过了，才能拿到认证。一般的光氧化降解塑料、破坏性生物降解塑料是绝对无法通过检测，所以说这比较权威。

除此之外，一些生物基材料也不能随便宣称是生物基，因为生物基也是可以检测的。生物基含量测试用到了同位素——碳元素半衰期的方法来测定生物质含量。碳14衰变成碳12，一般是5600年一个衰变，如果某个材料通过测试都是碳12，结果基本上就是化石碳。生物碳的测试标准，美国是ASTM D6866，中国也有标准。例如测聚乳酸，一般你测试出来的报告一般是94%或者99%的生物基含量。实际检验结果只要满足在80%以上的生物基就是最高级别了。所以生物基也是有权威的标准和方法去验证。

08 问答

问： 没有堆肥条件， 聚乳酸废弃产品（在江浙沪的自然条件下）要2-3年才能完全分解为CO2 和 水。 这之前降解成什么？ 不完全降解中间产物是什么？ 为什么说不污染环境？

答：聚乳酸在没有堆肥环境条件下，首先会像传统的（石油基）塑料一样老化、崩解、变成碎片。随后高分子的长链聚乳酸变成低分子的短链聚乳酸，逐步变成单体乳酸。乳酸是一种微生物的食物，在大自然中可以被微生物消化掉（变成二氧化碳和水），所以中间产物就是聚乳酸碎片– 短链聚乳酸 – 单体乳酸。不存在着对环境的污染。

问： 中国的（聚乳酸塑料）产量目前在全球的比重大吗？能全面替代吗？ 刚才报告中用200万吨产量来证明对粮食安全影响不大，但相比要替代的塑料量，200万吨似乎远远不够啊？

答：现在中国的聚乳酸产量非常小，大概全国的产量加起来只有三万吨，要替代（全部）塑料是绝无可能的。 塑料是五亿吨，相比之下，刚才说到的200万吨也是个小数字。 当然，我们不可能用一种材料来替代全球所有的塑料。 全球用量最大的塑料是PE，聚乙烯，有9000万吨。所以说，如果要拿聚乳酸材料来替代所有塑料是不可能的，它只能替代掉一部分石油基塑料，在一定程度上起到帮助。如果塑料这个东西你要把他替代掉，那唯一的方法就是少用少生产，而不是找替代品。