世衛組織海洋研究所的研究人員對各種秸稈材料在海洋條件下的降解率進行了比較研究，結果表明，二醋酸纖維素（CDA）和聚羥基烷酸酯（PHA）等可生物降解的材料比傳統塑膠降解得更快。研究人員測定了商業飲用水吸管在近海中的壽命，並開發出一種降解速度比紙還快的生物塑膠吸管原型。

世界衛生組織國際研究所（WHOI）的一項研究表明，一些可生物降解吸管在海洋環境中可在16 週內降解50%，是傳統塑膠的可持續替代品，有助於減少海洋污染。

吸管是海岸線上最常見的塑膠垃圾之一。隨著塑膠產品的生產、消費和處理不斷增加，科學家和製造商正在開發替代材料，這些材料既能發揮同樣的功效，又不會加劇持續的環境塑膠污染。

但並非所有塑膠都是一樣的–不同的製造商有不同的基礎聚合物配方（如聚乳酸（PLA）和聚丙烯（PP））和化學添加劑。這意味著不同的塑膠配方在環境中的表現不同，在海洋中的分解速度也不同。伍茲霍爾海洋研究所（WHOI ）的科學家一直在努力量化各種塑膠製品的環境壽命，以回答一個懸而未決的問題：吸管在海洋中的壽命有多長？

吸管是最常見的海洋垃圾來源之一。研究人員說，我們對塑膠在海洋中的持續時間缺乏確切的了解，但科學支持放棄使用這種材料。圖片來源：Bryan James/©伍茲霍爾海洋研究所

吸管降解的測試和結果

在發表於《美國化學學會永續化學與工程》（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）的一篇新論文中，世界衛生組織（WHOI）的科學家科林-沃德（Collin Ward）、布萊恩-詹姆斯（ Bryan James）、克里斯-雷迪（Chris Reddy）和孫彥辰（Yanchen Sun）將不同類型的塑膠和紙質飲管進行了對比，看看哪種塑膠在近海降解最快。他們與生物塑膠製造公司伊士曼（Eastman）的科學家合作，後者為這項研究提供了資金、共同作者和材料。

沃德說：「我們對塑膠在海洋中的壽命缺乏確切的了解，因此我們一直在設計測量這些材料降解速度的方法。事實證明，在這種情況下，有一些生物塑膠吸管實際上降解得相當快，這是個好消息。

世衛組織環境系統實驗室對不同類型材料製成的吸管進行了16週的降解觀察。吸管放置的水箱中不斷有來自瑪莎葡萄園灣的海水流入。圖片來源：Rachel Mann/©伍茲霍爾海洋研究所

生物可降解吸管的發展前景

他們採用的方法是將八種不同類型的吸管懸浮在馬薩諸塞州瑪莎葡萄園灣持續流動的海水中。這種方法還控制了溫度、光照和其他環境變量，以模擬自然海洋環境。在16 週的時間裡，對所有吸管的降解跡象進行了監測，並對吸管上生長的微生物群落進行了特徵描述。

詹姆斯說：”我的興趣一直是了解塑膠的命運、持久性和毒性，以及我們如何利用這些資訊設計出對人類和地球更有益的下一代材料。我們擁有獨特的能力，可以在環境系統實驗室的水箱中將海洋環境帶到陸地上。

他們測試了由CDA、聚羥基烷酸酯（PHA）、紙張、聚​​乳酸和聚丙烯製成的吸管。在吸管浸沒在水箱中的幾週內，CDA、PHA 和紙吸管降解了多達50%，預計在近海的環境壽命為10-20 個月。聚乳酸和聚丙烯吸管則沒有明顯的降解跡象。

吸管材料對環境的影響

隨後，科學家比較了兩種由CDA 製成的吸管–一種是固體，另一種是泡沫，均由伊士曼公司提供。用泡沫CDA 製成的吸管是原型，目的是觀察增加表面積是否會加速分解。他們發現，泡沫吸管的降解速度比固體吸管快184%，因此預期的環境壽命比紙質吸管短。

詹姆斯說：”這種泡沫吸管的獨特之處在於，它的預期使用壽命比紙質吸管短，但卻保留了塑料吸管或生物塑料吸管的特性，”作者說，與紙質吸管相比，泡沫吸管有望成為傳統塑膠吸管的替代品，因為紙質吸管在海洋中會迅速降解，但卻會因潮濕而影響使用者體驗。

工業與環境視角

「這項研究為吸管製造商在選擇吸管材料時提供了明智、透明的數據，因而具有極大的價值。」伊士曼企業創新副總裁傑夫-卡貝克（Jeff Carbeck）說：”更重要的是，它讓我們確信，基於CDA的吸管不會加劇持續的塑膠污染，同時也表明吸管製造商致力於提供永續產品，降低對海洋生物的風險。

塑膠帶來的持久挑戰

科學支持摒棄傳統塑膠材料。塑膠污染會對人類和生態系統造成危害，塑膠工業也是氣候變遷的主要因素之一，其整個生命週期內的溫室氣體排放量約佔總排放量的4%至5%。在過去的50 年裡，塑膠垃圾在全球海洋和海洋食物鏈中變得無所不在，因此，我們必須找到可持續利用、有助於從線性經濟轉變為循環經濟、並能在意外洩漏到環境中時分解的新材料。

“雖然有些人力主摒棄塑料，但現實情況是塑料將繼續存在。我們正在努力接受這樣一個事實，即這些材料將被消費者使用，然後我們可以與公司合作，盡量減少這些材料洩漏到環境中造成的影響，”Ward 說。

合作促進永續解決方案

“我們認識到測試、驗證和了解基於CDA的產品的海洋降解的重要性，但缺乏必要的資源，」Carbeck說。 “我們知道世衛組織海洋研究所擁有專業知識和設施，因此我們參與了應對這一挑戰的合作努力。這種夥伴關係展示了產學合作在推進共同目標和產生積極影響方面的力量。”

研究團隊也發現，降解吸管上的微生物群落對每種吸管材料來說都是獨一無二的。然而，儘管化學結構大相逕庭，兩種非降解吸管上的微生物群落卻相同。這進一步證明，本地微生物正在降解可生物降解的吸管，而不可生物降解的吸管可能會在海洋中持續存在。

沃德說：「我們對塑膠污染對海洋健康的影響的認識還很不確定，這主要是因為我們不知道這些材料的長期命運。他和研究團隊的其他成員計劃繼續測量塑膠材料的降解性，希望能為塑膠產業的下一步發展提供指導。試圖優化他們的產品，使其在環境中降解，最終造福地球。 “

主要收穫

• 並非所有塑膠製品都是一樣的，有些塑膠製品在海洋中的壽命比其他塑膠製品長。世衛組織工業研究所的科學家多年來一直致力於量化各種塑膠製品的環境壽命，以確定哪些塑膠製品在海洋中的壽命最短，哪些最長。為了確定哪些塑膠製品會在海洋中持續存在，研究團隊在重現自然海洋環境的大型水箱中對不同產品進行了測試。他們首先關注的是飲用水吸管，因為吸管是海灘清理中發現的最常見的塑膠垃圾形式之一。
• 作者發現，由二醋酸纖維素（CDA）、聚羥基烷酸酯（PHA）和紙張製成的吸管在16 週內降解了多達50%。它們都有獨特的微生物群落，有助於分解材料。
• 伊士曼公司用發泡CDA 製作的原型吸管比固體吸管降解得更快，這意味著改變吸管的表面積可以加快降解過程。
• 科學支持摒棄持久性塑料，因此，確保新材料在洩漏到環境中時能夠分解，並且不會進一步污染海洋就變得更加重要。

編譯來源：ScitechDaily