什麼是可生物降解、可生物降解塑膠?

面上的可生物降解塑膠產品林林總總,令人在區分辨認的過程總感到大為困惑。有見及此,本文將介紹兩種主要生物可降解塑膠及測試這些物料的標準,另外更進一步探討市場上最被廣泛使用的可生物降解塑膠 —— PLA 聚乳酸塑膠 (又稱澱粉塑膠) 的限制。  

什麼是可生物降解?

泛指一種物料能夠透過環境中微生物 (如真菌或細菌) 的作用,被完全轉化為二氧化碳、水和生物質。 

可生物降解,泛指物料能夠透過環境中微生物 (如真菌或細菌) 的作用,被完全轉化為二氧化碳、水和生物質;在塑膠行業中,則指該產品己達到國際的標準規範,能在規定的時間及環境條件底下被生物完全降解

科學界一直致力研發更好的塑膠替代品。繼「indestructible plastics」後,現時最新的進展為可生物降解塑膠。鑑於「indestructible plastics」中加入了分解添加劑 (如澱粉),雖理論上它的基本結構能被分解,當中的塑膠顆粒卻不能被降解。

可生物降解塑膠主要有兩種類型,就兩者的降解過程而言,不論是氧化或水解降解均始於化學作用,接著便會產生生物作用。這兩種降解過程同樣會排放二氧化碳,而在某些特定情況下,水解塑膠則可能會排放出甲烷。 

Oxo Biodegradable Plastics vs. Hydro Biodegradable Plastics

氧化式可生物降解塑膠 vs. 水合式可生物分解塑膠

一、氧化式可生物降解塑膠 ( OBP,Oxo-Biodegradable)

氧化式可生物降解塑膠 (OBP) 即傳統塑膠被加入了脂肪酸化合物去加速塑膠的降解過程,這類塑膠能稱為具有生物降解性,因為理論上它能達到以下兩項測試的要求:

  • ASTM D5988
  • ASTM D6954-04

沒錯,在有氧環境下 OBP 的確會降解並碎裂,但其碎片往往殘留著塑膠粒,十分容易流入水道繼而污染環境及海洋。

雖然技術上能拿 OBP 去回收,但它生成的回收品質量及經濟價值卻為人疚病。許多塑膠回收商報告說道,現時的技術並無法將它從傳統塑膠中分類,而且要準確地估算出所需的穩定劑比例、材料降解程度甚為困難,使保持回收品品質量變得更具挑戰性。因此該物料在回收業普遍都不被看好。 

同時由於其降解進用需時太長,OBP 亦不符合可堆肥測試的國際標準。同時由於其降解進用需時太長,OBP 亦不符合可堆肥測試的國際標準。若不慎落到堆肥流中,它會使堆肥的質量變差從而降低市場價值,甚或導致更多塑膠釋放到自然環境中。就連 OBP 的製造商和可降解塑膠協會都明言:氧化式可生物降解並不適合用於堆肥。

有別於在現實堆肥條件底下測試的 ASTM D6400,TDPA 測試 (添加了降解酶的生物降解塑膠類別) 只在實驗室的條件底進行。因此,亦很難斷定該產品在現實情況會如何被生物降解。假設包裝袋最終被放在一個氧氣或陽光不足的地方 (如被埋在土壤、物體底下),則可能造成不完全的降解,最後破碎的塑膠倒會衍生出更繁多的小問題。 

OBP 物料現已被歐盟委員會所禁止:歐盟國家通過《歐盟一次性塑膠產品指令》,大比數投票反對再使用此類型的塑膠。雖說英國脫歐後未有承襲此項政策,鄰近國家的取向亦反映出 OBP 的潛在禁令。

二、水合式可生物分解塑膠 (HBP,Hydro-Biodegradable)

水合式可生物分解塑膠 (HBP) 一般由生物基原料所造,常見例子如澱粉、玉米、小麥或甘蔗,另外常見的原料還有石油基、甚至乎由前後者混合的配方。HBP 的產品一般都能符合以下這兩個國際標準的要求:

  • ASTM D6400
  • EN13432

上述兩項標準主要用作測試產品的可堆肥性。跟 OBP 相比,HBP 進行降解和生物降解的時間需求更短。 

解開「可生物降解」常見的迷思

Biodegradable is not always compostable infographic

「可堆肥即可生物降解,但是可生物降解不一定代表可埋肥」

可生物降解和可堆肥是環保產品慣常使用的術語。基本上,有機物料在指定的環境、時間內會自然分解,但我們要明白到可堆肥性所形容的更特定的條件底下,產品才可被生物降解。這一點常使人混淆,它們間最主要的分別是可堆肥塑膠只在特定的堆肥條件下可生物降解,而可生物降解是用來描述可在土壤(填埋場或厭氧消化器)中塑膠的通用術語。所以「可堆肥即可生物降解,但是可生物降解不一定代表可埋肥」 

測試塑膠的可生物降解能力

為了闡述現今在行業中使用的各種測試方法,以及 #INVISIBLEBAG 如何去配合這些規範,接下來讓我們進一步探討以下各項標準的明細:

ASTM D6400

ASTM D6400 涵蓋塑膠及由塑膠製成的產品,而這些產品一般按照城市內的有氧堆肥工業設施要求所設計,去確定測試產品與現成可堆肥材料相比的堆肥速度。 

該項測試等同於 ISO 17088,詳情可查閱 ASTM 的官方網站

EN 13432

EN 13432 陳列出包裝產品要被工業堆肥方法處理必須達到的最低要求,或許因此這項測試亦因而在環境產品界中大受歡迎。

該測試指出該項測試物料或產品必須滿足以下要求:

  • 分解:此項要求著眼於產品在最終堆肥中留下的可見結構。在實驗室條件底下,經過 3 個月般測試材料的剩餘殘餘物需要低於原始質量的 10%。
  • 生物降解性:此項要求測試物料在微生物作用下轉化為二氧化碳的能力,其生物降解率必須在 6 個月內達到 90% 以上。
  • 無毒:此項要求必須公開物料的所有成分。除重金屬的數量不能超過規定的數量外,剩餘的堆肥不能包含任何毒素或對植物生長產生負面影響。

詳情可查閱 European Bioplastic Organization 的官方網站.

ASTM 5511

ASTM 5511測試涵蓋了將塑膠產品在高壓厭氧消化過程 (如城市固體廢物) 的生物降解性,它的測試環境條件或跟具活性生物的堆填區中的環境條件類似。

OECD 208

OECD 208 也被稱為幼苗生長試驗,它將幼苗放到產品在 90 天後降解的剩餘土壤中測試生長的影響,屬 ASTM 5511 的延伸。要成功通過這項測試,幼苗的出苗率需要超過 70%,並且沒有顯示出植物毒性效應。更嚴格的生物降解性測試還有 OECD 301,要求到產品的 60% (某些測試為 70%) 在 10 到 28 天的時限內降解。

儘管通過該項測試的產品在某些應 (液體) 形式的燃料或表面活性劑。試想想,快速降解的包裝袋豈不是也代表著短得驚人的保質期?所以在這項日常生活中應用上並不實用。 

PLA 聚乳酸塑膠 (又稱澱粉塑膠) 的限制

—— 最為廣泛使用的物料又是否能達到所有要求?

如果你的當地設施缺乏了傳統 PET 塑膠和聚乳酸塑膠 PLA 的必要分類,PLA 就很可能會在塑膠回收的過程中造成問題。在一般情況下,未經特別分類的 PLA 普遍會跟其他塑膠被收集同一個回收站,然後送到材料回收設施並出售給加工商。加工商會將塑膠分解成顆粒或薄片,然後再製成新產品,如地毯、燃料油或清潔用品的容器。由於 PLA 和 PET 不能被混合在一起,若出現混合情況,回收商必須支付巨額費用去把它抽出處理,所以很多時侯他們會視 PLA 為一種污染物。如此塑膠混合的情況,連同時能應付 PLA 的工業堆肥設施有限,物料在現實中的影響使它變成傳統回收行業中難以處理的材料。 

每天在媒體報導上,總能看見塑膠污染問題源源不絕,各個環境領域都遭受著深深的影響,而海洋生態的困境卻尤其明顯,如海龜誤塑膠為水母而繼而吞食等畫面現在很遺憾地成為了「常態」。 

在禁止塑膠及限制塑膠產品這個激烈的公眾議題上,有些人認為可生物降解塑膠是目前最好的替代解決方案。雖然有些現有措施能防止塑膠產品流入海洋,我們仍需考慮到長遠來說,最終總有塑膠產品偏離途徑進入海洋環境,並慢慢降解為微塑膠和納米塑膠,最終進入我們的食物鏈當中。 

儘管 PLA 可以在工業堆肥設施中的特殊條件下被分解,它在海洋 (海水) 環境中的降解表現卻不盡人意。 

A graphical study on PVA degradation rate

PVA, PLA composite degradation graph in marine environment. (2020). [Graph]. “Seawater Degradation of PLA Accelerated by Water-Soluble PVA.”

上述研究發現,PLA 的分子量經過 6 個月後在海水中依舊保持不變。 在實驗中 PLA 薄膜的平均厚度約為 320 微米,在攝氏 25 度的模擬海水及模擬熒光光照 (16 小時光照和 8 小時黑暗) 環境中,經 1 年時間仍未能出現明顯的重量損失。因為 PLA 的降解過程需要最少攝氏 60 度的溫度才開始允許水分子進入。不過,照常理海洋並不可能高於攝氏 60 度以上。  

目前為止,PVA是唯一的商業水溶性和可生物降解的聚合物材料。

目前為止,PVA是唯一的商業水溶性和可生物降解的聚合物材料。一直以來,傳統塑膠污染問題總圍繞著物料在環境中絲毫不改、長年殘留,在近年更出現了微塑膠與納米塑膠息息相關的危機。而 PVA 製成的替代產品就恰好能就塑膠的新舊問題帶來解決方法。 

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延伸閱讀:

「可堆肥包裝」能有效解決你所在地區的環境問題嗎?如何從 #PLASTICFREEJULY 開始「走塑生活」

資料來源:


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