有幾種新型聚合物有可能挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的化石基材料并減少塑料包裝的碳影響。但正如 Victoria Hattersley 發(fā)現(xiàn)的那樣，將這些商業(yè)化可能需要多年的過程，并且有許多障礙需要克服。

正如我們所知，今天的包裝市場(chǎng)仍然主要由聚酯（如 PET）和聚烯烴（如 PE 和 PP）主導(dǎo)，它們具有幾乎無限的可回收性、無菌性和出色的阻隔性能。這些真的可以用生物基材料代替嗎？

可能。人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到，PET、PE 和 PP 等聚合物都可以由生物基原料制成，以創(chuàng)造許多人認(rèn)為更“可持續(xù)”的這些聚合物（當(dāng)然，這取決于您衡量“可持續(xù)性”的指標(biāo)'by)：例如PET可以由甘蔗制成（可口可樂的植物瓶就是一個(gè)著名的例子），PP可以由多種廢油制成。這些通常被稱為“插入式”，因?yàn)樗鼈兙哂信c傳統(tǒng)塑料相同的材料結(jié)構(gòu)和特性。

“PET 最終不在乎它是由甘蔗還是其他生物基材料制成，但它具有固有的不同碳足跡，具體取決于單體來源，”美利肯化學(xué)公司首席科學(xué)家 Scott Trenor 說。“在包裝設(shè)計(jì)和聚合物選擇方面，有許多不同的因素在起作用。包需要做什么？它需要良好的防水層嗎？二氧化碳屏障？它需要靈活還是剛性？為提高包裝性能而添加的材料、其形狀、尺寸和厚度也將決定它在使用壽命結(jié)束時(shí)的可回收性。”

碳問題：生物基總是最好的選擇嗎？
這似乎很簡(jiǎn)單：當(dāng)然，用于聚合物的生物基原料必須比使用越來越有害的化石燃料更好。在許多情況下，這是正確的，但并不總是那么簡(jiǎn)單，有時(shí)挑戰(zhàn)我們的先入之見是值得的。我們需要考慮更大的圖景，包括審視農(nóng)業(yè)方法本身。

“問題可能不在于具體的聚合物類型，而在于它的制造方式，”英國(guó)研究與創(chuàng)新公司智能可持續(xù)塑料包裝挑戰(zhàn)總監(jiān) Paul Davidson 說。“雖然將生物質(zhì)作為原料使用大氣碳而不是提取化石碳，但如果現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方法導(dǎo)致化石碳排放（通過能源、化肥、運(yùn)輸?shù)龋┐笥谒貌牧现胁东@的大氣碳（與使用化石碳原料生產(chǎn)相同數(shù)量的材料），那么它不會(huì)給您帶來整體較低的碳足跡。”

這是一個(gè)復(fù)雜的話題。歐盟委員會(huì)最近開發(fā)的一種 LCA 方法甚至可以說是為了支持化石塑料。然而，據(jù)European Bioplastics公關(guān)主管 Oliver Buchholz 稱，它忽略了化石資源開采對(duì)環(huán)境的“負(fù)面影響”，并忽略了生物基產(chǎn)品的“關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)”——它們能夠從大氣，隔離并將其儲(chǔ)存到產(chǎn)品中。

“在 LCA 方法中，一個(gè)高度可疑且具有科學(xué)爭(zhēng)議的問題非常重要：間接土地利用變化 (iLUC)，”O(jiān)liver 說。“它僅基于模型計(jì)算，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化或統(tǒng)一的指導(dǎo)方針，這些計(jì)算差異很大。為了有一個(gè)公平的方法，迫切需要包括化石塑料的間接影響，并看看積極的間接影響。此外，該方法比較成熟和不成熟的生產(chǎn)系統(tǒng)，沒有任何區(qū)別。通過不承認(rèn)這些差異和潛力，LCA 方法心甘情愿地支持現(xiàn)狀并扼殺創(chuàng)新。”

如果屬實(shí)，最后一點(diǎn)肯定會(huì)引起歐洲生物塑料行業(yè)的關(guān)注。如果沒有持續(xù)的創(chuàng)新，很難想象生物基聚合物可能會(huì)主導(dǎo)市場(chǎng)。

但與加工和制造生物質(zhì)衍生材料相關(guān)的碳排放確實(shí)需要考慮在內(nèi)。要考慮的另一點(diǎn)是可以減少傳統(tǒng)化石聚合物制造的碳影響的技術(shù)的潛力。許多全球公司正在研究替代傳統(tǒng)燃燒裂解工藝的聚合物生產(chǎn)技術(shù)。這可能允許從化石來源制造低二氧化碳聚合物。這些變量使碳影響比較非常具有挑戰(zhàn)性。”

通常，不可避免地，它與碳無關(guān)，而是與成本有關(guān)。“如果我們考慮傳統(tǒng)聚合物的生物基單體來源，更多的是關(guān)于品牌是否愿意為生物來源材料付費(fèi)的成本和使用討論，”Scott Trenor 說。“在目前的規(guī)模下，生物基 PP 和 PET 只是更昂貴，而且沒有那么廣泛可用。”

規(guī)模問題：“新型”聚合物商業(yè)化的挑戰(zhàn)
讓我們從成熟的聚合物轉(zhuǎn)向進(jìn)入市場(chǎng)的新型材料。當(dāng)我們談?wù)摗靶隆被颉靶滦汀本酆衔飼r(shí)，很難準(zhǔn)確指出我們的意思。其中更突出的例子包括聚乳酸 (PLA)，這是一種由玉米淀粉或甘蔗等可再生資源開發(fā)的生物聚合物；或聚羥基鏈烷酸酯 (PHA)，它們是使用油菜籽或大豆等植物種子中的油合成的聚酯。但無論我們討論哪種材料，在商業(yè)化方面都有許多挑戰(zhàn)需要克服。

“對(duì)于任何新材料而言，從概念到市場(chǎng)推出都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，需要克服許多障礙，包括擴(kuò)大生產(chǎn)、加工材料所需的技術(shù)，以及材料如何通過供應(yīng)鏈和末端進(jìn)行管理和管理。生活，”保羅戴維森說。“市場(chǎng)對(duì)任何新聚合物的大量興趣和吸收也很重要，同時(shí)提高原料的可用性也很重要。鑒于對(duì)塑料的需求規(guī)模，市場(chǎng)更愿意為同一等級(jí)的聚合物提供多種來源，以確保具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格和供應(yīng)彈性。”

“如果我們研究 PLA 和 PHA 等較新的聚合物，就會(huì)發(fā)現(xiàn)先有雞還是先有蛋的問題，”Scott Trenor 解釋說。“通常大品牌無法使用它們，因?yàn)樗鼈儫o法大規(guī)模使用；但在需求出現(xiàn)之前，它們不會(huì)大規(guī)模供應(yīng)。”

此外，定價(jià)問題也一直存在……“從市場(chǎng)的角度來看，新型生物聚合物面臨的主要挑戰(zhàn)之一當(dāng)然是價(jià)格，”O(jiān)liver Buchholz 說。“然而，這也適用于一般的生物塑料。仍然經(jīng)常以最便宜的價(jià)格出售，這通常是基于化石的選擇。對(duì)生物塑料過于昂貴的批評(píng)引發(fā)了一個(gè)反問，即傳統(tǒng)的化石塑料是否不僅僅是太便宜了。”

考慮到這些障礙，生物塑料的市場(chǎng)份額仍然只有 1% 左右，這也許并不奇怪。話雖如此，現(xiàn)在有幾個(gè)大品牌試圖創(chuàng)造需求。例如，雀巢水務(wù)和百事可樂已向 PHA 承諾擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模，但要擴(kuò)大任何流程總是需要時(shí)間——通常是數(shù)年或數(shù)十年。另一家公司 Danimer Scientific 也宣布將投資 PHA 擴(kuò)展。在 PLA 方面，在過去的幾年里，我們一直在關(guān)注與 NatureWorks 在其 PLA 生物塑料方面的各種行業(yè)合作。此外，去年年底，Total Corbion 宣布推出 Luminy，這是“世界上第一個(gè)商用化學(xué)回收 PLA”。

近年來備受關(guān)注的另一種新興材料是聚乙烯呋喃酸酯 (PEF)。這是一種由果糖和生物基 MEG 制成的生物基塑料，據(jù)稱其對(duì)二氧化碳、水蒸氣和氧氣的阻隔甚至比傳統(tǒng)塑料還要高。到目前為止，這還沒有被引入市場(chǎng)，但許多人對(duì)其潛力感興趣。

“在 2021 年，已經(jīng)發(fā)布了幾項(xiàng)公告，將建立 [PEF] 的生產(chǎn)能力，”O(jiān)liver Buchholz 說。“因此，我們預(yù)計(jì)到 2026 年，我們將能夠看到它以經(jīng)濟(jì)規(guī)模生產(chǎn)。”

在更多“利基”領(lǐng)域也有大量創(chuàng)新。例如，Xampla 創(chuàng)造了一種植物蛋白材料，其性能類似于合成聚合物，但可以自然而完全地分解。家庭可堆肥層壓板也正在慢慢變得越來越普遍。

然而，一些人仍然對(duì)可堆肥塑料持一定的懷疑態(tài)度。這里的問題是雙重的：首先，可堆肥材料是否能夠提供足夠的機(jī)械性能來提供與傳統(tǒng)塑料相同的產(chǎn)品保護(hù)。第二個(gè)挑戰(zhàn)歸結(jié)為生命的終結(jié)：大多數(shù)回收系統(tǒng)仍未建立用于堆肥，因此如果這些材料最終進(jìn)入回收流，人們擔(dān)心污染的可能性，或者生物可降解材料的性能如何工業(yè)堆肥。

根據(jù) Oliver Buchholz 的說法，任何此類擔(dān)憂都是錯(cuò)誤的：“廢物基礎(chǔ)設(shè)施普遍缺乏接受，這在許多情況下是基于對(duì)可生物降解塑料在工業(yè)堆肥中的性能的錯(cuò)誤偏見。”

重新思考聚合物意味著系統(tǒng)的改變
歸根結(jié)底：我們長(zhǎng)期以來一直使用相同種類的聚合物，以至于我們所有的基礎(chǔ)設(shè)施——采購(gòu)、生產(chǎn)和回收——都是圍繞它們構(gòu)建和優(yōu)化的。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，打破這一市場(chǎng)現(xiàn)實(shí)當(dāng)然是可能的，但這意味著在系統(tǒng)層面上改變整個(gè)價(jià)值鏈；也許甚至可以減少我們對(duì)成本作為指導(dǎo)原則的癡迷。這也意味著解決土地供應(yīng)和原料供應(yīng)問題。

“我主張采用一種系統(tǒng)變革方法，將再利用和再填充作為優(yōu)先事項(xiàng)，并探索使聚合物生產(chǎn)脫碳的機(jī)會(huì)——無論聚合物類型如何，”保羅戴維森說。“如果塑料包裝要成為公正過渡的一部分，我們還需要確保我們所做的任何改變都具有成本競(jìng)爭(zhēng)力——特別是考慮到它在減少其所保護(hù)產(chǎn)品的碳影響方面的作用。”

最后，我們應(yīng)該重申，從來沒有一種材料是“好”而另一種材料是“壞”的簡(jiǎn)單情況。化石基塑料將繼續(xù)占有一席之地，直到可以大規(guī)模開發(fā)具有類似保護(hù)性能的生物聚合物。我們應(yīng)該時(shí)刻牢記，對(duì)人和環(huán)境最關(guān)心的是資源浪費(fèi)。我們永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到可以說“循環(huán)已實(shí)現(xiàn)：讓我們繼續(xù)下一步”的完美情況。相反，我們應(yīng)該將減少塑料對(duì)碳的影響的任務(wù)視為一種持續(xù)的平衡行為，將原材料、生產(chǎn)、回收基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)審查等因素考慮在內(nèi)。這是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，而不是一個(gè)有著明確目標(biāo)的路線圖。