程紀龍，王曼，李寒冰，燕君儀，劉宸瑞

（南京林業(yè)大學化學工程學院,江蘇淮安 223003）

1950年至2015年間，全世界所有塑料垃圾約為63億噸，這些塑料垃圾不僅數(shù)量極多，而且分布極為廣泛，危害極大[1]。僅塑料吸管而言，我國每年大約生產(chǎn)3萬多噸塑料吸管，約合460億根，平均每人每年使用量超過30根。這些塑料吸管在生產(chǎn)加工以及回收的過程中，會對環(huán)境造成嚴重污染。例如在塑料吸管的生產(chǎn)加工過程中，會產(chǎn)生一氧化氮、苯、甲苯、乙苯等有害物質(zhì)，對大氣造成大染；在塑料吸管的回收過程中很大一部分塑料被遺棄，沒有得到有效的回收利用，最終這些塑料吸管會成為體積較小的微塑料[1],難以回收利用，不僅造成了大量的資源浪費，而且給土壤生態(tài)圈、海洋生態(tài)圈帶來不可逆的破壞。有研究表明，這些粒徑小于5 mm的塑料碎片廣泛存在于全球各種不同的土地利用類型的土壤中，其中包括工業(yè)用地、農(nóng)業(yè)用地及灘涂等。這些微塑料會影響土壤的理化性質(zhì)，影響土壤生產(chǎn)力，并且毒害土壤動物，從而造成嚴重的生態(tài)環(huán)境問題[2]。同時微塑料廣泛分布于各大洋中，被海洋中的生物誤食,對生物本身造成不可逆的傷害[3]，通過食物鏈的傳遞，最終影響整個海洋的生態(tài)系統(tǒng)。由于塑料的自然降解時間較長，其影響是持久性的。這些微塑料不僅影響自然環(huán)境，而且其會通過食物鏈傳遞，最終影響人類自身的身體健康[4]。正是由于這些原因，世界上大多數(shù)國家將或已經(jīng)淘汰塑料吸管，而我國也在去年年底頒布了史上最嚴限塑令，禁止使用不可降解的塑料吸管。

1 可替代塑料吸管研究

1.1 不銹鋼吸管

不銹鋼吸管具有耐高溫耐腐蝕的特點,可以重復使用。據(jù)市場調(diào)研，不銹鋼吸管的批發(fā)價約為0.34～1.26元每根，與塑料吸管0.04元每根相比單價稍貴，但是考慮到不銹鋼吸管可以重復多次使用，如一根不銹鋼吸管可以使用100次，那不銹鋼吸管每一次使用成本將低至0.03元左右。但是不銹鋼吸管在生產(chǎn)過程中，能耗較大，同時在生產(chǎn)不銹鋼生產(chǎn)的過程中，會造成明顯的空氣污染、土地污染、水環(huán)境污染。不銹鋼吸管在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣包含大量的二氧化碳、二氧化硫以及大量的粉塵，污染大氣環(huán)境。同時在鋼鐵制品的生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的含有重金屬及油類物質(zhì)的廢水,對水體環(huán)境造成不同程度的的污染。

不銹鋼吸管不僅在生產(chǎn)過程中存在著不環(huán)保的問題，而且在回收利用中也存在著大量的浪費現(xiàn)象。雖然我國廢鋼鐵行業(yè)相對繁榮，但是據(jù)相關研究，全球每年因生銹而損失的鋼鐵約占當年鋼鐵總產(chǎn)量的1/4。這不僅產(chǎn)生了大量的經(jīng)濟浪費，同時也造成了非常嚴重的資源損失。除了環(huán)保方面的問題，事實上不銹鋼吸管在衛(wèi)生方面也存在一定的問題。每一次使用之后，不銹鋼吸管中會殘留一定的食物殘渣，經(jīng)過多次使用，這些食物殘渣越來越多，最終會形成食品安全問題。此外，不銹鋼吸管在使用過程中仍存在著不方便攜帶，兒童在使用過程中容易發(fā)生意外等一系列問題,因此不銹鋼吸管取代塑料吸管不是最佳的選擇。

1.2 玻璃吸管

玻璃吸管擁有其獨特優(yōu)勢。首先由于玻璃的可塑性及其材質(zhì)透明，玻璃吸管的外觀可以有非常多的選擇，與其他材質(zhì)相比更具吸引力；其次，玻璃吸管也可重復使用，和不銹鋼吸管一樣，其單支吸管價格相對較高，但平均到每一次上，單次使用成本將降低很多。玻璃吸管也擁有耐腐蝕耐高溫的特點，相對于塑料吸管會更健康安全。玻璃吸管在使用之后可以看到食物殘渣，比較方便清潔，在食品健康方面也更為安全。

在環(huán)保問題方面，玻璃吸管在生產(chǎn)過程中的每一步都需要消耗能源，其中熔窯部分占玻璃生產(chǎn)總能耗約為83%，是重點耗能環(huán)節(jié)[5]。隨著工藝的不斷成熟，玻璃吸管生產(chǎn)的單位能耗正逐年下降。

在環(huán)境污染方面，根據(jù)已有數(shù)據(jù)，玻璃廢氣排放總量小于建材工業(yè)廢氣排放總量的2%，氧化硫排放量占建材工業(yè)二氧化硫排放量總量3%左右，煙粉塵排放量約占建材工業(yè)煙粉塵排放總量5‰，整體環(huán)境污染相對較低。但是玻璃吸管在回收處理過程中對環(huán)境的污染較為嚴重，主要有以下兩個方面的原因：其一，玻璃制品的化學性質(zhì)比較特殊，無法通過一般的物理、化學方法加以分解和處理，且有數(shù)據(jù)表明其自然降解時間長達4 000年；其二，玻璃制品中含有一定量的鋅、銅等重金屬，如果處理不當可能會造成土壤污染以及地下水污染。此外，因為玻璃易碎，切口較為鋒利，玻璃吸管很難得到有效的回收利用，在廢玻璃吸管的搬運與運輸過程中，可能會割傷人。如果廢玻璃吸管被拋棄在野外，也有可能會誤傷動物。

玻璃吸管除了回收處理方面存在問題，還存在其他一些問題，比如非一次性吸管都具有的的缺陷——不方便攜帶；其次玻璃吸管較易破碎，存在傷人的可能，兒童尤甚。

1.3 可食用吸管

如果僅僅從能耗以及環(huán)境污染的角度來看，可食用吸管將是最好的選擇。在日常使用過程中可食用吸管可以直接食用，顧客在喝完飲料后可以直接將吸管吃下，不會產(chǎn)生環(huán)境污染，同時即便是沒有被顧客食用，可食用吸管也會在自然環(huán)境中被昆蟲及微生物降解掉，也不會造成環(huán)境污染。

目前已有的可食用吸管主要包括大米吸管、海藻吸管、意大利面吸管、空心菜吸管。這些吸管目前仍處于小范圍的試用階段。例如紐約的一家叫做紐約布魯克林honey's的酒吧中就使用一種意大利面做的吸管。這種吸管不會影響酒的口味，同時可以在酒中泡一個半小時左右，不會影響消費者的正常使用。當酒喝完或者是使用超過一個半小時變軟之后，消費者可以將它當做一款酒后點心。調(diào)查顯示，消費者對于可食用吸管的接受程度普遍較高。

在成本方面，我們以韓國大米吸管為例，由于生產(chǎn)工藝并不復雜，目前這款大米吸管已經(jīng)在韓國進行了大規(guī)模量產(chǎn)，單月產(chǎn)量已增至3億根左右，計劃為韓國的上百家咖啡館及部分高檔酒店供貨。由于規(guī)模效應，大米吸管的單價并不貴，目前單根批發(fā)價為15韓元，折合人民幣約9分錢。

可食用吸管的優(yōu)勢很多，但是也存在一些問題。從商家的角度上講，客戶普遍擔心可食用吸管的使用成本較高，一者是由于可食用吸管的材質(zhì)影響，在運輸過程中可食用吸管極易損壞；二者是因為可食用吸管的口味較好，部分顧客可能會拿取更多的吸管作為點心食用；三者由于可食用吸管普遍保質(zhì)期較短，以空心菜吸管為例，空心菜吸管的保質(zhì)期一般為三天，相較于其他吸管而言，可食用吸管需要更高的儲存條件。從顧客的角度上講，可食用吸管本質(zhì)上屬于食品，但是可能由于部分商家的不正當儲存，這些食品將會變質(zhì)或受污染，從而會產(chǎn)生食品健康問題。同時普通消費者也擔心商家可能會以此為賣點而使本來的商品溢價嚴重。此外還存在著諸如飲料還沒喝完，吸管已經(jīng)被吃完的擔憂。

1.4 紙質(zhì)吸管

自限塑令實施以來，大部分商家普遍用紙質(zhì)吸管來替代塑料吸管，但是消費者普遍不認同紙質(zhì)吸管。主要原因包括紙質(zhì)吸管性能太差，使用一段時間之后就會變軟，從而無法正常使用；同時紙質(zhì)吸管影響飲料的口感。據(jù)調(diào)查顯示，消費者普遍認為使用吸管之后奶茶變得更難喝了。

雖然紙質(zhì)吸管存在一些問題，但是仍有部分消費者愿意為了環(huán)保而堅持使用。在查閱相關資料之后，我們發(fā)現(xiàn)紙質(zhì)吸管并不一定環(huán)保。數(shù)據(jù)顯示，造紙業(yè)每年向環(huán)境排放的污水達到數(shù)十億噸，占全國重點統(tǒng)計企業(yè)廢水排放總量的十分之一以上[7]，COD排放量每年超過150萬噸，幾乎是重點統(tǒng)計企業(yè)COD排放總量的1/3，均居統(tǒng)計行業(yè)第一位[6]。同時由于我國廢紙回收行業(yè)發(fā)展不充分，大量的廢紙資源沒有得到有效利用，同時造紙需要砍伐大量樹木。使用紙質(zhì)吸管代替塑料吸管，在環(huán)保的角度上也并不是一個好的選擇。

從造紙行業(yè)的能源消耗來看，西方國家主要依靠天然氣和生物質(zhì)，而我國造紙業(yè)的能源主要是煤炭、蒸汽、購買電力以及部分生物質(zhì)。雖然生物質(zhì)能源、天然氣在造紙中污染較小，是比較先進節(jié)能的能量來源，但是在我國普及較少，在我國造紙業(yè)能源來源的分配上，主要還是通過燃燒煤產(chǎn)生電力。傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電，不僅能量利用率低，還會排放污染性氣體；同時，煤是重要的化工原料，可以生產(chǎn)出高附加值的產(chǎn)品，如苯、二甲苯、烴類、石油醚等，如果直接將煤燃燒，對資源也是一種很大的浪費。

1.5 可降解材料吸管

可降解材料因其化學組成活潑，故而易于在人工或生物質(zhì)作用下分解，不會像普通塑料長期以垃圾的形態(tài)留存在自然界。大部分可降解材料完全分解后的單體為小分子的糖類、羥基酸、氨基酸等，這類物質(zhì)可以被微生物利用或自然氧化，生成完全無害的二氧化碳、氮氣、水等物質(zhì)，從而避免了垃圾殘留和環(huán)境污染。

但是在市場經(jīng)濟環(huán)境下，傳統(tǒng)塑料生產(chǎn)工藝成熟，價格相對低廉，牢牢占領了材料市場。而大部分可降解材料目前尚處于研發(fā)或試驗階段，只有少部分可以量產(chǎn)，且工藝較為復雜，生產(chǎn)成本高，在市場上很難打開銷路。

可降解材料在生產(chǎn)能耗方面參差不齊，但總體上低于傳統(tǒng)塑料。對于石油基可降解塑料，其原料與傳統(tǒng)塑料相同，都來自石油化工的加工產(chǎn)品，如各類烯烴衍生物、苯衍生物、羥基酸、環(huán)醚等，所以也會消耗大量油氣資源。石油基可降解材料的合成屬于化學合成，難以避免傳統(tǒng)化學加工的高溫高壓條件，該過程可能消耗一定的電能、熱能，且產(chǎn)生化工廢氣、廢液等。而生物質(zhì)可降解材料其原料來自于自然界植物、微生物，如纖維素、淀粉、乳酸，屬于可再生資源，且獲取簡單，取之不盡，其合成過程往往為生物發(fā)酵或輔之以人工合成，因生物化學反應普遍在常溫常壓下進行，節(jié)省了能耗，且不產(chǎn)生污染性廢氣、廢液，工藝更綠色。

聚乳酸（PLA）是可降解材料中一種有前景、適用范圍廣泛的新材料，在塑料包裝、塑料吸管和醫(yī)用領域適用性良好。美國NatureWorks公司每年生產(chǎn)18萬噸聚乳酸，達到全球PLA供應量的1/3[7]。我國聚乳酸工業(yè)起步較晚，主要產(chǎn)能集中在長三角地區(qū)，產(chǎn)量上很難供應全國使用，導致我國PLA產(chǎn)品及原料有相當一部分依靠進口。

目前廣為采用的PLA生產(chǎn)工藝是丙交酯開環(huán)聚合，但是原料高純度丙交酯生產(chǎn)難度很大，對工藝和反應器要求較高，國內(nèi)無法自行生產(chǎn)，完全依賴進口，并且聚乳酸開環(huán)聚合的過程，很容易因反應器水分、溫度調(diào)節(jié)不當，而導致產(chǎn)品數(shù)均分子量偏低，材料強度較弱。要推進聚乳酸在中國市場的接受度，實現(xiàn)原料自給和連續(xù)化生產(chǎn)是降低成本的關鍵。

除了丙交酯的化學合成法，還可以完全采用生物發(fā)酵技術生產(chǎn)聚乳酸，即培育特殊菌種，使之在自然代謝過程中產(chǎn)生聚乳酸。該方法發(fā)酵條件溫和，不需要高溫加熱，比生產(chǎn)石油基材料更節(jié)能，同時避免了人工合成帶來的污染物排放，但技術要求較高，大部分還處于實驗嘗試階段。

2 結論

近幾年來，節(jié)能減排、環(huán)境保護的概念早已深入人心。塑料由于環(huán)境污染問題也將逐漸被淘汰。然而經(jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多種用于替代塑料吸管的方案其實還沒有塑料吸管環(huán)保。譬如在大眾印象中，相對較為環(huán)保的紙質(zhì)吸管，其能源消耗、環(huán)境污染問題在某些方面比塑料吸管還要嚴重。我們認為隨著科技的發(fā)展，可降解材料吸管最終將替代傳統(tǒng)塑料吸管成為未來的市場主流，但是由于目前技術的限制，可降解材料吸管仍存在一些問題有待解決。而在目前這樣一個過渡階段，我們認為對于中小型商家，在日常銷售過程中采用紙質(zhì)吸管或根據(jù)具體飲品提供開口式包裝是一個相對較為合理的方案。對于實力較強的大型商家而言，PLA等新型可降解材料吸管由于其優(yōu)良的性能，將是未來主要的選擇方向。