文章導(dǎo)讀
生物塑料的可降解特性為全球塑料污染問題提供了一種潛在的解決方案。目前大部分生物塑料廢棄物實際上都存在于餐廚垃圾中，因此厭氧消化技術(shù)在處理餐廚垃圾的同時，也可成為一種可循環(huán)、節(jié)能的生物塑料廢棄物處理策略。
盡管生物塑料在食品包裝中應(yīng)用前景巨大，但少有科學(xué)家關(guān)注到解決生物塑料與餐廚垃圾的厭氧協(xié)同消化問題。近期，來自倫敦帝國理工學(xué)院的 Sarah Kakadellis 及其團隊在 Environments 期刊上發(fā)表的文章，展望了一系列有關(guān)“生物塑料與餐廚垃圾厭氧共消化”未來可能的研究方向，該研究將促進生物塑料在循環(huán)經(jīng)濟框架內(nèi)的推廣利用。
研究過程
生物塑料和傳統(tǒng)塑料一樣，由一系列原料、性質(zhì)和用途不同的聚合材料組成 (如表1所示)。只有以生物基為材料生產(chǎn)的或者生物可降解的的塑料材料，才能歸類為生物塑料，而本文僅關(guān)注生物可降解塑料 (Biodegradable Bioplastics, BBPs)。
表1. 最常見的幾種用于工業(yè)生產(chǎn)的生物塑料原料。
大部分 BBPs 產(chǎn)品都應(yīng)用于食品包裝，目前已存在一系列方法來檢測 BBPs 在各種環(huán)境中的生物降解速度和程度，但很少有研究關(guān)注到厭氧共消化餐廚垃圾和 BBPs。本文首先評估了歐洲地區(qū)生物經(jīng)濟背景下有機廢物的處理方法，同時對目前 BBPs 和餐廚垃圾厭氧共消化的研究進行了批判性討論。
生物經(jīng)濟背景下的有機固廢管理
為了解決水、食物和能源三大資源短缺問題，如今城市固體廢棄物的有機成分 (比如餐前垃圾、餐廚垃圾和園林廢棄物) 也逐漸實現(xiàn)資源化利用，學(xué)者們認為這是一條可循環(huán)的、可產(chǎn)能源的廢棄物管理策略。
歐盟地區(qū)每年產(chǎn)城市生活垃圾中有 100Mt 有機成分，但僅有約25%通過分類收集后經(jīng)過堆肥和厭氧消化實現(xiàn)循環(huán)利用，其余大部分會被填埋和焚燒。目前歐盟成員國已陸續(xù)出臺了城市垃圾的分類回收和減量政策，從源頭和收集過程中實現(xiàn)減量化的目標。與此同時，世界其他國家的重要城市也陸續(xù)推出了餐廚垃圾分類收集的方案，以此響應(yīng)國家立法框架。針對廢棄物回收的立法，廢棄物回收計劃提出，應(yīng)從簡單的廢棄物管理戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向更全面的能源生產(chǎn)系統(tǒng)。
表2. 歐盟循環(huán)經(jīng)濟的目標和時間線。
由于在環(huán)境、社會和經(jīng)濟方面的優(yōu)勢，厭氧消化技術(shù)越來越被認為是解決食品垃圾的最充分和可持續(xù)的技術(shù)。食品包裝離不開塑料，因此當我們探索從填埋和焚燒轉(zhuǎn)移食物垃圾的替代方案時，食品垃圾及其包裝必須被視為一個共同體。
BBPs 厭氧降解相關(guān)實驗設(shè)計
方案1：嘗試不同成分的原料組合，通過平衡營養(yǎng)生態(tài)位來提高厭氧消化的工藝穩(wěn)定性和效益，特別是嘗試富含氮元素的養(yǎng)殖場廢棄物和餐廚垃圾，基于該領(lǐng)域的研究再進一步拓寬厭氧消化過程中 BBPs 消解的特征。
方案2：嘗試不同的底料比例，一是基于揮發(fā)性固體為基礎(chǔ)確定共基質(zhì)比 (比如餐廚垃圾：塑料=1：1、2：1或4：1)，以實現(xiàn)最佳的產(chǎn)沼氣效率；二是共基質(zhì)比要符合實際情況 (餐廚垃圾中大約含有2~5%的塑料含量)，偏向于塑料降解目標。
方案3：針對不同厭氧消化工藝，縮短餐廚垃圾與 BBPs 厭氧共消化過程中的水力停留時間。
方案4：研究可行的聚合物預(yù)處理方式，比如厭氧消化前堿處理促進聚合物溶解或者嘗試不同的厭氧消化溫度，但同時需要考慮到成本和環(huán)境污染等負面問題。
方案5：針對聚合物本身的特性 (固有的物理、化學(xué)和生化特性，以及產(chǎn)品的形狀、厚度、層數(shù)等)，設(shè)計適合目標 BBPs 的厭氧共消化試驗。
方案6：微生物強化技術(shù)促進 BBPs 的在厭氧消化過程中的分解，結(jié)合微生物組學(xué)方法揭示 BBPs 分解與微生物群落代謝之間的相互聯(lián)系和干擾。
結(jié)論與展望
生物塑料雖然有助于建設(shè)一個可持續(xù)發(fā)展的未來，但同樣須要干預(yù)未來可能的生物塑料污染問題。本文雖然強調(diào)研究食物垃圾厭氧消化中 BBPs 降解工藝，但實現(xiàn)生物塑料的可持續(xù)發(fā)展需要一種系統(tǒng)思維方法，在有效和廣泛地容納 BBPs 之前，仍有許多業(yè)務(wù)、后勤、立法和經(jīng)濟問題有待解決。應(yīng)對生物塑料污染問題，應(yīng)從其產(chǎn)生到降解的整個生命周期過程著手，綜合考慮當?shù)氐姆�、�?jīng)濟和消費者行為等影響因素，加強制造商、零售商、地方當局、工廠經(jīng)營者、農(nóng)民、消費者和決策者之間的溝通，建立更有彈性和可持續(xù)的供應(yīng)鏈。
