2021年元月，限塑令正式在全國生(shēng)效之後，不難發現兩個特點：一(yī)方面市場對可降解塑料的需求量激增，衆多企業紛紛宣布投産、擴産，加碼可降解材料産能；另一(yī)方面受到技術難度、成本偏高等因素的制約，推進過程面臨諸多挑戰。
近日，《元科技·生(shēng)态》特邀中(zhōng)國科學院理化技術研究所原黨委書(shū)記、研究員(yuán)黃勇進行了深入交流。他和團隊在研究中(zhōng)取得哪些進展？該如何正确看待可降解材料以及行業現狀？我(wǒ)們的采訪期望求解可降解材料健康可持續發展之道。
從需求出發，爲納米化纖維素應用開(kāi)創新途徑
近年來，黃勇和團隊在國内首次提出了機械外(wài)力和環境極性協同作用下(xià)，晶面導向剝離(lí)纖維素的理論。一(yī)方面，通過機械剪切力實現纖維素材料的納米化；另一(yī)方面，通過添加化學助劑調節纖維素分(fēn)子鏈之間相互作用，調控納米化纖維素的形貌（零維，一(yī)維和二維）和親疏水性，在纖維素應用領域發揮了重要的前沿影響。
這一(yī)研究率先應用于造紙(zhǐ)行業。一(yī)般而言，紙(zhǐ)張的強度低和疏水性差，這導緻其很難在包裝領域被廣泛使用。黃勇團隊取得了重大(dà)突破，他們研發的納米纖維素不但可以提高紙(zhǐ)張強度，進而降低紙(zhǐ)張克重。同時，通過表面處理技術，使紙(zhǐ)張具有良好的疏水性。這樣的紙(zhǐ)張可以替代塑料薄膜作爲包裝材料使用。若無疫情影響，這項技術應該已經在多家日本百貨公司落地使用。
納米纖維素紙(zhǐ)張在制袋過程中(zhōng)無需淋膜，這解決了産生(shēng)微塑料這樣一(yī)個環保問題。不過黃勇也坦言，“目前納米纖維素紙(zhǐ)袋無法熱壓成型，需要用粘合劑來粘，成本比傳統袋子略高。如果能有實力企業介入參與改進，相信這個問題會随之解決。”
在黃勇看來，科學研究應該更以應用爲目标。他主張科研成果要更好地服務于社會。納米纖維素正是一(yī)個帶有鮮明應用特色的研究成果。
近年，黃勇團隊的另外(wài)一(yī)項研究，是将納米纖維與可降解塑料PBAT複合，成功得到了能夠滿足應用需求的的新材料，并大(dà)大(dà)降低可降解塑料的成本。
我(wǒ)國稭稈年産大(dà)概是7-9億噸，資(zī)源化高值化利用率不高，副産物(wù)被随意堆放(fàng)、丢棄或用作肥料還田、生(shēng)活燃料。“如果把這部分(fēn)稭稈利用起來，與塑料加工(gōng)結合起來，不但廢棄資(zī)源得到利用，是不是從另外(wài)的角度也降低了塑料使用量？”
傳統塑料也可以應用這項技術，不僅可以減重而且降低成本。如納米纖維素與聚丙烯複合制成的汽車(chē)保險杠，強度可達到和玻纖複合材料同樣的效果。
中(zhōng)試階段，是卡住科學家把技術推向産業化的關鍵環節
中(zhōng)試環節，被稱爲跨越科技成果與産業界之間的“死亡之谷”，是卡住科學家把技術推進産業化的關鍵環節。“我(wǒ)們研究材料技術，要達到真正的産業化，必須要有中(zhōng)試環節。中(zhōng)試的規模化、批量化、系統化的驗證過程，我(wǒ)們在實驗室無法完成。”
中(zhōng)試過程首先要找投資(zī)，錢是最重要的。有了投資(zī)還要有懂工(gōng)程化的人，能夠實現研發者的想法。“研發片狀納米纖維素時，我(wǒ)們的合作企業快速搭建出生(shēng)産線，順利完成中(zhōng)試。這是實驗室技術商(shāng)業化生(shēng)産中(zhōng)必要的驗證過程。”
除了前文提及的兩項研究，黃勇團隊在石墨烯複合膜及纖維素基碳材料的制備和性能等方面也取得了進展。石墨烯複合膜制成的導電(diàn)紙(zhǐ)可應用于柔性集成電(diàn)路、可穿戴設備上。因其具有良好的屏蔽功能，還可用于5G通信設備上，降低幹擾。這爲納米纖維素的規模化應用，開(kāi)創了一(yī)條可行性極強的新途徑。
石墨烯複合膜已完成實驗室小(xiǎo)試，下(xià)一(yī)步仍然需要解決中(zhōng)試問題。“中(zhōng)試階段，我(wǒ)們非常希望有産業界的夥伴參與進來，借助雙方優勢，最好能結合應用端需求去(qù)共同完成。如果中(zhōng)試環節遇阻,這項成果遲遲無法轉化爲生(shēng)産力，就很可惜。”
理性思考，正确看待可降解塑料的使用場景
“我(wǒ)們探讨可降解塑料的使用場景，首先要思考的是它需要解決什麽問題？總結下(xià)來，我(wǒ)認爲一(yī)是環境問題，二是資(zī)源問題。僅就材料本身談問題，不足以看到事情的本質。”黃勇的觀點理性客觀。
談到可降解塑料是否能夠根除塑料污染問題，黃勇說：“就環境問題而言，實事求是地講，可降解塑料解決不了污染問題。網絡上博人眼球的污染圖片多是大(dà)塊塑料，這是運用經濟杠杆，通過有償回收解決。這是管理的問題。科技問題是要解決不同廢舊(jiù)塑料回收後的再加工(gōng)、再利用的問題。”
業界更關注的是微塑料問題。地下(xià)、海洋及食物(wù)鏈中(zhōng)，微塑料可謂無處不在。生(shēng)活場景中(zhōng)，我(wǒ)們也無法避免微塑料的産生(shēng)。即便是可降解材料，其降解仍需過程。如果在自然環境裏存放(fàng)，未快速降解的碎片仍将成爲隐形危害。“爲什麽說可降解材料也解決不了環境問題？原因就在于此。”
黃勇認爲，由于生(shēng)物(wù)質資(zī)源可再生(shēng)快，廣泛應用生(shēng)物(wù)質材料資(zī)源，碳循環會比使用化石資(zī)源快許多，碳循環可以從數億年（使用化石資(zī)源）變爲數十年甚至一(yī)年（使用生(shēng)物(wù)質資(zī)源）來計算。所以從資(zī)源角度提倡使用源于生(shēng)物(wù)質的材料，意義更大(dà)。
“一(yī)次性衛生(shēng)用品等不可回收的物(wù)品，最好使用可降解塑料；一(yī)次性餐盒、購物(wù)袋、酒店(diàn)一(yī)次性塑料用品，機上餐盒等其實都可回收，不必一(yī)定使用可降解材料。可降解塑料真正适合應用的場景，一(yī)定比大(dà)家想象的少很多。”
談到目前頗具争議的光氧降解，黃勇亦有自己的看法。“這個技術其實并不新鮮，早年治理白(bái)色污染時就用過。高分(fēn)子材料因分(fēn)子鏈太長，微生(shēng)物(wù)吃不掉。有待未來技術更加成熟，實現真正對環境友好的可控降解也未嘗不可。技術路徑不重要，重要的是降解後的産物(wù)是否爲二氧化碳、水。”
解決環境污染是另外(wài)的命題，可降解塑料不是唯一(yī)解。可降解塑料的生(shēng)産過程并不一(yī)定比普通塑料的碳排放(fàng)量少，國外(wài)一(yī)些學者從産品全生(shēng)命周期來統計碳排放(fàng)量的評價體(tǐ)系值得借鑒。
普通塑料制品回收後可再加工(gōng)使用對于環境、降低碳排放(fàng)以及資(zī)源的更有效利用十分(fēn)重要。“我(wǒ)更提倡塑料的多次循環使用，不僅對資(zī)源更有效的利用，最大(dà)程度降低産品整個生(shēng)命周期的碳排放(fàng)量，是解決低碳環保問題非常可取的辦法。”
“可降解材料的推行使用是系統工(gōng)程，過幾年可能會迎來重新洗牌。”
可降解材料的推行是系統工(gōng)程，實現“碳達峰”“碳中(zhōng)和”是一(yī)場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革。對于可降解材料的産業布局，黃勇的看法很中(zhōng)肯。很多企業看到降解塑料市場十分(fēn)火(huǒ)爆，紛紛上馬投産或擴産，這種看待發展的眼光是錯誤的。“要科學看待，過幾年行業可能會迎來重新洗牌。”
黃勇倡導科學合理推進降解塑料的推廣使用。可降解材料的生(shēng)産原料爲糧食，而工(gōng)業化量産動辄萬噸乃至幾十萬噸的生(shēng)産規模，全球的糧食産量恐怕不足以支撐。
雖然各地政府陸續出台政策，可降解材料的推進情況并不理想。行業仍然存在着産品價格居高不下(xià)、資(zī)源浪費(fèi)風險、行業标準不統一(yī)、市場監管難等問題。針對市場亂象，黃勇認爲市場理順需要過程，核心是要解決成本過高的問題。
“生(shēng)物(wù)可降解塑料價格目前遠高于傳統塑料，這是應用中(zhōng)面臨的主要問題之一(yī)，我(wǒ)們做科研的方向就是要在保證使用性能的基礎上把成本降下(xià)來。具有良好性價比的産品才能得到市場認可。市場對成本極其敏感，能否真正推行不能一(yī)直依靠政策，最終還是市場說了算。”
采訪尾聲，黃勇特别談到，“我(wǒ)希望媒體(tǐ)能夠發出正确的聲音，要給政府官員(yuán)、行業提供正确的輿論導向。不要認爲可降解塑料包治百病。”
确實如此。政府部門和企業，需要深入研究市場，多做研判，合理決策，讓可降解材料的未來更加健康、科學、合理。