徐婷团队开发塑料降解新工艺,降解后可以吃掉,离实用还有多远?

2021-04-30 16:12:16 科学声音

平哥:汪诘,你听说没有,4月21日的时候,《自然》杂志社发布了一篇重磅论文,加州大学伯克利分校的徐婷教授带领团队研发出了一种新的可降解塑料

汪诘:平哥,这个初听上去容易让人费解,我刚看到的时候,也是楞一下。因为可降解塑料不是早就有了吗?现在不是很多地方都规定超市里提供的塑料袋必须是可降解的吗?这个论文即便是提出了一种新的可降解塑料,但是毕竟不是一次从无到有的创新。

平哥:我最开始看到这个消息的时候也和你有一样的想法,并没有觉得这是多么了不起的事情。但仔细看了下,才发现,这件事情其实非常重要,为什么这么说呢,那就不得不提4月20号在《美国国家科学学院院刊》上发表的另一篇论文了。这篇论文说在美国西部的上空,有1100吨的塑料灰尘飘在天上。这些微小的塑料灰尘哪里来的?

汪诘:从海洋里面飘上来的。塑料是一种化学结构非常稳定的材料,可以几百年都不发生变化。人类利用塑料已经有上百年的历史了,这么长时间已经生产了大量的塑料,这些塑料很多都被埋在了土里,飘到了海里,也还有一些从我们的眼中消失了。

平哥:注意,这些消失了的塑料,并不是真的被降解了变成了其他物质,而是在磨损或是其他情况下,变成了肉眼看不见的微粒。从某种程度上来说,这种塑料微粒对环境的危害更大,因为它们会随着河流、海洋、空气流动到任何地方。有研究就称,虽然我们看不见,但是在人类的胎盘里、动物的肠道里、我们吃进去的食物里,这样的微粒塑料无处不在。

汪诘:确实是这样,这几年,塑料微粒污染问题经常出现在各个媒体上。不过好像你还没谈到重点,据我所知,可降解塑料早就已经不是一个新鲜事了,难道之前的可降解塑料不是这样的吗?

平哥:还真不是。就比如说,现在比较常见的两种可降解塑料,分别是光降解型塑料和掺杂了淀粉的降解塑料。这两种可降解塑料所谓的降解,往往是把原来的大塑料变成细小的不可见的塑料。就比如说,光可降解塑料,就是利用阳光里的紫外线让塑料分子变小,先不说这样使塑料埋在土里就无法降解了,就算是被紫外线分解了,也是把塑料分子变小了,并没有改变塑料的化学性质。给塑料掺杂淀粉更是这样了,淀粉是可以很快被降解掉的,淀粉降解了之后,原来结实的塑料就会破洞百出,这样就会更容易破碎变小,而其实塑料并没有消失。

汪诘:明白了。换句话说,以前的可降解并不是真正的可降解,以前的降解只不过相当于把塑料给磨碎了,基本性质并没有改变。不过我知道有一种塑料叫PLA,聚乳酸塑料。这种塑料的分子是由许多的乳酸分子聚合而成的。微生物在特定的环境下是可以对这种塑料进行分解的,把它们变成二氧化碳和水。

平哥:你说的这种可降解塑料最大的问题是,它们的分解依赖于特定的条件,假如这种塑料飘到海里,那么它们最后分解依然需要上百年时间,污染程度与传统的塑料其实并没有什么明显区别。

汪诘:所以如果想要PLA能更快分解,就需要特别建造垃圾处理厂,把这种塑料挑出来,放到专门的环境中进行分解。不过,可想而知,这样的话,处理起来的成本会非常高,要想大规模使用会有很大的障碍。

平哥:所以啊,徐婷团队研发的这种新降解塑料就非常可贵了。这种可降解的塑料可以降解成乳酸。乳酸是个很常见的东西,让酸奶变酸的就是乳酸嘛。也就是说,你把这种塑料做成的塑料袋扔了,最后被埋在了土里,非但不会污染环境,最后它还能变成乳酸,成为土壤的肥料。即便被人吃下去了,也不要紧,也就相当于多吃了一点酸奶而已。其实,这种新降解塑料不只这一个优点,还有一个特点也非常重要。那就是降解塑料的方式。徐婷团队是利用了酶来降解塑料的。不过酶自身并不稳定,在细胞之外非常容易分解失效,另一个是如果只是把酶涂在塑料表面,酶只能一层一层地降解塑料,速度太慢。

汪诘:那这个问题怎么解决?

平哥:徐婷团队为了解决这两个问题,就想到了一个非常绝妙的方法,那就是把酶像胶囊一样包裹起来。用来包裹的胶囊皮,是徐婷团队研发的一种叫做随机杂聚物的分子。被随机杂聚物保护起来了,酶就不容易失效了。然后只需要把酶胶囊做得比灰尘还要小,和塑料的原材料混合起来,只要条件合适,随机杂聚物做成的胶囊皮就会破裂,酶与塑料充分接触,塑料很快就会被降解了。

汪诘:那她们搞的这个东西效果咋样?

平哥:徐婷在论文里就提到了,只需要有水,40摄氏度的温度下,3天时间塑料就会几乎完全降解。

汪诘:40摄氏度就会降解吗?这个温度是不是有点低啊。天气热一点的话,这种塑料是不是就不能用了啊。那是不是说这样的塑料并不能用来打包热东西?一热就自动分解了,全漏了,拿它当外卖餐盒看来是不行的。如果是这样的话,这种塑料实用性就会大打折扣吧。

平哥:如果只是单看论文里提出的这种塑料的话,的确会有这样的问题,但是你可以把它想象成是一种原型产品就不同了。这个原型产品只是证明了,这种“胶囊酶”的思路是可行的。这是一个好用的套路,这个套路比具体的结果更重要。

汪诘:懂了,酶是一类非常庞大的生物催化剂,触发和维持酶活性的条件也千奇百怪。找到能在高温下还能起作用的酶并不是不可能的,海底火山口附近的温度是很高的,在几百摄氏度的水温下,还有生物存在,小鱼小虾都活的很好。生物也是离不开酶的,这些生物的体内一定存在耐高温的酶。

平哥:而且酶还有一个优势。前面我讲过,酶是一种蛋白质,生物体内的蛋白质都是靠着基因进行编码的。所以在研究酶的时候,就可以利用基因编辑技术,像编程一样对酶进行编程。这样发现新酶就会更容易,而这也是徐婷团队正在做的事情。相信他们很快就能找到更合适的酶,让这种完全无害的可降级塑料变得普及开来。

汪诘:看来,这还真的是一项了不起的科学新发现,在这里我们也祝贺徐婷团队的对人类环保事业的又一个重大贡献。

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