生物可降解吸管真的能在海里溶解吗｜解析钟渊化学PHBH的原理与局限

当前全球流入海洋的塑料垃圾究竟有多少

要理解生物可降解吸管的意义，首先需要了解海洋塑料垃圾问题的规模。

"每年800万吨"这一估算的出处

"全球每年约有800万吨塑料垃圾流入海洋"这一数字，源自美国乔治亚大学珍娜·詹贝克(Jenna Jambeck)团队于2015年在学术期刊《科学》(Science)上发表的估算。该测算基于2010年一年的数据，2016年在瑞士达沃斯举行的世界经济论坛年会上得到介绍，此后被全球广泛引用。

来自日本的流出量与环境省的最新估算

詹贝克团队的研究估算，日本每年流入海洋的塑料垃圾约为2万至6万吨。而日本环境省根据国内各污染源、各品类数据汇总测算出的2024财年估算值为每年13000至31000吨。之所以不同方法得出的数值存在差异，是因为国际上尚未确立统一的塑料垃圾环境流出量核算方法。

海洋塑料垃圾的来源：陆地还是海洋

据估算，流入海洋的塑料垃圾中，约八成来自"陆地来源"——即城市中使用的产品经风雨、河流冲刷后流入海洋；剩余约两成则来自"海洋来源"，如渔具的丢弃或遗失等。吸管、餐具等日用品正是陆地来源的典型代表，这说明日常生活中使用的产品设计，与海洋塑料问题有着直接的关联。

无法分解的垃圾对生态系统造成的影响

石油基塑料在海洋中会因紫外线和波浪的物理作用逐渐破碎变小，但在化学层面几乎不会分解，据称会在环境中残留数十年甚至数百年。这一过程中产生的微小碎片(微塑料)容易被海鸟、鱼类、贝类等误食，较大的碎片则可能缠住海洋生物使其无法动弹。人们之所以日益关注"能够分解并还原自然"的材料，正是出于对这种长期残留性的危机感。

不可忽视的经济损失规模

联合国环境规划署(UNEP)于2015年估算，海洋塑料垃圾给旅游业、渔业等带来的经济损失每年约达130亿美元(按当时汇率约合1.4万亿日元)。海岸清理费用、游客数量减少、渔具混入异物及渔获量下降等，都表明其影响不仅波及生态系统，也波及地区经济。

"生物可降解塑料"是什么，与普通塑料有何不同

生物可降解塑料是指最终能够被微生物分解为水和二氧化碳(或甲烷)的高分子材料的统称。石油基塑料在自然环境中几乎不会分解，只会因紫外线和波浪的作用变成细小碎片(微塑料)并长期残留；与此相对，生物可降解塑料的根本不同之处在于，微生物能够将其作为碳源加以分解和代谢。

堆肥分解与海洋分解是两回事

这里容易被忽视的一点是，即便同样被称为"生物可降解"，不同材料实际所需的分解环境条件却截然不同。目前市面上大部分生物可降解塑料所使用的聚乳酸(PLA)，虽然是以玉米等淀粉为原料的植物来源材料，但其分解需要接近工业堆肥设施的条件，即50℃以上的高温与高湿度环境。而在常温、低温的海水或普通土壤中，这样的条件并不具备，因此分解几乎无法推进。

为何需要面向海洋环境分解而设计的材料

即便垃圾被妥善分类丢弃，从垃圾集中点飞散、或经排水沟与河流流入海洋的情况依然屡见不鲜。经由河流流入海洋的塑料垃圾问题之所以被反复提及，正是出于这个原因——与其仅仅依赖废弃阶段的管理，不如选择即便万一流出、也能在环境中分解的材料，这具有一定的合理性。

从这张表也可以看出，"植物来源"并不等同于"能在海洋中分解"。PLA虽为植物来源，却不具备海洋分解性；反之，PHBH使用同样是植物来源的原料，却能在海水中分解。选择材料时，重要的不是原料是什么，而是它在哪种环境下的分解性已经得到确认。

微生物是如何分解塑料的

生物可降解塑料的分解过程，首先是微生物分泌到体外的酶(解聚酶)切断高分子链(酯键)，将其变为低分子片段，这一过程称为"水解"。随后，微生物将这些被分解的片段吸收进入体内，在呼吸与代谢过程中将其作为能量来源加以利用，最终分解为水和二氧化碳。这一过程与微生物在自然界中分解枯叶或生物遗骸的机制本质上相同，唯一的区别只是对象是塑料还是有机物。

日本的政策也在推动生物可降解材料的普及

日本政府也在推动此类材料的普及。日本环境省、经济产业省、农林水产省、文部科学省四个部门于2021年1月联合制定了《生物塑料导入路线图》，提出到2030年导入约200万吨植物来源生物质塑料的目标。该路线图根据不同用途在成本与品质方面的课题，对适合导入的材料进行了分类，将PHBH这类具备海洋生物可降解性的材料定位为一次性用品的替代候选。此外，2022年4月日本还施行了《塑料资源循环促进法》，要求便利店、咖啡店等零售与服务业者削减一次性勺子、吸管等特定塑料制品的使用。这类制度层面的推动，成为企业考虑转向替代材料的动机之一。

PHA原本就是自然界微生物具备的机制

PHBH所属的PHA(聚羟基脂肪酸酯)这一类聚合物，并非人工发明的物质。生活在土壤和海水中的部分微生物，在营养条件偏颇的环境下，会以脂肪滴般的形态在细胞内合成并储存PHA，用以储备能量和碳源。可以说，钟渊化学生产PHBH的技术，正是通过控制培养条件，引导出微生物本身具备的这种代谢机制，从而高效制造出所需比例的共聚物。对微生物而言，PHA"本来就是自身可分解的代谢产物"，这也正是其他生物同样容易将其分解的原因之一。

PHA这种物质本身很早就被人们发现：早在20世纪20年代，法国研究者莫里斯·勒穆瓦涅(Maurice Lemoigne)便首次从微生物中提取并鉴定出PHB(PHA的一种)。20世纪70年代石油危机爆发后，各行业开始摸索摆脱对石油依赖的路径，英国的ICI公司经过多年研究，于1983年以"Biopol"为商品名将微生物来源的PHA实现产业化——PHA系聚合物自古以来就作为石油替代材料受到关注。

钟渊化学开发的海洋生物可降解聚合物"PHBH"的原理

PHBH是化工企业钟渊化学独立开发的生物可降解聚合物的简称，正式归类为聚羟基脂肪酸酯(PHA)系的一种。其品牌名为"Green Planet®"，最大特点是不以石油为原料、100%来自植物的聚合物。

基于微生物发酵的生产工艺

PHBH的制造工艺，与通过化学合成石化产品的一般塑料完全不同。其生产过程以植物来源的油脂作为营养源培养微生物，利用微生物会在体内积累聚合物的特性，可以说是一种发酵工艺。培养结束后，从微生物体内提取、精制聚合物并制成颗粒，再利用现有的塑料成型设备加工成吸管、餐具、薄膜等产品。

两种单体的比例决定"软硬程度"

从化学结构看，PHBH是由"3-羟基丁酸(3HB)"与"3-羟基己酸(3HHx)"两种单体构成的共聚聚酯。由于3HHx侧链上的丙基会阻碍结晶结构的形成，3HHx的共聚比例越高，结晶度就越低，材料也随之从坚硬易脆转变为柔软的性质。研究报告显示，当3HHx比例超过约10摩尔%时，材料会明显表现出柔软特性。与之相对，同属PHA系但不含3HHx的"PHB"结晶度高、质地坚硬且脆，因此通过设计单体比例，可以按用途分别制造出物理性能不同的聚合物，这正是PHBH的技术特点。

接近现有塑料的成型性与广泛用途

• 耐热性、柔韧性等物理性能接近现有石油基塑料，可使用现有成型设备加工
• 通过调整添加剂配方与单体比例，可按用途设计硬度与耐冲击性
• 除吸管、餐具外，还广泛应用于购物袋、食品包装容器、薄膜等多种产品

在海水中分解的证据：国际认证"OK Biodegradable MARINE"

某产品所标榜的"生物可降解"是否真的能在海水中分解，不能仅凭企业自身的说明，第三方机构的认证背书至关重要。在"环保"标示脱离实际、即所谓"漂绿"现象引发全球警惕的当下，能否依据独立检测机构制定的标准出示实测数据，已成为左右企业主张可信度的重要因素。2017年9月，PHBH从比利时认证机构Vinçotte(现已并入TÜV Austria集团认证品牌)处获得了认可其海水生物可降解性的"OK Biodegradable MARINE"认证，并于同年11月15日正式对外公布。

认证所要求的检测项目

如何解读"6个月内90%以上"这一数值

PHBH所取得的认证条件是：在海水中(水温30℃)6个月内实现90%以上的生物降解。不过需要注意的是，这是在标准化检测环境下测得的数值，实际海域中的水温、盐度、微生物群落都会影响分解速度。即便如此，能够被第三方机构证实在接近常温的海水中持续分解的材料，在生物可降解塑料中依然屈指可数。

已取得认可其海水生物可降解性的"OK Biodegradable MARINE"认证，有助于减少海洋污染。

— 摘自钟渊化学官方网站"Green Planet®"介绍页面

检测内容：在密闭容器中测量二氧化碳产生量

用于确认海洋生物可降解性的代表性检测方法(以ASTM D7081为基础)，是将样品放入以海水为微生物来源的密闭容器中，在30℃左右的恒定条件下，持续测量微生物分解高分子过程中产生的二氧化碳量。分解越充分，产生的二氧化碳量就越多，由此可以从变化趋势中定量评估生物降解的进展程度。这种检测并非采用远高于实际海洋中微生物浓度的加速试验，而是在接近天然海水的条件下进行测量，这正是该认证可信度的支撑所在。

"能分解"与"无害"需要通过不同的检测分别确认

认证条件清单中提到的生态毒性检测之所以重要，原因正在于此。即便高分子在化学层面被分解，如果这一过程中产生的中间产物或添加剂对海洋生物有害，那么该材料也不能被称为真正的"环保"。在OK Biodegradable MARINE认证中，需要利用分解残留物进行植物生长试验，确认不存在毒性后才会正式发放认证——"能分解"与"是否安全"分别通过不同检测加以验证，这一点虽容易被忽视，却十分重要。

Seven Cafe的吸管如何推广至全国

取得认证之后，PHBH实际上是如何在门店中被采用的呢？其代表案例，正是7-11便利店"Seven Cafe"所提供的吸管。正因为这是在全国2万余家门店每天大量消耗的耗材，企业并未选择一次性切换全部门店，而是采取了先在特定地区试点、再逐步推广的方式。

在高知县的试点导入(2019年8月)

2019年8月6日，7-11日本公司宣布在高知县内41家门店开始试点导入PHBH吸管。通过将试点范围限定在特定地区，企业得以在确认供应体制与运营层面课题的同时逐步推进。

推广至全国与生产体制的增强

1. 2019年8月6日：在高知县内41家门店开始试点导入
2. 2019年11月5日：推广至北海道、北陆、关西、中部、四国、九州、冲绳约1万家门店
3. 2019年12月：钟渊化学建成年产5000吨规模的PHBH生产工厂
4. 2020年6月2日：新采用8毫米直径的PHBH吸管，逐步推广至全国20938家门店

从吸管走向其他领域：化妆品容器与海外市场的拓展

PHBH的应用并不局限于餐饮行业。资生堂于2020年8月宣布，其唇彩产品的容器主体与盖子均采用了PHBH。这种生物可降解聚合物不仅用于吸管这类一次性用品，还开始被用于需要反复使用的化妆品容器的一部分，这表明PHBH的用途正逐步走向多元化。在海外，市场开拓主要以欧洲的塑料袋用途为中心展开，未来还有望拓展至渔具、钓具及海洋设施等与海洋直接接触的产品领域。

深海中同样能够分解已获科学证实

关于生物可降解塑料的分解性能，近年来又有一项重要研究成果问世。沉入海底的塑料垃圾，实际上也会抵达深海这样的低温高压环境。JAMSTEC在2019年对房总半岛近海的深海平原进行调查时发现，每平方公里平均约有4500件塑料垃圾，部分区域最多可达7000件，这一发现揭示了深海正逐渐沦为"看不见的垃圾场"这一现实。

利用"深海6500"号与"江户儿1号"开展的实际海域实验

2024年1月26日，东京大学、日本海洋研究开发机构(JAMSTEC)、群马大学、日本国家技术与评估研究所(NITE)、日本产业技术综合研究所、日本生物塑料协会联合宣布，已证实除聚乳酸外的多种生物可降解塑料同样能够在深海中分解。相关成果已于2024年1月25日在线发表于国际学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)。

实验中，研究团队利用载人潜水调查船"深海6500"号、无人探测器"海豚号"与"KM-ROV"、以及自由落体式深海探测器"江户儿1号"，在日本近海5个地点、水深757米至5552米的深海海底放置了生物可降解塑料与通用塑料样品，随后进行回收，分析其重量与形状的变化，以及表面附着的微生物情况。

分解速度随水深增加而减缓

与通用塑料的决定性差异

在同一实验中，作为比较对象的通用塑料(聚乙烯等石油基材料)，在深海放置期间的重量与形状几乎没有明显变化。也就是说，即便置于相同的深海环境，生物可降解塑料能够在微生物作用下持续分解，而通用塑料则实质上未被分解、持续残留——二者之间存在明确的决定性差异。

虽然该研究并未单独点名PHBH这一材料，但证实了"除聚乳酸外的生物可降解塑料整体"在深海中同样能够被微生物分解，这一意义十分重大。作为同属微生物发酵来源的生物聚合物，PHBH今后也有望迎来针对深海塑料污染影响的进一步研究。

通过本次研究成果，我们期待生物可降解塑料作为有助于抑制未来海洋塑料污染的优良材料，其研发工作能够进一步取得进展。

— 摘自JAMSTEC、东京大学等联合新闻稿(2024年1月26日发布)

生产体制的扩大与未来展望

从年产5000吨迈向2万吨体制

2019年12月，钟渊化学在兵库县高砂市的高砂工厂建成了年产能力为5000吨规模的PHBH工厂，确立了量产体制。正是这一生产能力的保障，才使得向Seven Cafe这类全国连锁企业供货成为可能。此后，2022年2月，钟渊化学又宣布在同一高砂工厂内投资约150亿日元，新增年产1.5万吨的产能，加上现有设施合计达到年产2万吨的规模，该扩产设施已于2024年1月投入运行。

力争在2030年实现年产10万吨的计划与原料多元化

钟渊化学进一步表示，计划在2030年前将PHBH的产量扩大至年产约10万吨规模，并已开始考虑不仅在日本国内、还在美国、比利时、马来西亚等海外地区选址增建工厂。在原料方面，该公司于2023年宣布已将利用废弃食用油生产PHBH的微生物技术投入实用化，推动原料采购不再仅依赖植物油，实现多元化发展。

成本是常被指出的一项课题。由于采用微生物发酵这一制造工艺，PHA系生物可降解塑料的价格通常被认为是石油基聚丙烯或聚乙烯的两倍左右。增产带来的规模效应，以及原料采购的多元化，能否有效缩小这一价格差距，将左右今后普及速度的快慢。

生物可降解吸管并非万能：正确的使用方式

分解需要数月时间

尽管PHBH能够在海水中分解，但这并不意味着它一经丢弃便会瞬间消失。正如认证条件中"6个月内90%以上"这一时间跨度所显示的那样，分解需要以数月为单位的时间。在此期间，海洋生物误食、或如同其他垃圾一样破坏景观等风险依然存在。

分解机制不同，微塑料化的风险也不同

石油基塑料是依靠紫外线与波浪的力量逐渐"破碎"变小，而PHBH这类生物可降解聚合物则遵循一种"表面侵蚀型"的过程，即微生物从材料表面开始一点点分解其分子。从理论上讲，与破碎过程中会残留大量细小碎片(微塑料)不同，这种材料是从表面逐渐缩小，最终分解为水和二氧化碳，这一点在环境影响层面被认为具有重要意义。

全球也在推进限制一次性塑料本身的举措

在推进材料转换的同时，全球范围内限制一次性塑料制品本身流通的相关法规也在不断扩展。欧盟于2019年制定了《一次性塑料制品指令》(Directive (EU) 2019/904)，并自2021年7月起禁止吸管、餐具、发泡聚苯乙烯容器等特定一次性塑料制品的上市销售。日本自2022年起施行的《塑料资源循环促进法》同样要求削减一次性制品的使用——"替换为更易分解的材料"与"从源头减少使用量"这两条路径正同步推进。

应与减少一次性用品本身相结合

PHBH这类材料，只是在无法完全消除一次性容器与吸管使用的场景下，用以降低流出风险的一种选择，并非鼓励一次性用品的使用本身。只有与自备水壶、可重复使用容器等从源头减少垃圾产生的做法相结合，这类材料才能真正发挥其效果。

总结：我们能做些什么

PHBH的案例，展示了一种与改用纸吸管不同的思路来应对海洋塑料问题：通过将材料本身设计为可在海水中分解，来降低一旦流出后带来的风险。与此同时，了解普通塑料垃圾为何无法分解、持续残留的原因，也有助于更准确地理解生物可降解材料的价值所在。

• 不仅关注"生物可降解"标示，也尝试确认其是否具备支撑海洋分解性的相关认证
• 即便使用生物可降解材料制品，也应正确丢弃、回收，不随意丢弃
• 将减少一次性用品本身的做法(如自备水壶、可重复使用容器等)与之结合