在美國，盡管有分類和回收工作，但只有不到9%的塑料得到回收，大多數(shù)塑料最終都流入填埋場(chǎng)或環(huán)境中。
可生物降解塑料袋和容器可以提供幫助，但如果分類不當(dāng)，則會(huì)污染原本可以回收的塑料。
更糟糕的是，大多數(shù)可生物降解的塑料需要幾個(gè)月時(shí)間才能分解。
當(dāng)最終分解時(shí)，它們會(huì)變成微塑料。這些微小的塑料碎片，最終可能積存在海洋和動(dòng)物體內(nèi)，包括我們自己的身體中。
如今，正如4月21日《自然》雜志上報(bào)道的那樣，美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一種酶活化的可堆肥塑料，可以減少微塑料的污染，并且在塑料的再利用上具有廣闊的前景。這種材料可以被分解成單體小分子，然后重新制成新的可堆肥塑料產(chǎn)品。
“在野外，酶是自然界用來分解動(dòng)植物的活性物質(zhì)――即使我們死了，酶也會(huì)使人體自然分解。因此，在這項(xiàng)研究中我們問自己，酶如何降解塑料使之成為自然的一部分？”該研究資深作者、伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)分部高級(jí)科學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程系和化學(xué)系教授徐婷表示。
在伯克利實(shí)驗(yàn)室工作的徐婷致力于研發(fā)功能性聚合物材料已有近15年。
徐婷的研發(fā)團(tuán)隊(duì)由全國各地大學(xué)和國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家和工程師組成。他們研究的一個(gè)重點(diǎn)是解決一次性塑料和所謂的可生物降解塑料造成的塑料填埋問題。
當(dāng)今使用的大多數(shù)可生物降解塑料通常由聚乳酸制成，聚乳酸是一種與玉米淀粉混合的植物基塑料材料。還有聚己內(nèi)酯，一種廣泛用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的可生物降解聚酯。
但是，傳統(tǒng)的可生物降解塑料的問題在于它們與一次性塑料（例如塑料薄膜）無法區(qū)分。
因此這些材料中的很大一部分最終會(huì)被填埋。
研究共同作者、伯克利實(shí)驗(yàn)室能源技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)家科林?斯考恩說，即使一個(gè)可生物降解的塑料容器在有機(jī)廢物處理設(shè)施中分解，它的分解速度也不會(huì)像它曾經(jīng)盛放的午餐沙拉那樣快，因此最終會(huì)污染有機(jī)廢物。
可生物降解塑料的另一個(gè)問題是它們不像普通塑料那樣堅(jiān)固――人們無法用標(biāo)準(zhǔn)的綠色堆肥袋搬運(yùn)重物。折衷方案是可生物降解塑料會(huì)隨著時(shí)間的流逝而分解――但是，徐婷說，它們?nèi)匀环纸鉃槲⑺芰希环N尺寸要小得多的塑料。
因此，徐婷和她的團(tuán)隊(duì)決定采用另一種方法，即把酶“納米限制”到塑料中。
由于酶是生命系統(tǒng)的一部分，因此訣竅是在塑料中劃出一個(gè)安全的位置，使酶處于休眠狀態(tài)，直到它們被激活。
在一系列實(shí)驗(yàn)中，徐婷和她的合作者在塑料材料中嵌入了微量的脂肪酶和蛋白酶K。科學(xué)家還添加了一種被稱為四單體無規(guī)雜聚物或RHP的酶保護(hù)劑，以幫助將酶分散成幾納米（十億分之一米）。
令人驚訝的結(jié)果是，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，普通的家用自來水或標(biāo)準(zhǔn)土壤堆肥就可將嵌入酶的塑料材料轉(zhuǎn)化成單體小分子結(jié)構(gòu)單元，并在短短幾天或幾周內(nèi)將微塑料消化。
他們還了解到，BC-脂肪酶是一種挑剔的食者。
在脂肪酶將聚合物鏈轉(zhuǎn)化為單體之前，它必須首先捕獲聚合物鏈的末端。通過控制脂肪酶發(fā)現(xiàn)鏈端，可以確保材料在被熱水或堆肥土壤觸發(fā)之前不會(huì)被降解。
此外，科研人員還發(fā)現(xiàn)，這種策略僅在BC-脂肪酶被納米分散時(shí)才有效，而不是隨機(jī)地加入并混合。徐婷說：“納米分散使每個(gè)酶分子都發(fā)揮作用，沒有浪費(fèi)。”
“在考慮成本時(shí)，這一點(diǎn)很重要。工業(yè)用酶的價(jià)格約為每公斤10美元，但是這種新方法只會(huì)增加幾美分的生產(chǎn)成本。因?yàn)樗璧拿噶糠浅５停瑫r(shí)該材料的保質(zhì)期超過7個(gè)月。”斯考恩補(bǔ)充說。
斯考恩認(rèn)為，研發(fā)價(jià)格合理且易于堆肥的塑料薄膜，可以激勵(lì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商使用可堆肥塑料而不是一次性保鮮膜來包裝新鮮水果和蔬菜。因此，可以節(jié)省有機(jī)廢料處理廠購買昂貴的塑料拆包機(jī)器的費(fèi)用。
由于這種方法可能既適用于硬質(zhì)塑料又適用于軟質(zhì)柔性塑料，徐婷希望將其研究范圍擴(kuò)展到聚烯烴。這是一個(gè)無處不在的塑料家族，通常用來制造玩具和電子零件。
