瑞士洛桑联邦理工学院研究塑料替代方案
塑料能被替代吗？答案是肯定的，但并非易事。这并非奇迹，而是需要踏实研究和系统性变革的解决方案。科学家们正在积极探索能...
塑料能被替代吗？答案是肯定的，但并非易事。这并非奇迹，而是需要踏实研究和系统性变革的解决方案。
科学家们正在积极探索能够替代传统塑料的新型材料，例如从植物中提取的纤维素、植物纤维，甚至是由真菌产生的、形似根系的网状材料——菌丝体。这些基于生物质的替代品前景广阔，但它们能否真正发挥作用，关键在于我们是否愿意并且能够从根本上重新思考现有的生产模式，以支持向可持续社会的过渡。否则，任何替代方案都将面临巨大的实施成本，而这种成本是难以避免的。
塑料几乎无处不在：饮用水瓶、一次性购物袋、商品包装、日常衣物等等。这种材料之所以被广泛应用，是因为它轻便、坚固且生产成本低廉。然而，它有一个致命的缺陷：对环境的巨大危害。当塑料废弃物在自然环境中累积，它会缓慢分解成微小的颗粒。这些微塑料会被生物摄入体内，对其产生毒性，同时也会加剧全球变暖。那么，我们真的能摆脱塑料吗？答案是：可以，但并非针对所有塑料制品，也绝非轻而易举就能实现。
在瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL），许多科研团队正致力于开发可行的替代方案。例如，可持续与催化加工实验室（LPDC）的负责人杰里米·卢特巴赫（Jeremy Luterbacher）及其团队，就发明了一系列全新的可生物降解化合物。实际上，某些类型的生物塑料已经存在，比如用于生产部分食品袋和3D打印耗材的聚乳酸（PLA）。但卢特巴赫指出：“现有的生物塑料虽然有用，却难以满足对材料性能要求较高的应用场景。从化学角度来看，我们完全有能力制造出性能更优异的生物材料，但通常需要复杂、耗能且步骤繁多的工艺流程。”
与自然和谐共生的材料结构
卢特巴赫的团队成功绕开了这一技术瓶颈。他们开发出一种创新的工艺，能够直接从木材中制造出生物聚合物，同时完好地保留了植物纤维的天然结构，从而生产出强度更高的生物塑料。“我们方法的优势在于其简洁性，”卢特巴赫解释道。“我们只需将木纤维与另一种化合物混合，通过一步‘蒸煮’工艺就能得到基础材料。但这还不是全部优点——因为我们充分利用了大自然本身就擅长处理的结构，所以我们的产品不仅无毒，而且更容易在自然环境中降解。”
这项创新技术已由洛桑联邦理工学院孵化出的初创公司“Bloom”推向市场。该公司近期成功生产了三吨这种新型生物塑料，这一成果充分证明了该工艺的可行性和先进性。目前，Bloom公司正专注于开发基于这种材料的包装、粘合剂和添加剂等原型产品。
卢特巴赫的团队还运用同样的工艺，创造出了双酚A的替代品。双酚A是一种用于增加产品硬度与透明度的石化产品，已被科学界认定为可能干扰人体内分泌系统的物质。
“因为我们采用的是大自然已经熟悉并能够处理的结构，所以我们的产品无毒，并且更容易生物降解。”——杰里米·卢特巴赫，可持续与催化加工实验室负责人。
一种“非同凡响的材料”
与此同时，洛桑联邦理工学院可持续材料实验室（SML）的负责人蒂芙尼·阿比博尔（Tiffany Abitbol）及其团队，则从另一个角度探索生物聚合物。他们的研究重点并非通过化学反应合成新的聚合物，而是深入探究自然界中存在的聚合物如何与其他材料相互作用，并可能在多种功能领域发挥作用。该实验室的科学家们正专注于研究三大类生物聚合物：纤维素、基于蛋白质的化合物，以及菌丝体——一种由真菌产生的、类似根系的网状结构。
“菌丝体是一种令人惊叹的材料，”阿比博尔赞叹道。“它的生长只需要极少的能量，很容易分解，却能像一种神奇的胶水一样，将颗粒物牢牢粘合在一起。”目前，菌丝体已被用于制造泡沫和板材，并且可以与木材或植物的废料结合，创造出形态各异的物体。
这些新型材料各自展现出在特定领域替代塑料的巨大潜力。阿比博尔认为：“我们的首要目标应该是一次性塑料制品，比如包装材料、纺织品，以及用于食品和药品包装纸盒内部的那层薄膜涂层。这些东西加起来，占据了工业塑料产量的很大一部分。从这些领域入手进行改变，已经能显著改善现状。在此基础上，我们可以逐步将成功的经验推广到其他塑料产品上。”
切勿打乱农业的阵脚
在阿比博尔和卢特巴赫看来，塑料替代品虽然前景光明，但在实现商业化和大规模普及之前，仍面临重重障碍。从原材料的获取到最终产品的废弃处理，整个产业链条上还有许多问题有待解决。
举例来说，虽然理论上许多种类的生物质——如农作物残余、家庭厨余垃圾、未被食用的食物等——都可以用来制造生物聚合物，但并非所有原料都具备实际可行性或经济性。“植物废料的成分极不稳定，产量也难以保证，无法支撑大规模的生物塑料生产，”卢特巴赫指出。“如果我们为了稳定供应而专门种植能源作物，就意味着要占用肥沃的耕地，从而与粮食生产形成竞争。这是我们极力避免的局面。”因此，他的团队最终将目光投向了来自负责任管理森林的木材——这种原材料来源稳定，且不会与农业用地产生冲突。
“我们生活在一个以塑料为基础的社会里，我们的工业系统已经被设计来为它服务。”——蒂芙尼·阿比博尔，可持续材料实验室负责人。
亟待重构的工业体系
阻碍生物塑料推广的另一大障碍，在于根深蒂固的经济和结构因素。传统塑料的生产体系已经运行了近一个世纪，流程极其成熟且高度优化：它需要漫长的工艺链条、巨大的能源消耗，并通过众多步骤将石油转化为最终产品。要对这个复杂且高效的体系进行任何改动，都将面临巨大的阻力。
“我们的整个社会都是建立在塑料之上的，现有的工业系统也都是为塑料量身定做的，”阿比博尔坦言。“如果哪个制造商想另辟蹊径，很快就会遭遇高昂的成本和各种限制。这真的是一场艰难的硬仗。”
卢特巴赫也补充道：“我们看到一些制造商尝试转向生物聚合物，但他们所做的，往往只是简单地将石油基原料替换成植物基原料，而没有对制造工艺本身进行任何调整。实践证明，这条路既复杂又昂贵。相反，我们需要从根本上重新思考整个生产理念。”他还提到了将生物塑料产品推向市场时固有的挑战。“初创阶段的成本非常高，这使得新产品无法立刻与那些可能已经存在了上百年的传统产业同台竞争。”
与苹果同步降解
阿比博尔估计，她正在开发的生物塑料，其分解速度大致与一个苹果相当。这比传统的石油基塑料快了近一百万倍——后者可以在环境中存留数百年之久。因此，这种替代思路的意义不言而喻。阿比博尔解释说：“降解过程取决于多种因素，包括生物塑料的使用方式、废弃时的环境条件，以及环境中存在的微生物种类。”卢特巴赫则进一步指出，“未来还需要大量的研究和漫长的时间，才能更好地了解这些新材料的长期行为：它们的分子链如何断裂，最终去向何处，以及在与土壤、水体等接触时，会引发哪些复杂的化学反应。”
科学家们正在积极探索能够替代传统塑料的新型材料，例如从植物中提取的纤维素、植物纤维，甚至是由真菌产生的、形似根系的网状材料——菌丝体。这些基于生物质的替代品前景广阔，但它们能否真正发挥作用，关键在于我们是否愿意并且能够从根本上重新思考现有的生产模式，以支持向可持续社会的过渡。否则，任何替代方案都将面临巨大的实施成本，而这种成本是难以避免的。
塑料几乎无处不在：饮用水瓶、一次性购物袋、商品包装、日常衣物等等。这种材料之所以被广泛应用，是因为它轻便、坚固且生产成本低廉。然而，它有一个致命的缺陷：对环境的巨大危害。当塑料废弃物在自然环境中累积，它会缓慢分解成微小的颗粒。这些微塑料会被生物摄入体内，对其产生毒性，同时也会加剧全球变暖。那么，我们真的能摆脱塑料吗？答案是：可以，但并非针对所有塑料制品，也绝非轻而易举就能实现。
在瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL），许多科研团队正致力于开发可行的替代方案。例如，可持续与催化加工实验室（LPDC）的负责人杰里米·卢特巴赫（Jeremy Luterbacher）及其团队，就发明了一系列全新的可生物降解化合物。实际上，某些类型的生物塑料已经存在，比如用于生产部分食品袋和3D打印耗材的聚乳酸（PLA）。但卢特巴赫指出：“现有的生物塑料虽然有用，却难以满足对材料性能要求较高的应用场景。从化学角度来看，我们完全有能力制造出性能更优异的生物材料，但通常需要复杂、耗能且步骤繁多的工艺流程。”
与自然和谐共生的材料结构
卢特巴赫的团队成功绕开了这一技术瓶颈。他们开发出一种创新的工艺，能够直接从木材中制造出生物聚合物，同时完好地保留了植物纤维的天然结构，从而生产出强度更高的生物塑料。“我们方法的优势在于其简洁性，”卢特巴赫解释道。“我们只需将木纤维与另一种化合物混合，通过一步‘蒸煮’工艺就能得到基础材料。但这还不是全部优点——因为我们充分利用了大自然本身就擅长处理的结构，所以我们的产品不仅无毒，而且更容易在自然环境中降解。”
这项创新技术已由洛桑联邦理工学院孵化出的初创公司“Bloom”推向市场。该公司近期成功生产了三吨这种新型生物塑料，这一成果充分证明了该工艺的可行性和先进性。目前，Bloom公司正专注于开发基于这种材料的包装、粘合剂和添加剂等原型产品。
卢特巴赫的团队还运用同样的工艺，创造出了双酚A的替代品。双酚A是一种用于增加产品硬度与透明度的石化产品，已被科学界认定为可能干扰人体内分泌系统的物质。
“因为我们采用的是大自然已经熟悉并能够处理的结构，所以我们的产品无毒，并且更容易生物降解。”——杰里米·卢特巴赫，可持续与催化加工实验室负责人。
一种“非同凡响的材料”
与此同时，洛桑联邦理工学院可持续材料实验室（SML）的负责人蒂芙尼·阿比博尔（Tiffany Abitbol）及其团队，则从另一个角度探索生物聚合物。他们的研究重点并非通过化学反应合成新的聚合物，而是深入探究自然界中存在的聚合物如何与其他材料相互作用，并可能在多种功能领域发挥作用。该实验室的科学家们正专注于研究三大类生物聚合物：纤维素、基于蛋白质的化合物，以及菌丝体——一种由真菌产生的、类似根系的网状结构。
“菌丝体是一种令人惊叹的材料，”阿比博尔赞叹道。“它的生长只需要极少的能量，很容易分解，却能像一种神奇的胶水一样，将颗粒物牢牢粘合在一起。”目前，菌丝体已被用于制造泡沫和板材，并且可以与木材或植物的废料结合，创造出形态各异的物体。
这些新型材料各自展现出在特定领域替代塑料的巨大潜力。阿比博尔认为：“我们的首要目标应该是一次性塑料制品，比如包装材料、纺织品，以及用于食品和药品包装纸盒内部的那层薄膜涂层。这些东西加起来，占据了工业塑料产量的很大一部分。从这些领域入手进行改变，已经能显著改善现状。在此基础上，我们可以逐步将成功的经验推广到其他塑料产品上。”
切勿打乱农业的阵脚
在阿比博尔和卢特巴赫看来，塑料替代品虽然前景光明，但在实现商业化和大规模普及之前，仍面临重重障碍。从原材料的获取到最终产品的废弃处理，整个产业链条上还有许多问题有待解决。
举例来说，虽然理论上许多种类的生物质——如农作物残余、家庭厨余垃圾、未被食用的食物等——都可以用来制造生物聚合物，但并非所有原料都具备实际可行性或经济性。“植物废料的成分极不稳定，产量也难以保证，无法支撑大规模的生物塑料生产，”卢特巴赫指出。“如果我们为了稳定供应而专门种植能源作物，就意味着要占用肥沃的耕地，从而与粮食生产形成竞争。这是我们极力避免的局面。”因此，他的团队最终将目光投向了来自负责任管理森林的木材——这种原材料来源稳定，且不会与农业用地产生冲突。
“我们生活在一个以塑料为基础的社会里，我们的工业系统已经被设计来为它服务。”——蒂芙尼·阿比博尔，可持续材料实验室负责人。
亟待重构的工业体系
阻碍生物塑料推广的另一大障碍，在于根深蒂固的经济和结构因素。传统塑料的生产体系已经运行了近一个世纪，流程极其成熟且高度优化：它需要漫长的工艺链条、巨大的能源消耗，并通过众多步骤将石油转化为最终产品。要对这个复杂且高效的体系进行任何改动，都将面临巨大的阻力。
“我们的整个社会都是建立在塑料之上的，现有的工业系统也都是为塑料量身定做的，”阿比博尔坦言。“如果哪个制造商想另辟蹊径，很快就会遭遇高昂的成本和各种限制。这真的是一场艰难的硬仗。”
卢特巴赫也补充道：“我们看到一些制造商尝试转向生物聚合物，但他们所做的，往往只是简单地将石油基原料替换成植物基原料，而没有对制造工艺本身进行任何调整。实践证明，这条路既复杂又昂贵。相反，我们需要从根本上重新思考整个生产理念。”他还提到了将生物塑料产品推向市场时固有的挑战。“初创阶段的成本非常高，这使得新产品无法立刻与那些可能已经存在了上百年的传统产业同台竞争。”
与苹果同步降解
阿比博尔估计，她正在开发的生物塑料，其分解速度大致与一个苹果相当。这比传统的石油基塑料快了近一百万倍——后者可以在环境中存留数百年之久。因此，这种替代思路的意义不言而喻。阿比博尔解释说：“降解过程取决于多种因素，包括生物塑料的使用方式、废弃时的环境条件，以及环境中存在的微生物种类。”卢特巴赫则进一步指出，“未来还需要大量的研究和漫长的时间，才能更好地了解这些新材料的长期行为：它们的分子链如何断裂，最终去向何处，以及在与土壤、水体等接触时，会引发哪些复杂的化学反应。”
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