酶分解塑膠,可以應用了嗎?

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圖片來源:路透社

塑膠污染日益嚴重,有人呼籲要從源頭減廢,停用塑膠;有人則提倡做好塑膠回收,以減少塑膠垃圾。傳統的回收塑膠方法是以熱力融化塑膠產品,製成再生塑膠。除此之外,化學家正拆解食塑細菌進食塑膠的秘密,發展以細菌和酶分解塑膠和作工業回收。

2016 年,日本科研團隊報告發現一種可消化塑膠的新細菌,命名為 Ideonella sakaiensis,其會消化常見的 PET 塑膠。這種微生物能製造兩種酶,兩者可以切割 PET 的分子鍵,把 PET 塑膠轉化為對苯二甲酸(terephthalic acid,又稱 TPA)和乙二醇(ethylene glycol)。前者即為生產 PET 膠的原料。

雖然該論文引起媒體和科學界對用細菌酶分解塑膠的興趣,特別是該細菌可以使用塑膠作為唯一的能量和食物來源,但其實這並非人們首個發現的可降解塑膠有機物。有關微生物咀嚼塑膠的報告至少可以追溯到 1990 年代初期。早期的例子不那麼引人注目,因為它們只能吃化學上脆弱或可生物降解的塑膠。但到 2000 年代,研究人員發現有些酶可以處理更堅硬的塑膠,例如德國萊比錫大學團隊所研究、名為「角質酶」(cutinases)的酶,也可以分解 PET。

邁向商業應用的分解技術

以酶分解塑膠的研究百花齊放,大多數都在大學進行,但已有公司嘗試把這種技術商業化。澳洲初創公司 Samsara Eco 是其中一間利用相關技術回收塑膠的公司,至今籌集 600 萬美元生產資金,預計於今年底建造其第一家回收工廠,並於 2023 年開始全面生產。法國生物化學公司 Carbios 則是另一間具備潛力將應用酶解塑膠工業化的公司,計劃獲得法國政府金融支持,並與再生 PET 企業 Indorama Ventures 合作,在法國選址建造第一個酶分解塑膠工廠。

應用酶分解的困難之一,在於分解緩慢,並且受熱時會變得不穩定。在早期的實驗中,有時處理一小批 PET 就需要數週。但 Carbios 在 2020 年公佈,他們設計出一種角質酶,能夠承受更高的溫度,同時能夠更快分解塑膠。這一發現推動酶分解回收的商業前景;在隨後的 10 個月內,Carbios 在 Euronext Paris 交易所的股價飛漲 8 倍

Carbios 在去年 9 月展示相關技術的工業程序。他們把 PET 碎片與獲得專利的角質酶混合,加熱到攝氏 60 度以上。Carbios 科學總監 Alain Marty 指,他們的設備在 10 小時內可以分解 95% 的塑膠(相當於 10 萬個膠樽),然後進行過濾、純化及準備用於製造塑膠。剩下的 5% 物料,則由未反應的塑膠和雜質組成。

理想很豐滿,現實是⋯⋯

塑膠回收業現況不如人意,大家似乎寄望有新的科技能撥亂反正。針對特定類型塑膠的酶在處理混合塑膠時或有優勢,因能分解特定塑膠,以便將不同物料分開。但同時,酶解塑膠亦要面對能源足跡巨大,以及要處理許多消費品塑膠中其他化學添加劑的問題。據報道,Marty 亦承認 Carbios 的工序比傳統回收更耗能,惟拒絕具體說明相差多少。但他補充,將酶回收與熱熔機械工序這樣比較是不公平的,指後者不能生產出高質量的回收產品。

酶分解塑膠看來前景誘人,但仍未真正解決回收塑膠的關鍵障礙:成本。要商業上可行,再生塑膠的成本不能比原生塑膠高出太多。國家可再生能源實驗室在分析中估計,通過酶回收生產 PET 材料的價格約為每公斤 1.93 美元;自 2010 年以來,基於石油的原生材料價格,介乎每公斤 0.90 美元到 1.50 美元之間。由於許多化石燃料公司正將商業模式轉向塑膠生產,未來原生塑膠的成本仍有可能維持低水平,使再生塑膠難以競爭。

自由市場不一定時時對環境有利,政府仍需適時界入及規管污染。聯合國環境大會早前同意制訂「全球塑膠公約」,於 2024 年底前達成具約束力的公約協議。要有效遏止塑膠污染,各國需合力制定塑膠產品的生產規範,以可持續方式生產和使用塑膠,如改善產品設計、建立有利可圖的回收市場等。