■本報(bào)記者 沈春蕾
全國塑料工業(yè)每年需要消耗超過2000萬噸原油,，已影響到我國的能源安全,。而且塑料廢棄物不易實(shí)現(xiàn)自然降解和回收利用的缺點(diǎn)也使它成為了環(huán)境殺手,。
近日,，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所）生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)在可降解塑料生物合成領(lǐng)域取得新進(jìn)展,，研究人員利用葡萄糖,、甘油等廉價(jià)可再生碳源合成了聚3-羥基丙酸（P3HP）,。
青島能源所生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)研究員趙廣在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時透露：“我們開發(fā)的聚3-羥基丙酸合成路線產(chǎn)量已達(dá)20 g/L,，遠(yuǎn)高于其他文獻(xiàn)報(bào)道的最高產(chǎn)量（1.4 g/L）,。”
傳統(tǒng)塑料危害多
塑料因質(zhì)輕,、綜合性能好,、易加工等諸多優(yōu)點(diǎn)而一直受到社會青睞，廣泛用于工農(nóng)業(yè)及人們生活的各個方面,。目前常用的塑料,，包括聚乙烯、聚氯乙烯,、聚丙烯等,，都是以石油化工產(chǎn)品為原料制造的。這些塑料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,，不能被生物降解,，對環(huán)境造成極大危害。
昔日被譽(yù)為“白色革命”的塑料,，而今卻成為造成世界“白色污染”的罪魁,。如農(nóng)用塑料地膜的大量使用既加速了土地的侵蝕，也加速了有毒殺蟲劑的流失,，并對流經(jīng)地域造成更大的危害,。
雖然塑料廢棄物可以進(jìn)行回收再利用,，但由于塑料種類眾多,，需要分類處理，增加了回收的難度,，再利用率不高,。因此，塑料廢棄物主要通過填埋和焚燒的方法處理,。
塑料廢棄物填埋會大量占用土地,，影響土地的可持續(xù)利用，而且塑料生產(chǎn)過程中使用的化學(xué)添加劑（如重金屬化合物）,、塑料包裝盒上殘留的食品有機(jī)物等會產(chǎn)生滲濾液,，引起地下水污染,。
廢塑料直接進(jìn)行焚燒處理，不但產(chǎn)生大量黑煙,，導(dǎo)致大量溫室氣體排入空氣中,，還會分解出有毒物質(zhì)（如二惡英、氯氣等）給環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染,。
生物合成優(yōu)勢大
一般說來,，目前市場上沒有完全環(huán)保的塑料制品，只是在塑料中加入一些成分后,，使其相對容易降解,。
市場上的環(huán)保塑料一般采用無毒的聚烯烴樹脂，在生產(chǎn)過程中加入一定量的添加劑,，如淀粉,、改性淀粉或其它纖維素、光敏劑,、生物降解劑等,。
雖然這些添加成分使塑料包裝物的穩(wěn)定性下降，可在自然環(huán)境中分解,，但可降解部分僅限于淀粉,、纖維素等添加成分，聚烯烴等樹脂成分仍然是無法降解的,，只是以較為微小的形式分散到環(huán)境中,，更難回收和處理。從某種意義上講,，其對環(huán)境的潛在污染更甚于傳統(tǒng)塑料,。
青島能源所生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)制備的可降解塑料聚3-羥基丙酸（P3HP）屬于聚羥基脂肪酸酯，這類塑料可迅速被土壤中的天然微生物直接降解利用,，不會產(chǎn)生任何有害成分,。
同時，P3HP通過微生物發(fā)酵生產(chǎn),，不會受到能源危機(jī)和石油價(jià)格上升的影響,，生產(chǎn)過程也是綠色環(huán)保，不造成污染,。
P3HP是一種擁有廣闊發(fā)展前景的新型可降解塑料,，具有優(yōu)異的生物材料性質(zhì)和機(jī)械性能，比如具有高機(jī)械強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度,、高斷裂伸長量（>300%）,、生物降解性、生物相容性,、無毒及熱塑性等,。
P3HP具有廣闊的潛在應(yīng)用范圍,。由于良好的生物相容性，P3HP可用于制造醫(yī)療器械,，尤其是一些需要植入體內(nèi)的器械等,。因優(yōu)異的機(jī)械性能和生物降解性，它還可用于制造包裝材料,、農(nóng)田地膜等,。
近日，青島能源所生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)分別克隆了不同來源的聚3-羥基丙酸合成所需的酶基因,，在大腸桿菌中表達(dá)純化了相關(guān)酶并比較它們的催化活性,，選擇具有最高活性的酶基因組合構(gòu)建了兩條合成聚3-羥基丙酸的代謝途徑，可利用葡萄糖,、甘油等廉價(jià)可再生碳源生產(chǎn)聚3-羥基丙酸,。
為進(jìn)一步改善聚3-羥基丙酸的材料性能，研究人員還在其中摻入了3-羥基丁酸單體,，使材料的熱力學(xué)性能和機(jī)械性能得到了明顯改善,。
環(huán)境和經(jīng)濟(jì)需求可觀
可降解塑料生產(chǎn)當(dāng)前在全球都處于起步階段?？山到馑芰习凑战到鈾C(jī)理可大致分為光降解塑料,、生物降解塑料和光—生物雙降解塑料。其中,，光降解塑料由于價(jià)格較高,，又只能在光照下降解，受地理環(huán)境,、氣候制約性很大,，埋地部分不能降解等諸多缺點(diǎn)，最終將退出歷史舞臺,。
具有完全降解特性的生物降解塑料和具有光—生物雙重降解特性的光/生物雙降解塑料,，吸引了世界各國研究人員的目光，成為了目前主要的研究開發(fā)方向和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,。
我國每年對生物降解塑料的需求超過100萬噸,，但實(shí)際產(chǎn)量卻不足10萬噸。
青島能源所生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)開展的生物法合成P3HP的研究還剛剛起步,，無法進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn),，但他們相信P3HP作為新型可生物降解塑料具有巨大的市場潛力。
目前,，P3HP生物合成面臨的最大問題就是如何提高產(chǎn)量，降低成本,。
導(dǎo)致生物法合成可降解塑料成本較高的原因一方面來自原料,，比如一噸原料甘油的價(jià)格是幾千元,，因此該團(tuán)隊(duì)正在嘗試?yán)棉r(nóng)林廢棄物、秸稈等原料生成聚3-羥基丙酸,。
另一方面來自制備技術(shù),，如何使P3HP的合成路線具有更高的轉(zhuǎn)化效率也是該團(tuán)隊(duì)正在努力攻克的另一個難題。
全國塑料工業(yè)每年需要消耗超過2000萬噸原油,，已影響到我國的能源安全,。而且塑料廢棄物不易實(shí)現(xiàn)自然降解和回收利用的缺點(diǎn)也使它成為了環(huán)境殺手,。
近日,，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所）生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)在可降解塑料生物合成領(lǐng)域取得新進(jìn)展,，研究人員利用葡萄糖,、甘油等廉價(jià)可再生碳源合成了聚3-羥基丙酸（P3HP）,。
青島能源所生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)研究員趙廣在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時透露：“我們開發(fā)的聚3-羥基丙酸合成路線產(chǎn)量已達(dá)20 g/L,，遠(yuǎn)高于其他文獻(xiàn)報(bào)道的最高產(chǎn)量（1.4 g/L）,。”
傳統(tǒng)塑料危害多
塑料因質(zhì)輕,、綜合性能好,、易加工等諸多優(yōu)點(diǎn)而一直受到社會青睞，廣泛用于工農(nóng)業(yè)及人們生活的各個方面,。目前常用的塑料,，包括聚乙烯、聚氯乙烯,、聚丙烯等,，都是以石油化工產(chǎn)品為原料制造的。這些塑料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,，不能被生物降解,，對環(huán)境造成極大危害。
昔日被譽(yù)為“白色革命”的塑料,，而今卻成為造成世界“白色污染”的罪魁,。如農(nóng)用塑料地膜的大量使用既加速了土地的侵蝕，也加速了有毒殺蟲劑的流失,，并對流經(jīng)地域造成更大的危害,。
雖然塑料廢棄物可以進(jìn)行回收再利用,，但由于塑料種類眾多,，需要分類處理，增加了回收的難度,，再利用率不高,。因此，塑料廢棄物主要通過填埋和焚燒的方法處理,。
塑料廢棄物填埋會大量占用土地,，影響土地的可持續(xù)利用，而且塑料生產(chǎn)過程中使用的化學(xué)添加劑（如重金屬化合物）,、塑料包裝盒上殘留的食品有機(jī)物等會產(chǎn)生滲濾液,，引起地下水污染,。
廢塑料直接進(jìn)行焚燒處理，不但產(chǎn)生大量黑煙,，導(dǎo)致大量溫室氣體排入空氣中,，還會分解出有毒物質(zhì)（如二惡英、氯氣等）給環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染,。
生物合成優(yōu)勢大
一般說來,，目前市場上沒有完全環(huán)保的塑料制品，只是在塑料中加入一些成分后,，使其相對容易降解,。
市場上的環(huán)保塑料一般采用無毒的聚烯烴樹脂，在生產(chǎn)過程中加入一定量的添加劑,，如淀粉,、改性淀粉或其它纖維素、光敏劑,、生物降解劑等,。
雖然這些添加成分使塑料包裝物的穩(wěn)定性下降，可在自然環(huán)境中分解,，但可降解部分僅限于淀粉,、纖維素等添加成分，聚烯烴等樹脂成分仍然是無法降解的,，只是以較為微小的形式分散到環(huán)境中,，更難回收和處理。從某種意義上講,，其對環(huán)境的潛在污染更甚于傳統(tǒng)塑料,。
青島能源所生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)制備的可降解塑料聚3-羥基丙酸（P3HP）屬于聚羥基脂肪酸酯，這類塑料可迅速被土壤中的天然微生物直接降解利用,，不會產(chǎn)生任何有害成分,。
同時，P3HP通過微生物發(fā)酵生產(chǎn),，不會受到能源危機(jī)和石油價(jià)格上升的影響,，生產(chǎn)過程也是綠色環(huán)保，不造成污染,。
P3HP是一種擁有廣闊發(fā)展前景的新型可降解塑料,，具有優(yōu)異的生物材料性質(zhì)和機(jī)械性能，比如具有高機(jī)械強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度,、高斷裂伸長量（>300%）,、生物降解性、生物相容性,、無毒及熱塑性等,。
P3HP具有廣闊的潛在應(yīng)用范圍,。由于良好的生物相容性，P3HP可用于制造醫(yī)療器械,，尤其是一些需要植入體內(nèi)的器械等,。因優(yōu)異的機(jī)械性能和生物降解性，它還可用于制造包裝材料,、農(nóng)田地膜等,。
近日，青島能源所生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)分別克隆了不同來源的聚3-羥基丙酸合成所需的酶基因,，在大腸桿菌中表達(dá)純化了相關(guān)酶并比較它們的催化活性,，選擇具有最高活性的酶基因組合構(gòu)建了兩條合成聚3-羥基丙酸的代謝途徑，可利用葡萄糖,、甘油等廉價(jià)可再生碳源生產(chǎn)聚3-羥基丙酸,。
為進(jìn)一步改善聚3-羥基丙酸的材料性能，研究人員還在其中摻入了3-羥基丁酸單體,，使材料的熱力學(xué)性能和機(jī)械性能得到了明顯改善,。
環(huán)境和經(jīng)濟(jì)需求可觀
可降解塑料生產(chǎn)當(dāng)前在全球都處于起步階段?？山到馑芰习凑战到鈾C(jī)理可大致分為光降解塑料,、生物降解塑料和光—生物雙降解塑料。其中,，光降解塑料由于價(jià)格較高,，又只能在光照下降解，受地理環(huán)境,、氣候制約性很大,，埋地部分不能降解等諸多缺點(diǎn)，最終將退出歷史舞臺,。
具有完全降解特性的生物降解塑料和具有光—生物雙重降解特性的光/生物雙降解塑料,，吸引了世界各國研究人員的目光，成為了目前主要的研究開發(fā)方向和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,。
我國每年對生物降解塑料的需求超過100萬噸,，但實(shí)際產(chǎn)量卻不足10萬噸。
青島能源所生物基化學(xué)品團(tuán)隊(duì)開展的生物法合成P3HP的研究還剛剛起步,，無法進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn),，但他們相信P3HP作為新型可生物降解塑料具有巨大的市場潛力。
目前,，P3HP生物合成面臨的最大問題就是如何提高產(chǎn)量，降低成本,。
導(dǎo)致生物法合成可降解塑料成本較高的原因一方面來自原料,，比如一噸原料甘油的價(jià)格是幾千元,，因此該團(tuán)隊(duì)正在嘗試?yán)棉r(nóng)林廢棄物、秸稈等原料生成聚3-羥基丙酸,。
另一方面來自制備技術(shù),，如何使P3HP的合成路線具有更高的轉(zhuǎn)化效率也是該團(tuán)隊(duì)正在努力攻克的另一個難題。
