撰文丨魏昕宇（材料學博士）

2018年，我國政府正式禁止進口包括廢塑料在內的多種固體廢物。雖然我國政府早在2017 年夏天就向世界貿易組織通告了這一決定，禁令正式生效后，仍然讓習慣了將塑料垃圾送出國門的歐美發達國家感到措手不及。在我國禁令發布幾周后，歐盟委員會宣布，將投入大量資金，設法提高塑料回收的比例。在我國禁令發布幾個月后，在加拿大魁北克舉行的七國集團峰會上，七國集團中的加拿大、德國、法國、意大利和英國5 個成員國與歐盟一起簽署了《海洋塑料問題憲章》，提出到2030 年實現全部塑料垃圾的回收再利用。

這一系列重要舉措背后，是一個個令人感到尷尬甚至驚心動魄的數字：目前全世界范圍內只有約21% 的塑料垃圾通過各種渠道實現了回收。即便在塑料回收做得相對較好的歐洲，收集到的塑料垃圾仍然有將近30% 進入垃圾填埋場，未能實現有效的再利用。與此同時，據估算，每年有800 萬噸的塑料垃圾進入海洋，面對這些嚴峻的事實，人們不禁要問：塑料垃圾為什么無法得到有效的回收再利用？

這個問題恐怕無法用一兩句話說清楚，因為塑料垃圾的回收是一個復雜的過程，需要方方面面的良好協作。不過讓我們先從技術角度來分析一下，塑料的回收究竟存在著哪些障礙？

我們需要清楚，塑料垃圾究竟是通過哪些途徑實現回收的？目前公認的塑料回收方法包括了自上而下的四級回收。

一級回收：將塑料垃圾重新加工成性能與初始的塑料制品相似的產品。

二級回收：將塑料垃圾加工成性能不同于初始產品的塑料制品或者將塑料垃圾與新合成的塑料原料混合后加工成塑料制品。

三級回收：將塑料垃圾轉化為燃料或者化工原材料。

四級回收：將塑料垃圾轉化為能源。

不難看出，在一級和二級回收中，我們只是改變塑料的物理形狀，而在三級和四級回收中，塑料的化學結構也將發生變化。

如果按照這一流程走下來，每一塊塑料垃圾都應該能夠得到合理的利用，重新轉化為生產所需的原材料，但這只是紙面上的構想，實際執行情況又是如何呢？

一

機械回收，難在哪里

一級回收和二級回收通常又合稱機械回收，因為它們都是通過加熱廢棄的塑料使其熔融流動來實現塑料的再次加工成型。我們通常所說的塑料回收指的就是這兩類回收。從字面描述上看，機械回收確實是頗為理想的一種回收方式，因為我們可以將塑料垃圾收集起來進行再加工，從而實現反復利用。機械回收占據了塑料回收的一級和二級的位置，也說明在研究人員和監管部門眼中，它們確實是塑料垃圾首選的回收途徑。

然而令人遺憾的是，盡管從政府到民間都在不斷努力，塑料機械回收的實行情況仍然不盡如人意。例如歐洲是機械回收執行較好的地區，但塑料回收率也不過30% 左右。而在美國，只有不到9% 的塑料垃圾通過機械回收的形式被再利用。那么問題出在哪里呢。要找到這個問題的答案，我們需要站在從業者的角度設身處地思考一下。

設想你擁有一家加工塑料制品的工廠，平時你都是向廠家購買新的塑料原料進行加工，但現在有人把一大車塑料垃圾近乎免費地送進來，這讓你很開心。因為這意味著你可以把原材料成本砍掉一大塊，從而使得你的產品在市場上占有價格優勢。然而你絕對不可以為了貪便宜而把這些塑料垃圾一股腦收下來，有幾樣必須毫不客氣地拒之門外。

熱固性塑料的垃圾，像什么美耐皿做的餐具、環氧樹脂做的風車葉片，是萬萬不能收的。前面我們已經提到，這一類塑料不具備在高溫下流動的能力，顯然無法通過熔融來進行再加工。把它們收進來只能給你添亂。

但即便收上來的垃圾全部是熱塑性塑料，你仍然要加以小心。如果塑料垃圾里包含著不同類型的塑料，你一定要讓對方先把它們分門別類區分開。這是因為不同種類的塑料通常不能互溶，如果直接將它們混合起來進行再加工，由此得到的塑料制品的性能會大打折扣。如果對方不肯花時間把垃圾事先分類，你也可以考慮讓你的員工來做這件事情。因為目前許多塑料制品都已經依照美國塑料工業協會在1988 年提出的塑料編碼系統，在產品上打上相應的編碼。你的員工一看編碼就知道哪些是聚乙烯，哪些是聚丙烯等。另外，許多新型的塑料回收設備通過化學結構、密度、顏色等差別，不僅可以將塑料和非塑料的垃圾分開，還可以盡可能地將不同類型的塑料分開。但或許你的工廠還沒有配置這樣的高級設備，讓員工手動分揀塑料垃圾也并不劃算，所以對不起了，這批塑料垃圾別說免費贈送，倒給錢你也不能接受。

目前較為常用的塑料編碼系統將常見塑料分為7 類，各數字的對應關系為：1 代表聚對苯二甲酸乙二醇酯；2 代表高密度聚乙烯；3 代表聚氯乙烯；4 代表低密度聚乙烯；5 代表聚丙烯；6 代表聚苯乙烯；7 代表其他

在將塑料垃圾分類的時候你還要當心一點：塑料制品的生產商為了達到滿意的性能，常常會在一件塑料制品里使用多種塑料。例如用來裝碳酸飲料的塑料瓶，瓶身用是聚對苯二甲酸乙二醇酯，瓶蓋卻是高密度聚乙烯做的，如果不加注意混到一起，勢必會影響新產品的性能。當然，這種情況處理起來并不難，只要把瓶蓋擰下來單獨存放就好了。但在另外一些塑料制品中，不同類型的塑料已經結合成為一個有機的整體，例如一些食品包裝用的薄膜看上去只有一層，實際上是不同的塑料層層疊加而來，即所謂的共擠出薄膜。這樣的塑料制品，你是很難將不同的塑料分開的，所以別心軟，一定要拒之門外，否則就是給自己找麻煩。

現在不同類型的塑料完全被區分開了，你可以長舒一口氣了？恐怕還是不行。因為此時的塑料垃圾中雖然沒有了其他種類塑料的干擾，但不同的生產廠家在加工塑料制品時，為了讓產品符合要求，往往要向塑料中加入化學組成和比例都不盡相同的添加劑，例如增塑劑、阻燃劑、顏料、無機填料等，這些也是令人頭疼的因素。比如你的工廠可能主要生產無色透明的塑料制品，而收集到的塑料垃圾里大量的卻是花花綠綠的有色塑料制品，那你一定要三思而后行，因為與其花工夫把顏料從塑料中分離出去，還不如直接買新的原料，不僅成本上更加合算，而且產品質量也更有保障。

另外，像一次性塑料購物袋、塑料薄膜、發泡塑料餐具這樣的塑料垃圾，我勸你也不要收下。因為這些塑料制品密度太低，辛辛苦苦拉了一大車，結果放到機器里還不夠生產一個塑料瓶子的量。而且那些快餐盒和塑料盤子上面往往沾滿了油污和食物殘渣等非塑料類的垃圾，必須花費大量的人力物力清洗干凈，何必要費力不討好呢？這些塑料制品，廠家不愿意回收，消費者自然缺少動力去收集，于是它們在廢棄后就容易進入環境。偏偏這些塑料垃圾又很輕質，容易隨風順水跑得滿世界都是，成了白色污染的主力軍。近年來，一次性塑料袋和發泡塑料餐具在許多地方被禁止使用，也就不難理解了。

好了，忙碌了一天，你自己看看真正能有多少塑料垃圾被回收？現在你應該理解了，為什么回收比例比較高的只限于為數不多的易于收集且成分相差不大的塑料制品。例如聚對苯二甲酸乙二醇酯的軟飲料瓶就是回收較為成功的塑料制品。得益于遍布大街小巷的廢飲料瓶回收系統，聚對苯二甲酸對乙二醇酯的回收再利用率在所有的塑料中最高，接近20%。除了聚對苯二甲酸乙二醇酯，高密度聚乙烯的回收也相對容易，回收率在10% 左右。當然，即使是這樣的數字仍然距離我們的期望有很大差距，但相比聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料近乎零的回收率，你就應該知足了。

一位消費者正在回收塑料飲料瓶（圖片來源：http：//www.ebeijing.gov.cn/BeijingInformation/BeijingNewsUpdate/t1292114.htm）

經過一番折騰，你終于收集了足夠的可以被再次加工的塑料垃圾。但在你準備開動機器之前，我還必須要提醒你的是，理論上塑料可以被無限次地再加工成各種形狀，但實際上在加工過程中，高溫及機械力的作用都會導致塑料的化學結構遭受一定程度的破壞，從而使得塑料制品的性能逐漸下降。例如僅僅經過三次再加工，聚對苯二甲酸乙二醇酯的韌性就下降到不到原來的1%。因此，如果你收集了一大堆聚對苯二甲酸乙二醇酯材質的廢飲料瓶，最好不要幻想著能夠把它們再次加工成新的飲料瓶，還是退而求其次，生產些地墊、戶外家具什么的比較現實。這就是為什么機械回收要細分為一級回收和二級回收—進入二級回收的塑料垃圾，其價值已經大不如前。由于反復回收再加工導致的性能下降，塑料垃圾會從搶手的香餑餑淪落為市場的棄兒。此時，我們就需要尋找新的處理手段了。

盡管塑料回收在實際操作中面臨著不少技術上的難題，它仍然是處理塑料垃圾最好的手段。因此，近年來在世界各地，從政府到塑料行業的研發人員都在試圖通過技術上的創新來提高塑料回收的比例，其中比較引人矚目的是所謂的“增容劑”，即能夠促進不同類別的塑料更加相溶的添加劑。例如聚乙烯和聚丙烯這兩種非常重要的塑料，雖然化學結構差別不大，卻極難混合。當它們一起出現在塑料垃圾中時，就會給回收者帶來不小的難題。來自美國康奈爾大學和明尼蘇達大學的研究人員想到，可以利用由聚乙烯和聚丙烯組成的嵌段共聚物來促進聚乙烯和聚丙烯的混合。這種嵌段共聚物的分子中一部分親近聚乙烯，另一部分則親近聚丙烯，因此當它與兩種均聚物相遇時，就像一位熱心的紅娘，把一對原本陌生的青年男女拉近，促進兩人結下情緣。實驗表明，如果直接將聚乙烯和聚丙烯混合，加工出的塑料制品性能很差，但只需要向聚乙烯和聚丙烯的混合物中加入少量聚乙烯- 聚丙烯嵌段共聚物，重新加工出來的塑料的性能就會有顯著的提升。毫無疑問，這種嵌段共聚物不僅能夠更好地促進聚乙烯和聚丙烯的回收，還有可能通過混合實現強強聯合，打造性能比聚乙烯和聚丙烯都優越的新材料。

當然，無論我們如何努力，總是有一部分塑料制品在廢棄后無法通過機械回收的方式來消化。對于這部分塑料垃圾，我們就需要通過三級和四級回收的方式加以處理。

二

變成單體從頭再來

既然塑料的機械回收存在著不同類別的塑料分離困難，以及反復加工造成塑料的化學結構發生破壞、機械強度下降等問題，我們有沒有可能通過一定的方法，例如高溫降解，將塑料重新分解為對應的單體，然后再次聚合成新的塑料呢？這就是所謂的化學回收。與機械回收相比，化學回收看似更加麻煩，但實際上有著兩個潛在的優勢：首先，由于經過了“塑料- 單體- 塑料”這樣一個流程，我們可以保證重新合成出的塑料的化學結構與初始的塑料一模一樣，從而保證了再生的塑料各方面的性能不會下降。理論上，通過化學回收，我們可以實現塑料制品無限次的循環。其次，如果收集到的塑料垃圾包含不同類別的塑料，我們可以將它們轉化成對應的單體再進行分離。分離小分子的混合物要比分離高分子的混合物容易得多，例如通過蒸餾的方法，我們可以很容易地將沸點不同的化合物分開。這樣一來，不同的塑料在回收過程中可以做到“井水不犯河水”，避免了再生過程中的互相干擾。因此，化學回收也頗受研究人員的重視，希望它能夠有效解決白色污染的問題。

然而當你真正進入實際操作，就會發現塑料的化學回收遠非想象的那么簡單。目前廣泛應用的常規塑料，雖然有些確實可以比較順利地分解，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯與乙二醇或者甲醇反應，尼龍與氨氣反應，都可以得到對應的單體。但大多數常見的塑料化學性質都非常穩定，當我們試圖將其重新分解為單體時，它們絕不會乖乖就范。相反，一些新合成的塑料倒是很容易降解，但是性能卻又不盡如人意，特別是熱穩定性往往不太好。如果用這樣的塑料制成產品，或許使用過程中一不小心，它們就“不辭而別”，降解為單體了。如何破解這種兩難的局面，對科學家們來說是一個不小的挑戰。

前不久，來自美國科羅拉多州立大學的華人學者陳有賢（音）帶領的研究團隊經過反復摸索，發現一種代號為3,4-T6GBL 的單體聚合后得到的塑料其性能與目前常用的生物可降解塑料聚乳酸相仿，因此可以代替現有的塑料用于許多應用場合。這種塑料在300℃的高溫下能夠重新降解為單體，而降解得到的單體又可以再次聚合為塑料。如果使用氯化鋅作為催化劑，降解只需要在120℃的條件下就可以進行。這一發現經頂級學術刊物《科學》報道后，在世界范圍內引起了轟動。很顯然，它重新燃起了人們通過化學回收解決廢棄塑料的希望。不過考慮到這項研究仍然處于初始階段，這種新的塑料能否獲得廠家和消費者的認可，恐怕還有待觀察。

三

燒掉：塑料垃圾的另一個歸宿

如果機械回收或者降解為單體都不可行，塑料垃圾還有一條出路，那就是轉化為能源。塑料的原料主要來源于石油、煤、天然氣等化石能源，因此它們也基本保留了可燃的特性，許多塑料的燃燒熱甚至與汽油相當。因此，在塑料制品結束它們的使命之后，我們完全可以設法將蘊含在塑料中的能量釋放出來。而且與降解為單體類似，將塑料轉化為能源這種回收手段能夠更好地處理混合塑料垃圾。

將塑料轉化為能源最簡單的辦法就是直接焚燒，即塑料的四級回收。事實上，通過焚燒包括塑料在內的生活垃圾來發電或者供暖一直是處理塑料垃圾的一種手段。但直接燃燒弊端很多，例如塑料常常不能燃燒完全，會產生大量污染環境的固體顆粒。因此提高塑料焚燒設備的燃燒效率是非常有必要的。

除了直接焚燒，更好的方法是將塑料通過降解來轉化為液體或者氣體形式的燃料。一種常見的方法是裂解，即在隔絕氧氣的情況下將塑料加熱到幾百攝氏度的高溫。由于缺乏氧氣，塑料無法燃燒。相反，它們會發生分解，分解產物除了一部分固體殘渣，大部分會變成氣態和液態的有機物，可以作為燃料使用，也可以用作化工生產的原料。不難看出，裂解也屬于化學回收的范疇，只不過在裂解過程中，我們并不要求塑料必須分解為對應的單體，因此實施起來難度要小很多。不過同將塑料降解為單體一樣，通過裂解塑料獲取燃料也需要在高溫下進行，同樣需要消耗不小的能源。因此，這一類塑料回收技術今后發展的重點是如何通過優化條件，特別是通過使用高效率的催化劑，讓塑料能夠在更低的溫度下被分解。近年來，科學家們在這個方向上做出了不少有益的探索。例如聚乙烯的裂解通常需要在400℃的高溫下才能順利進行，但前不久，來自中國科學院上海有機化學研究所和美國加利福尼亞大學爾灣分校的研究人員通過選擇合適的催化劑，成功地在不到200℃的溫度下將聚乙烯轉變為燃油，這無疑是可喜的進展。

與機械回收相比，塑料的三級和四級回收在各種塑料回收手段處于優先級更低的位置，甚至很多時候不被看作塑料回收體系的一員。這主要是因為理論上這兩種回收方式帶來的價值不如機械回收，特別是如果將塑料轉化為能源，燒掉之后就沒有了，而機械回收則可以保證塑料垃圾被反復利用。但實際操作中，由于不同類型的塑料垃圾往往混合在一起，進行機械回收往往難度很大甚至完全不可行。在這種情況下，將塑料垃圾轉化為能源或者其他化工原料反倒成了一個更好的選擇。畢竟不管你是聚乙烯也好，聚丙烯也好，在熊熊的烈焰下都不會有太大的差別。正是由于這個原因，塑料的三級和四級回收，特別是三級回收，在近年來頗受重視。目前在歐盟，有超過40% 的塑料垃圾最終轉化為能源。這一部分塑料垃圾不能重新變成塑料制品，固然有些可惜，但比進入填埋場或者污染環境還是強太多了。

不過，雖然塑料的三級和四級回收對于混合塑料垃圾的處理能力要大大強于機械回收，但是對混合塑料也做不到無止境的包容。以裂解為例：我們都知道，汽油、柴油等來自化石能源的燃油，成分是只含有碳和氫兩種元素的有機物，即通常所說的烴類。因此，如果塑料只含有碳和氫，就比較容易通過裂解產生高質量的燃油，例如聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯都是如此。但如果塑料中除了碳和氫還含有其他元素，裂解的結果往往就不夠理想。例如聚對苯二甲酸乙二醇酯由于含有氧，裂解時會產生酸性物質腐蝕設備，而聚氯乙烯由于含有氯，裂解時會產生腐蝕性更強且有毒的鹽酸，通常必須事先進行脫氯才能裂解。使用中有增塑劑逃逸的問題，回收時又有一大堆麻煩事，這也難怪聚氯乙烯愈發不受人待見。由此可見，即便是化學回收和塑料焚燒，事先的分類往往仍然是很有必要的。

塑料回收的潛力是巨大的。據估算，每回收1 噸的塑料垃圾，我們可以節約1.3 億千焦的能量。如果全世界的塑料垃圾都得到合理的回收，每年節省下的能源相當于35 億桶原油，價值約1760 億美元。可見，蘊藏在塑料垃圾中的是巨大的財富。因此，我們需要盡全力去攻克塑料回收中存在的種種技術難關。

當然，塑料回收的順利進行也離不開每一位消費者的參與和配合。哪怕我們手中的技術再先進，如果你仍然習慣于把塑料垃圾隨手丟棄，那仍然會讓科學家們的心血付諸東流。所以呢，希望各位讀者在讀完這一節后認真行動起來，自己作為一名普通消費者無能為力，但至少你可以做到不亂扔垃圾，并認真參與本地的塑料回收項目，為保護我們的環境盡一份力。

（本文節選自作者所著《塑料的世界》一書，科學出版社2019年5月出版）