合成塑料让现代生活的许多方面变得更便宜、更安全、更便利。然而，我们一直没能找到使用后妥善处理它们的方法。
与食物和纸张等其他垃圾不同，大多数合成塑料无法通过活微生物或化学过程轻易降解。因此，日益严重的塑料废弃物危机正威胁着地球的健康。这场危机的具体表现之一是大太平洋垃圾带——一片漂浮着大量塑料垃圾的广阔区域，面积是法国的三倍，绵延于加利福尼亚州与夏威夷之间。科学家估计，如果当前趋势持续下去，到2050年，海洋中的塑料总量将与鱼类总量相当。用石油制造塑料还会增加大气中的二氧化碳含量，加剧气候变化。
我的许多工作都致力于寻找可持续的塑料制造与降解方法。我的实验室和其他团队在这两方面都取得了进展。但这些新型替代品必须与基础设施完善、生产流程成熟的合成塑料竞争。若没有政府政策的支持，创新型塑料替代品将难以跨越从实验室走向市场的所谓“死亡之谷”。
从木材和丝绸到尼龙和有机玻璃
所有塑料都由聚合物构成——聚合物是由许多小单元（即单体）连接成的长链状大分子，就像一串串珠子。珠子的化学结构以及连接它们的键决定了聚合物的性质。有些聚合物形成坚硬而耐用的材料，例如玻璃和环氧树脂。另一些则能弯曲、拉伸，例如橡胶。
几个世纪以来，人类一直利用丝绸、棉花、木材和羊毛等天然来源的聚合物制造产品。使用后，这些天然塑料很容易被微生物降解。
从20世纪30年代起，人们开始开发源自石油的合成聚合物。当时，为支持第二次世界大战中的盟军，急需材料创新。例如，1935年发明的尼龙取代了降落伞和其他装备中的丝绸。聚甲基丙烯酸甲酯，也称为有机玻璃，则取代了飞机舷窗中的玻璃。在那个时期，人们很少考虑这些材料是否能够再利用，或如何再利用。
现代合成塑料可分为两大类：热塑性塑料受热会软化，冷却后又会变硬；热固性塑料一旦成型便不会再软化。最常见的大批量合成聚合物包括：用于制造薄膜包装和塑料袋的聚乙烯；用于制造可重复使用容器和包装材料的聚丙烯；以及用于服装、地毯和透明塑料饮料瓶的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。
回收面临的挑战
如今，美国废弃塑料中只有约10%得到回收。加工商需要没有污染物或纯净的塑料原料，但废塑料往往含有杂质，例如残留食物。
废弃塑料产品批次中也可能混有多种树脂，而且颜色、形状、透明度、重量、密度或尺寸往往不一致。这使回收设施难以按类型分类。
将混合塑料废弃物熔化并重新成型，会产生性能不如原生材料的再生材料。因此，许多人把塑料回收称为“降级回收”。
许多消费者都知道，不少塑料制品上印有一个由三个箭头组成的三角形，里面标有1至7的数字，用以表示制品所用的树脂类型。这些代码由塑料工业协会于20世纪80年代制定，旨在表明这些产品是否可以回收以及如何回收。
然而，这些标志极具误导性，因为它们暗示所有这类产品都能无限次回收。事实上，根据美国环境保护署的数据，2015年的回收率从PET（SPI代码1）的最高31%，到高密度聚乙烯（SPI代码2）的10%不等，其他类别的回收率至多只有几个百分点。
在我看来，最终应要求一次性塑料具备生物降解性。为此，家庭应配备生物废弃物垃圾桶，收集食物、纸张和可生物降解的聚合物废弃物，以便堆肥。德国已经实行了这样的制度，而旧金山则将家庭和企业产生的有机废弃物制成堆肥。
设计更环保的聚合物
现代塑料种类繁多、用途各异，因此需要采取多种策略来替代它们，或使其更具可持续性。一个目标是利用生物基碳源而非石油制造聚合物。目前最容易付诸实施的方案是将植物细胞壁中的碳（木质纤维素）转化为单体。
例如，我的实验室研发了一种酵母催化剂，它能利用植物来源的油，并将其转化为聚酯，其性质与聚乙烯相似。但与石油基塑料不同，这种聚酯可以在堆肥系统中被微生物完全降解。
开发新的经济有效途径，将塑料分解为可重复利用的高价值化学品也至关重要。这可能需要使用生物催化剂和化学催化剂。一个颇有意思的例子是黄粉虫肠道中的一种细菌，它能够消化聚苯乙烯，并将其转化为二氧化碳。
其他科学家正在研发高性能玻璃态聚合物——这是一种热固性塑料，其中交联聚合物链的键可以形成和断裂，具体取决于温度或pH值等预设条件。这些玻璃态聚合物可用于制造坚硬的模塑产品；产品使用寿命结束后，可转化为可流动材料，再成型为新产品。
优化合成塑料历经多年研究、开发和市场推广。新型绿色聚合物，例如聚乳酸，才刚刚开始进入市场，主要用于堆肥袋、食品容器、杯子和一次性餐具。制造商在降低成本、提升性能的过程中需要支持。学术界与工业界的努力也必须紧密衔接，才能加快新发现的商业化进程。
如今，欧盟和加拿大在生物基和可持续塑料的发现与开发方面获得的政府支持，远多于美国。若美国希望在可持续聚合物革命中保持竞争力，这种状况就必须改变。
