塑料包装常见的一个问题是，它通常不可生物降解，一旦被丢弃，就会在环境中留存极长时间。例如，在太平洋中，有一片 大太平洋垃圾带，大片海域聚集着碎屑，其中包括数百万个微小塑料碎片。这些碎片会随着时间推移变得更小，却不会分解。
一些使用塑料包装的公司已考虑采用添加剂，这些添加剂声称能使通常不可生物降解的塑料发生生物降解。但这些添加剂有效吗？
我们上个月发表在 《环境科学与技术》 上的研究项目旨在提供信息，帮助生产塑料制品（如垃圾袋和瓶子）的公司作出决策。我们的测试结果（其中一些持续了三年）表明，在我们采用的条件下，所测试的添加剂并未奏效。
生物基与可生物降解
我们所说的塑料可生物降解，是指塑料会在分子层面彻底分解，使其中的碳回归地球的自然碳循环。仅将塑料分解成肉眼看不见的小碎片并不足够，因为这些小塑料碎片在环境中累积或被鱼类及其他生物摄入时，可能造成各种环境问题。
可生物降解与生物基并不相同。石油基塑料可以是可生物降解的；同样，生物基塑料——即由源自生物体的原料制成的塑料——也可能不可生物降解。
本质上，如果塑料（或其他材料）可生物降解，它就能成为微生物的食物来源。微生物通常利用特定酶打破材料中的分子键，并利用由此产生的能量驱动代谢过程。微生物会将聚合物中的原子纳入自身结构，或将其释放为二氧化碳、水和甲烷等小分子。生物降解的速率和途径取决于材料、周围环境，以及存在并活跃的微生物。
影响材料生物降解速度的两个重要环境特征是水分含量和氧气含量。微生物在非常干燥的环境中不易生长，因此充足的水分至关重要。许多类型的微生物在氧气充足时生长最好，但也有一些类别的微生物只能在无氧条件下生长。
在有氧环境中，生物降解的主要产物是二氧化碳。在无氧环境中，主要产物是甲烷和二氧化碳的混合物。测量这些气体是目前最广泛认可的生物降解测量方法。
检验相关说法
在我们的研究中，我们选取了三家不同公司的添加剂，并评估它们对两种塑料在三种不同环境中的影响。其中一种塑料是聚乙烯，通常用于制作面包袋和垃圾袋。另一种是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，或聚酯），用于制作软饮料瓶，也常用于制作盛放新鲜水果和蔬菜的塑料容器。
所选添加剂分属两类：氧化生物降解型和非氧化生物降解型。据称，氧化型添加剂可在聚合物初始氧化后促进生物降解。非氧化型添加剂据称具有不同的作用方式。（其中一种添加剂最初被选作组合方法的代表，但该公司后来不再这样描述它。）
一种环境是模拟堆肥系统，代表高湿、高氧环境，并将温度适度升高以加快微生物的作用。在这个系统中，我们测量产生的二氧化碳量。这项实验持续了140天，随后又进行了一项持续60天的实验。
第二种环境是实验室厌氧消化系统，代表高湿、无氧环境。这类环境曾被用来模拟“活跃”垃圾填埋场中可能出现的状况。（典型垃圾填埋场的干燥程度远高于这种系统，生物活性也低得多。）我们测量了产生的气体总量，气体主要为甲烷和二氧化碳。这项实验持续了464天。
我们选择的第三种环境是土壤掩埋。在这个系统中，塑料材料被仔细掩埋在密歇根州立大学校园内一块定期用于种植作物的田地里。我们定期取出样品，评估其外观、强度和其他特征是否发生变化。这项实验持续了三年。
几乎没有变化
在所有实验中，我们都比较了添加和未添加添加剂的塑料样品。供应商以母料形式向我们提供添加剂，这与它们提供给客户的形式相同。我们使用吹膜系统制备聚乙烯薄膜，并通过挤出流延制备PET塑料片材，这与行业中的典型做法一致。
此外，对于其中一种添加剂和聚乙烯薄膜，我们还研究了在有氧生物降解前进行长时间紫外线照射的影响。光照会使塑料分子发生一定程度的氧化，导致氧原子进入分子结构，同时分子量降低。紫外线照射时长为152小时，温度为60摄氏度，相当于在美国佛罗里达州迈阿密户外暴露约58天，足以使样品变得极其脆弱。
实验结果可以概括得非常简单：我们没有发现任何证据表明，在我们采用的环境中，所测试的添加剂使聚乙烯薄膜或PET片材发生了显著的生物降解。添加和未添加添加剂的样品之间没有显著差异，也没有证据表明任何样品发生了大量生物降解。
塑料制品的消费者和制造商都希望塑料能够在环境中生物降解，但提出缺乏依据的说法可能引发消费者反弹。
本文由 The Conversation合作发表。发表本文并不代表世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Susan Selke 博士是密歇根州立大学包装学院的代理院长兼教授。Rafael Auras 自2004年起担任密歇根州立大学包装学院副教授。
图片：2014年2月17日，在东京一家商店陈列的三得利饮料食品有限公司塑料瓶装水，其标签上可见三得利标识。路透社/ Yuya Shino。
