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香港发明可降解塑料,被誉为生物科技革命!

发表于 2008-12-13 17:17:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
http://www.dwnews.com/gb/MainNew ... _13_0_16_6_682.html

《亚洲周刊》纪硕鸣/香港理工大学蔡宏教授和他的团队单羿博士等,利用讁泥提炼生物塑料的替代原料,研究出可降解塑料制品,同时大大降低成本,仅为传统生物塑料产品的五分之一。该项目赢得德国纽伦堡工业发明奖。

传统医治粉碎性骨折,通常使用不锈钢制做的螺母、螺钉、夹板和钻孔器,把碎骨固定起来。后遗症是,天阴下雨会有“感觉”;遇安检还会响警号。除非再做第二次手术,骨骼痊愈,把它们取出来。后来科学家发明了一种生物塑料,作为骨折手术中骨骼间的承托物,随着骨骼的愈合,它会逐渐自行分解,用这样的生物材料植入体内约两年便自行分解,变成二氧化碳和水。

类似的机理还见于一种线状生物自毁塑料,可以代替传统的医用外科手术线缝合伤口。这种塑料手术线可被身体逐渐吸收,免除拆线之痛苦。此外,用生物自毁塑料制成的药用胶囊,在体内也会慢慢溶解,并且可控制药物进入血管的速度。科学的发展,使科学家们产生遐想,希望以此生化理念研制普通“塑料”,令其在生活中广泛使用,改变令人头痛的塑料白色污染。无奈的是,这类生物塑料的制作成本是普通塑料的十倍,造价昂贵难普及,科学家一直无法找到技术突破的良方。

不久前,在有二百多国家参加的二零零八年德国大型工展会上,香港理工大学土木与结构工程系蔡宏教授率领的研究团队,投入十多年心血的‘活性讁泥生产可降解塑料’项目,引起与会国际专家的广泛关注。该项目突破生物塑料的昂贵成本,在污泥中提取制造‘塑料’的原料,有塑料的功效却克服了塑料的不可降解性,被称为人类生化领域的革命,要改变有百多年历史的塑料时代。

最近,德国给蔡宏教授发来了纽伦堡工业发明奖得奖通知,他的项目获大会颁发‘国际创意、发明及新产品展金奖’。这个奖项不仅仅是一种荣誉,背后更预示着,问世百多年的塑料找到了新的替代品,令人类被塑料袋严重污染的环境有望得到改善,蔡宏主导的生化材料革命迈出了告别塑料时代的步伐。

自十九世纪初塑料诞生起,塑料制品给人类带来了各种方便,人们享受了它的便利,却无法解决它对人类生存环境的永久伤害。由于有些废弃塑料在自然条件下不会降解,燃烧又会释放出有害气体,给生态环境造成了难以治理的污染。各国科学家均致力研制可以自行分解的自毁或自溶塑料以解决这个问题。

美国作为消费大国,每年有一万亿个塑料包装袋被扔掉。这些塑料包装袋都由石油或天然气做成,就为这些塑料袋,美国等于一年消耗了一千二百万桶原油。蔡宏接受亚洲周刊访问时表示,最可怕的是,塑料是不可降解物质,“十九世纪末发明的第一块塑料现在还可以找到,用完即弃,成为灾害”。塑料作为垃圾不能降解,是因为它出现在人类生活中的时间还很短。蔡宏说,地球上所有的微生物还没有进化出一套可以分解它的方法,所以塑料诞生后,它就永远存在。加上塑料不透水,垃圾填埋场中水分不自由流动,以至于水分不能平均分布,微生物不能均衡分布生长,造成本可能被降解的东西也不能降解,整个填埋场的稳定性和降解速率全部因为塑料比例太高受到影响,这样的填堆区会变成废地。

不能降解的塑料陪伴人类,或者永远埋在泥土下却破坏了土壤的质量;或者随风飘扬满街跑,污染了环境;或者掉到江河湖海里,像海藻一样漂荡在水中或沉入水底,变为海底垃圾。它们没有生命,永不消失。据环保组织“蓝色海洋”的科学家们观察研究,每年有一千万鸟类、十万以上的海洋哺乳动物死于吃了塑料废物。联合国环境保护署估计,沉积在海底的垃圾,已经有五成是塑胶制品。每一平方英里的海域现在已经有四点六万块塑胶废品漂着。在加利福尼亚海岸一千英里外,北太平洋有一个巨大的塑料废品漩流,其面积相当于两个德克萨斯州。

香港虽然被称为弹丸之地,但资源消耗后的固体废弃物却同样在世界范围名列前茅。目前,日本、美国、新加坡废弃物中的塑胶比例为百分之十一至十二左右,香港固体废弃物中的塑料制品却占全球第一。蔡宏教授表示,香港每天要处理的固体废弃物达一万公吨,而这一万公吨里面,塑料废弃物约占一成五。全世界对塑料废弃物的处理方式一般是作为垃圾堆填或者是焚化,再就是放任自由,随处乱扔,造成土地污染甚至永久性不能使用或者是大气、环境被玷污,香港也不例外。

一个世纪之后,想不到的是,人类要和自己的创造发明作斗争。孟加拉因为洪水频繁,塑料袋堵在江河湖海口,造成很大灾难,自二零零二年已经在全国禁止使用塑料袋。爱尔兰自二零零二年开始,以每个塑料袋收取两毛二分钱的税作限制。欧洲很多商店不提供塑料袋。美国加州、三藩市和奥克兰等城市今年决定禁止大百货店和食品店使用塑料袋,代之以可以回收的纸袋等,纸袋也必须是用回收纸制作的。香港也开始从垃圾源头分类,在街上设立垃圾分类箱。人类制造的塑料袋灾难希望通过人类自身来解决,但过程却让人不习惯。

人们长期来形成的塑料文化养成的生活习惯,一下子要改变还真难。香港超市曾推出购物要塑料袋需付费计划,最终都因为市民接受不了而腰斩。现时实行每周一日无塑胶袋,希望让市民慢慢习惯。但遗憾的是,废弃的塑胶袋数量却并没有因此慢慢降低,仍然有增无减。

蔡宏教授是新加坡人,获新加坡国立大学博士学位后前往日本大阪大学攻读博士后,九二年来到香港理工大学,开始着手研究低成本塑料代替品。他觉得:“目前的限制措施都是消极的,很难成功。原因是,各国出台政策,实际上都是在试图改变人们的生活方式,要改变人的本身习惯这是最难的。” 蔡宏的研究是从塑料袋本身开始,他要在改变原料上入手,改变‘塑料’不可降解性而不影响人们的生活方式。自然界有环保替代品,天然材料适应的物理特性和机械特性,但又类似石化厂生产出来的塑料。这是一种微生物在代谢过程中的产物,叫做PHAs。

聚羟基烷酸酯(PHAs)是近二十年来迅速发展起来的生物高分子材料,已成为近年生物材料领域最为活跃的研究热点。这种天然高分子材料是由很多微生物合成的一种细胞内聚酯,其结构多元化带来了性能多样化。由于PHAs兼具良好的生物相容性、生物可降解性和塑胶的热加工性能,因此可作为生物医用材料和可降解包装材料。据蔡宏介绍,在微生物的细胞里面会累积一些食物,当环境不太适合生长时,就会自然累积,作为一种后备的食物。这种微生物积累‘塑料’作为能量储存,就像人类和动物积存脂肪一样。

当细菌积存的PHAs达到它们体重的一定程度时,可收集起来。科学家从这些微生物菌体中萃取出PHAs,可作为极理想的环保塑料,采出来的PHAs可以用来制造如传统塑料的任何产品。九十年代初,蔡宏教授在研究中发现,传统的污水处理中很重要的环节,是用微生物把污水中的污染物降解,从而净化水质。这些降解污水污染物的微生物,业界称之为活性污泥(Activated Sludge),里面有很多微生物的种群,具有制造和累积PHAs功能。蔡宏发现,在特定环境及条件刺激下它会更大程度累积,经过技术处理,将之特别改造后成为累积的PHAs,‘我们把它采出来,再在发酵罐中发酵,处理污水顺带产出新材料,生产的成本很低’。蔡宏从污泥中提炼成为塑料制品的替代原料,成本大约相当于现有生物塑料的五分之一,石化塑料的二倍,可制成塑料袋,制件塑料制品,并具有可降解性,丢弃埋于土壤后可以化解。蔡宏笑称:‘这是绿色塑胶。’

为了这个可降解性的绿色塑胶,为了给人类一个良好的环境,蔡宏带领他的研究团队投入了整整十六年的时间。目前,这一研究技术已经走出实验室,将之优化成一套工艺,完全可以制成类似塑料袋的产品。在广州市环保局的协助下,蔡宏将香港理工大学实验室的研究成果与广东增城市工业园区开发商合作,由企业投资开始中试阶段的批量产出。蔡宏说,增城市是全世界最大的纺织服装生产基地,工业排污集中处理,有很庞大规模的污水厂,开发区的企业愿意投资,让蔡宏的研究项目在污水处理的同时,可以产出塑料的替代品,尽快走上产业化的路。

香港理工大学土木及结构工程系研究员单羿博士,九四年从上海来香港读硕士,零二至零三年在美国普度大学(Purdue University)做博士后访问学者,是蔡宏团队中的重要骨干,有超过十年时间参与该项目。她认为蔡教授得奖实至名归。单羿参与分析、协助蔡宏实验,她表示当年加入研究后,一起研发出手指般一小块的‘塑料’,有各种物理与机械特性具有多种用途的潜力。多年研究终于走出一大步,从实验室走上产学结合的路,走上可以看到应用产品的阶段。

目前市场也流传可降解塑料袋,但单羿指出,这类可降解塑料袋都属于部分可降解,它们是在塑料原料中掺杂淀粉、光解剂、滑石粉(碳酸钙),加速塑料袋的崩解。但塑料成为粉状,渗入泥土其危害更大:‘一片肥沃的耕地,如果落入几吨不可降解塑料袋,很好办,组织人力拾出来就行了;但如果在土壤中渗入几吨可降解塑料粉末,那么这块地可能就永久地废了。’可降解塑料的‘危害’被控诉为‘永久性的、不可逆的、灾难性的’。单羿认为:‘蔡宏教授的替代塑料项目研究是革命性的,是废弃物的资源化利用,不是对塑料不可降解性的小修小补,而是可以彻底让有害的塑料慢慢离开人类。’

走产学结合的道路

研究过程漫长而艰辛,单羿表示,蔡宏克服了很多学术障碍。因为这是一个生化的过程,要让生物塑料积累有很多技术障碍需突破,现在的研究成果已能累积到百分之三十。在污水处理中本来常见的微生物怎么去改造,令它相当一部分成为产量高的微生物,这里面也有很大的困难要克服,最终都被一一攻克。单羿指出:‘十多年来遇到的最大障碍还是研究经费,经费不足,拖慢了研究的进程,要动脑筋增加科研经费,当然也因此让我们尽快走上产学结合的路。’

香港理工大学是香港社会应用性很强的学府,其中一个就是产学合作的管道。蔡宏强调,理大学术研究的一个非常重要的使命是与香港及华南地区的工商业界保持密切关系,协助业界从提高科技力量及效益方面加强在国际上的竞争力。

在企业支援下,蔡宏在环保研究项目中不断出成果,零六年,蔡宏还拿到瑞士日内瓦颁发的环保奖。该项目是空气净化,蔡宏研究出为某种物质做纳米涂层,在紫外光灯照射下激发纳米涂层反应,这个反应可分裂空气中水分子,空气每经过这里一次,就会把病菌、有毒有害的物质去除。该产品在香港养老院、医院、救伤车的小空调系统广泛应用,在‘非典’后期还发挥作用,学校为此专门成立公司作推广。蔡宏介绍,香港理工大学以技术投入的校办企业超过二十家。他也积极参与其中多家环保企业的多个项目,且已经在香港上市。

让废弃物改变用途不仅净化环境,还让废物得以资源化利用从而重新创造价值,蔡宏以专业知识带领团队走在让生活环境更优美的路上,这还是一条香港学术研究加快产业化的康庄大道。■
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