我們如何將石油轉變為塑料

據國外媒體報道，海洋學家查爾斯·摩爾稱，只有我們人類才能制造出大自然無法消化的垃圾。據悉，1997年他在太平洋航海勘測時發現了海洋垃圾帶，這些垃圾主要是塑料垃圾。

大多數人聯想到的海洋垃圾通常是進入視線范圍的塑料制品廢棄物，這些材料無處不在，我們人類每年生產大約3億噸塑料，其中大約一半是一次性使用的，這意味著人們使用完塑料制品之后就會立即丟棄。通常大多數塑料垃圾被運送到垃圾填埋場進行處理，但其中一些垃圾被吹離，進入河流，最終流入海洋。事實上，平均每年大約有800萬噸塑料污染物進入海洋，纏繞著海洋生物，污染了珊瑚礁，最終被水、風和陽光降解，分解成數以萬億計的微小塑料顆粒。

對于許多海洋物種來說，塑料顆粒看起來非常有吸引力，頗像食物，它們會以海洋污染物為食，最終因缺乏營養而餓死，微塑料表面也會吸引海洋中的污染物，并最終將這些污染物輸送到動物體內，目前科學家仍在繼續探索海洋垃圾產生的生物影響。微塑料也有可能對人類造成傷害，因為我們通過吃海鮮甚至飲用水攝入它們。2019年，世界衛生組織呼吁展開深入研究，分析微塑料污染對人體健康構成的潛在影響。

支撐這一切的事實是：依據制造塑料所用的成分，塑料具有難以置信的彈性，而且可能永遠不會真正地生物降解。近年來，科學家希望通過水中和土壤中的微生物，有效地將其還原為自然界中基本可重復使用的化合物。考慮到自然環境中存在的塑料污染，將形成更為清晰的問題，例如大多數進入海洋的一次性塑料垃圾可能會停留數百年無法降解，這將對海洋環境構成嚴重威脅。

我們是如何制造這場持久性塑料危機的？答案就在我們制造塑料的過程中，但首先，最重要的是理解“塑料”并不只是我們想象中漂浮在海水中的購物袋，目前全球海洋底部沉淀著大量塑料垃圾碎片，甚至還污染了海底環境。

塑料是什么

英國赫爾大學化學家卡爾·萊德肖說：“‘塑料一詞通常涵蓋廣泛的非均勻材料，每種材料各有不同的應用，并且具有不同的物理性質，現今我們已知的塑料材料已有300多種。”據悉，萊德肖參與赫爾大學塑料合作實驗室項目，研究改進塑料工業的可持續性發展。

那么，如果塑料如此不同，它們有什么共同之處呢？它們是由聚合物組成，聚合物是由許多重復單元組成的分子，其結構賦予了塑料許多性能，例如塑料通常具有柔韌性、延展性和強度，除此之外，塑料通常分為兩大類：生物基塑料和合成塑料，生物基塑料的聚合物來自玉米淀粉、植物油和細菌等來源，合成塑料即用原油和天然氣合成的聚合物。

盡管生物基聚合物聽起來十分友好，但它們并沒有良好的環境記錄，因為它們可能會在環境中持續存在而無法生物降解，萊德肖解釋稱，并不是所有生物基塑料都是生物可降解聚合物，也不是所有的生物可降解塑料都是生物基，然而，石油和天然氣衍生的材料造成的環境危害十分嚴重，因為這類塑料在環境中存在的時間更長，同時也會造成其他的環境影響。

為了理解其中的原因，我們來觀察一個石油衍生塑料的實例：將牛奶瓶放入冰箱進行冷藏，這個塑料瓶開始了它的生命歷程，事實上制造此類塑料的原材料并不簡單，它們源自地球深處的原油，原油聚集在地殼內部的高壓區域中，它們通過鉆探頭和泵裝置傳輸到地球表面，再通過管道輸送到煉油廠。原油的稠密物質是由碳氫化合物組成，碳氫化合物是由碳和氫原子組合，它們形成不同長度的鏈狀結構，賦予其不同特性，這些碳氫化合物是地球上最早的塑料原料。

在煉油廠，塑料制品生產真正開始了，像糖蜜一樣的原油在爐子上加熱，依據碳氫化合物所含原子的數量以及由此產生的分子量，將它們分成不同的基團，然后將它們送入附近的蒸餾管中。在蒸餾管中，通常分子結構較長、較重的碳氫化合物沉積在底部，而分子結構較短、較輕的碳重化合物上升至頂部，最終原油被分離成幾種不同的化學物質，例如石油、汽油和石蠟，每一種都含有相似重量和分子長度的碳氫化合物，其中一種是石腦油，該化學物質將成為制造塑料的主要原料。

石腦油就像塑料生產中的金粉，因為它所包含的碳氫化合物中有乙烷和丙烯，這兩種化合物對地球上最常見、最普遍的塑料產品的形成至關重要，包括用于制造牛奶瓶的塑料，但是要想制造出真正可以用于制造塑料的物質，乙烯和丙烯必須先將它們的烴類原料分解成更小的單元。

有不同的方法可以做到這一點，一種方法是在零氧環境中使用高溫高壓，該過程被稱為“蒸汽裂解”，它將碳氫化合物分解成更短的分子結構，其被稱為單體。

專注于可持續聚合物材料的阿斯頓大學博士后研究員帕亞爾·巴赫蒂說：“像乙烷中的乙烯，都可以在熱裂解后直接從石腦油中提取，最終提煉出來的乙烯和丙烯是制造塑料物質結構的重要原料。”

下一步研究是通過一種叫做聚合反應的過程展開的，在該過程中，那些單獨的單體成分以新方式進行化學組合，產生較長的重復鏈，被稱為聚合物，在該情況下，乙烯和丙烯形成了聚乙烯和聚丙烯，這是地球上兩種最常見、生產最廣泛的聚合物。

那么，為什么這兩種聚合物如此受歡迎？聚乙烯的結構可用于制造不同密度的塑料，這意味著它可以是脆弱而柔韌，或者是堅固而堅韌的物質，因此它的用途非常廣泛。此外，聚丙烯的結構也具有獨特的靈活性和彈性，因此，我們每天能看到許多類型的塑料產品，聚丙烯主要用于制造一次性塑料用品，例如牛奶瓶，日常生活所用的塑料包裝、吸管、水瓶、購物袋、洗發水瓶、瓶蓋等。

然而，這僅是幾十種合成塑料中的兩種，其他類型的碳氫化合物是從不同的來源中分離和分解出來的，不僅來自原油，也來自天然氣，它們也被用于制造塑料。在某些情況下，聚合物可能是由單個單體重復組成，就像我們看到的聚乙烯和聚丙烯一樣，或者它們可能包括幾種類型的單體組合。

更重要的是，每一個聚合物鏈都將以不同方式進行加工處理，并與各種添加劑混合，其中包括抗氧化劑、發泡劑、增塑劑、阻燃劑等，使它們具備各種生態位功能，從而使塑料變得如此“萬能”。

巴赫蒂說：“不同的塑料具有不同的特性，以食品包裝為例，它應該阻止過量的氧氣和陽光，從而避免被降解，所以它含有添加劑使其降解，我們可以說，正是這些添加劑賦予了聚合物特性，才導致塑料的形成。”

最終這些塑料產業鏈創造了我們現今所擁有的塑料產品多樣性，它們為食品生產和儲存、化妝品、技術研發和醫藥保健作出了巨大貢獻。

“外來材料”

現在讓我們“快進式”了解塑料產品的生產過程，從石油和天然氣中合成的塑料，是通過分離碳氫化合物，分解成它們的組成部分，然后將這些部分重組在自然界中從未見過的全新形態。簡單地講，這是創造了一種“外來材料”，這是地球水和土壤中的微生物所不熟悉的，巴赫蒂解釋稱，合成塑料中的碳主鏈無法被土壤細菌識別，這意味著它們無法被消化，并將其轉化為水和二氧化碳。

萊德肖說：“聚乙烯這類物質在垃圾填埋場需要幾個世紀才能分解，這意味著我們一生中制造的許多事物仍然保持著接近原始的形態，持久性并不是唯一的問題。隨著塑料在陽光、水和風的影響下逐漸分解，石油和天然氣衍生的塑料制品會釋放出溫室氣體，并將生產過程中添加的化學物質重新返回環境中，我們需要特別關注一次性塑料污染的數量，加上其對環境長達數百年的持久性破壞，未來塑料制品造成的環境災難可能更加嚴重。”

但也有辦法擺脫這些堆積如山的塑料垃圾，萊德肖認為，生物可降解塑料是未來研究重點之一，這可能是一個潛在的解決方案。換句話說，制造可生物降解塑料并不一定意味著用玉米淀粉等生物原料生產塑料（盡管這可能提供一個解決方案），更具體地講，該過程需要用聚合物來制造塑料，這些聚合物可以被水中和土壤中的微生物合理有效地分解。

如果要徹底改變塑料對地球環境的影響，生物可降解聚合物需要取代油性聚乙烯和聚丙烯，但同時也要保持傳統聚合物的強度和柔韌性等性能，這正是它們如此受歡迎的原因。但這是一項艱巨的任務，因為傳統聚合物在制造成本上仍然具有競爭力，這使得該任務更加棘手。

但近年來一些生物可降解的方案正在取得進展，一種是聚乳酸，它可用于制造杯子、餐具和吸管等一次性物品，一旦它進入人類生活環境，能更有效地生物降解，萊德肖認為，隨著全球范圍內對塑料制品的需求量持續增大，此類發明可能會逐漸增多。

在其他領域也有積極樂觀的跡象，2016年，研究人員發現一種能吃塑料的細菌，之后其他人員又發現能吃聚乙烯的蠕蟲，此外，他們還發現能夠分解塑料垃圾的酶物質。

萊德肖說：“或許未來幾年里，我們將從這些細菌和蠕蟲獲得塑料分解和消化的能力，甚至能分解聚乙烯塑料袋，培育體型更大的蠕蟲，它們可以吞食我們的塑料垃圾。”

無論如何，在制造塑料的過程中，人類設法從自然中獲得原材料，并徹底改造它們，以至于自然無法消化它們，這是人類聰明才智導致的困境，現在我們希望通過研發新型技術改變這一切！