重塑微珠避免塑料灾难的竞赛-王其杉博客|程序员|科技新闻
2012年5月5鱼研究所发现的鱼肠中的微量塑料
1976年,一位名叫约翰·乌格尔斯塔德(John Ugelstad)的挪威化学工程师在他的实验室里坐下来,完成了一些只有在太空受控的低重力环境中才能完成的工作。他扑通一声将微小的聚合物种子放入水中,看着它们膨胀成完美的球形、大小均匀的珠子。
Ugelstad开始以工业规模生产这些“微珠”,开发新的磁性品种,这些品种将成为生物医学中不可或缺的。由于它们的显微尺寸、大的结合表面积和均匀的形状,这些珠子被用于靶向特定细胞并通过体液进行解析。如今,“这些珠子每年被用于将近40亿次诊断测试,”ThermoFisherScience的副总裁Ole Dahlberg说,该公司现在拥有一些与原始发明相关的主要专利。“他们拯救了数百万人的生命。”
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Ugelstad最初的想法也提醒了发明者生产塑料制成的微珠的优点——其用途远不及拯救生命。今天,塑料微球——定义为不超过一毫米的制造球——在从脱漆剂到牙膏、沐浴液、洗涤剂、香水和化妆品等各种产品中都很常见。它们用来增加去角质,或光滑的质地,或释放成分到皮肤上。这些小珠子——通常由廉价、耐用、油基聚合物如聚乙烯和聚丙烯制成——最终被冲走,顺着排水沟流入大海。在那里,它们加剧了海洋中已经存在的塑料污染问题:塑料可能需要数百年才能降解,同时,这些微小颗粒吸收水中的污染物,并被海洋动物致命地消耗。
“我认为我们只是开始意识到在我们的环境中悬挂的塑料的巨大范围,在那里已经存在了几十年,并以非常快的速度增长,”Sander Defruyt说,他是一个新的塑料经济体的领头羊,这是艾伦麦克阿瑟基金会(英国CARI)的一项倡议。与政府和企业合作,提高循环经济的可持续性。
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吉恩沃尔皮利
越来越多的科学也显示,这些微小的珠子正在进入我们的海鲜、我们的身体甚至我们的饮用水中——对我们的健康造成未知的后果。受这些启示的影响,一些政府现在禁止在牙膏、沐浴液等漂洗过的个人护理产品中使用微珠,以阻止更多的塑料进入海洋。现在有了创新的机会——少数先驱公司正在加紧迎接挑战。
首先,巴斯大学可持续化学教授珍妮特·斯科特(Janet Scott)认为,纤维素是一种广泛存在的成分。在过去的四年里,她一直在她的实验室里工作,用这种天然存在于植物和木材中的物质制造可生物降解的小球。“这是非常简单的基础。如果你在个人护理产品中有纤维素珠,它不会暴露在能降解纤维素的酶中。但是一旦你把它们带到环境中,那里就会有很多分解纤维素的酶。”
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找到原材料是方程的简单部分。更大的挑战是尺寸和形状均匀的工程球。她专有的珠子形成技术依赖于纤维素溶液,然后通过布满小孔的膜强制。这就把纤维素转变成大小均匀的微小液滴,当植物油从膜的另一边流出来时,这些液滴迅速被植物油捕获。在油中设置珠子,然后提取。
原则上,这些坚固的纤维素珠子可以持续足够长的时间用于个人护理产品——一旦它们被冲入废水中,它们就会分解成基本糖并再次回归自然。“我对使用寿命合适的材料感兴趣。如果[微珠]是一种降解相对较快的材料,就不会有问题,”斯科特解释说。
当巴斯大学宣布斯科特的发明时,她说,公司立即开始打电话给她,订购几公斤新的可生物降解珠子。但目前,她专注于精简技术。为此,斯科特成立了一家名为Naturbeads的公司,该公司正在扩大制造方法,以加快其进入市场:她希望特别瞄准化妆品市场,以取代添加的微小塑料微珠,使产品奶油般光滑。“我们的挑战是尽快以规模和价格生产(珠子),使它们能够被纳入产品,”她说。
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阿米特·卡特瓦拉
Defruyt估计,塑料替代品的普遍兴趣和投资正在增长。例如,三周前,艾伦麦克阿瑟基金会推出了新的塑料经济全球承诺,这是一项雄心勃勃的协议,它汇集了250多个国际组织和制造商,以消除一次性使用的塑料废物,并投资于替代品(如COM)。可塑料2025。“我认为,当今的塑料系统确实具有令人难以置信的线性。德鲁伊特说,这实际上是“拿走、制造、处置”。他指出,一些承诺的签署国已经承诺向无塑料目标提供2亿美元以上。
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但迄今为止,全球大部分投资都集中在更新塑料包装上。更换塑料微珠仍然是一个独特的制造挑战——目前看来,这仍然是创新公司的领域。
该领域最先进的公司之一是意大利一家名为Bio-on的知识产权公司,该公司在过去十年里一直发明并许可用农业废物制造可生物降解塑料的新技术。他们的标志性技术利用工业制糖产生的废物,在巨大的桶中细菌的帮助下,将其转化成一组可生物降解的聚合物,称为聚羟基烷酸酯(PHA)。“基本上,它是细菌的食物,”Bio-on的CEO和创始人Marco Astorri说。这些微生物成为发酵糖废料并将其转化成PHA的媒介,这个过程在他们的体内自然发生。然后使用溶解细菌的基于蒸汽的系统提取聚合物,留下完整的PHA。“整个过程是可持续的和生态的,”Astorri说。
目前,意大利有一家生产PHA的工厂,Bio-on已将其技术许可用于法国、意大利、巴西和俄罗斯的另外四家工厂。Astorri说,该公司还向一家尚未公开的跨国公司出售了5500万欧元的牌照。该计划设想在欧洲和亚洲建设一系列PHA生物塑料生产工厂,年总产量为10万吨。
最近,Bio-on公司开发了一种专利保护技术,将可生物降解的细菌制成的聚合物转化成用于个人护理产品的微珠;目前,它们的生产能力是每年1000吨。在2018年11月初,他们与消费品巨头联合利华结成伙伴关系,生产一系列含有不会损害环境的可生物降解微珠的个人护理产品。“市场已经准备好了:人们想要可持续性,而大品牌绝对想要可持续性,”Astorri说。
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