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此篇報導與工商時報合作，並刊載於〈科學家新視野專欄－生物可分解塑膠 要發展的最後一哩路〉

文／大同大學化學工程與生物科技系教授陳志成

全世界的塑膠製品每年已超過3億噸以上[1]，同時也在地球的土壤、河川與海洋環境造成無數的污染。綜觀上百年的塑膠發展歷史，似乎人們會以為科學家在剛開始發明塑膠時，即是要製造一個人造的、很難被自然分解回收的化合物。而事實上，早期科學家在製造塑膠製品時，常常是使用自然界可以循環供應的原料[2]。歷史轉捩點在於科學家依據當時豐富的化學原料，發明了非常容易製造生產，且產品性質可強硬、可柔韌、又輕又好用的塑膠，於是就不在意塑膠在自然界分解與再利用的功能。

生物可分解塑膠製品，可以視為百年前塑膠開發過程中，適宜發展的一條路線。傳統上以燃燒方式來處理廢塑膠，但生物可分解塑膠可以透過自然界的生物，及其所生產的分解性酵素[註1]作用來分解塑膠，成為沃土中的生物質與一部分的水與二氧化碳。同時生物可分解塑膠的原料來源不一定是來自生物原料，也可以來自石化原料或回收塑膠原料。關鍵在於生物可分解塑膠的組成結構，必須能夠在科學上證明，可由生物或是常見的生物酵素所分解；同時亦可證明被分解的組成單元體[註2]，能再通過一般常見的生物代謝路徑[註3]分解成為更小單元，回歸到自然界的生化回收體系。

為了達成上述的生物可分解塑膠的發展需求，目前國際社會採用了不同層次的生物可分解塑膠法規或標章來規範。不過，由於科學發展的能力與經濟效益的考量（例如目前非生物可分解的塑膠製品價位低廉），目前國際法規分為較易達成的法規層次，和較為理想的法規層次。各項法規依其難易層次可以分為：（1）基礎法規：如ISO 14855（等同於ASTM D6400、EN13432或歐洲OK compost法規等），指在58°C的工業級堆肥環境中，於180天內依二氧化碳的理論排放率可達成90%以上的生物分解率來評估，但是在一般商業推廣（以歐盟為例），需同時檢測所產生的堆肥土不會妨礙特定植物的生長，以及不會有超標的重金屬和一定尺寸的塑膠碎片殘留；（2）家庭堆肥式法規，如歐洲OK compost Home法規，要求在20-30°C堆肥環境中，於365天內達成類似前述第1項法規的內容要求； （3）土壤環境分解法規，如歐洲OK biodegradable SOIL法規，要求在20-25°C土壤環境中，於730天內達成類似前述第1項法規的內容要求；（4）水中分解環境（如ISO 14851與14852）或海水環境（如ASTM D6691）等，目前尚未明確發展出完整的規範，因為多數產品還只能停留在第2項法規的要求。以上所述，雖並未完整達成法律規範，但是歐美國家已經很努力的達成第1項要求的認證標章與延伸的法律。目前台灣並沒有如歐美第1項的認證標章與明確認證制度，所以還需確認是否可以達成最基礎的法律規範，避免糾紛與保障廠商權益。

台灣欲發展生物可分解塑膠，除了必須充分了解國際法規外，亦必須善用我們的優良環保回收系統與化學工業的基礎與優勢。台灣應可加重自身化工產業的優勢技術，如高分子聚酯合成與量化生產，塑膠混煉加工與化合物改質技術整合，特別是利用石化或部份生物原料來建立生物可分解塑膠的塑膠粒材料，塑膠加工技術與終端產品的生產，並回應顧客需求的一條龍工業發展模式，此模式可以由母公司（含協力廠）來完成產業鏈的建構。

以下兩項生物可分解塑膠技術性的發展，在此提供參考：（1）台灣並非是大宗農業（生物性）原料的生產國，所以我們只能善用國際農業原料（如澱粉）來提供一部份原料（約佔製品重量的0-40%），如果要在生物可分解塑膠製品中採用農業原料，則應注重開發生物原料的化學改質（朝向疏水化），生物原料與疏水性聚酯的相容劑開發等研究。而有關生物原料（或生物廢棄物）轉化為聚乳酸（Poly Lactic Acid，PLA）或微生物聚酯（Polyhydroxyalkanoates，PHA）等產品，則必須先以化工程序設計的觀點先期評估物料收集成本，轉化技術效率與產品競爭力分析。（2）台灣的塑膠回收系統舉世囑目，我們可以發展回收國外進口的生物可分解塑膠（如PLA塑膠），並建立專屬回收管道。因為PLA塑膠在工業堆肥環境雖然可以分解，但是在一般土壤或水域環境卻不容易分解，所以將其回收與再製成更容易被生物分解的製品，無論在技術上，回收體系或經濟效益上，都是更好的選擇。

具體而言，生物可分解塑膠已在歐美逐漸開發成各種生活日用品與常用商品，類型如下：（1）購物袋與包裝材料等，包含透明包裝盒或水果蔬菜套袋。（2）農業用塑膠覆蓋膜或育苗杯盤等。（3）紙張或食物盒的耐水、耐熱性塗膜，可取代不可分解性聚乙烯（Polyethylene，PE）塗膜。（4）軟質發泡性緩衝包材。（5）一次性刀叉、餐具或吸管等。上述商品皆已積極發展，未來生物可分解硬質類發泡緩衝材料將可取代保麗龍（Polystyrene，PS）材料，或牙膏與化妝品內含的功能性塑膠微粒亦可以生物可分解微粒來取代。以上所述塑膠產品開發只是冰山一角，綜觀目前全世界每年約有3億噸以上的塑膠製品，其中若有1-10%用生物可分解塑膠來取代，則每年約可達到3000萬噸的產品需求。此種龐大商機，非常適合於已有堅強化工產業的台灣來發展，同時亦可銜接全世界的環保觀念與需求。

註釋：

[註1]對於生物可分解塑膠的相關的分解性酵素包含可以分解聚酯高分子的脂肪分解酵素（lipase），與分解糖類高分子的澱粉分解酵素（a-amylase）等。

[註2]生物可分解塑膠的組成單元體包含組成塑膠的聚酯高分子的單元體（如組成聚酯的丁二醇與丁二酸單元體等）或多醣體高分子的單元體（如葡萄糖單元體等）。

[註3]一般微生物或生物的代謝路徑（metabolism pathway）為生物將高分子分解成為小分子（如丁二醇與丁二酸或葡萄糖單元體）後，再將各單元體分解成為生物可以利用的代謝物。基本上代謝路徑是一連串在細胞內發生的化學反應，並且由酵素所催化，形成可以使用或儲存的代謝物。

參考資料：

1.請參考Statista網站調查結果「Global plastic production 1950-2018」。

2.請參考Science History Institute網站資料「Science Matters: The Case of Plastics」。