《Nature》：塑料新出路
严格的建模下，塑料可以形成碳汇，到2100年实现负碳排放！塑料对海洋生态系统的直接影响已引起全球关注。然而，塑料的生产和处置也是一个问题。根据目前的政策，到2100年，全球塑料产量可能会增加两倍。今天，塑料行业几乎占所有温室气体排放的5%。这种增长将使人们无法实现净零排放，而这一目标被广泛认为是保护地球支持生命的能力所必需的。好消息是，利用现有的技术，在技术上可以实现塑料生产和处理的净零碳排放--甚至是负碳排放。然而，这种方法的未来部署还没有根据社会经济和技术因素进行模拟，如人口、收入、能源和碳的价格以及回收技术的效率。这些因素是至关重要的，因为它们影响技术的经济竞争力，以及它们的碳平衡。
循环型生物经济可以极大地控制由于快速增长的塑料行业所造成的气候、污染和资源消耗的影响。乌得勒支大学、荷兰环境评估署 (PBL)、荷兰可持续能源协会 (NVDE) 和荷兰应用科学研究组织 (TNO) 的研究人员今日在《Nature》杂志上发表的一题目为“Plastic futures and their CO2emissions”的论文，提出用生物质代替石油为塑料行业提供原料，与此同时结合包括：为循环生物塑料行业提供无排放的电力，高质量回收，避免垃圾焚烧等举措。在这些严格的条件下，塑料行业甚至可能发展成为一种碳汇形式，到2100年有可能实现负碳排放。
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因为政府间气候变化专门委员会（IPCC）的报告所使用的模型都没有阐述塑料行业的细节，因此研究人员开发了一个新的模型来调查全球塑料行业的四种情景。这些情景表明，为实现巴黎气候协定的2℃目标而付出的高昂温室气体排放代价本身并不足以鼓励塑料行业从化石原料转向生物基原材料和循环经济。气候政策甚至可能导致更多的塑料填埋场，因为它避免了CO2排放并且比其他形式的废物处理更便宜。
【模型介绍】
那么本文提出的模型具体是怎样工作的？全球气候变化的问题主要是关于在地球的四个部分：大气层、生物圈、水圈和地圈中储存碳。仅仅将碳储存在大气中就会导致气候变化。但是，还有一个相当大的第五空间可以储存碳：技术圈（包括人类制造的所有技术物品，以及我们的社会和职业系统）。塑料主要由来自原油和天然气的碳制成，但它们也可以利用生物质来生产，从大气中吸取碳。通过将生物质转化为塑料，这种碳从生物圈转移到技术圈，在那里停留了很长时间，要么在使用中（例如在建筑材料中），要么在安全的填埋场。
研究人员证明，通过用生物质代替石油作为塑料的原料，并利用我们对塑料的巨大需求来创造一个储存碳的容器，人类可以利用全球的塑料生产来清除大气中的碳。他们表明，增加回收利用将进一步减少未来塑料对生物质原料、能源和填埋空间的依赖。这项研究的真正价值在于它能够提供关于塑料变成碳汇的社会经济和技术条件的洞察力。为了实现这一目标，作者使用了同一团队成员之前开发的一个框架来模拟塑料的生命周期，从生产到处置。他们首先评估了这个模型在基线情况下的表现，并研究了它将如何随着碳排放价格的提高而发生变化，引起全球平均温度上升2℃。然后他们研究了促进循环经济战略的其他变化，如回收和可再生能源的使用，以及在这种循环经济中优先使用生物质的情景。
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图 1. 按行业划分的全球塑料产量、废物产生量和使用中的塑料库存的预测
【循环策略的局限性】
到2050年，更多针对循环塑料行业的政策（包括对产品设计和塑料类型标准化的更严格要求）将大大增加塑料废物的回收利用，降低资源消耗，并进一步减少塑料行业的CO2排放，同时防止在垃圾填埋场进行大规模处置。然而，仅仅以循环为目标将限制本世纪下半叶的进一步减排，因为塑料在生物（以及非化石）碳储存中的作用未得到充分利用。此外，没有足够的塑料垃圾可以通过回收来满足不断增长的塑料需求。因此，只有在抑制塑料需求的情况下，才有可能实现完全循环的塑料行业。
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图 2. 2050 年 SSP2 基线情景下的全球塑料流量和库存
【循环生物经济的碳储存】
同样使用生物基原材料的循环塑料行业为通过生物碳储存实现负排放提供了重要机会。生物基原材料与无排放电力、高质量回收和尽量减少废物焚烧相结合，有可能将该行业转变为碳汇。到2050年，目前用于产生能源的生物质中有13%可用作塑料原料。使用寿命长的塑料，例如建筑材料，是地球上最大的塑料存量。用生物基原材料生产这些材料将导致净负排放。如果到2100年为止累计生产的所有塑料都是生物基塑料，寿命长达数十年甚至数百年，那么理论上人们可以捕获相当于当前每年与能源相关的温室气体排放量的九倍。
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图 3. 塑料行业整个生命周期的全球碳平衡
【高质量回收的要求】
为了实现高比例的回收，人们需要改进废物收集和分类流程以及循环产品设计。此外，该行业还必须更多地改进材料和工艺。这包括重新设计聚合物，使它们比目前使用的聚合物更易于回收，并更新回收和生物质转化过程。此类工程级细节将需要纳入未来的模型中。这个过程中，污染物被去除，为新塑料提供高质量的原材料。在机械回收塑料中，塑料被研磨成颗粒进行再加工，降低了塑料质量并可能留下污染物，这使得机械回收塑料不适合食品包装等应用。
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图 4. 塑料行业在整个生命周期中的全球最终能源使用
【小结】
塑料在未来可能成为碳汇，这似乎是合理的。但它们会吗？评述者人文，答案主要取决于社会是否有能力创造一个有利于转型的社会经济和政治环境，而不是取决于必要技术的发展。目前仍不清楚为什么全球努力能够促进克服一些全球环境问题（如臭氧层消耗）的必要条件，而不是其他问题--还没有。科学可以做些什么来帮助人们了解创造这些条件的障碍？对这些问题的回答将是把可能性变成现实的关键，而本文的研究是这个过程中的关键一步。
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