Michigan Minds 播客：处理无法回收的塑料

MICHIGAN MINDS 播客

第 8 季第 4 集，由安妮·麦克尼尔主演

4月 4， 2024

抄本

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

欢迎来到 Michigan Minds 播客，我们在这里探索密歇根大学教师专家的丰富知识。我是摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne），密歇根新闻办公室的公共关系代表。我想欢迎安妮·麦克尼尔（Anne McNeil），一位高分子科学与工程化学教授参加播客。今天我们将讨论微塑料、塑料和回收的未来。嗨，安妮。非常感谢您今天来到这里。

安妮·麦克尼尔：

谢谢你邀请我。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

您能谈谈我们现在所做的回收和您在实验室从事的回收之间的区别吗？

安妮·麦克尼尔：

大多数人熟悉的回收形式是走廊上的垃圾箱的回收。大多数人放入不同的塑料产品，然后将其运送到一个设施，在那里他们将它们分类，然后将它们分解成更小的碎片，然后将它们熔化成纤维和颗粒。然后，这些最终成为新产品。这种回收形式的问题，称为机械回收，它基本上仅限于我们使用的三种不同类型的聚合物，聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，这是用于水瓶和其他一次性饮料饮料的聚合物。

机械回收的问题在于，尽管我们再次重复使用它很好，但在机械回收过程中，材料的质量会下降。因此，我们不能用旧水瓶制造新水瓶。取而代之的是，我们不得不制造公园长椅和其他产品，这些东西最终会在下次使用后进入垃圾填埋场。这确实是我们想要以回收形式解决的问题之一，这被称为化学回收。

这听起来就像名字一样，我们用化学来回收这种聚合物。我们倾向于关注无法进行机械回收的聚合物。所以，那些刚刚扔进垃圾填埋场的聚合物，我们对这种聚合物进行化学转化，试图制造出一种新产品，要么与原来的聚合物具有相同的价值，要么在最好的情况下，它有更多的价值。因此，我们正在从废料中创造更高价值的产品。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

您能举几个例子来说明您现在正在寻找回收方法的刚刚扔进垃圾填埋场的特定产品吗？

安妮·麦克尼尔：

是的。我们在实验室从事的两个项目都是由这个问题激发的。现在，我们只是把所有这些塑料扔进垃圾填埋场，因为各种原因无法回收。其中一种产品是用于尿布和吸水性高链产品的高吸水性材料，目前无法回收，因为它具有称为交联的东西。这就像一张渔网。纸尿裤没有像我们大多数聚合物产品那样具有长而线性的聚合物链，而是具有渔网般的品质，所有这些长链都连接在一起。这使得机械回收基本上是不可能的，因为你无法熔化这些材料。

然后，在我的实验室里，我们感兴趣的另一种聚合物叫做聚氯乙烯或PVC，可能很多人都熟悉，因为它用于管道和许多应用，地板。而且这不能通过机械方式回收，因为在加热过程中，它通常会释放出盐酸。这对生产设施中的工人和材料都可能构成安全隐患。此外，PVC产品中充满了一堆称为增塑剂的添加剂和材料，使它们更柔软。我们不希望废物流中含有任何这些添加剂或增塑剂，因为它们会再次降低混合在那里的所有其他塑料的质量。所以，现在市场上的许多塑料，实际上在你的生活中，都无法回收，它们只是被送进了垃圾填埋场。而这些正是我们想要通过化学回收来追求的。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

你有一个有趣的项目，很多年幼孩子的父母都在为尿布而苦苦挣扎。你能带我了解一下你是如何重新利用尿布的吗？

安妮·麦克尼尔：

纸尿裤是多组分材料，这意味着它们将多种聚合物组合成一个产品。因此，在对尿布进行卫生处理并确保使用这些材料是健康和安全的之后，回收尿布的第一阶段，您必须取出外层。这就是舒适层，它是紧挨着孩子皮肤的织物和外面的支撑层，用于将所有材料保持在一起。这通常是聚乙烯或聚丙烯材料，可以通过机械回收进行回收。

在纸尿裤的内部，有两种材料。有些东西会迅速吸收水分，然后有些东西会在很长一段时间内保持水分，但速度更慢。快速吸收的材料通常是棉花，也可以生物降解或堆肥。但是吸收性更强的材料，这种东西会粘住水，所以当孩子坐下时，它不会全部挤压，对不起那里的图像，但吸收聚合物是这种交联材料，它就像聚合物链一样……大多数聚合物和聚合物产品都是这些非常长的线性链，就像薄薄的意大利面条一样。

但是在纸尿裤中，这些长链之间有这些交联，它有点像渔网，但交联要少得多，所以可能是一个非常大的、有缺口的渔网。这些交联会阻止你用它做很多事情，所以你无法溶解它。因此，它使得对它进行化学反应变得非常困难。因此，我们用超吸水材料做的第一件事就是切断这些交联键。我们做了非常简单的化学反应，可以在这张桌子上完成，你可以从杂货店买到的东西，只要用一点酸和一些水加热，就可以分解交联。

所以，我们现在剩下的是一个非常长的链条，我们现在可以把它变成很多不同的产品。在纸尿裤中，用于吸收水分的聚合物在长线性链的一侧已经具有我们所说的官能团。这个官能团是一个酸基。这本身就有点有用，但我们认为，如果我们一步到位地将其转换为不同的基团，它被称为酯。这并不是特别重要，但只要改变官能团，对它做一个化学步骤，就把它变成一种被广泛使用和销售的聚合物。

它被称为压敏胶，但人们最熟悉的可能是标签背面的粘性胶粘剂，便利贴有这种类型的压敏胶，如果你用手指施加一点压力，它就会粘住。因此，我们能够通过这两个化学步骤将尿布高吸水性材料转化为这种已经有市场的粘性粘性材料。所以，一个是切断这些交联，然后一个是改变主链上那个官能团的性质。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

你的实验室偶然发现了你用回收尿布制成的粘合剂。你能讲讲这个故事吗？

安妮·麦克尼尔：

是的。如此精彩的故事。做回收的研究生，我应该提到他的名字，Takuna [外语 00：06：37]，他正在和一个高中生 Edwin Zishiri 一起工作。埃德温（Edwin）正在研究化学回收硫化橡胶的方法，即轮胎颗粒。我们从轮胎回收商那里捐赠的硫化橡胶被微粉化了。所以，它已经被切成小块，也称为微塑料。它真的是一小块橡胶。

所以，他在他正在做的事情的反应中使用它。Takuna正在研究他的尿布。但他们在引擎盖上共用一个废瓶子。因此，在每次反应结束时，当他们分析完所有的材料和东西时，他们会把这些东西扔进废瓶子里。于是，在深夜结束时，埃德温把他的硫化橡胶材料扔进了废瓶子里，瓶子里全是黑色的。Takuna也从那天早些时候把他的一些粘合剂扔进去，然后他们就离开了。

然后，第二天早上，Takuna进来了，瓶子是完全透明的，有一小块漂浮着的东西，看起来像口香糖，但它是粘合剂，上面涂着黑色颗粒。因此，基本上，在夜间，没有任何搅拌或任何东西，粘合剂团将橡胶的所有微塑料颗粒吸引到它上面。Takuna马上就把照片发给了我。我立刻就想，“这太棒了。我打电话给Takuna，我们谈论了这件事，我们都非常兴奋。我们实际上开始了……他论文的下一章是关于使用他用尿布制成的粘合剂开发水中微塑料的捕获装置。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

这个研究项目现在处于什么位置？

安妮·麦克尼尔：

当Takuna在实验室时，他正在涂覆珠子，这些小珠子，我们的想法是，我们要用这些粘性涂层珠子填充柱子，然后将其用作水过滤装置。但是由于种种原因，珠子基板不是…它们很好，我们可以在 10 分钟内去除 99% 的微塑料，但它们不适合涂覆。他们只是没有统一的涂层。所以，后来我请了一位博士后，[外语 00：08：30]，她从涂胶珠换成了不锈钢网。她从亚马逊上买了一把刷子，然后展开，然后用粘合剂喷涂它。

她写了一整张纸，实际上是上周才上线的， 她在不锈钢网上涂上粘合剂， 然后把它塞进一个小烧瓶里， 然后我们把水通过它。我们能够在这篇论文中展示它，以及另外三名研究生的帮助，因为[外语 00：08：56] 在我们完成这篇论文之前就已经离开了。我想提一下其他学生的名字，Malavika Ramkumar、Henry Thurber 和 Maddie Klo 都在努力解决这个问题，并帮助将这个项目推向终点线。

但是我们能够证明，我们可以像今天饮用水中发现的微塑料浓度一样低，并使用与饮用水中发现的相同的小尺寸，我们可以捕获几乎所有的微塑料。就像90%的微塑料来自真实但模拟的饮用水能够用这个过滤器捕获。所以，这真的很酷。亨利正在向多个方向进一步推进这个项目，研究不同的粘合剂，不同的网孔尺寸，他试图将其集成到一个过滤器中，你可以连接到家里的水系统中。

这确实为我的团队开辟了一个巨大的新领域。所以现在，我们不仅对饮用水中的微塑料感兴趣，而且Malavika正在研究安娜堡污水处理厂的生物固体中的微塑料，因为没有多少人意识到废水处理厂是捕获大量微塑料的地方，这些微塑料来自我们的家庭，比如从洗衣房中。因此，她正在研究安娜堡生物固体中的实际含量，然后这些生物固体的去向。因此，我们正在与密歇根州的一些当地农场合作，观察和追踪微塑料如何从生物固体到这些生物固体作为肥料进入土壤的土地施用。这是她项目的方向之一。

然后，我也对微塑料产生了浓厚的兴趣，于是我开始与校园里的其他一些教师合作，我们得到了LSA的资助，名为“遇见时刻”，我们正在测量、建模和绘制整个密歇根州的微塑料污染空气。因此，这个微塑料的粘附性发现实际上已经膨胀到不同领域的多个项目中，包括空气中的微塑料、微塑料和土壤以及水中的微塑料。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

似乎总是有一个问题，即是否要替代一次性产品，例如金属吸管或可用的购物袋。一些研究发现，与简单地使用一次性产品相比，它们需要更多的能源来生产。您能谈谈一次性产品从摇篮到坟墓的生命周期吗？

安妮·麦克尼尔：

对于像我这样的人来说，这是一个很难回答的问题。当我了解所有技术挑战，甚至想出答案时，要获得足够的信息来对答案感到满意是一件非常困难的事情。例如，你可以在谷歌上搜索金属吸管与塑料吸管，首先会出现的是制造这两种不同产品所需的排放。这就是每个人首先关注的，就是在从一根金属吸管到一根塑料吸管的生产过程中产生了多少碳、温室气体、碳排放。然后，你必须使用多少次金属吸管才能弥补这一点。因为大多数情况下，更耐用的东西，如金属吸管，比塑料吸管需要更多的能量来制造。这就是为什么塑料是这么多产品的选择。

所以，对于金属吸管，我昨晚查了一下，它就像是150次，你必须用它来匹配一根塑料吸管的排放量。所以，这是看待它的一种方式，这可能是最简单的看待它的方式。但是，如果你再深入一点，你就会想，好吧，好吧，金属的来源在哪里？我们是否必须从某个地方的某个矿山中开采镍？我们是否考虑了工人的安全以及开采和获取这些原材料时的排放，而不是石油从哪里来？这是在哪里处理的？收购石油然后进行加工涉及什么？

然后，还有处置因素，这就是你所说的坟墓。很多时候，人们只关注生产过程，然后你可以问一些关于开始和材料来自哪里的问题。但你也可以问一些关于结局的问题，当我们用完它时，这根金属吸管会去哪里，或者塑料吸管会去哪里？这是关键的部分，实际上要考虑产品的整个生命周期，而不仅仅是使用时间或生产类型。因此，对于金属吸管，实际上它们在这里确实具有优势，因为它们可以回收利用，这个国家已经有不锈钢的回收利用，并且有一个过程。

塑料吸管不会被回收，这些吸管将被填埋。所以，你也必须想一想，你打算多久回收一次吸管？如果你坚持10年，并一直使用它，那么最终可能会比塑料吸管更好。但是，如果您一年中只使用两次塑料吸管，那么您不需要金属吸管来代替它。所以，这是一个很难解决的问题，因为有很多复杂的因素。然后，这也取决于你使用它的频率。

我注意到网上有一大堆关于人们购买东西的讽刺意味，以便它们可以更具可持续性，因为首先购买金属吸管涉及更多的消费。如果你不是吸管的大用户，那就不要买吸管，对吧？所以，这是一个棘手的问题，我认为这些问题中的每一个，当它出现时，你必须尽可能多地获得关于整个生命周期的信息，从开始材料到生产，再到完成后将去哪里。你也只需要考虑你自己对它的使用，以及它是否真的可以替代某些东西，你实际上会承诺使用它，并且你会承诺在你完成后回收它。

每当人们问我这个问题时，我总是说，首先要考虑减少消费。所以，如果你能完全避免吸管，我知道吸管对某些人来说是必不可少的，但如果你能完全避免吸管，那是比试图寻找吸管替代品更容易的解决方案。最好一开始就减少消耗。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

您能谈谈我们饮用水中的微塑料吗？

安妮·麦克尼尔：

大多数人可能没有意识到他们现在正在饮用饮用水中的微塑料，但实际上在全球范围内已经有很多研究，几乎在每一个自来水样本中都发现了微塑料，无论你在地球上的哪个地方。微塑料从环境中到达那里，我们通过衣物释放到水中。环境中会产生微塑料，这些微塑料是由较大的塑料产品分解产生的。我们的空气中有微塑料，即使经过处理，当饮用水放在那些大处理箱中时，它们也会沉积在饮用水上。

因此，在我们的生活中很难避免遇到微塑料。它存在于我们的食物中，存在于我们的空气中，存在于我们的水中。但是，作为个人，我们可以推动的一件事是在这些不同的环境中对微塑料进行更多的监管。因此，应该有针对洗衣机的微塑料立法。这是我们排放到环境中的最大污水之一。而且应该有一个任务。我们的烘干机有棉绒收集器，但我们没有洗衣机的棉绒收集器。他们可以将衣服上的所有超细纤维洗掉到雨水或废水处理设施中。正如我之前谈到的那样，这也进入了环境。因此，我们应该推动更多的立法，尽量减少微塑料的来源。

与此同时，我认为我们也应该推动一些监管和立法来监测我们的饮用水。目前，加利福尼亚州是唯一一个对饮用水中的微塑料设定限制的州，他们甚至还不能执行，因为他们仍在研究满足这些限制的技术。但他们有一项法律规定，它必须低于一定的限度，我们需要更多的州朝着这个方向前进。所以，我认为作为个人，你可以做的一件事就是努力推动你的州参议员和立法机构，然后甚至是联邦政府，开始考虑和实施法规，这样我们就可以最大限度地减少我们故意分散到环境中的微塑料的数量，并尽量减少我们带入体内的数量。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

为什么微塑料对我们的身体有害？

安妮·麦克尼尔：

这也是一个很好的问题，上周末招聘期间，我有一个学生也问了我这个问题。我们很难进行研究，找出微塑料对人类造成的确切伤害，因为你不想故意给人类服用微塑料。然而，有许多研究显示，人们在观察身体的各个部位时，发现了微塑料。有一项研究，他们观察了肺不同深度的肺组织，他们发现肺的每个深度都有微塑料。上周刚刚有一项研究显示，他们正在对从不同患者的动脉中取出的斑块进行成像，而遭受心脏事件的患者的斑块中有更多的微塑料。

还有其他研究表明，我们粪便中的血液中含有微塑料。微塑料已经进入我们的身体。而且仍然有点不清楚，很难说，“好吧。可以肯定的是，肺部的这种微塑料浓度导致了这种疾病。或者类似的东西。但是在动物世界中有很多证据，他们在那里进行了更多的对照研究。特别是在海洋环境中，已经有很多关于鱼类的研究，以及微塑料对它们的发育能力甚至生存的影响。

因此，有大量数据表明，将它们存在于我们体内可能不是一件好事，无论您是在看动物研究，还是现在它们已经在我们体内的一些研究。所以，我个人觉得这非常令人担忧。即使没有直接的联系，像这样数量的微塑料也会导致这种疾病。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

我以前听说过化学回收这个词。这一切看起来都像你正在做的化学回收类型吗？

安妮·麦克尼尔：

谢谢你问这个问题，因为我应该早点澄清这一点。人们使用术语化学回收来指代许多不同的过程。举几个例子，人们可以燃烧塑料并从中回收能量，这被称为焚烧或废物到能量回收。有些人试图将其标记为化学回收。然后，在其他过程中，人们再次使用高强度能量和催化剂分解塑料，以制造燃料，然后从塑料中燃烧这些燃料。这有时也被称为化学回收。

所以，我认为这是一个包罗万象的术语，指的是所有没有通过机械回收的东西，我们只是简单地熔化东西并尝试制造新的聚合物产品。我认为大多数人在聚合物的化学性质以任何方式改变时都会使用它。还有我有点担心的部分，当我谈论这个问题时，我总是试图把重点放在我的化学回收形式上，即尽量保持材料的价值。我们不是要制造燃料、蜡或我们要燃烧的东西。

我试图指出我们的化学回收之间的区别，化学回收是一种真正有意的、单一的、发生在聚合物上的化学转化，而我们最终仍然有一种聚合物，我们可以用它制造塑料产品。与这些其他形式相比，它实际上是破坏，通常是破坏，然后是燃烧或将其用作燃料。我试图将这两种形式的回收分开，尽管该术语被广泛使用。我只是鼓励人们在听到化学回收时要注意，这并不总是我们在实验室里所做的整洁、干净的化学反应。它有时可能只是意味着燃烧。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

您能定义什么是微塑料以及它们如何进入我们的环境然后进入我们的身体吗？

安妮·麦克尼尔：

微塑料是根据它们的大小来定义的，它的大小范围很大。所以，最小尺寸的微塑料就是所谓的一微米，这大约是你头发宽度的1/70，因为你的头发大约是70微米。然后，微塑料的最大尺寸范围是 5,000 微米，大约是铅笔橡皮擦的大小。因此，任何符合该尺寸范围的东西都被认为是微塑料。如果你比这小，那就是所谓的纳米塑料。如果你比这大，那只是有点……我们称它为大型塑料只是为了与微塑料区分开来，但它是一个大的塑料碎片。

微塑料的产生方式，实际上有两个来源。有一种叫做初级微塑料的塑料，这些塑料是故意制造成这种尺寸的塑料。很久以前，我们曾经制作过这些微珠和化妆品，它们是故意合成的，并制成那些微小的珠子。没有多少产品仍然以这种尺寸生产，因为谢天谢地，它已被禁止用于许多产品，但我们仍然生产一些初级微塑料。

第二种类型的微塑料是所谓的次级微塑料。因此，这些塑料是从较大的塑料物品中脱落的。它通常是通过塑料物品的磨损或物理破损而脱落的。举几个很好的例子，比如当你在街上开车时，你的轮胎在路上摩擦，也许你坏了，或者你没有坏，这并不重要，只是轮胎在路上的摩擦作用会产生微塑料。这是环境中微塑料的最大来源之一，实际上是从轮胎上脱落的微粉橡胶。

我认为，对于很多人来说，这很容易意识到这种情况正在发生，因为你必须每隔几年更换一次轮胎。所以，所有的踩踏都去了某个地方，它在我们的街道、溪流和草地的边缘，实际上也在空中。另一个例子是，当你在洗衣机里洗衣服时，衣服的所有物理磨损，随着时间的推移，衣服上的小纤维会脱落，这就是为什么你的羊毛衫感觉非常柔软。然后，你洗它，它不再那么柔软了。在洗衣过程中，它失去了一堆纤维。然后，这最终也与环境有关。

然后，任何其他塑料产品，一切都会分解。塑料不会永远持续下去。因此，漂浮在海洋和湖泊上的塑料，它们可能会撞到岩石或海浪，或者只是彼此，其他物品。所以，这只是较大的塑料物品的碎片化。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

它是如何进入我们的身体的？

安妮·麦克尼尔：

好问题。我们通过三条主要途径通过微塑料暴露。首先是呼吸。我们的空气中有微塑料。室内空气往往比室外空气受到的污染更严重，所以如果你花更多的时间在户外，这对你吸入微塑料有好处。但吸入是我们暴露的一种形式。下一种形式是通过饮酒。我已经提到过，水中含有微塑料，但啤酒、葡萄酒以及任何饮料或苏打水中也含有微塑料。所有这些东西都含有微塑料。这些微塑料要么来自水源，要么来自生产设施。

我们读到的关于啤酒的研究，实际上很可能是酿造过程中工人衣服上的织物最终成为啤酒内部最大的污染物。所以，你喝的是一堆微塑料。无论你喝什么，里面都含有微塑料。然后，最终的来源是通过摄入。所以，你吃的食物中可能含有微塑料。食物要么是在含有微塑料的土壤上生长的，要么是在环境中以微塑料的形式生长出来的，这些微塑料来自沉积在上面的空气。

还有鱼。例如，现在对鱼类的大量研究显示，微塑料从摄入中进入肌肉。因此，它们会吃掉水中的微塑料，然后通过消化过程，最终过滤到肝脏和鱼片中。然后我们吃鱼片，然后我们吃微塑料。所以，你的三个主要暴露途径，吃、喝和呼吸。这些都是生活必需品，所以一旦它们在那里，你就无法真正避免它们。

肯定有我看过的研究。瓶装水通常比自来水更糟糕，因为你把它装在塑料制品中，而且人们经常也看到螺旋盖，仅仅拧开和拧开瓶装水的动作就会导致微塑料的产生。因此，您可以选择自来水而不是瓶装水。您可以做出一些小选择。但不幸的是，你永远无法将微塑料拒之门外。他们只是和我们在一起。不好意思。我就像最沮丧的人，和你说话。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

不 不 不。[听不清 00：24：19]。安妮，非常感谢你今天来到这里。

安妮·麦克尼尔：

谢谢你邀请我。

摩根·舍伯恩（Morgan Sherburne）：

感谢您收听由密歇根新闻制作的这一集 Michigan Minds，密歇根新闻是该大学负责传播的副校长办公室的一个部门。