英国皇家艺术学院的四位设计师开发了一系列机器，将海鲜废物转变成生物塑料产品 (c) Shellworks

 

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生物质精炼得到的塑料

意大利家具品牌Kartell在世界上最受认可的产品是Componisbili，一种用注塑ABS制作的模块化存储单元，带滑动面板的方形或圆柱形组件彼此嵌套，可以堆叠出不同的组合。自1967年上市以来，Componisbili一直持续生产，到现在已经售出了超过1000万套。

设计这件存储单元的是意大利建筑师安娜·卡斯特利·费雷里（Anna Castelli Ferrieri），当时，由于她创新性地使用低成本的新材料，彻底改变了模块化家具设计的概念。去年6月份，畅销半个世纪的历史性产品获得了一个新生的可持续版本，由生物塑料代替ABS，包括绿色、黄色、粉红色和灰褐色四种不同颜色。

与意大利生物塑料生产商Bio-on合作，新型塑料来自农业废料。农业废弃物通过细菌的自然发酵，产生一种天然聚酯，它的正式名称是线性聚羟基脂肪酸酯（PHA）。虽然还没有明确的上市日期，Kartell声称PHA塑料在使用过程中防水耐热，可以在土壤和水中100%被生物降解。

确切地说，PHA不是一种聚合物，而是一大类具有相似结构聚合物的统称，只要调整生产条件，就能得到功能、性质各异的材料。它们的独特之处在于合成完全是由微生物完成的，目前已经知道有数百种细菌具有合成PHA的能力。虽然是天然高分子化合物，它们同样可以加热熔融来加工成型，只要为细菌提供合适的条件，就能被生物降解。不过，PHA的缺陷也很明显，按照目前的生物发酵技术，无论效率还是成本都不尽如人意。

2月11日，耐克宣布将在春季推出“太空嬉皮”（Space Hippie）系列，总共四款“素食友好”的植物型运动鞋。运动鞋的针织鞋面来自废料，包括回收的塑料水瓶、T恤和碎纱等，缓震部分使用15%研磨橡胶和100%再生泡沫，研磨的颗粒在中底形成质感独特的色彩混合。

Kartell为标志性的Componibili存储单元提供了新生的生物塑料版本

 

Kartell的Bio椅子是由一种名为Biodura的植物聚合物制成的

 

耐克首席设计官约翰·霍克（John Hoke）把“太空嬉皮”称为迄今为止碳足迹得分最低的耐克鞋，与典型的运动鞋泡沫相比，碳排放量减少了一半。他说：“我们试图弄清楚，如何用最少的材料、能源和碳来实现最大的收益。”

“太空嬉皮”之前，竞争对手阿迪达斯的子品牌锐步（Reebok）去年12月发布了第一款植物基轻便运动鞋The Forever Floatride Grow，大概今年年末上市。由锐步日本公司设计，它的可持续材料组合中包含桉树、蓖麻子油、藻类和天然橡胶等，分别用于鞋帮、鞋底、鞋垫等部分。

过去三年，锐步一直在开发能够满足跑步高性能需求的植物基材料，来代替化石燃料塑料。公司还承诺，“将从材料组合中减少纯聚酯，并在2025年之前完全去除”。

蔗糖、淀粉、纤维素等天然高分子化合物通过生物质精炼，得到乙烯、丙烯、聚乙烯等重要单体，聚合之后获得的塑料就被称为生物塑料。目前，绝大部分塑料生产的原料来自石油、煤、天然气等不可再生的化石能源，2018年不到2%的全球塑料来自生物替代品。然而，预计到2024年，不断增长的生物塑料市场规模将达到680亿美元。

如果用生物质代替石油，合成高分子材料就有了取之不尽的原料，似乎是一种可持续的理想材料选择。所以，众多跨国公司都在探索转向生物塑料的可能性：乐高已经开始在元件中使用从甘蔗提取的塑料，宜家2018年宣布与芬兰燃料制造商纳斯特（Neste）合作，将生物塑料引入供应链。

纳斯特是总部设在芬兰埃斯波（Espoo）的炼油和石油营销公司，它在2018年秋天驱动了一家试点工厂，将废料和食用油、植物油等残渣原料转化为生物基聚丙烯和低密度聚乙烯。宜家将在塑料储物盒等数量有限的产品中使用这些新塑料，它的雄心勃勃的目标是截至2030年，产品中使用的塑料完全用回收或可再生材料替代。

黄谦智为耐克设计的Airbag鞋盒，组合式设计可以成为产品的展示平台

 

“生物塑料”这个名称构成一种开明的环保主义形象，容易掩盖背后的部分事实。根据台湾地区环保建筑师黄谦智（Arthur Huang）的观点，生物塑料对环境的潜在危害可能会比传统塑料更糟糕。改用植物塑料代替化石燃料需要大量的农田，生物塑料堆肥时会使土壤和水变得更酸性，污染陆地和海洋。他说：“它们降解时会改变土壤和水的pH值，这就像我们将大量的橙汁倒入海洋或河流一样。如果生物塑料被填埋，它们会释放出甲烷，一种比二氧化碳还差的温室气体。”

今年41岁的黄谦智兼具建筑师、工程师、大学教授和实业家等多重身份，获得哈佛建筑学硕士学位之后，2005年创立他的小智研发公司（Miniwiz），致力于发现废物的新用途，以可持续方式重复使用非原生的材料。他曾经在2010年台北花卉博览会上用宝特瓶建造了一座“环生方舟”，九层楼高的大楼墙体上，每块“砖”都是一个塑料饮料瓶，曾经用废弃的DVD为成龙建造了一座训练中心，也曾经用回收饮料罐为耐克制作了Airbag轻便鞋盒，并参与Air Max Royal 01运动鞋的设计。

鱼鳞生物塑料项目让英国萨塞克斯大学研究生露西·休斯成为詹姆斯·戴森英国巡回赛的获胜者(c)Lucy Hughes

 

不可生物降解的甘蔗基乙烯

将生物塑料等同于生物可降解塑料，这是一种常见的误解。生物塑料的原材料来自于生物质，而生物可降解塑料要求塑料在较短时间内，分解为对环境友好的产物。所以，生物塑料未必都能降解。另一方面，以化石能源为原料合成的聚乳酸却可以降解，提供了一个典型的反例。

通常，可生物降解和可堆肥的塑料需要引入特定的微生物或者高温高湿条件，以及相对漫长的分解时间。即使能够被细菌或真菌分解的塑料，可能还是需要数十年时间，并留下有毒的残留物。研究人员发现，可生物降解塑料制成的袋子被埋入地下或落入海中，三年后仍保持完好无损。

以常见的生物塑料类型聚乳酸PLA为例，它们来自玉米、大豆或甘蔗等农作物中提取的发酵淀粉，也可以由藻类制作。PLA可堆肥，意味着在适当条件下，微生物在几个月内将其无害地分解为生物质和气体。但它们不可生物降解，正常条件下，它们的分解速度将与常规塑料一样慢。由于PLA是酸性的，堆肥时会提高周围环境的酸度。

2018年末，乐高上架了第一批以甘蔗为原料的植物基塑料元件，总共大约25种不同形状，与其他乐高砖一起出现在玩具套装中。柔软耐用、易弯曲的聚乙烯塑料来自甘蔗的乙醇，用于制作叶子、灌木和树形元素等元件。虽然“植物基”这一术语提供了足够绿色环保的光环，事实是甘蔗聚乙烯塑料不可生物降解。

用生物塑料积木完成的乐高作品

 

乐高每年总共销售750亿个元件，使用20多种不同塑料。2015年，乐高投资1.55亿美元成立可持续材料中心，100多名员工在中心工作。它的最终目标同样是到2030年，核心产品和包装中全部使用可持续材料。

然而，期望与执行力通常是相互背离的。到目前为止，植物基聚乙烯仅占乐高全部塑料元件的1%至2%，多达80%的积木使用矿物燃料为基础的ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯），它的坚固性、色牢度和互锁能力是柔性更高的生物塑料所不具备的。制作1公斤ABS塑料需要2公斤石油，虽然可以回收，但大多数家庭回收项目中并未收集到。

另一个问题是，甘蔗种植需要大量的土地、劳动力和水资源消耗，乐高使用的聚乙烯塑料来自最大的甘蔗乙醇生产国巴西，水土流失以及乙醇精炼厂恶劣的工作条件是那里的主要弊端。如果大型甘蔗种植园过于增长，可能会把当地农民转移到更边缘的土地上。

无论如何，生物塑料材料肯定无法满足每年数百亿个的产量规模，乐高要达到2030年的目标，就必须解决ABS的问题。除了甘蔗，乙醇还有其他的可持续来源，比如通过种植蓝藻来生产乙醇，也可以从家庭垃圾或咖啡生产的残留物中提取。

最近，美国田纳西州橡树岭国家实验室开发出ABL，也许是一种有潜力的替代方法。ABL使用与ABS相同的丙烯腈和丁二烯，但用一种生物材料木质素Lignin替换了ABS中石油衍生的苯乙烯。ABL的共同发明人阿米特·纳斯卡尔（Amit Naskar）说：“ABL的一种变体可能是更理想的解决方案，目前，ABL并不是完美的ABS替代品——它不那么坚硬，而且弹性比较大。”

3D打印装置“松柏”的每块生物砖来自木材和生物塑料的混合物 (c)Arthur Mamou-Mani

 

向藻类要原料

尽管不是能够解决塑料问题的灵丹妙药，但对于设计师而言，生物塑料毕竟为更持久的高品质材料提供了新的选择，有更多充满热情的研究在持续进行着。去年，法国建筑师亚瑟·马穆－马尼（Arthur Mamou-Mani）与瑞典时装品牌COS合作了一件3D打印装置“松柏”，700个互锁的模块化生物砖堆叠成庞大的网格雕塑，像是被切去顶端的金字塔形状。模块化的结构可以根据不同环境，改造成不同的配置方式。

每块生物砖来自木材和生物塑料的混合物，再用Delta WASP工业3D打印机打印出来。“松柏”装置总重量超过3吨，一端长约25米，它是迄今为止最大的3D打印生物塑料结构之一。

3D打印的一个主要问题是塑料的使用，马穆－马尼使用的是聚乳酸（PLA），由一家从事玉米生产的农业公司发明，从玉米等发酵植物淀粉里衍生的热塑性塑料。他说：“我们从玉米中提取了聚合物的长链，这些生物塑料比油基塑料更有效。这是一种非常干净的材料，就碳排放而言，它的碳效率比传统塑料高68%，毒性只是传统塑料的1/50。”

马穆－马尼还实验了PLA的堆肥过程，如果把它放入工业堆肥设施中，60摄氏度高温和100%湿度下，在一个月内分解。如果放在家用堆肥机中，由于温度略低，大约需要6个月的时间。

纽约设计师夏洛特·麦柯迪（Charlotte McCurdy）用来自海藻的塑料，研发制作出一种透明防水外套，去年曾在库珀·休伊特设计三年展上展出。这种生物塑料完全由藻类衍生的生物聚合物组成，藻类通过加热黏合在一起，倒入定制的模具中。固化后，藻类塑料表面涂上一层薄薄的蜡，提高防水性。

塑料在模具中就切割成裁片，然后缝纫在一起。所有将夹克连在一起的线和紧固件也不含化石碳，金属扣和粘胶丝线都是来自植物纤维素。不仅如此，麦柯迪还开发了一种完全基于植物的防水蜡，“因为市场上可用的或公开的配方都是基于石蜡或者蜂蜡”。

与许多其他生物塑料不同，这件“碳负性”雨衣是100%基于藻类原材料的项目，而不仅仅是带有某些藻类。麦柯迪认为：“地球表面的四分之三是海洋，如果我们想摆脱对化石碳的依赖，藻类固存的碳会变成耐用的材料，这是不可忽视的机会。”

同样不依赖玉米、蔗糖之类的食品，英国萨塞克斯大学研究生露西·休斯（Lucy Hughes）在产品设计课程的最后一年，用鱼鳞、鱼皮等废弃物研发出MarinaTex。它具有半透明性和柔韧性，可以用在购物袋或一次性包装上，而且比通常的低密度聚乙烯有更高的抗拉强度。休斯说：“我不想使用纯天然材料，所以从废物流开始挑战自己。”

为了寻找一种有机黏合剂作为片状材料，她在苏塞克斯海岸发现了琼脂（Agar），一种从某些红色藻类细胞壁获得的凝胶状物质。最终的设计是100多次实验生物塑料混合物的结果，其中大部分是在她的学生宿舍厨房炉灶上进行的。

据英国海鱼产业管理局估计，每年鱼类加工产生近50万吨废物，来自一条大西洋鳕鱼的废物就足以生产1400个MarinaTex袋。与目前一些可生物降解塑料不同，这种生物材料不需要建立单独的废物收集设施，在一个月到6周的时间内，它会在家庭堆肥或食物垃圾箱内分解。

去年9月份，MarinaTex鱼鳞生物塑料项目让休斯成为詹姆斯·戴森（James Dyson）英国巡回赛的获胜者，进入国际竞赛。这一年度奖项旨在表彰世界各地工程和设计专业毕业生的最新发明，最后一轮国际竞赛由戴森的创始人、英国发明家詹姆士·戴森亲自评判，优胜者将获得3万英镑的奖金。