塑料(高分子聚合物),自1907年被美籍比利时人列奥·亨德里克·贝克兰发明创造出来,便因重量轻、强度大、抗冲击性好、透明、防潮、美观、化学性能稳定、韧性好且防腐蚀等优点,与石油、水泥并称为人类现代文明的基建三件套,从高级餐厅的后厨厨具到路边摊盒饭使用的饭盒,从超市购物的购物袋到家庭食品的包装,塑料无处不在。
不过塑料也并非是朵白莲花,反而因为其化学键牢固而不易分解,一旦废弃在自然环境下需长达上百年的时间才能被降解,因而又被称为白色污染,而在此过程中极易通过食物链回到人体,对人类健康构成威胁,所以近年来全球各地都在号召禁塑、回收塑料。
21世纪人类的最大谎言之一也因此诞生。包装上的三个绿色箭头被认为是进步的象征——象征着我们将更加小心地重复使用材料,减轻我们星球上的压力。但据美国环境保护署统计,全世界每年使用的塑料袋多达1万亿个,而回收的塑料袋还不到5%,每隔11年,塑料的生产量就会翻倍,白色恶魔谁来敲响它的丧钟?
或许随着生物技术的发展,塑料还真要退出历史舞台了(至少一部分可代替)。近年来,海外越来越多材料实验室将目光锁定到一种生物材料上——菌丝体,据悉这种由真菌物质生成的类似血管状菌丝的集成体具有超强的粘合力,完全具备成为包装材料、服装、运动鞋、绝缘材料、房屋建材的潜质,更重要的是菌丝体丢弃在自然界仅45天便能完全分解,目前阿迪达斯、爱马仕等品牌已尝试与Bolt Threads 、MycoWorks等企业合作推出相关产品,塑料的替代者来了。
塑料,从伟大发明到白色垃圾
人类对塑料是又爱又恨,爱的是塑料成本低又好用,而恨的则是其带来的健康问题与环境问题,可谓是天下苦塑料久矣!
塑料的一切原罪都源于其不可(极难)降解性。一般来说影响塑料降解的因素有很多,例如其内在因素高分子材料的组成与结构、聚集状态、杂质等,外在因素如光热电等物理因素,氧、臭氧、添加剂等化学因素,还有微生物、昆虫等生物因素。
从内在因素来看,塑料是高分子聚合物,其交联结构既有网状结构也有线状结构。其中线状结构可以受热熔化,但由于分子链较长要完全破坏其分子链需要的能力巨大,自然界的微生物不具备如此能力,而回炉重造又往往是一门吃力不讨好的事;而网状结构由于其结构稳定,往往只能老化而不能降解。
以聚乙烯与聚四氟乙烯为例,前者C-F键能为5.0X10²kJ·mol-1,比后者C-H键能4.1kJ/mol更高,因此其结构更牢固,所以聚乙烯极难降解而聚四氟乙烯可降解。而研究表明塑料的氧化快慢取决于氧化剂从聚合物分子上夺取氢原子的速度,而夺氢速度与C-H键能相关,C-H键能越强越难氧化,所以聚乙烯较聚四氟乙烯更易老化。

链结构
而从外部因素来看,在自然环境下能够影响塑料降解的也就是阳光、雨水与微生物了。塑料降解与温度的关系也遵循阿伦尼乌斯公式,即温度更高降解速度也会更快,所以在常温下塑料基本无法自我降解。阳光是塑料降解最主要的外界因素,其中有能量打断塑料化学键的只有紫外线,不过波长为290—400nm的紫外线仅占太阳光的5%,而自然界中具有能击毁化学键的也微乎其微,基于以上种种因素塑料的降解周期被拉长到了100年。

常见聚合物光降解最敏感波长
极难降解的塑料对整个地球的生命都造成了严重的威胁。数据统计,在整个亚太地区的珊瑚礁中,约有111亿个塑料物品存在,有1/3的珊瑚礁被塑料垃圾所覆盖,在接下来的7年里,这个数字可能会增加40%,这就相当于在大食堂投毒,无论是男的、女的、高的、瘦的,只要是来过这个食堂都会受到一定的影响。
其中对人体危害最大的是微塑料,欧洲消化医学会肠胃病学学术的报告显示,在英国、芬兰、意大利、日本、荷兰、波兰、俄罗斯和奥地利等8个国家对志愿者的大便样品进行检测,每个样品都检测出了微塑料,90%被人体摄入的微塑料和纳米级塑料颗粒不会被人体吸收,直径小于20微米的塑料颗粒可以进入血液循环系统,并且在内脏中累积,从而增加患病的几率。
塑料这项伟大的发明开始被人们唾弃,替代塑料迫不及待。
菌丝体,近乎完美地替塑材料
“我们是整个地球系统中的一员,但我们大量使用的材料恰恰是不可持续的,造成很大的污染,我的初衷就是改变这一点。设计师用各种材料创意作品,只不过我选择了有机材料。”“菌丝库”工作室创始人Maurizio Montalti说道。
Maurizio Montalti口中可代替塑料的有机材料名为菌丝体,是近年来随着生物技术而兴起的塑料代替品之一。
菌丝体既不太像植物也不太像动物,它是一种真菌,更具体地说是蘑菇生长的根系。它由许多分支丝状的菌丝组成,而菌丝则由孢子萌发繁殖而成,是个管状细胞组成的丝状物,呈绒毛状,具有横膈的分枝,壁薄,透明,直径2~3μm。由孢子萌发出的初期菌丝,每个细胞中只有1个细胞核,故称为单核菌丝,也叫初生菌丝,其菌丝较纤细,分枝角度小,生长缓慢,生活力较差,属单性不孕,不会结子实体。单核菌丝生长到一定的阶段,两个单核菌丝互相接触,细胞彼此沟通,原生质融合在一起,产生锁状联合,形成双核菌丝体。
菌丝体具有生物过滤器的能力,它可以以现有工业的废物为食,如木屑、糖蜜和植物材料。菌丝体分泌酶来分解废物,这样废物就可以被消化,形成丰富的微观纤维网络,而我们所熟悉的蘑菇便能从这些纤维中发芽。
这些纤维网络不需要很长时间就能成长,一般几个小时内就可以出现,几天后便能形成纤维网络层,一周后即可完全成形。正是在这个生长阶段,菌丝体可以被放入模具中生产瓷砖、砖块和特殊包装。由于菌丝体以农业废弃物为食,最终产品是菌丝体和消化的天然物质的复合物。生产的最后一步是加热菌丝体并对其进行处理,以使其惰性化,从而消除产品开始生长蘑菇或释放刺激性孢子的可能性。
菌丝体可以通过调节温度、二氧化碳暴露、湿度和气流来生长成特定的形式。菌丝体包装不仅有弹性、绝缘、安全、透气和防水,而且在土壤中仅45天就能生物降解。相比之下,分解一块塑料需要450年。这些都比塑料少消耗90%的能源,产生的二氧化碳当量少90%。事实上,真菌有助于储存和捕获自然界中的碳。研究已经表示生产出阻燃和耐候的菌丝体产品。我们现在甚至有透明的纸状真菌薄片,其强度是普通纸的10倍。
菌丝体的可能性似乎无穷无尽:从纺织品到建筑材料、包装到食品、伤口敷料和滤水器,菌丝体可以改变许多行业,使它们更加环保。
例如作为一种建筑材料,菌丝体在隔音和隔热方面表现更好。但是它不像大多数建筑材料那样经久耐用,不能承受那么大的压力,混凝土可以承受高达10000磅/平方英寸的压力,而菌丝体只能承受30磅/平方英寸的压力,所以其更多是用在墙体修饰部分。
菌丝体不仅仅能够减轻我们对环境的影响,而且生产的过程中还可以变得更加人性化。它的组织状生长意味着菌丝体可以用来替代皮革和肉类,模仿这些产品的纹理,这样没有饲养牲畜带来的流血和大量土地使用。阿迪达斯、Lululemon等大型品牌以及古驰、伊夫·圣罗兰和爱马仕等奢侈品商店的母公司已经开始与菌丝体生产商合作,未来将推出新的真菌基皮革制品。
在包装领域,家具巨头宜家计划将其所有聚苯乙烯泡沫包装转移到菌丝体泡沫,而科技公司戴尔也在寻求这样做。尽管目前大多数菌丝体产品的生产成本比塑料高,但菌丝体泡沫已经比普通泡沫聚苯乙烯更具成本竞争力。未来的规模和投资者的支持可能会大大降低菌丝体的价格。一旦价格下降,这一强大的生物技术将彻底改变我们的世界,让它变得更好。它有潜力改善我们的饮食、穿着和生产。
毕竟,寻找塑料的替代品不是一门选修课,而是必须提上日程的必修课。目前全球范围内都在签署并推行限塑令,例如欧盟、美国、中国、日本、澳大利亚等主要经济体均在2020年前后正式施行限塑令,菌丝体等替代品必然会成为一个巨大的全球市场。