达茅斯——当谈到世界塑料问题时，很容易达到绝望的程度。
2017 年发表在在线期刊《科学进展》上的一项研究显示，自 1950 年以来生产的塑料中只有 9% 得到了回收利用。研究发现，近 80% 最终被填埋或进入自然世界，12% 被焚化。
虽然瓶子、吸管和袋子的命运引起了大部分宣传，但纺织品是问题的重要组成部分。塑料是纺织品制造的主要组成部分。
EPA 统计显示，美国生产的纺织品数量从 1960 年的 176 万吨增长到 2018 年的超过 1700 万吨，但当年只有 250 万吨被回收，1130 万吨最终被填埋。
PrimaLoft 的首席执行官迈克尔·乔伊斯 (Michael Joyce) 表示，PrimaLoft 向全球 900 家服装制造商提供合成面料和纤维，其中包括耐克、安德玛和东方山地运动等主要品牌，但他决定，虽然他无法控制服装和其他产品的位置最终使用他的合成材料制成，他可以以降低伤害水平的方式制造它。
早在 2014 年，PrimaLoft就与一家挪威服装公司合作，该公司希望其产品经得起户外生活方式的磨损，但当丢弃该材料时，该材料会自然分解成环保化合物。
这家挪威公司的要求导致在 2018 年开发了一条产品线，根据美国测试与材料协会(ASTM)制定的标准进行的测试，在模拟一个垃圾填埋场。测试还表明，使用化学过程将他们的产品转化为可用于制造新塑料的原始材料。
乔伊斯 1985 年毕业于马萨诸塞大学达特茅斯分校的纺织技术项目，可生物降解纤维的开发激发了他与母校官员接洽，希望建立一个实验室，该实验室不仅可以测试声称可生物降解的产品，还可以进行调查其他减少塑料对环境影响的方法。
“我们(PrimaLoft)没有测试设施，我们使用的设施也没有做任何研究，”住在查塔姆的乔伊斯在最近的电话采访中说。他认为麻省大学达特茅斯海洋科学与技术学院(SMAST) 将是此类实验室的理想场所，尤其是因为它的海滨位置允许测试扩展到海洋环境。
捐款建立麻省大学达特茅斯生物降解塑料实验室
本月早些时候，PrimaLoft 向麻省大学达特茅斯分校提供了 35 万美元用于建立实验室。这是来自其他私人合作伙伴以及马萨诸塞大学和伍兹霍尔海洋生物实验室的 100 万美元资金、劳动力和人员配置中最重要的一部分。这些捐款引发了马萨诸塞州技术合作组织提供的 739,936 美元的配套赠款，以在 SMAST 建立生物降解塑料实验室。
“如果没有 Mike Joyce 和 PrimaLoft，这是不可能的，”麻省理工大学达特茅斯工程学院院长兼 SMAST 临时院长 Jean VanderGheynst 说。“鉴于工程(程序)和 SMAST 的实力，他觉得这是一个做这件事的好地方。”
麻省大学达特茅斯分校负责研究和学术事务的副教务长 Ramprasad Balasubramanian 表示，该大学已经在探索建立一个海洋实验室，以支持新兴海上风电行业的研究。
“这真的有了自己的生命，因为我与之交谈的人越多，从 NOAA 到海军研究办公室，都谈到了解我们基本上扔进海洋的东西会发生什么的重要性，”巴拉苏布拉马尼安说。
佐治亚大学 2015 年发表在在线杂志《科学》上的一份报告估计，2010 年 192 个国家产生了 2.75 亿吨塑料垃圾，每年有 4.8 至 1270 万吨进入海洋，相当于每辆垃圾车的两辆垃圾分钟。虽然塑料垃圾的五个大海洋环流——旋转洋流的大型系统——引起了媒体的广泛关注，但大部分海洋塑料隐藏在被称为微塑料的较小颗粒中，它们像窗帘一样悬挂在上层海洋中。
塑料对生物降解具有很强的抵抗力，并且在自然界中，经过很长时间，它往往会破碎成越来越小的碎片。微塑料是小于四分之一英寸的碎片。
2011 年发表在美国化学学会期刊上的一项澳大利亚研究发现，在海岸线上发现的塑料中有 85% 是超细纤维，即用于服装的聚酯纤维和腈纶纤维。根据统计建模网站 Statista收集的数据，全球塑料产量从 1950 年的 150 万吨增加到 2008 年的 2.45 亿吨，并继续稳步攀升至 2020 年的 3.67 亿吨。
九州大学 2021 年的一项研究估计，世界上层海洋中有 24 万亿块微塑料，重达 578,000 吨。这些塑料已进入海洋食物链并最终进入我们的饮食。
Balasubramanian 说：“这是在沿海地区开展业务的每个人的最前沿。”“目前海洋中最大的污染物是微塑料。”
可生物降解塑料如何在自然界分解
VanderGheynst 是一名工程师，专注于植物生物量如何在环境中分解。想想后院的堆肥堆，那里有大量微生物在分解纤维素，糖分子链通过电子共享机制结合在一起，赋予植物结构。这些链被专门的酶分解，这些酶溶解了这种键，让这些微生物消化糖分子。
这种分解延伸到一些纺织品。VanderGheynst 说，棉质 T 恤实际上由结晶纤维素组成。
“这只是一条糖链，”她说。当它被扔进垃圾填埋场时，T 恤会受到这些微生物的攻击，它们的特殊酶开始破坏这些键并消化衣服。VanderGheynst 说，植物分解的最终产物是二氧化碳和水，而堆肥堆中的棉质 T 恤在六个月后将无法辨认。
但是塑料，包括合成纤维，具有自然界中不存在的长聚合物链，微生物没有专门的酶来溶解单个单体之间的键，并将它们还原成其他生物可以使用的成分。
例如，一头牛的肠道中有细菌，这些细菌具有分解草纤维素的酶，但人类没有，我们的消化系统从放牧中提取的食物很少。
阳光中的紫外线可以破坏塑料聚合物链，但需要很长时间，并且取决于暴露在光线下的材料。根据世界自然基金会网站上引用的研究，一个塑料袋需要 20 年，一个塑料杯需要 30 年，而尿布和塑料牙刷需要 500 年才能分解。大多数塑料根本不会分解，而只是分解成微塑料。
乔伊斯说，PrimaLoft Bio 中的可生物降解纤维由 100% 再生塑料制成，旨在在海洋环境和垃圾填埋场中降解。它们还可以通过化学方式分解成可制成新产品的原始原料。
乔伊斯说，PrimaLoft 在它的塑料聚合物中添加了糖，这些聚合物用酶吸引微生物以溶解分子之间的键，直到它被还原为二氧化碳、甲烷和水，并留下少量可堆肥的碳。根据该公司网站，独立实验室根据 ASTM 标准进行的测试表明，在加速垃圾填埋场环境中 646 天生物降解率为 93.8%，在加速海洋环境下 889 天生物降解率为 74.3%。
塑料分解的限制
但 PrimaLoft 网站也承认，加州不允许产品带有可生物降解、可降解或可分解等标签。2011 年，加利福尼亚州总检察长提起诉讼，导致 3 家公司移除广告，声称他们的塑料水瓶 100% 可生物降解和可回收。加利福尼亚州的CalRecycle 网站表示，环境营销声明需要“得到有效和可靠的科学证据的证实”。
乔伊斯说加利福尼亚已经落后于时代，它没有重新审视过去十年发展起来的科学。
“制造可生物降解塑料的想法由来已久，有些塑料可以做到这一点，”马萨诸塞大学洛厄尔分校塑料工程系副教授玛格丽特·索布科维茨-克莱恩 (Margaret Sobkowicz-Kline) 说。
可生物降解塑料被广泛接受和使用的问题在于它们的分解速度取决于环境条件。温度、阳光、氧气、水分、存在的微生物类型，所有这些对自然分解过程都至关重要，在垃圾填埋场、海洋环境和废水处理厂之间可能会有很大差异。
这就是测试设施在重现这些条件和研究在各种变量下可生物降解的材料的重要性。
“这是一个生物学问题，但新塑料的生产和设计是一个工程问题，”SMAST 校长兼河口和海洋科学教授 Brian Howes 解释说，工程和生物学部门都将参与其中。
豪斯说，实验室的部分任务是证明环境营销声明在科学上是有效的。
“他们一直在开发新的纤维和材料，”豪斯说。“但现在他们必须测试它们。它们有效吗?”
他说，必须通过在实验室中根据 ASTM 标准在模拟垃圾填埋场、盐和淡水环境以及废水处理厂条件的容器中测试产品来验证计算机建模和化学预测。
