参考文献1.1可降解塑料概况..........................................................011.1.1生物降解塑料...................................................031.1.2生物基塑料.......................................................051.2可降解塑料领域国内外政策形势..............................061.2.1国外政策...........................................................071.2.2国内政策...........................................................091.3可降解塑料科学评估..................................................111.4研究目标.....................................................................编写团队温宗国胡宇鹏李会芳清华大学环境学院循环经济产业研究中心鸣审阅蔡志强中国石油化工股份有限公司化工事业部高永平中国石化化工销售有限公司谢132.1我国可降解塑料末端流向现场调研...........................162.2可降解塑料的物质代谢分析......................................222.3可降解塑料生命周期分析..........................................302.4环境可降解性分析......................................................362.5政策情景分析..............................................................432.6成本效益分析.............................................................51可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告COUNTENTS目录研究背景1可降解塑料物质代谢及环境影响分析主要观点与建议0115576323特别鸣谢中国石化化工事业部、化工销售公司对本项目研究的资助以及对本项目的部分数据调研的支持。清华大学环境学院研究团队对本报告具有修改权和最终解释权。任何机构和个人未经允许不得以任何形式翻版、复制、摘录和发布。如引用发布,请注明来源，且不得对报告进行有悖原意的引用和修改。关于此报告内容的建议和需求，请联系thucice@163.com或版权声明hyp19@mails.tsinghua.edu.cn引用格式温宗国，胡宇鹏，李会芳.可降解塑料的环境影响评价于政策支撑研究报告[R].清华大学，2022.塑料污染问题在国际社会引起广泛关注，例如微塑料的环境污染问题，塑料废弃物海洋漂浮带问题，塑料中化学物质在不规范的回收中迁移导致的环境毒性问题等。为应对日益严峻的塑料污染治理压力，2020年1月16日，中国正式发布《进一步加强塑料污染治理的意见（发改环资〔2020〕80号）》1，这是在我国污染治理历史上首次提出的系统性解决中国塑料污染问题的纲领性文件。其中，作为塑料制品替代方案的一环，“可降解塑料”多次出现在该政策文本中。例如，文件中提出“以可循环、易回收、可降解为导向”、“推广使用可降解塑料袋，规模化推广可降解地膜”、“制修订可降解材料与产品的标准标识”等政策要求。同时，可降解塑料产业由于天然具有“环保”的标签，符合当代环境、社会、企业治理（Environmental、Social、Governance，ESG）投资趋势，因此目前吸引了大量国内企业资本投资该领域，但是可降解塑料是否真的环保仍然需要进行环境－经济－社会多维度评估。塑料废弃后发生环境泄露是塑料领域的主要环境问题，可降解塑料制品的使用目的是解决我国塑料废弃物环境泄露后的污染问题。本研究旨在通过开展量化评价研究，阐明目前可降解塑料领域亟待明确的与政策制定息息相关的突出问题，例如可降解塑料产能相较于需求是否过剩，可降解塑料相较于传统塑料是否具有更好的环境友好性，对于传统塑料的可降解塑料替代方案能否实现塑料环境泄露控制的作用等问题。本研究在回答以上这些问题的基础上，识别我国可降解塑料使用优化实施路径，提供可降解塑料应用于塑料污染治理的可行性行动方案，为“十四五”期间的塑料污染治理提供政策支撑与建议。本研究开展了我国可降解塑料领域的分材质、分制品级别的精细末端流向的实地调研，绘制了我国可降解塑料的物质代谢图。同时，对比了可降解塑料与传统塑料的全生命周期环境影响，首次提出以可降解性为核心的可降解塑料对比传统塑料评价指标体系。利用情景分析和成本效益分析，从社会经济多维度分析了可降解塑料的可行性使用路径。前言02SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY塑料根据降解与否可分为可降解塑料和不可降解塑料。可降解塑料是指各项性能可满足使用要求，在使用后在能降解成对环境无害物质的塑料。不可降解塑料则指无法或者很难通过微生物降解的塑料。1.1可降解塑料概况研究背景010304可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY生物降解塑料指在自然界下通过微生物（如细菌、霉菌和藻类等）的生命活动就能引起降解的塑料，其作用机理一般分为生物物理作用与生物化学作用。生物物理作用指随着附着在材料表面微生物的不断增殖，高分子材料发生水解、电离、质子化等物理分解过程，生成分子结构不变的低聚物碎片或单体；生物化学作用指在微生物分泌的酶等物质侵蚀下，聚合物逐步断裂并氧化分解，或被微生物吸收作为呼吸作用原料，代谢成CO2和H2O的过程。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分（CO2、H2O）的高分子材料。根据塑料降解程度的不同，生物降解塑料可分为完全生物降解塑料和不完全生物降生物降解塑料1.1.1解塑料（生物破坏性塑料）。不完全生物降解塑料是指在普通塑料（不可降解的塑料）中加入一些可降解的生物物质，比如淀粉、纤维素、蛋白质等，但普通塑料部分仍不可降解；完全生物降解塑料是指在堆肥条件下，通过微生物的作用，可在180天内转化成二氧化碳和水的降解材料，其性能与普通塑料几乎相同，也被称为“绿色塑料”。完全生物降解塑料按制造工艺不同，分为微生物合成降解塑料、化学合成降解塑料、天然高分子共混降解塑料；根据原材料来源不同又可分为生物基生物降解塑料和石油基生物降解塑料。生物基可降解塑料包括聚乳酸（PLA）、聚羟基烷酸酯（PHA）等；石油基生物降解塑料包括聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己内酯（PCL）等。狭义上所称的生物降解塑料均为完全生物降解塑料。0506可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY生物基聚合物（或生物聚合物），如纤维素、淀粉和木质素等，与化石基聚合物不同，它们由源于可再生生物资源（如植物等）的碳组成。然而，这些由生物基物质构成的塑料，并不一定是可生物降解的。生物基和化石基聚合物都有可生物降解或不可生物降解的品类。这种区分极为重要，"生物"这个前缀往往会引起混淆。例如，生物基来源的合成bio-PE塑料制品和bio-PET塑料制品是不可生物降解的，而石油基来源的合成聚对苯二甲酸－己二酸丁二醇酯（PBAT）是可生物降解的。从分子结构角度看，全生物降解塑料的可降解性只取决于主链上是否含有可以在生物体酶促反应条件下水解的官能团，例如，酯键，肽键等，而不取决于是否由石油或生物质来源的碳链构成。生物基塑料1.1.21.2可降解塑料领域国内外政策形势07可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告关于生物可降解塑料，2018年《欧洲塑料战略》强调，需要为具有可生物降解和可堆肥特性的塑料建立一整套监管框架。目前市场上的许多生物可降解塑料，只有在特定条件下才能进行生物降解，而这些条件在开放环境中往往无法得到满足。因此需要通过添加特定标签，来区分可回收塑料、可堆肥塑料、传统塑料和生物可降解塑料，因为如果不加以区分的话，可能会对回收产品的质量产生负面影响，并增加乱扔的垃圾数量。鉴于缺乏“明确的标签或标识”和“适当的废弃物收集和处理”方案，欧盟委员会目前建议谨慎使用生物可降解塑料，以免加剧乱扔垃圾的问题2。2019年6月，欧洲议会发布了《关于减少某些塑料制品对环境影响的指令》（第2019/904号指令），目标是防止和减少塑料对环境的负面国外政策1.2.1影响，同时促进向循环经济的过渡。在该指令的背景下，从到2021年7月开始将禁止氧化降解塑料的使用，因为其不会完全分解成二氧化碳、生物质和水，而是碎裂成微塑料。此外，该指令对塑料的定义并未对传统塑料、不可生物降解的塑料和生物可降解塑料加以区分。因此，对某些一次性塑料制品的禁令将适用于包括可降解塑料在内的任何材料。不过，预计欧盟将于2027年7月之前对该指令进行再次评估，其中包括评估适用于本指令范围内的相关一次性塑料制品及其一次性替代品在海洋环境中的生物降解性标准或规范的科技进展，以确保后者在足够短的时间内完全分解为二氧化碳（CO2）、生物质和水，使塑料不会对海洋生物造成危害，也不会导致塑料在环境中的积累。（第2019/904号指令，第15条）。2021年5月，欧盟委员会发布了《一次性塑料制品指南》，该指令规定从2021年7月3日禁止所有欧盟成员国在市场中投放诸如餐具、吸管、棉签、发泡容器在内的9种一次性塑料制品，其中明确指出应禁用以改性的天然聚合物制造的塑料，或用生物基、化石基或起始物质不是自然产生的合成塑料为原料的上述一次性制品。08SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY0910可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY国内政策1.2.2源环境影响，开展不同类型可降解塑料降解机理及影响研究，科学评估其环境安全性和可控性，出台生物降解塑料标准，规范应用领域，明确降解条件和处置方式，推动生物降解塑料产业有序发展，引导产业合理布局，防止产能盲目扩张，加快对全生物降解农膜的科学研究和推广应用等一系列重要措施，有力地支撑了塑料污染治理的管理决策。2020年初，中国发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见（发改环资〔2020〕80号）》，其中将可降解塑料提升到较为核心的高度，随后多部委纷纷出台配套政策。2021年7月国家发改委发布《“十四五”循环经济发展规划》，其中在塑料污染治理的塑料替代路线里，可降解塑料的推广应用同样是重要环节。受政策刺激驱动，可降解塑料相关产业在我国迎来了一轮高速发展阶段。2021年9月国家发改委发布《“十四五”塑料污染治理行动方案》，本研究团队直接参与了该政策的起草，提出应充分考虑竹木制品、纸制品、可降解塑料制品等全生命周期资1112可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY现今市场上在全生物降解塑料之外，由于具有相对的成本优势，一些诸如淀粉类改性塑料、小麦秸秆共混PP塑料等不可完全降解的所谓"可降解塑料"，虽"存在感"日渐下降，但仍有一定的应用。因此，首先需要对我国市场真实情况开展实地调研分析。可降解塑料产业由于天然具有“环保”的标签，符合当代环境、社会、企业治理（Environmental、Social、Governance，ESG）投资趋势，因此目前吸引了大量国内企业资本投资该领域，但是可降解塑料是否真的环保仍然需要进行环境－经济－社会多维度评估。目前我国塑料污染治理的重点仍是解决传统塑料环境泄露后的环境影响问题，为应对国家塑料污染治理的实际需求，需要根据不同的使用场景、使用条件和末端处理手段，识别出可降解塑料应用的可行性方案。评估可降解塑料在不同地区的替代效果要配合发展垃圾处理大背景来看，在堆肥设施发展缓慢、厨余分出率低的地区，在厨余塑料袋中使用可降解塑料的替代效果就会打折扣。回答这些问题需要考虑成本、配套基础设施、环境影响、技术安全、配套标准与标识等多方面因素。1.3可降解塑料科学评估1314可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY1.4研究目标通过识别我国全品种可降解塑料，获取我国市场的真实情况。通过分析市场占有率信息，进一步明确本研究的核心对象，并深入调研其生产成本、单位投资额、产能、技术工艺流程、产品类型与典型应用场景、核心技术国产化率等关键信息。通过物质代谢分析，明确我国可降解塑料核心品种的实际流向。通过对实际生产工艺流程和不同末端处理场景配套的塑料替代分析，得到不同路径的可降解塑料环境影响评价。通过逐一评价不同材料的可降解性，明确现有产品是否具有环境友好性，为加强监管提供方向。通过情景分析，提出可降解塑料典型应用场景作为未来政策备选方案，分析可降解塑料可能政策应用场景下的环境影响与成本，为“十四五”塑料污染控制政策出台提供依据。01目标02目标03目标16SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY可降解塑料物质代谢及环境影响分析022.1我国可降解塑料末端流向现场调研目前，我国进入工业堆肥、厌氧发酵等生物质处理设施的可降解塑料中，绝大多数会作为杂质被设备分拣出，进入不了最终的生物质降解发酵环节，无法实现其降解优势。本研究对我国某循环经济产业园进行现场考察以及文献调研，发现我国厨余和餐厨垃圾最主要的处理方式为厌氧消化产沼气配合沼渣焚烧的工艺，生物质好氧堆肥处理占比远低于厌氧消化处理。餐厨垃圾相较于厨余垃圾而言，生物质纯度更高，油脂含量较多，一般会有提油系统将粗油脂提纯再生利用。两种工艺的处理主要流程如图1所示。1718可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY料斗接收破袋分选制浆滚筒筛选、磁选除渣除砂厌氧消化沼液脱水固液分离厨余垃圾筛上杂物、废渣外运焚烧沼渣沼气能量利用沼液污水处理脱水污泥三相提油餐厨垃圾生物利用粗油脂提油系统预处理系统厌氧消化利用系统处理及利用方式产物工艺步骤图例物质流向一次鼓风发酵滚筒筛选、磁选二次发酵堆肥出售废气处理废气工业堆肥系统筛上杂物、废渣外运焚烧▲图1厨余垃圾工业堆肥和厌氧消化体系一般流程▲图2厨余垃圾预分选和厌氧消化工艺中塑料拣出情况生物质主要处理系统分为预处理系统和厌氧消化或好氧堆肥利用系统。其中，预处理环节主要包含以下部分：（1）粗分选：上料机将物料均匀送至粗破碎机进料皮带，将物料中大的木条、铁器、石块等大尺寸物料分选出来。通过大物料分选后的物料进入粗破碎机进行破碎处理，将袋内物料分散开，进入滚筒筛，一定尺寸以上筛上物（主要是塑料、纺织等）直接进入到打包机打包后外运焚烧，而筛下物（大部分有机物）进入精细分选环节。（2）精细分选制浆：物料进入弹跳皮带，去除物料中石头、陶瓷、玻璃等硬质惰性物质与瓶盖、筷子小粒径杂物及塑料、纸张等轻质杂物。同时对大块有机质进行破碎，得到浆状物料的均质物料，该物料泵送至后续系统处理。压榨滤液通过收集池收集后，通过柱塞泵打入缓存料斗，进入下一环节。（3）除砂除渣：经精分制浆系统处理后制成的有机浆料，泵送至除砂除渣装置有效去除沙粒、贝壳、玻璃、瓷片、砂石等重物质杂质和细纤粗选筛上物：过滤掉95%以上大块塑料盒、瓶、袋精选废渣：过滤掉其余5%微小的塑料碎屑厌氧消化后眼可见的塑粗选筛上物：过滤掉95%以上大块塑料盒、瓶、袋粗选筛上物：过滤掉95%以上大块塑料盒、瓶、袋精选废渣：过滤掉其余5%微小的塑料碎屑厌氧消化后沼渣：不存眼可见的塑料碎屑精选废渣：过滤掉其余5%微小的塑料碎屑粗选筛上物：过滤掉95%以上大块塑料盒、瓶、袋精选废渣：过滤掉其余5%微小的塑料碎屑厌氧消化后沼渣：不存在肉眼可见的塑料碎屑厌氧消化后沼渣：不存在肉眼可见的塑料碎屑1920可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY维、细碎塑料片、辣椒皮、辣椒籽等难以消化并对后续工艺造成干扰的非营养性无机物品，除砂后的浆液最后进入厌氧系统。通过以上过程，进入生物质发酵系统中的杂质质量占比实际小于5%，如图2所示。实际使用中的生物可降解塑料制品如生物可降解塑料袋、餐盒等制品，由于目前机械分选和磁选均无法将其与普通塑料制品进行区分。从塑料替代政策角度而言，由于绝大多数生物可降解制品会被分离出，作为杂质进行焚烧或填埋处理，这导致政策推进中，在现有末端设施分选环节的约束条件下，对于希望进入厨余垃圾处理设施降解处理的可降解塑料制品，如可降解垃圾袋、可降解餐盒具等实践方案，实际上不能达到最初的目的，而只会和传统塑料的作用类似。我国生物质处理设施的运行时间周期远短于目前可降解塑料标准中规定的降解时间，现有降解标准无法满足设施对可降解塑料的要求。我国厨余垃圾处理设施的组成占比中，好氧堆肥工艺大致占比为16%，厌氧消化工艺大致占比为84%3，好氧堆肥处理设施中固含物在设施中停留30天以内。厌氧消化处理设施中固含物一般在发酵罐中停留20到40天，湿式厌氧停留时间长于干式厌氧。如表1所示，目前对于工业好氧堆肥条件的生物可降解塑料判定标准为6个月内可降解，对于湿式厌氧消化条件的生物可降解塑料判定标准为3个月内可降解，干式厌氧消化条件的生物可降解塑料判定标序号中国标准号国际标准号降解测试环境标准名称测量方法试验周期1GBT19276.1-2003ISO14851:1999可淡水环境降解：由活性污泥、堆肥或土壤配制成的水性培养液水性培养液中材料最终需氧生物分解能力的测定，采用测定密闭呼吸计中需氧量的方法通过测量密闭呼吸计内消耗的氧气量不超过6个月2GBT19276.2-2003ISO14852:2018可淡水环境降解：同上水性培养液中材料最终需氧生物分解能力的测定，采用测定释放的二氧化碳的方法通过测量释放的二氧化碳不超过6个月3GBT19277.1-2011ISO14855-1：2005可工业堆肥降解：550C以上，材料作为有机化合物在受控的堆肥化条件受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定，采用测定释放的二氧化碳的方法通过测量释放的二氧化碳不超过6个月4GB/T19277.2-2013ISO14855-2可工业堆肥降解：同上受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定，用重量分析法测定实验条件下二氧化碳的释放量通过化学反应吸收二氧化碳称重不超过6个月5待制定AS5810-2010可家庭堆肥降解：25℃，材料作为有机化合物在家庭堆肥化条件Biodegradableplastic-Biodegradableplasticssuitableforhomecomposting通过测量释放的二氧化碳不超过6个月6GBT22047-2008ISO17556-2003可土壤降解：活性土壤，20℃到25℃土壤中塑料材料最终需氧生物分解能力的测定通过测量释放的二氧化碳不超过6个月7GB/T38737-2020ISO13975-2019可厌氧污泥环境降解：模拟高温厌氧消化温度55±5℃；或者模拟常温消化温度设定35±3℃塑料受控污泥消化系统中材料最终厌氧生物分解率测定采用测量释放生物气体的方法测定材料中的有机碳转化为二氧化碳和甲烷等生物气体的转化率不超过3个月8GB/T33797-2017ISO15985-2014可固态厌氧消化环境降解：模拟城市有机固体废弃物的厌氧消化情况，52±2℃黑暗或弱光塑料在高固体份堆肥条件下最终厌氧生物分解能力的测定采用分析测定释放生物气体的方法测定材料中的有机碳转化为二氧化碳和甲烷等生物气体的转化率正常试验周期为15天或生物分解达到平稳9待制定ISO18830-2016可海洋环境降解：模拟海水，15±2℃-25±2℃Plastics-Determinationofaerobicbiodegradationofnon-floatingplasticmaterialsinaseawater/sandysedimentinterface-Methodbymeasuringtheoxygendemandinclosedrespirometer通过测量密闭呼吸计内消耗的氧气量不超过2年10待制定PAS-9017:2020可露天户外降解：模拟的露天陆地环境中的风化条件，20℃到25℃Biodegradationofpolyolefinsinanopen-airterrestrialenvironment通过测量释放的二氧化碳不超过2年▲表1不同降解测试环境下的标准方法与试验周期表2122可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY准为半个月内可降解。除干式厌氧条件外，其余现有标准的试验周期均在不同程度超过我国设备运行时固含物的停留时间，无法保证实际运行时通过标准的生物可降解塑料可以在设备中完全降解。从生物可降解塑料与设施运行时间匹配的角度来看，现有的堆肥条件下与厌氧发酵条件下可降解材料的评价标准，不能与实际设备运行时间相匹配。目前欧盟4和我国5出台的政策中，可降解塑料180天的测试时间明显周期过长，而且仅以工业堆肥条件作为可降解塑料评价标准与末端实际情况脱节，实际现场中厌氧发酵是主要的生物质处理方式。为满足我国厨余垃圾处理设施的实际情况，需要将降解测试时间大幅缩短到30到40天，同时需要更加重视在湿式厌氧消化条件下的降解表现。2.2可降解塑料的物质代谢分析本研究使用物质代谢分析（MaterialFlowAnalysis，MFA）来研究我国2020年可降解塑料生产使用与废弃的物质流动情况。由于目前我国可降解塑料的有关统计数据基本空白，因此项目组与中国石化化工销售公司合作，通过组织近百人在全国范围内开展大规模现场实地调研，获取了截至2021年5月全国华北、华东、华南等6个中国石化化工销售分公司所在辖区内的超过80家可降解塑料颗粒生产企业的生产销售数据，这80家企业基本涵盖了目前我国所有可降解塑料颗粒生产企业。据此本研究得到我国可降解塑料分材料品种与制品种类的物质流数据。本研究物质代谢研究边界如图3所示，包含可降解塑料材料生产、制品生产、使用废弃后进入可控焚烧、卫生填埋、厌氧发酵、工业堆肥、环境泄露等细分的物质代谢流向。方法学基础2324可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY▲图3中国可降解塑料物质代谢研究的边界框架在本研究中，主要识别了可在微生物条件降解的塑料材料，不考虑光氧、热氧等其他非生物降解条件的不完全降解塑料材料品种。因为这些材料会以塑料崩解的方式产生微塑料污染问题。按我国市场实际主要品种划分，本研究涵盖聚乳酸（polylacticacid，PLA），热塑性淀粉（thermoplasticstarch，TPS），聚羟基烷酸酯（poly-hydroxyalkanoate，PHA），聚对苯二甲酸－己二酸丁二醇酯（Poly(butyleneabdicate—terephthalate)，PBAT），其中TPS一般作为填料与其他材料混合使用，TPS作为填料未涵盖其中，一般在可降解制品中添加15%~60%的TPS。我国还存在占比较小、基本未商业化的其他可降解塑料材料品种，如聚己内酯（polycaprolactone，PCL），二氧化碳和环氧丙烷共聚物（Polypropylenecarbonate，PPC）等，均未纳入本研究范畴。我国可降解塑料产能规划增长迅速，其中PLA和PBAT是主流材料品种。同时，可降解塑料产业技术体系方面已经较为完善，具备全链条自主可控能力。根据中国石化化工销售公司在我国各主要区域现场调研，2020年我国PBAT类可降解塑料产能约29.3万吨。截至2021年4月，国内已有超过50家企业宣布进军PBAT产业，国内已规划产能达到1439.8万吨，至2021年底，国内PBAT产能已达到68万吨，目前在建产能128万吨，涵盖18家企业，另有40多家企业宣布计划布局PBAT产业，规划产能达到约965万吨。从现有建设和规划情况看，十四五末我国PBAT产能有望超过1150万吨。由于2021年以来BDO价格高企大幅波动，造成PBAT生产成本的不确定性增大，多数企业未配套BDO生产装置，以及下游需求不及预期，致使不少新进企业项目建设推迟，实际落地产能还未可知。国内PLA市场分散度较高，近年来，国内一些玉米深加工企业和生物化工企业开始投资进入PLA产业，但PLA产业在我国仍处于起步阶段，已建并投产的生产线并不多，且多数规模较小。2020年我国PLA类可降解塑料产能约22万吨，目前在建产能超过60万2526可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY吨，涵盖8家企业，并有14家企业计划布局增产PLA，规划产能超过200万吨。若项目能落地，2025年我国PLA产能将达380万吨，成为全球PLA主产地。由于PLA的中间体光学纯度的丙交酯提纯工艺复杂、难度高，该项技术一直是生产PLA的核心技术难题。由于丙交酯分离提纯存在壁垒，多数企业仍停留在攻关中，预计我国目前和未来的主要产能还是掌握在安徽丰原、浙江海正等这几家生产工艺成熟的企业。浙江海正目前拥有产能4.5万吨/年，2020年12月1日，其年产3万吨聚乳酸项目成功投产，实现聚乳酸树脂工业化生产跨越式增长，海正称已自主掌握丙交酯（聚乳酸中间体）等核心技术，能够夯实推进我国聚乳酸的产业化发展。安徽丰原目前拥有产能3.3万吨/年，丰原集团共规划四至五个模块，预计释放共计130到150万吨的新产能，除了与比利时格拉特合作外，还拥有一套自主知识产权的技术。生产成本方面，据丰原介绍，2~2.5吨玉米可生产1吨聚乳酸，30万吨聚乳酸装置共消耗约60~75万吨玉米（中国玉米产能在2.7亿吨左右），单吨的聚乳酸成本在1.3~1.5万元左右。转化率方面，乳酸到丙交酯转化率在80%~85%，丙交酯到聚乳酸转化率在90%~95%，单个模块（50万吨乳酸、30万吨聚乳酸装置）节余5万吨左右的丙交酯作为商品出售。除了上述企业，国内其他企业，如吉林中粮、河北华丹、永乐生物等也都有规模不等的聚乳酸生产线。总的来说，国内企业目前在PLA生产领域基本具备自主生产能力，不存在大规模扩产后核心技术受制于人的问题。除PBAT类、PLA类可降解塑料之外，我国存在部分二氧化碳共聚物4（PPC）与PHA类可降解塑料产能，相对而言产能规划较小。从可降解塑料制品主要应用的领域来看，PBAT主要用于膜袋类可降解塑料制品，PLA主要适用于硬质可降解塑料制品。目前PBAT主要适用于一次性购物袋、一次性餐具4.PPC是以二氧化碳矿源或工业生产的二氧化碳废气为原料，与环氧丙烷或环氧乙烷催化合成得到的脂肪族聚碳酸酯聚合物。目前主要用于发泡材料、薄膜包装和医用材料。产业化PPC的密度为1.25到1.30g/cm3，拉伸强度为30MPa。包装和农用地膜领域。2020年，一次性购物袋领域消费量最高约为13.12万吨，占比约为65.6%；一次性餐具包装领域消费量约为6.4万吨，约占32.0%；农用地膜领域消费量约为0.48万吨，占比2.4%。PLA主要以餐饮、快递等生活源包装物为主，消费量约13.18万吨，占比约为65.9%，其次为医疗领域，消费量约4.82万吨，占比约为24.1%，农用薄膜和其它使用领域用量相对较少。26SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY2728可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY我国可降解塑料目前绝大多数仍然流向受控焚烧与卫生填埋方向，实际进入环境以及进入生物质处理设施发挥可降解优势的可降解塑料比例极低。根据实地调研结果，可以绘出我国生物可降解塑料物质代谢情况，如图4所示。2020年，生产环节PLA、PBAT合计占到目前我国生物可降解塑料总产量的81%，同时占到未来我国生物可降解塑料产能规划的绝大多数，因此，分析PLA和PBAT的使用和末端处理处置情况可基本代表生物可降解塑料的整体情况。在制品使用环节，可降解塑料袋（38.34%）、可降解塑料餐盒具（38.82%）、可降解塑料医疗用具（13.12%）、可降解塑料吸管（3.24%）、可降解塑料农用地膜（2.41%）是我国目前可降解塑料最常见的5类制品，其中生活源合计占比约80%。物质代谢流向分析结果经过中国石化化工销售公司的现场调研，可降解塑料制品主要分为可降解塑料袋、可降解塑料餐具以及可降解吸管3大类。对于制品使用后的废弃阶段，利用大量设施环境影响评价报告中的参数，同时现场实地考察了我国某循环经济产业基地，将可降解塑料制品废弃后主要流向分为5种，即可控焚烧、卫生填埋、厌氧发酵、工业堆肥以及环境泄露（包含主动的环境泄露，如可降解地膜与被动的随意丢弃而未得到环卫清理的环境泄露），同时统计分析各流向情况。2930可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY▲图42020年中国生物可降解塑料制品物质代谢图在可降解塑料制品废弃环节，目前主要流向分为受控焚烧和卫生填埋（合计约占96.77%）、厨余垃圾工业堆肥（0.001%）、厨余垃圾厌氧发酵（0.006%）、泄露进入环境（3.10%），其中以可降解农用地膜为主的环境泄露占可降解塑料总环境泄露的77.60%。可降解塑料一方面目前单独回收进入厨余垃圾处理设施的占比几乎为零，混4.按可降解塑料与传统塑料用量比例估算合在传统塑料垃圾进入厨余垃圾设施约占可降解塑料总量的0.15%4，另一方面在进入厨余垃圾处理设施后由于存在分拣环节，真正进入工业堆肥和厌氧发酵的比例极低，两个因素叠加后，可降解塑料最终进入工业堆肥和厌氧发酵的比例合计不到0.01%。经与行业专家沟通，我国不存在生物可降解塑料回收再生产业，因此本研究未考虑该环节。2.3可降解塑料生命周期分析生命周期分析（LifeCycleAssessment，LCA）是核算单位物质或行为，在全生命流程类产生的综合环境影响的方法，全生命流程包含从生产、消费、废弃处理处置乃至回收再利用的整体范围，根据不同研究边界存在一定变化。该方法广泛应用于环境管理领域中评估各种生产、消费和废弃物的环境影响。LCA根据标准参数将每种行为产生的物耗、能耗、水耗对应到若干诸如环境变暖潜值、人体毒性潜值等可归一化对比的环境影响指标上，从而可以实现不同制品使用之间的环境影响对比。方法学基础3132可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY▲图5生物可降解塑料和传统塑料生命周期评价对比框架▲图6生产环节1kg可降解塑料与1kg传统塑料环境影响对比在本研究中，分别核算传统塑料以及可降解塑料的环境影响并进行对比，识别二者之间的影响区别。传统塑料部分主要以聚丙烯（polypropylene，PP）、聚乙烯（polyethylene，PE）、聚苯乙烯（polystyrene，PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethyleneterephthalate，PET）等传统塑料品种作为研究对象。可降解塑料以PLA、PBAT两种最主要的材料品种为研究对象，对比研究框架如图5所示。生命周期分析结果生产环节在主要指标中可降解塑料与传统塑料的环境影响总体近似，个别比较突出的差异是PLA在土地占用影响方面较高、化石能源消耗相对较小。选取包含气候变化（climatechange）、可吸入颗粒物（Particulatematter）等在内的约10种环境影响指标，对PLA、PP、PS、LDPE、PET、PBAT等6种塑料生产的环境影响进行对比，如图6所示。结果显示，气候变化、化石能源消耗、可吸入颗粒物、土地使用是两种塑料对比的重点。生物基塑料在化石能源0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%kgCO₂eq.kgCFC-11eq.kgPM2.5eq.kBqU235eq.kgNMVOCeq.molcH+eq.molcNeq.kgPeq.kgNeq.kgCdeficitm3MJ气候变化臭氧层消耗可吸入颗粒物电离辐射光化学污染酸化陆地富营养化淡水富营养化海水富营养化土地使用水使用化石能源消耗对比比例（%）环境影响指标PLAPPPSLDPEPETPBAT3334可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY消耗方面占优，但是在土地使用和可吸入颗粒物方面处于劣势。究其原因主要是因为生物基塑料生产时需要消耗种植作物，例如ErwinT.H.Vink等人6报道，生产10kgPLA大约需要消耗24.5kg玉米。PBAT虽然是可降解塑料，但是其石油基原材料来源导致其环境影响构成与PET类似。对可降解塑料与传统塑料的生产环节环境影响加权综合对比发现，除PET与PBAT的环境影响较高外，PLA与其它传统塑料的环境影响基本接近，PLA略优于其它传统塑料。可降解塑料与传统塑料生产环节加权平均后的综合环境影响如图7所示。结果显示，PBAT和PET显著高于其它品种塑料，究其原因主要是PET和PBAT的生产流程较长，中0.00E+002.00E-044.00E-046.00E-048.00E-041.00E-031.20E-031.40E-03PLA1kgPP1kgPS1kgLDPE1kgPET1kgPBAT1kg无量纲化数气候变化臭氧层消耗可吸入颗粒物电离辐射光化学污染酸化陆地富营养化淡水富营养化海水富营养化土地使用水使用化石能源消耗▲图7生产环节可降解塑料与传统塑料环境影响加权综合对比▲图8末端处理环节可降解塑料4种处理方式环境影响对比间产物较多。除此之外，PLA在生产环节与其它传统塑料如PP、PE的综合环境影响接近，并未显著优于其它传统塑料。PLA的卫生填埋会导致显著的气候变化影响和臭氧层破坏。可降解塑料与传统塑料在不同末端处理方式下的环境影响如图8所示。与其它末端处理技术相比，可降解塑料填埋在许多影响类别中都表现出较高的影响。在气候变化影响GWP方面，填埋表现最差，由于填埋气燃烧排空、填埋场逸散直排甲烷等因素，1kgPLA在填埋设施的CO₂排放当量末端处理环节-100%-80%-60%-40%-20%0%20%40%60%80%100%(kgCO₂eq.)(kgCFC-11eq.)(CTUh)(kgPM2.5eq.)(molcH+eq.)(molcNeq.)(kgPeq.)(MJ)气候变化臭氧层破坏人体毒性——致癌可吸入颗粒物酸化土壤富营养化淡水富营养化化石能源消耗受控焚烧卫生填埋工业堆肥厌氧消化3536可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY为3.1kgCO₂eq，超出可降解塑料焚烧的CO₂排放当量约1倍，超出传统塑料焚烧的CO₂排放当量约35%。垃圾填埋气体燃烧的直接排放是生物气候变化、总气候变化、臭氧消耗形成的主要原因。对可降解塑料与传统塑料的末端处理环节加权综合对比发现，，PLA与传统塑料焚烧时，综合环境影响接近，对于PLA最优的处理方式是工业堆肥与厌氧发酵。不同末端处理方式下，可降解塑料与传统塑料加权平均后的综合环境影响如图9所示。结果显示，在相同的处理方式下，PLA的综合环境影响接近于传统塑料。对于可降解塑料，卫生填埋是最差的末端处理方式，因为产生的大量填埋气会显著增加温室效应。可降解塑料的堆肥和厌氧发酵是较好的末端处理方式，但是结合3.1的研究结果，对于进入末端处理处置设施的可降解塑料而言，如何使其真正进入到堆肥和厌氧发酵环节才是重点。▲图9末端处理环节可降解塑料与传统塑料环境影响加权综合对比2.4环境可降解性分析方法学基础从2000年可降解塑料逐渐开始商业发展以来，已有大量研究开展过可降解塑料与传统塑料之间的环境影响对比研究7,8。传统LCA由于数据库缺失的问题，基本不包含塑料环境泄露后产生的环境影响问题。例如，欧盟在2019年发布的一项长达700页的详细的可降解塑料与传统塑料对比研究政策支撑报告9中对比了各种可降解塑料制品和传统塑料制品的环境影响，但是由于数据缺失未包含塑料环境泄露后的影响。由于可降解塑料最核心的优势在于解决了传统塑料意外泄露时带来的环境风险，因此不考虑环境泄漏的研究结果将不足以支撑政策制定工作。例如，即使可降解塑料在现有评价体系内生命周期影响稍高于其它材料，但是只要能-4.00E-05-2.00E-050.00E+002.00E-054.00E-056.00E-058.00E-051.00E-04PLA受控焚烧PLA卫生填埋PLA工业堆肥PLA厌氧发酵PP受控焚烧PP卫生填埋PET受控焚烧PET卫生填埋无量纲化数气候变化臭氧层消耗可吸入颗粒物电离辐射光化学污染酸化陆地富营养化淡水富营养化海水富营养化水使用化石能源消耗3738可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY实现在环境中降解，也是可以在重点泄露区域使用的。TroyA.Hottle等人7对比分析了20项以上有关可降解塑料生命周期环境影响评价研究，其中只有一项研究10开展过可降解塑料环境泄露后可降解性方面的量化研究，但是他们分析的是可降解塑料可以在水中漂浮多久，并未涉及可降解塑料环境降解性的关键指标。本研究首次提出可降解塑料的环境可降解性评价指标体系，以可降解塑料可应对的降解环境种类、降解时是否为完全降解（完全反应生成二氧化碳、水、甲烷、生物质等代谢产物）、降解时间等若干指标为核心评价指标。其中，在本研究中的降解环境根据国内外降解标准结合实际设施需要，重点识别了工业堆肥、35℃中温厌氧发酵、55℃高温厌氧发酵、土壤掩埋、淡水环境、海水环境等6种环境。根据实际现场调研的结果，设定工业堆肥的最长时间为30天，厌氧发酵的最长时间为45天，该时间为我国这两种末端处理设施的普遍最长运行时间，超出该时间段的未完全降解物质（如厌氧污泥残渣）会被移除出设施的发酵环节进入最后的焚烧或填埋环节。本研究发现可降解塑料标准的试验周期与实际各环境下可降解塑料所要求的降解时间不匹配，因此本研究需要通过实证降解研究获得各环境下实际降解时间。PLA和PBAT是中国市场上最主要的两种生物可降解塑料。PHA是一种较为有前景的所有自然环境下均可生物降解的塑料材料，改性淀粉经常作为填料加入到PLA或PBAT中。分品种环境可降解性分析结果在生物质处理设施的发酵条件下，本研究对比了PLA、PBAT、PHA、淀粉和天然纤维素的降解特性，如图10所示。根据实证降解研究结果发现，在现有实际设施运行时间中，PLA可以在工业堆肥和高温厌氧消化环境下降解，但是不能在中温厌氧消化条件下降解。PLA在58℃工业堆肥条件下，在我国工业堆肥设施30天左右最大运行时间内，降解率可以达到约70%11，在55℃高温湿式厌氧消化条件下，在我国湿式厌氧设施40天左右最大运行时间内，降解率可以达到约80%12，两种条件下的降解率分别优于或接近天然纤维素在两种条件下的表现13，但是PLA在35℃中温湿式厌氧消化条件下，40天时的降解率只有约10%12,14。因此本研究认为PLA在工业堆肥和高温厌氧消化条件下可在末端厨余垃圾处理设施中降解，但是中温厌氧消化条件下PLA难以在设施中降解。在现有实际设施运行时间中，PBAT不能在工业堆肥、中温厌氧消化以及高温厌氧消化的环境下降解。PBAT是一种典型的应试产物，其在现有的工业堆肥标准下可以降解，即以180天为测试终止条件其可以表现出完全生物可降解性，但在现有生物质处理设施中运行期限内（30到40天）基本无法降解。PBAT在工业堆肥设施单批次最大运行时间3940可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY▲图10六种环境下PLA、PBAT、PHA、天然纤维素与淀粉的可降解性对比30天时降解率小于5%13，在35℃和55℃湿式厌氧消化设施单批次最大运行时间40天时降解率均小于8%14,15，即PBAT在任何厨余垃圾处理设施中的实际降解表现均远远劣于天然纤维素和PLA，远达不到设施实际运行时间要求。因此本研究认为PBAT单独使用时不能在末端厨余垃圾处理设施中降解。在实际设施的生物质发酵环节中，PHA具有最优秀的生物降解性能。在58℃工业堆肥16、35℃湿式厌氧消化、55℃高温湿式厌氧消化下均可表现出优于或接近天然纤维素的降解率4。因此本研究认为PHA4.虽然缺乏55℃高温湿式厌氧消化下PHA降解率的数据，但是高温厌氧消化下的降解率更优于中温厌氧消化。可在末端厨余垃圾处理设施中降解。PHA本身是天然存在于微生物中的储存碳源和能量的物质18，19，由于其生物降解性能过于优异，导致其在加工和使用中极易降解，这成为制约其应用的一大问题。例如，PHA在海水中两周内即降解约80%20，导致PHA渔具产生耐用性问题。结合实证降解研究数据，在厨余垃圾降解环节，实际能发挥可降解优势的可降解塑料比例极低。因此，如果政策采取在生活领域常见的塑料包装制品中鼓励推广使用可降解塑料的话，实际上在垃圾处理末端后很难发挥其降解优势。4142可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY可降解塑料在特定的易直接产生塑料环境泄露的领域中使用相较传统塑料有无可比拟的降解优势。如表2所示，本研究提出了可降解塑料与传统塑料评价指标。不同可降解塑料对应的降解环境从1种到6种之间不等，而传统塑料在与之对应的环境下均无法降解；不同可降解塑料可以降解的时间从0.1年到5年之间不等，而传统塑料以目前的认识是降解时间以100年以上计。因此，对于会产生直接环境泄露的领域，如欠缺回收产业无法开展大规模机械回收的边远地区地膜农具使用问题上，可以使用可降解塑料进行传统塑料替代，解决塑料环境泄露问题。同时，对于可降解塑料的使用，能否应用于直接造成环境泄露的领域应该作为一个重要评价指标。材料可降解塑料传统塑料天然纤维素（对照组）PLAPBATPHAPP可降解环境工业堆肥√4×√×√35℃厌氧发酵××√×√55℃厌氧发酵√×√×√土壤掩埋√√√×√淡水条件缺少报道缺少报道√×√海水条件×缺少报道√×√可降解环境数量31606降解是否为全降解（即非塑料崩解导致微塑料问题）工业堆肥√√√×√35℃厌氧发酵√√√×√55℃厌氧发酵√√√×√土壤掩埋√√5√×√淡水条件√√√×√海水条件√√√×√降解时间工业堆肥0.1年0.5年0.1年100年0.1年35℃厌氧发酵0.5年0.5年0.1年100年0.1年55℃厌氧发酵0.1年0.5年0.1年100年0.1年土壤掩埋0.5年缺少报道0.2年100年0.2年淡水条件缺少报道缺少报道0.2年100年0.2年海水条件5年0.2年100年0.2年▲表2可降解塑料与传统塑料评价指标表4.“√”表示可以降解，“×”表示不可降解5.有观点认为，认为PBAT并不是完全生物降解材料，其降解产生的中间产物对苯二甲酸（PTA）有生物毒性，在自然界中无法进一步生物降解，并且PTA在土壤中累积，改变土壤的菌群并导致土壤荒漠化，进一步污染水体。2018年，MichaelThomasZumstein等人在《SCIENCE》上发表《Biodegradationofsyntheticpolymersinsoils:TrackingcarbonintoCO2andmicrobialbiomass》一文，利用13C标记的聚合物和同位素特异性分析方法，跟踪聚合物中的碳从可生物降解聚合物到二氧化碳和微生物生物量的碳的过程，研究了微生物在土壤中将PBAT降解的情况。研究结果表明，PBAT化学结构每个结构单元的有机碳，均被土壤中的微生物包括丝状真菌等所分解并形成新的物质，有机碳降解后也没对植物造成影响，即PBAT可以完全降解。另外，根据2004年中国科学院南海海洋研究所与香港太古海洋研究所的李佳喜和顾继东在《应用与环境生物学报》的研究表明，PBAT的降解与否与环境pH值高度相关，保持pH在6.8左右，可提高微生物对PBAT及其中间产物的降解速率，但是不合适的pH值环境会使降解反应完全停止。这些研究表明，对于PBAT环境泄露的管理需要注意应用地区的土壤pH值。我国长江以北区土壤多为中性和碱性，只有森林植被覆盖和酸性母岩下，土壤呈酸性反应。长江以南地区多为强酸和酸性土壤，需要根据应用地区实际情况评价是否可以使用PBAT。4344可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY2.5政策情景分析方法学基础情景分析法是通过设定若干未来可能性的场景与趋势，对预测对象可能出现的情况或引起的后果做出预测的方法。本研究根据国家发展改革委、生态环境部联合发布的《关于进一步加强塑料污染治理的意见（发改环资〔2020〕80号）》中的重点领域要求，结合我国塑料制品用量实际增速，设置7个情景及16个子情景，据此核算“十四五”期间未来五年的可降解塑料使用情况，分析优化情景。7个情景包括基准情景、生活源整体替代情景、塑料袋重点替代情景、外卖塑料重点替代情景、快递塑料重点替代情景、农业塑料重点替代情景、海洋塑料重点替代情景。具体子情景和具体情景说明如表3所示。情景设置情景名称描述基准情景BAU没有政策约束时塑料常规的发展水平，年均制品用量增速设定为2%生活源整体替代情景25%可降解塑料替代率A11对于政策提出的主要禁限制品以统一的可降解塑料替代率进行整体替代，将政策约束范围内25%的传统塑料制品替代为可降解塑料制品50%可降解塑料替代率A12将政策约束范围内50%的传统塑料制品替代为可降解塑料制品75%可降解塑料替代率A13将政策约束范围内75%的传统塑料制品替代为可降解塑料制品100%可降解塑料替代率A14将政策约束范围内100%的传统塑料制品替代为可降解塑料制品塑料袋重点替代情景50%可降解塑料袋替代率A21对于政策提出的主要禁限制品中用量占比较高的塑料袋进行重点替代，将政策约束范围内50%的传统塑料袋替代为可降解塑料袋75%可降解塑料袋替代率A22将政策约束范围内75%的传统塑料袋替代为可降解塑料袋100%可降解塑料袋替代率A23将政策约束范围内100%的传统塑料袋替代为可降解塑料袋外卖塑料餐重点替代情景50%可降解外卖餐盒替代率A31对于政策提出的主要禁限制品中用量占比较高的外卖塑料餐盒具进行重点替代，将政策约束范围内50%的传统塑料餐盒具替代为可降解塑料餐盒具，根据外卖产业实际增速，设定2020年－2022年，年均制品用量增速30%，2023年－2025年，年均制品用量增速10%75%可降解外卖餐盒替代率A32将政策约束范围内75%的传统塑料餐盒具替代为可降解塑料餐盒具100%可降解外卖餐盒替代率A33将政策约束范围内100%的传统塑料餐盒具替代为可降解塑料餐盒具快递塑料重点替代情景50%可降解塑料快递袋替代率A41对于政策提出的主要禁限制品中用量占比较高的塑料快递袋进行重点替代，将政策约束范围内50%的传统塑料快递袋替代为可降解塑料快递袋75%可降解塑料快递袋替代率A42将政策约束范围内75%的传统塑料快递袋替代为可降解塑料快递袋100%可降解塑料快递袋替代率A43将政策约束范围内100%的传统塑料快递袋替代为可降解塑料快递袋农业塑料重点替代情景15%重点土壤泄露区推广生物可降解地膜B11以降低塑料土壤泄露率为导向，对边远区域等回收产业欠缺的地区的地膜制品进行重点替代。对15%的地膜替代为PLA、PBAT及其复合膜等生物降解地膜25%重点土壤泄露区推广生物可降解地膜B12对25%的地膜替代为PLA、PBAT及其复合膜等生物降解地膜35%重点土壤泄露区推广生物可降解地膜B13对35%的地膜替代为PLA、PBAT及其复合膜等生物降解地膜海洋塑料重点替代情景B2以降低塑料海洋泄露率为导向，对海洋泄露重点品种如渔具渔网、泡沫塑料等进行重点替代，然而目前缺乏技术成熟的海洋塑料替代方案▲表3政策约束条件下的可降解塑料替代情景设置说明4546可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY情景参数设定为评估各情景下塑料泄露环境影响的改善效果，本研究给出不同情景塑料环境泄露改善率的核算方法，如式（1）（2）所示：式中表示不同情景下针对塑料泄露环境影响的改善率，表示可降解塑料的环境泄露利用率。表示传统塑料环境泄露的减少量，表示泄露进入环境的生物可降解塑料量，表示环境泄露总量，表示不同情境下生物可降解塑料的总使用量。由于在泄露进入环境时可降解塑料和传统塑料的降解时间相差悬殊，因此在这里计算P时，设定当泄露进入环境的传统塑料替代为生物可降解塑料时，塑料泄露的环境影响为零，即本研究认为在发生环境泄露时，使用可降解塑料替代传统塑料可以解决塑料环境泄露问题。为了研究不同情景的针对塑料环境泄露问题的改善效果，需要核算我国塑料制品的整体环境泄露率。如式（3）所示，表示我国塑料123整体环境泄露率，表示城市泄露率，表示乡村泄露率，表示城市人口，表示乡村人口，表示总人口。根据中国住建部发布的《2020年全国城乡建设统计年鉴》21，我国城市和县级单位垃圾未处置率分别为0.08%和0.69%，镇和乡分别为10.82%和15.65%，按我国统计局发布的2020年城市和乡村人口数据（如表4所示）进行加权平均计算，得到我国塑料整体环境泄露率在5±1%。据此数据可以核算不同情景的针对塑料环境泄露问题的改善效果，例如，整体替代情景下，如果进行100%可降解塑料替代，那么发生环境泄露时可以满足100%为可降解塑料，对于环境泄露的改善率为100%。但是可降解塑料的环境泄露利用率极低，因为只有5%会泄露进入环境，另外95%会进入焚烧或卫生填埋处理，可降解塑料的环境泄露利用率只有5%。万人占总人口比例城镇人口8164357.83%乡村人口5953542.17%总人口141178100%▲表42020年我国城镇和乡村人口及占比表4748可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY情景分析结果我国生物可降解塑料如按目前大量企业产能规划建设，在“十四五”期间会面临严重的产能过剩的问题，需要提前做出调整。核算并对比不同情境下可降解塑料的消费量，如图11所示。A14B13是目前政策约束最强的组合情景，其含义是对于所有政策提出禁限要求的塑料制品100%使用生物可降解塑料替代，同时对于边远地区的地膜制品100%使用生物可降解地膜替代。即使对比该情景和目前已经规划在建的生物可降解塑料产能，从2022年即会开始出现大量产能过剩问题，到2023年会远远大于A14B13情景下政策实际需求的最大用量，对比政策约束最强情景将超出近3倍的过剩产能。对于可降解塑料制品的消费量，生活源领域整体进行可降解塑料替代的方案最大，农业领域针对塑料土壤泄露进行可降解地膜替代的方案最少。从图11可以看出，在农业领域针对塑料土壤泄露进行可降解地膜替代的方案，即B系列情景，其生物可降解塑料用量约22到50万吨，处于最低区间。政策约束最强情景A14B13的生物可降解塑料用量随年份变化约为200到600万吨，处于最高区间，其余各情景的生物可降解塑料用量接近，年用量居于50-200万吨之间。政策约束下最强的可降解塑料替代方案可以解决约七成塑料环境泄露问题，但是生活源领域整体替代的方案实际上对于环境泄露问题的改善率极低，必须配合农业领域针对塑料土壤泄露进行可降解地膜替代方案才能实现较好的环境泄露改善率。如图12所示，对比了不同情境下可降解塑料的环境泄露改善率，即传统塑料环境泄露的减少量占各情景下塑料环境泄露总量的比例，同时也为可降解塑料实际应用于环境泄露的量占各情景下塑料环境泄露总量的比例。政策约束下最强的组合情景A14B13在“十四五”时期可以实现约70%的塑料泄露环境影响改善率，其余改善效果较好的情景均包含农业领域针对塑料土壤泄露进行可降解地膜替代方案，即B系列情景。但是如果不开展农业领域替代工作，仅替代塑料袋、快递、外卖等重点领域的组合情景A21A31A41和对生活源一次性塑料制品整体替代情景A12、A14时，其塑料泄露环境影响改善率只有5%~25%。▲图11生物可降解塑料产量与各情景下的用量对比图4950可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY▲图12各情景下塑料泄露环境影响的改善程度对比▲图13各情景下可降解塑料环境泄露利用率对比对比图11与图12可以看出，B系列情景对于生物可降解塑料的消费量最低，却可以达到25%~50%的塑料环境泄露改善率，而目前政策对于生活源一次性塑料制品整体替代的情景A14，达到情景B11近似的25%环境泄露改善率需要使用情景B11近20倍的生物可降解塑料用量。从环境泄露改善率角度看，可对传统塑料总用量占比不高的非重点领域适当放松监管，将行政成本着眼于环境泄露问题更加突出的重点领域，如农业领域。如果将政策更聚焦于塑料袋、外卖、快递、农业等重点领域，如情景A21A31A41B13，对比现有政策下对生活源一次性塑料制品整体替代的情景A14，在生物可降解塑料用量减半的情况下，改善率却能从25%提升到60%。因此对于传统塑料总用量占比不高的非重点领域，如吸管、快递胶带等制品，使用可降解塑料替代存在诸多问题，从环境泄露改善率角度看可以相对放松监管。生活源可降解塑料替代方案的环境泄露利用率远低于农业塑料替代方案。如图13所示，本研究对比了不同情境下可降解塑料环境泄露利用率，即可降解塑料实际被应用于解决环境泄露问题的量占各情景对可降解塑料的消费量的比例。对于生活源领域的可降解塑料的整体或重点替代方案，即A系列情景，考虑到我国城乡平均生活垃圾的未处理率约5%（由前文式（3）核算得到），这些情景的环境泄露利用率只有5%左右。对于农业领域针对塑料土壤泄露进行可降解地膜替代的方案，即B系列情景，因为可以直接解决地膜土壤泄露问题，这些情景的环境泄露利用率接近100%，即A、B系列情景的环境泄露利用率相差约20倍。其余A、B系列的组合情景的环境泄露利用率介于两者之间，考虑到A系列情景对于可降解塑料的消费量远高于B系列情景，组合情景的环境泄露利用率平均在35%左右。5152可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY2.6成本效益分析方法学基础为避免环境角度单维度评估的片面性，本研究从经济角度对比了“十四五”时期不同情景下，在解决塑料环境泄露问题达到相同的环境效益（替代或捕集等量的泄露塑料）时，使用可降解塑料替代方案与将泄露的塑料捕集打捞回收方案的成本。成本效益分析（CostBenefitAnalysis，CBA）是通过比较项目的全部成本和效益来评估项目价值的一种方法，成本效益分析作为一种经济决策方法，将成本费用分析法运用于政府部门的计划决策之中，以寻求在投资决策上如何以最小的成本获得最大的收益，常用于评估需要量化社会效益的公共事业项目的价值。本研究中引入成本效益分析方法评估经济和社会角度可降解塑料的使用影响，试图对可降解塑料的使用影响开展系统性的综合评价，避免单一环境角度分析导致观点趋于片面。为对比核算可降解塑料与传统塑料的生产成本差异，本研究分别考察了可降解塑料和传统塑料的成本。可降解塑料以PLA为核算对象，传统塑料以PP为核算对象。如式（4）（5）所示，为总成本，为原材料成本，为生产环节成本，为运输环节成本，为两种塑料的成本差异，为PLA主要原材料成本，为PP主要原材料成本。对于可降解塑料和传统塑料，本研究认为生产环节成本和运输环节成本近似相等，因此两者成本差值主要为原材料环节的成本差异。在生产中，1吨PLA需要消耗2.3吨玉米，2021年6月3日全国玉米均价收于2829.75元/吨，考虑其它加工成本，接近10000元/吨。用陈化粮可以降低成本，但使用陈化粮制造PLA会占用原本其他用途的陈化粮使用，成本仍然需要新粮填补。根据目前PP颗粒均价约8000元/吨的市场价格，估算为3000元/吨。因此，每吨可降解塑料对于传统塑料的替代可近似认为需要约7000元的额外成本。成本效益参数标定455354可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY为核算传统塑料环境泄露的成本，需要首先评估塑料环境泄露的各类环境影响，并对各环境影响进行分别货币化表征，这项工作在现有环境泄露影响的数据缺失的背景下难以进行。因此本研究根据环境成本核算的原理提出，塑料环境泄露的成本可以转换为从环境中捕集打捞漂浮飘飞塑料所需的成本。目前对于打捞环境中漂浮塑料的成本的报道较少。2014年，第一届联合国环境大会（UNEA-1）通过了“海洋塑料废弃物和微塑料”决议，并发布了《联合国环境规划署2014年年鉴》和《评估塑料的价值》，指出海洋里大量的塑料垃圾日益威胁海洋生物的生存，保守估计每年由此造成的经济损失高达130亿美元22，但是难以根据该数据估算我国每公斤塑料的打捞成本。因此在本研究中，通过对上海某海洋环保组织实际打捞工作的调研，得到我国打捞海洋塑料成本约60元/kg，即60000元/吨。对于不同情景下成本效益核算，可由式（6）（7）得到：67式（6）（7）中，为各情景的经济影响，为两种塑料的效益差异，为泄露进入环境的生物可降解塑料量。为PLA主要环境效益，为PP主要环境负效益。为了实现传统塑料与可降解塑料相似的环境效益，对于传统塑料需要额外付出对应的环境打捞成本，因此，当设定两者环境效益相等时，需要对传统塑料部分额外增加对应的打捞成本。成本效益分析结果对对于生活源一次性塑料制品，直接进行环境捕集成本更低，优于使用可降解塑料整体替代的方案。我们对比了“十四五”时期的5年间，不同情境下解决等效的环境泄露问题需要的塑料捕集成本与可降解塑料使用成本，表中绿色表示成本较低的选项。对于A11到A14的对生活源一次性塑料制品整体替代情景中，由于其中只有5%的生活源一次性塑料制品会造成环境泄露问题，直接捕集等量的泄露塑料的成本只在这些情景下使用可降解塑料替代方案的约42%，即对于生活源一次性塑料制品的环境泄露问题，由于绝大多数制品最终走向焚烧和填埋设施，同时可降解塑料替代方案在这些领域仍然存在制品质量缺陷等问题，因此从经济角度考虑，直接开展环境捕集解决问题显得更加合理。5556可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY对于会直接造成环境泄露的领域，可降解塑料替代的方案经济性更好。对于B11到B13的农业领域针对塑料土壤泄露进行可降解地膜替代的情景及其若干混合情景，由于在这些情景中使用可降解塑料，其能被利用于解决塑料环境泄露问题的比例极高，在这些情景下使用可降解塑料替代方案的成本只有直接捕集等量的泄露塑料的成本的12%到74%，其中仅在农业领域针对土壤泄露使用可降解替代的方案成本只有直接捕集成本的12%，但是生活源塑料环境泄露的绝对量较高，该方案至多解决54%的塑料环境泄露问题。因此从经济角度考虑，对于会直接造成环境泄露的领域，如回收产业不健全或回收代价过高的偏僻区域，在地膜、灌溉器具、秧盘等使用上采用可降解塑料替代方案更具合理性，但是能否使用可降解塑料地膜需要在具体环境下评估实际降解情况，作为实际应用的前提。综合考虑来看，最为合理的方案是在重点泄露地区使用可降解塑料，这样可以直接解决塑料环境泄露问题；在一般生活源制品使用中，由于大多数制品不会造成环境泄露，直接捕集环境泄露塑料的方式最为合理。以目前的参数估算，解决占54%的农业塑料环境泄漏问题需投入约212亿元，解决占46%的一般生活源塑料环境泄漏问题需投入约1535亿，总计约1750亿经济总成本可以基本解决我国的塑料环境泄露问题。目前大量建设的可降解塑料产能从新材料技术产业发展角度可以静观其变，欧盟在其可降解塑料影响政策研究报告9中也提到了类似的态度，但是其对于解决塑料环境泄露问题实际上并不合适，尤其是目前主要可降解塑料制品产能集中于生活源一次性塑料制品如可降解塑料袋、吸管、餐盒餐具等制品上。5556SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY58SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY主要观点与建议0301物质代谢研究结果表明，我国可降解塑料目前接近97%的比例仍然流向受控焚烧与卫生填埋方向，流入环境方向的占比约3%，只有不到0.01%的比例会最终进入工业堆肥与厌氧消化的发酵降解阶段。可降解塑料制品使用后实际进入环境，以及进入生物质处理设施发挥可降解优势的比例极低。我国可降解塑料产能布局已经出现过剩趋势，超出未来政策最严要求用量近3倍，尤其是存在严重的结构性矛盾，即主要的可降解塑料制品不会泄露进入环境。主要的可降解塑料制品为可降解塑料袋、其次为餐盒具、再次为可降解吸管，然而这些制品绝大多数在生命周期末端不会泄露进入环境，而是进入焚烧与填埋设施，导致这部分制品难以实现解决环境问题的目的。要认真分析可降解材料品种及其对应的综合影响与经济性，合理布局产能、重点攻关场景应用研究，减少可降解材料的高成本布局、应用场景滥用及低效应用开发，将可降解塑料制品的使用重点领域落实到直接环境泄露领域。目前可降解塑料制品使用存在结构性矛盾，需要正视可降解材料的应用场景及产能的有效布局。5960可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY02在末端处理设施中，可降解塑料与传统塑料的环境影响区别不大。建议应明确可降解塑料应用场景白名单，将存在直接环境泄露的塑料制品使用场景作为各地制定并出台可降解塑料替代方案的前提。生命周期分析结果表明，传统塑料与可降解材料对环境的影响差异体现在末端处理环节。生产环节生物基可降解塑料与传统塑料的环境影响差别不大，在焚烧设施中，可降解塑料的环境影响与传统塑料类似，在填埋设施中，可降解塑料的环境影响显著高于传统塑料，由于填埋气甲烷的产生，1kgPLA在填埋设施的CO₂排放当量超出传统塑料焚烧的CO₂排放当量约35%。因此目前常见的可降解塑料和其它垃圾混合进入垃圾焚烧、填埋设施的路径，实际上与传统塑料相比没有优势，考虑到可降解塑料的高额成本，成本效益极低。从可降解塑料的实际降解表现与我国生物质处理设施的运行时间周期来看，PLA在工业堆肥运行30天时降解率达到约70%，在35℃和55℃湿式厌氧消化40天时降解率分别为10%和80%，因此PLA可以工业堆肥与高温厌氧消化、不能中温厌氧消化。PBAT在工业堆肥运行30天时降解率小于5%，在35℃和55℃湿式厌氧消化40天时降解率均小于8%，远低于自然可降解物的表现，因此PBAT不能工业堆肥、中温和高温厌氧消化。虽然可降解塑料的降解需要特定条件，否则降解速度会减缓，但是在环境泄露中，对比完全不可降解的传统塑料而言，可降解塑料确实存在降解优势。对于会产生直接环境泄露的领域，如欠缺回收产业无法开展大规模机械回收的边远地区，同时存在可降解塑料降解条件的情况下，可采用全生物降解的地膜、灌溉器具、秧盘等进行传统塑料制品替代，以解决塑料环境泄漏问题。同时，对于可降解塑料的使用，能否应用于直接造成环境泄露的领域应该作为一个重要评价指标。6162可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY0304目前的可降解塑料评价标准体系与实际末端处理处置方式严重脱节，建议测试标准基于目前我国工业堆肥和厌氧发酵工艺的实际运行时间，修正可降解塑料的降解时间评价指标。从经济角度来看，目前在一般生活源领域使用可降解塑料制品的成本效益很差，建议优先推动具备降解环境条件的欠缺回收产业、无法开发大规模机械回收的边远地区地膜农具的可降解塑料替代工作。我国生物质处理设施实际运行时间一般为30到40天，现有180天工业堆肥的测试标准远远长于我国生物质处理设施实际运行时间。建议基于目前我国工业堆肥和厌氧发酵工艺的实际运行时间，修正可降解塑料的降解时间评价指标，将工业堆肥的降解限制时间调整为30天，将厌氧发酵的降解限制时间调整为40天。目前可降解塑料制品大多使用经济发展水平较高的环卫清运能覆盖到的一般生活源领域。由于制品成本远高于传统塑料，这些可降解塑料制品基本只在我国经济发展水平较高的地区使用，而我国环卫清运水平较高的地区也是经济发展水平较高的地区，这些制品绝大多数的去向是通过完善的环卫清运系统进到焚烧、填埋设施，产生不了环境保护的效果。从可降解塑料实际被应用于解决环境泄露问题的用量角度考虑，对于生活源领域的可降解塑料的整体或重点替代方案的环境泄露利用率远低于农业领域针对塑料土壤泄露进行可降解地膜替代的方案。从经济角度来看，如使用场景条件具备，直接采用可降解塑料是解决重点泄漏地区塑料污染最为合理的选择，例如在地膜难以回收地区适当推广可降解塑料地膜；而在一般生活源一次性制品使用领域等绝大多数制品不会造成环境泄露的使用场景下，用直接捕集环境泄露塑料的方式解决问题。6364可降解塑料的环境影响评价与政策支撑研究报告SCHOOLOFENVIRONMENT,TSINGHUAUNIVERSITY参考文献国家发展改革委，生态环境部.进一步加强塑料污染治理的意见（发改环资〔2020〕80号）.(2020).Advice,S.BiodegradabilityofPlasticsintheOpenEnvironmentIndependentExpertReport.(2020).doi:10.2777/284409.王凯军,王婧瑶,左剑恶,吴静&李坤.我国餐厨垃圾厌氧处理技术现状分析及建议.环境工程学报14,1735–1742(2020).EN13432Packaging-requirementsforpackagingrecoverablethroughcompostingandbiodegradation-testschemeandevaluationcriteriaforthefinalacceptanceofpackaging.Europeancommitteeforstandardisation(2000).DB46/T505-2020全生物降解塑料制品+通用技术要求.海南省市场监督管理局(2020).Vink,E.T.H.&Davies,S.LifeCycleInventoryandImpactAssessmentDatafor2014Ingeo®PolylactideProduction.Ind.Biotechnol.11,167–180(2015).Hottle,T.A.,Bilec,M.M.&Landis,A.E.Sustainabilityassessmentsofbio-basedpolymers.Polym.Degrad.Stab.98,1898–1907(2013).Liptow,C.&Tillman,A.-M.AComparativeLifeCycleAssessmentStudyofPolyethyleneBasedonSugarcaneandCrudeOil.J.Ind.Ecol.16,420–435(2012).COWIA/S&University,U.Environmentalimpactassessmentsofinnovativebio-basedproduct.EuropeanUnion(2019).doi:10.2777/251887.James,K.&Grant,T.LCAofdegradableplasticbags.Cent.Des.RMITUniv.(2005).(1(2(3(4(5(6(7(8(9(10(11(12(13(14(15(16(17(18(19(20(21(22Tabasi,R.Y.&Ajji,A.Selectivedegradationofbiodegradableblendsinsimulatedlaboratorycomposting.Polym.Degrad.Stab.120,435–442(2015).Yagi,H.,Ninomiya,F.,Funabashi,M.&Kunioka,M.AnaerobicBiodegradationTestsofPoly(lacticacid)underMesophilicandThermophilicConditionsUsingaNewEvaluationSystemforMethaneFermentationinAnaerobicSludge.Int.J.Mol.Sci.10,3824–3835(2009).Anstey,A.,Muniyasamy,S.,Reddy,M.M.,Misra,M.&Mohanty,A.ProcessabilityandBiodegradabilityEvaluationofCompositesfromPoly(butylenesuccinate)(PBS)BioplasticandBiofuelCo-productsfromOntario.J.Polym.Environ.22,209–218(2014).Ren,Y.,Hu,J.,Yang,M.&Weng,Y.BiodegradationBehaviorofPoly(LacticAcid)(PLA),Poly(ButyleneAdipate-Co-Terephthalate)(PBAT),andTheirBlendsUnderDigestedSludgeConditions.J.Polym.Environ.27,2784–2792(2019).Svoboda,P.,Dvorackova,M.&Svobodova,D.Influenceofbiodegradationoncrystallizationofpoly(butyleneadipate-co-terephthalate).Polym.Adv.Technol.30,552–562(2019).Weng,Y.-X.,Wang,X.-L.&Wang,Y.-Z.BiodegradationbehaviorofPHAswithdifferentchemicalstructuresundercontrolledcompostingconditions.Polym.Test.30,372–380(2011).Gutierrez-Wing,M.T.,Stevens,B.E.,Theegala,C.S.,Negulescu,I.I.&Rusch,K.A.AnaerobicBiodegradationofPolyhydroxybutyrateinMunicipalSewageSludge.J.Environ.Eng.136,709–718(2010).Lee,S.Y.Bacterialpolyhydroxyalkanoates.Biotechnol.B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