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不過，這種情況正在開始改變。研究人員最近成功地通過微生物工程技術，生產出了一種可無限循環利用的聚二酮烯醇胺塑料（PDK）的基礎材料生物替代品。

這一創新發現最近發表在《自然-可持續發展》雜志上，它是能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）的三個機構：分子鑄造廠、聯合生物能源研究所（JBEI）和先進光源的專家們通力合作的成果。

領導該項目的分子鑄造廠員工科學家布雷特-赫爾姆斯（Brett Helms）說："這是首次將生物產品整合在一起，制造出主要以生物為基礎的 PDK。這也是你第一次看到，與使用石化產品相比，生物產品在材料特性和規模化生產成本方面都具有優勢。"

與傳統塑料不同，PDK 可以被反復分解成原始的構件，并在不降低質量的情況下制成新產品。PDK 最初使用的構件來自石油化工產品，但這些成分可以用微生物重新設計和生產。現在，經過四年的努力，合作者已經操縱大腸桿菌，將植物中的糖分轉化為部分起始材料--一種被稱為三乙酸內酯或 bioTAL 的分子--并生產出了生物含量約為 80% 的 PDK。

未加工的 bioTAL（左）可與其他化學品結合，加工成生物可再生、可回收的 PDK 塑料（右）。資料來源：Jeremy Demarteau/伯克利實驗室

"我們已經證明，在可回收塑料中實現 100% 生物含量的途徑是可行的，"參與生物聚合物開發團隊的項目科學家 Jeremy Demarteau 說。"未來你會從我們身上看到這一點"。

PDK 可用于多種產品，包括粘合劑、計算機電纜或手表帶等柔性物品、建筑材料以及"堅韌熱固性塑料"，即通過固化工藝制成的硬質塑料。研究人員驚奇地發現，與石化版本相比，將生物 TAL 加入材料中可將其工作溫度范圍擴大 60 攝氏度。這為在需要特定工作溫度的物品中使用 PDK 打開了大門，這些物品包括運動裝備和汽車部件，如保險杠或儀表板。

據聯合國環境規劃署估計，全球每年產生約 4 億噸塑料垃圾，預計到 2050 年，這一數字將攀升至 10 億噸以上。在已經產生的 70 億噸塑料垃圾中，只有約 10% 得到了回收利用，大部分被丟棄到垃圾填埋場或被焚燒。

加州大學伯克利分校教授、伯克利實驗室生物科學領域資深科學家兼 JBEI 首席執行官杰伊-基斯林（Jay Keasling）說："我們不能繼續使用日益減少的化石燃料來滿足對塑料的貪得無厭的欲望。我們希望通過創造既可生物再生又可循環利用的材料來幫助解決塑料垃圾問題，并激勵企業使用這些材料。這樣，人們就能在需要的時候得到所需的產品，然后再將這些產品轉化成新的東西。"

今天發布的這項研究還以 2021 年的一項環境和技術分析為基礎，該分析表明，如果大規模生產，PDK 塑料在商業上可以與傳統塑料競爭。

"我們的新成果非常令人鼓舞，"伯克利實驗室能源技術領域的科學家、JBEI 副總裁 Corinne Scown 說。"我們發現，只要對生產工藝進行適度改進，我們很快就能制造出生物基 PDK 塑料，與使用化石燃料制造的塑料相比，這種塑料不僅成本更低，而且二氧化碳排放量更少。"

這些改進包括加快微生物將糖轉化為生物TAL的速度，使用能轉化更多植物提取的糖和其他化合物的細菌，以及用可再生能源為設備供電。