生物回收再利用

之前提到的材料回收利用、热回收再利用和化学回收再利用的目的分别是“再生成同一种或另一种的原料”、“退回成原料基础物质”、“能量（热）回收、利用”，而生物学的回收再利用指的是利用生物性机能进行回收，包括再生、转化操作的行为。相比之下后者比较模糊，而且范畴中有跟上述几种回收再利用形式有重复的部分，所以单纯地把这四个概念并列的话恐怕还有可以商榷的地方。

由于生物回收再利用这个概念还比较新。虽然ISO相关资料中有关于这个概念的明确定义，但描述并不多，就算是长期从事相关研究的人，也对此不是很习惯。而且现在，所谓“生物”或者说是“生物性的”，至今都没有一个准确的界定。

一、循环系统中的生物回收再利用

资源循环中许多未利用资源，都可以作为生物质资源使用。也就是说，种类繁多的生物质资源通过种种形式得到利用，所以无法一一介绍。图1显示食品生产、消费的循环。右侧是（栽培）农业、畜产业、林业等，可以产生栽培类生物质等种种资源。而且，其中的食品，或是食品原料，在各个阶段都会产生废弃物（副产物）。

图1食品材料生产周边未利用（生物质）资源的循环

食品回收利用法中涉及到的生活垃圾有1000万吨，这之外的家庭垃圾同样也有1000万吨左右。有效利用这些的形式，在图中用方框标出了，其中主要的是热量能量的形式和有用物质（包括堆肥）的形式。这之中，包括了材料回收利用、热回收再利用、化学回收再利用和生物回收再利用等四种回收利用方式。

图1中越靠上，排名（意义、方便、实用、经济性）越高。可以看到，首先是附加价值高的物质、或人的食品、家畜的饲料，其次是利用方便的高流体燃料（甲烷、燃料电池用）的方式比较有优势。堆肥化等肥料化之类又再次之。技术上进入实用阶段，也就表示价格上要降低到合适的范围，以农业资材的形式的利用，现在大都受到价格上的限制。单纯的焚烧处于最下方，但是改成电/热利用或者废弃物发电的话，位置就会往上提高。

在这些应用形式中，除去最下位的燃烧和其次的电/热利用，就可以看到生物回收再利用的实例。

在新机能生态材料的分类中，食品加工残留物和食品残留的糖分经过乳酸发酵产生乳酸，既可以看作是生物回收再利用，也可以认为是化学回收再利用。然后再把产生的乳酸聚合，就形成了生物基聚合物——PLA。

在食品材料和饲料的利用形式的分类中，同样把食品加工残留物和食品残留物进行发酵，在喜氧微生物作用下分解，用于制造成新的发酵食品、营养、消化性得到改善的家畜饲料等，也是生物回收再利用的一种。

在生产流体型燃料的分类中，以家畜屎尿和食品工厂的BOD废水为原料，在甲烷细菌作用下产生生物气体的技术，早已在实施，实用性较高。甲烷气体本身的发热量较低，还混有二氧化碳气体，在燃烧电池上使用的话还需要进行精制。而且反应对温度的依赖性较强，所以在寒冷的环境下反应效率会比较低。但是，由于一方面可以作为高浓度BOD废水的净化处理法，处理残留物还可以作为肥料使用，毫无疑问将成为生物回收再利用技术之一。

在肥料化或土壤改良材料的分类上，堆肥化可以对土壤改良和废弃物处理两方面都产生积极效果，因而长久以来就受到关注。它最大的特征之一，就是堆肥的对象大部分是我们人类的食品生产、消费活动周边派生出来的物质，而后最终产物堆肥又可以用到进行粮食生产农业中，从而形成循环。虽然堆肥化存在的历史已经很久，但是还有不少问题急需解决，而且为了正确评价和固定堆肥化技术，也需要进行资料整理。

二、生物分解塑料和拥有生物分解性的生物基聚合物的生物回收再利用

塑料的生物回收再利用，首先涉及的是生物分解塑料和生物基聚合物的不同点。

近年来，在原有的食品容器、栽培用地膜、垃圾袋等产品的基础上，出现了蔬菜生产流通中用的索状、带状、网状生物分解性产品，还有一部分文具。尤其是栽培用地膜，使用完毕之后不需要进行回收，只要耕入土中就可以了，不需要为环境问题操心，从而对农业作业的省力化作出了很大贡献。

生物分解塑料只要满足提到的标准即可，只要确认了生物分解性，就算是来源石化资源也没有关系。而生物质产品的注重于有重要环境保护意义的二氧化碳削减效果，今后将大力开发除生物分解性以外的用途，在汽车、电子产业等方面都是可行的方向。

目前，把来源于生物质的树脂材料称为“生物基聚合物”。一直以来，生物分解塑料（绿色塑料）的定义主体是生物分解性，而生物基聚合物则是以由来原料为判别指标的，所以，这两个概念不能混为一谈。以这两个判别指标对现有塑料进行分类，在表8-1中列出。虽然现在大部分塑料既没有生物分解性又不是来源于生物质，但是有必要判别今后将会出现的新材料是属于这四类中的哪一类。但就现有的塑料来说，四个分类中都有各自对应的材料。其中，可以直接作为生物回收再利用对象的是有生物分解性的石油类塑料和生物基聚合物。另外，需要强调的是，并不是所有的生物基聚合物都有生物分解性。

表1 常规塑料和生物基聚合物

注：   1）发酵法得到的1，3丙二醇和石化来源的对苯二酸的聚酯；

    2）由来源于大豆油的多元醇合成的PU；

    3）脂肪族聚酯中，开发了用废纸等生物质原料制造PBS的技术；

    4）微生物产生的聚酯（PHA）。

来源于生物质的生物基聚合物的生产本身，就跟生物回收再利用有很大的关系，以下将以使用后的生物分解塑料和生物基聚合物的生物回收再利用为重点进行介绍。前面已经介绍了生物分解机理的有关内容，代表性生物分解性生物基聚合物——PLA，在代表性的生物回收再利用过程——堆肥化环境下进行分解的机理如图2所示。比低聚物小的物质会被微生物代谢消耗，完全分解生成二氧化碳和水，而不是变回塑料材料和其主要构成物质。所以有人认为，这个路线是单程的，并不能称为回收。也有人认为，水和二氧化碳也能被植物吸收，再次成为生物质资源，所以也应该包含在生物回收再利用中（图3）。而且就算在中间阶段中止，塑料的中间产物也可以作为堆肥的有效成分使用。

图2 堆肥化环境下的PLA分解机理

图3 PLA 的“生命”循环

PLA产品在分解、焚烧的时候，产生的二氧化碳被植物吸收、固定的二氧化碳，不会向大气放出，所以PLA也被称为是“碳中性”材料。

在生物回收再利用中的生物分解性材料的价值，更多在补足材料方面。而要彻底分类回收生活垃圾，就需要可以轻松分类、排出而且可以直接投入堆肥化的厨余收集网袋和垃圾袋。

在垃圾袋的设计中，还要考虑到收集时间问题，不能在家庭保存的期间就生物分解。由于在初期的产品中没有注意到这一点，所以出现了保存中进行分解发出恶臭的事件。

生物分解性生物基聚合物进行生物回收再利用的最大规模尝试，是2005年3月~9月的爱知万博。共投入了可重复利用食品器具12类共计12万个，一次性食品器具24类共计2000万个，垃圾袋约55万个（图4）。其中，一部分一次性食品器具、垃圾袋和一部分破损的可重复使用的食品器具，被与生活垃圾一起收集，与家畜粪等混合后进行堆肥化处理。生产出来的堆肥被放到附近的农家使用，种植出蔬菜和水果供应给会场。

图4 爱知万博会场的主题餐厅中采用的可重复使用容器

摘自：中国塑协降解塑料专业委员会