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20世纪50年代石油新生时期，化学家开动将真金不怕火油废物滚动为塑料成品——塑料包装、塑料产物、可织成合成布的塑料纤维。这些材料具有可塑性、柔韧性，同期又坚固耐用，被誉为一项伟大发明。尔后数十年间，全球塑料年产量激增：东谈主类已累计坐蓐80亿吨塑料成品。
委婉地说，这股塑料飞扬也带来了诸多问题。全球跨越半数塑料成品（约50亿吨）以碎屑形貌漫衍在地表。每天有跨越1万吨塑料垃圾参加海洋。塑料神奇的持久性成立了它，如今却也因此成为强项的欺凌源。
不外，公私分明，塑料照实蜕变了全国。从汽车、手机到计较机，诸多蹙迫期间皆依赖塑料材料。泡沫塑料隔热材料使房屋能效汲引200倍，塑料薄膜显赫延伸了易腐食物的保质期。
华盛顿大学物理学家Eleftheria Roumeli在《材料盘考年度挑剔》2023年对于可握续团员物的盘选取指出："将塑料视为东谈主类最恶劣的发明进行妖怪化有失公允，这其实是工程理智的结晶。"
她合计，与其全皆摈弃塑料，咱们不如寻找一种更好、更友好的替代品 —— 既保握当代塑料的延展性和柔韧性，又接受可握续生物原料，并能结束环境友好型降解。这意味着咱们需要透顶从头念念考塑料的坐蓐形式。
2019年，名为Korvaa的实验性科研互助神志告捷研制出"全球首款微生物培育头戴式耳机"。该安设包含刚性结构、泡沫缓冲层和织物隐私层等不同形态的组件，统共材料均接受生物基原料制备。图片开首：AIVAN
从单体到团员物
现时塑料坐蓐行为包含两大表率：先领会（裂解），再重组（团员）。
领会历程——即“裂解”，在高温高压下进行——将精好意思石油原料滚动为名为单体的简便分子。这些分子成为重组产物的骨架。生成的链状或网状结构被称为团员物，组成统共塑料的基础结构组分。
但塑料坐蓐尚未完成。接下来需加入添加剂——着色剂、阻燃剂和填料。材料科学家需考量多种变量，从“硬度”到“扯破强度”再到“拉伸模量”，这些标的反应塑料在不同应力下简直认。最重要添加剂通过颐养团员物链间键合来调控这些特色。举例被称为增塑剂的化学物资镶嵌链间以汲引柔韧性，但代价是塑料更易扯破。
通过调配团员物与添加剂，化学家们最终制成复合材料，用于食物包装膜、饮料瓶、化妆品微珠，以致动作柔性水凝胶——比如附着于角膜的隐形眼镜形貌来矫正目力。通过化学妙技，单一团员物如聚氯乙烯（PVC）既可制成刚性雨水管，也可制裁缝物。
盘考者正在探索如何从生物资坐蓐单体与团员物，以及如何将完竣生物体及组织用作原料。单体等小分子原料单位需更多加工，但更易用于现存坐蓐设施。塑料坐蓐占全球化石燃料消耗的8%——据估算，到2050年该比例可能升至20%。但在石油工业兴起前数十年，化学家已用燕麦壳废物、植物油等材料制造"合成"塑料。结束更可握续塑料的旅途之一是追思此类生物源材料。
举例2006年，巴西石化企业Braskem启动进修，盘考能否经济地将糖滚动为乙烯——大量塑料坐蓐中最蹙迫的单体。至2010年，Braskem开动销售"全生物基"聚乙烯塑料（底下简称生物基-PE）。
该材料的最大上风是甘蔗生永劫会固定大气中的碳。由于生物基-PE在结构上与化工合成PE无异，故易应用于食物包装、化妆品和玩物等边界。但化学结构交流也带来问题。由于聚乙烯不存在于当然环境中，很少有微生物能进化出领会其分子键的才气。因此生物基-PE无法处罚拔除物问题。换言之，此"生物塑料"，不虞味着本色上的可握续性。
"这些术语空匮充分监管与明确界说，导致了诸多稠浊"，莱斯大学贝克盘考所动力与可握续发展盘考员Rachel Meidl示意。
Meidl将塑料过甚替代品分为四个象限：一轴示意材料开首（生物基/石油基），另一轴示意下流归宿（可生物降解/弗成降解）。但即使处于最好象限的材料 —— 既是生物基的又是可生物降解的 —— 也不一定是万金油。"可生物降解"仅指材料能被微生物领会，即便效用是产生微塑料碎屑。瞎想的材料不仅需要具有可生物降解的性质，还需如若可堆肥的——即能降解为对动植物无害的有机物组分的某种要求更高的材料。
晦气的是，可堆肥性难以结束。全球势必斗争过聚乳酸（PLA）制成的可堆肥餐具与外卖饭盒。动作最常见的生物基塑料，PLA表面上可堆肥，但需要特定工业设施条目，而现时此类设施数目不及。由于现时PLA餐盒多与厨余垃圾夹杂，堆肥者不得不阔绰时候分拣二者。
改进塑料的道路之一是寻找更优的生物基单体。2020年加州科学家团队晓谕从藻类油脂均区别出多元醇单体，然后重组为可用于生意鞋类的泡沫塑料。该材料在泥土中能有用降解。不外，一些科学家合计应升天高耗能的"领会-重组"两步法表率工艺。塔夫茨大学生物医学工程师David Kaplan指出，炒期货当然界本就提供了有后劲的可堆肥团员物。由于它们降解时候表率不同，遴选相宜的团员物或进行调控，就能制造稳妥不同应用的材料。
以纤维素为例——这训导物细胞壁中最常见的生物团员物。其本色是糖分子链，但这些链会变成纳米纤维，进而聚积成微纤维，最终变成肉眼可见的大纤维（如芹菜中的丝状结构）。材料科学家称此为层级结构。
比较之下，合成团员物持续经漏斗压制挤出为均质团块。其效用是分子之间变成了“强而硬的键”，卡普兰说谈。“生物学中很少有这种情状。” 相背，生物团员物的键要弱得多——持续是将一个团员物分子中的氢原子与另一个分子中的氢原子流畅起来的静电互相作用，但这种互相作用的密度相等高
但是，深远默契这些结构后，工程师可改进生物材料。盘考标明纤维素纤维越细，抗拉强度越高，即在张力下更抗断裂。名义积的增多使氢原子更易动态缔造/断开相邻链间键合。
细胞级哄骗计谋
既然升天使用单体，即省去塑料坐蓐中的一通盘要津，何不再进一步？一些材料科学家正推行Kaplan残暴的"从下到上设想"：径直哄骗通盘细胞或其他生物材料制造生物塑料，无需领会索取。
举例，Roumeli开发藻类细胞后劲：其尺寸狭窄，易操控，且富含卵白质（生物团员物）过甚他有用物资。她与团队将藻粉经热压机处理。经过屡次进修，通过颐养热压时候、温度与压力（均影响分子键合形式），最终制得强度优于大量商品塑料的材料。
这种材料还不错回收哄骗：它不错被磨成粉末并再次压制成型。（测试泄露每次回收后强度会着落一些，合成塑料亦如斯。）若轻松丢弃于泥土，其领会速率与香蕉皮终点。
华盛顿大学盘考者将蓝藻（螺旋藻）细胞热压成生物塑料，其强度超过多数应用需求，且可家庭堆肥。
Kaplan在蚕丝边界开展访佛盘考——传统合计蚕丝脆弱不耐热加工，顾虑氢键受热断裂导致炭化以致清除。但是，2020年Kaplan团队讲明蚕丝粒可像塑料般注塑成型，从那以后，他发现通盘茧也不错通过这种形式进行加工。
Roumeli称这类材料是双赢的：可再生、无化石燃料依赖、孕育期固碳、全皆生物降解。"独一舛错是经济性与可推广性"。她说。
不祥，新行为最大痛点在于其创新性导致现时本钱腾贵。裁减本钱需哄骗现存坐蓐设施，幸免初创企业承担广漠拓荒投资。阿姆斯特丹大学化学家Gadi Rothenberg指出，现存工场主可能会合计生物复合材料过于不纯，以致是“垃圾”。
罗森伯格指出，用于坐蓐聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，即用于制作汽水瓶的塑料）的原料中，每10万分子仅含1个非标的单体。生物材料鲜有此等纯度。
制造商倾向遴选老到有缱绻而非创新材料。Rothenberg开发植物基团员物，他合计可无缝替代产物材料。但当他初度将这种材料带给公司时，“当先企业根底不肯了解"，他坦言。数据泄露，化学等同的甘蔗基PE坐蓐本钱高30%，留意利润的企业仍遴选传统产品。
如今，欧洲塑料协会数据泄露，生物基塑料现时市集份额不及1%。"生物基团员物需结束经济性平价才有远景"，Rothenberg强调。他合计政府需核算传统塑料确切本钱（碳萍踪+欺凌经管）后，可握续材料才会被日常接受。
但前沿科学家保握乐不雅，Roumeli指出“如今最低廉、坐蓐最多、消费最多的塑料”——如故亦然一种新奇事物。Kaplan信托“统共这些前体和团员物皆将通过生物形式制造，或者以确切的轮回性为起点。”
“但咱们还没到那一步，”他补充谈。问题在于，塑料欺凌与情状变暖留给东谈主类的时候未几了。
翻译：Chocobo
审校：7号机
剪辑：7号机