从化学键视角管理塑料垃圾分类

■文 / 黄丽锦 壮歌德（澳）

石磊博士与距清华大学400米垃圾回收站的工作者（摄于2004年）

地球是由有限数量的原子组成的，人类所有的活动都是对地球表面的原子组合进行重新排列。经济活动的实质不仅仅是生产或消费，也是原子的重新排列，比如把铁矿石变成钢铁，把氧分子变成二氧化碳。每次把原子组合成我们想要的化合物，我们都会不可避免地、在不经意间地将一些原子锁定在新组合中——其中一些组合被我们称为“废物”。地球上有限的原子数量并没有改变。所以，理解和解决每年产生20多亿吨新废料的问题对地球的未来至关重要。

构成地球的原子总量高达50位数，但99%属于11种元素。最主要的原子是铁，构成了地核的大部分，在地壳上占5%。在地壳上，水、空气和岩石中的氧原子含量超过40%。在我们的生物圈中，氢排在第二位，而碳原子含量虽然远低于1%，但它对我们的生命很重要。

没有碳，原子排列的可能性就像在沙漠里一样，仅限于诸如氧化铁之类的简单化合物。碳原子的原子序数为6，能与其他元素，特别是氢形成多种组合，从而产生无数的碳氢化合物。20世纪30年代见证了塑料的生成和迅速发展。合成聚合物——无止境的碳氢化合物链和化合物的组合，为消费者的需求开辟了新的前景。新塑料消费品的热潮淹没了人们对消费后如何处理“最终产品”的思考。尽管第一批新奇事物出现在家庭用品等产品中，但随着塑料容器显现出惊人的品质，人们在创造新的原子组合方面迈出了一大步。到21世纪初，在世界各地，无论是富裕还是贫穷的国家，塑料瓶和塑料袋对日常生活似乎都是不可或缺的。它们便宜、坚固、轻便，并有多种形状和特点，适合任何用途，它们取代了传统上用来盛载液体的陶瓷和其他材料，取代了香蕉叶、纸和动物皮。它们功能多样，可以包装从食物到服装等各种物品。

举个生活中常见的例子。有一种由22个原子特殊排列的组合体：C10H8O4，学名聚对苯二甲酸乙二醇酯，分子内部的原子之间有很强的化学键。我们将其做成我们熟悉的瓶子形状——饮料瓶，全球每天有数十亿的产量。这一化合物内坚固的化学键，分隔液体与瓶体，即使在压力作用下，也依然使两者保持一毫米的距离。这些牢固的化学键对消费者的作用顶多几分钟或一年，其后将作为废物持续存在数百年或数千年。

理解我们所说的垃圾的化学成分，对于解决我们所创造的问题是至关重要的。

清华大学国家环境保护生态工业重点实验室石磊博士拥有精细化学专业的学位，他将“物质流动分析”应用到工业生产过程中。他是耶鲁大学《产业生态学》杂志的亚洲编辑部主任。石博士呼吁人们认识到塑料垃圾分类的复杂性，需要将理论与实践相结合，同时希望人们理解回收站的工作人员。

“我们曾经为中国铝业股份有限公司做过铝的元素流动分析，铝的流动相对简单，它有26个质子，所形成的化合物种类较少。在我们的研究中，主要的发现是工业中对铝的加工循环再利用。铝易于鉴别，其结果是确定的。而在塑料的使用中，原子链的组合更加复杂，对其进行分类回收是一项具有挑战性的任务。”

虽然大多数消费者从来没有注意到，但收集塑料垃圾的人知道，塑料物体的底部应该印上数字。常见的分类有7种，识别分类是很重要的。事实上，如果垃圾收集工人将家庭管道中使用的塑料管（聚苯乙烯，缩写为PS）扔进了一批矿泉水瓶中（聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET）一起熔化的话，整批塑料就全毁了。原因是不同化学键断裂的温度是不同的。使情况更加复杂的是，键合和断裂发生在一定范围内的温度和压力条件下，这与高炉冶炼金属的情况大不相同。铁固定在1538℃时熔化。

回收站的实际管理者非常了解垃圾分类的难度。把塑料瓶和塑料袋回收变成新的瓶子和袋子，对于90%的回收站来说只是一个梦想。如果20%的塑料可被回收制成较低等级的塑料用于服装或不涉及消费卫生的物品，这已经算是一个很好的结果。另一个好的结果是，如果20%可以用于无毒燃料的发电。然而，梦想难以实现，现实中塑料仍被当做一种常见的、分类不明的垃圾进行填埋。

从2013年开始，中国对废旧塑料的分类越来越严格，这在国际贸易中引发了一场“地震”。到2017年，中国的禁令已经全面实施，其他东南亚国家也纷纷效仿。因此，目前的普遍教训是，富裕国家需要直接管理自己的垃圾。随着中国城市的发展，清洁的免费饮用水成为稀缺商品，中国也将面对与富裕国家类似的局面。

要解决这个巨大而紧迫的问题，并非是要找到新的地方来倾倒垃圾。无论是出于选择还是默认，没有一个国家想要面对这个问题。我们必须制止可怕的海洋污染。向太空中发射垃圾这种愚蠢的想法，之所以被提出来就意味着人们有多绝望。

答案在于改变我们的世界观，如今，在中国各地的会议上，都有一个传统，即不分发瓶装水，而是让与会者自带水杯。这个简单的方法可以用来推广。在现代欧洲的部分地区，人们的环保意识比较强烈，购物者都很自豪地带上自己的包去购物。而使用免费塑料袋和容器的人，个人形象可能受损。试想这样一个场景，一个高雅文明的时尚女士对她那浮夸的大男子主义男友说：“如果你不想让我带着我自己的环保袋去购物，那么我不想和你在一起！”

现在制造出的极轻但坚固的塑料的化学键，在很多情况下是不可逆的。当化学键被锁住的时候，它们体现出我们所珍视的低熵，帮助我们保持某种秩序——比如一杯冷饮，被塑料容器安全地聚在一起，呈现低熵状态。仅仅一层塑料分子膜，就能防止冷饮洒在地板上的无序也即高熵状态。表面上看，强大的塑料将局部的秩序与无序分离开来，然而，实质上它却使得人类生活更加无序：受污染的河流、空气和其他形式的问题，威胁着我们正常生活的秩序。

现在支配我们生活的经济学学科发端于封建时代的法国，由魁奈于1756年创立。之后在1802年，道尔顿假设水是由2∶1的两种原子构成的。在进入2020年的新时代之前，现代科学必须重塑经济活动的方向。人类所做的是管理地球表面的少量原子。我们需要对这一事实加强了解，更清楚地思考我们如何将原子从自然界重新排列成我们想要的物质，以及我们的行为在短期和长期的未来会有什么结果。在工业革命初期，化学键并不为人所知。经济思维从来没有随着科学的发展而调整过。现在，经济规划者应该考虑化学键断裂和形成的后果。旧经济学将这种后果视为外部性。现在我们认识到，重新排列有限数量的原子并不存在外部性——它就存在于生活之中，与我们每个人都息息相关。