聚（丁酸亚丁酯-对苯二甲酸乙二醇酯）（PBAT）-滑石 Ontario Agri-Film 的生命周期评估

《Cleaner Environmental Systems》：Life Cycle Assessment of Poly (butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT)-Talc Ontario Agri-Film,

本研究通过生命周期评估（LCA）对由85%聚丁二酸-己二酸-对苯二甲酸酯（PBAT）和15%滑石粉组成的可降解温室膜进行环境影响分析。基于ISO 14040和14044标准，使用SimaPro软件结合Ecoinvent数据库，评估了从原料制备到废弃处置的全生命周期环境负荷。结果显示，生态毒性和化石燃料枯竭是主要环境热点，通过采用可持续能源混合、生物基原料替代石油基材料，以及优化滑石粉比例（15%为最优），可使致癌和非致癌影响分别降低56.07%和38.77%。建议推广生物基PBAT并完善废弃处置方案。

　　### 生态友好型温室薄膜的生命周期评估研究

在当今社会，随着农业技术的发展，温室种植已成为提高作物产量和应对气候变化的重要手段。然而，传统非生物降解塑料在温室覆盖材料中的广泛使用，带来了严重的环境问题，如塑料污染、微塑料扩散以及温室气体排放。为了解决这些问题，研究者们正在探索可生物降解和可堆肥的塑料材料，以替代传统塑料，从而推动农业行业的可持续发展。本研究聚焦于一种由85%聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）和15%滑石粉组成的可堆肥温室薄膜，采用生命周期评估（LCA）方法，从产品的整个生命周期出发，分析其对环境的影响，并与传统塑料进行比较，以评估其可持续性。

#### 研究背景与意义

加拿大安大略省的温室农业正在迅速扩张，其农业产值在2001年至2021年间增长了约50%，预计到2028年将达到更高的水平。温室种植不仅提高了作物的产量，还对环境产生了一定的负担，尤其是塑料废弃物的处理问题。传统温室薄膜通常由聚乙烯（PE）或低密度聚乙烯（LDPE）制成，这些材料难以降解，导致大量塑料垃圾进入垃圾填埋场，并进一步污染土壤和水体。此外，塑料薄膜在使用过程中可能释放微塑料，这些微塑料通过农业径流扩散到附近的水域，对生态系统和人类健康构成威胁。

因此，研究和推广可生物降解、可堆肥的温室薄膜具有重要意义。这类材料不仅能够减少塑料污染，还能促进循环经济的发展。PBAT作为一种常见的生物基塑料，具有良好的生物降解性能，但其与滑石粉的结合使用仍需进一步评估其环境影响。本研究旨在填补这一领域的重要研究空白，通过系统性的生命周期评估，为安大略省温室农业提供科学依据，支持其向更加环保的材料转型。

#### 方法与实施

本研究遵循国际标准化组织（ISO）14040:2006和ISO 14044:2006标准，进行从产品诞生到最终处置的全生命周期评估。研究使用了SimaPro 8.0.4.26软件中的Ecoinvent版本3数据库，作为二次数据来源，同时从圭尔夫大学生物产品发现与发展中心（BDDC）获取了一手数据。通过这些数据，研究者们构建了一个完整的生命周期清单（LCI），涵盖了从原材料生产、加工制造、使用阶段到最终处置的各个环节。

在功能单位的设定上，本研究以每千克薄膜为基准，考虑到生产过程中水分蒸发的影响，实际的处理重量约为0.992千克。研究还分析了不同阶段对环境的影响，包括材料准备、挤出、干燥、吹塑薄膜以及最终处置。其中，PBAT材料的准备和处置阶段被认为是主要的环境影响来源，尤其是在微塑料的释放和生态毒性方面。

#### 研究结果与讨论

根据研究结果，PBAT-滑石粉薄膜在多个环境影响类别中表现优于传统塑料。特别是在全球变暖潜力（GWP）和化石燃料枯竭方面，采用15%滑石粉比例的薄膜比10%或20%比例的薄膜具有更低的环境影响。此外，通过敏感性分析，研究发现使用可持续的能源混合、替代性PBAT材料以及改进最终处置方式，能够显著降低薄膜的生态毒性、致癌性和其他负面环境影响。

在最终处置方面，研究对比了堆肥、焚烧和填埋三种方式。结果表明，堆肥是最环保的选项，尤其是在生态毒性方面。相比之下，焚烧虽然能够减少某些污染物的排放，但在某些指标上仍存在劣势。填埋则因塑料长期无法降解而对环境造成持续负担。因此，推广堆肥技术对于降低PBAT-滑石粉薄膜的环境影响至关重要。

此外，研究还对PBAT-滑石粉薄膜与其他农业塑料进行了比较，发现其在多个环境影响类别中表现更优。例如，与传统塑料相比，PBAT-滑石粉薄膜的生态毒性、全球变暖潜力和化石燃料枯竭影响都显著降低。这表明，PBAT-滑石粉薄膜在温室农业中具有较大的应用潜力。

#### 环境影响的敏感性分析

为了进一步优化PBAT-滑石粉薄膜的可持续性，研究者们进行了敏感性分析，重点考察了能源混合、材料组成和最终处置方式对环境影响的影响。研究发现，采用可持续能源混合（如水力、风能和生物能）可以显著降低薄膜的生态毒性影响。同时，使用替代材料（如玉米淀粉）作为滑石粉的替代品，能够在一定程度上减少对化石燃料的依赖，从而降低全球变暖潜力。

在最终处置方面，研究发现焚烧和堆肥是相对更环保的选择。焚烧虽然能够减少某些污染物的排放，但可能带来空气污染问题。而堆肥则能够有效减少塑料废弃物对环境的长期影响。因此，建议在实际应用中优先考虑堆肥作为PBAT-滑石粉薄膜的最终处置方式。

#### 结论与建议

本研究的结论表明，PBAT-滑石粉薄膜在多个环境影响类别中优于传统塑料，尤其是在生态毒性、全球变暖潜力和化石燃料枯竭方面。然而，研究也指出，目前的PBAT材料仍需进一步优化，以减少其在生产过程中的环境影响。为此，研究提出了几项关键建议：

1. **开发基于生物基材料的PBAT**：通过实验室合成和优化生产工艺，使用可再生资源替代石油基原料，能够显著降低薄膜的全球变暖潜力，使其更加环保。
2. **优化能源结构**：建议安大略省改革其能源结构，增加可再生能源的比例，减少对化石燃料的依赖。此外，考虑到魁北克省的可持续能源混合，建议在该地区进行薄膜生产，以进一步降低环境影响。
3. **推广可回收的PBAT-滑石粉薄膜**：研究建议开发可回收的PBAT-滑石粉薄膜，以提供更可持续的最终处置选项。这不仅符合加拿大塑料工业报告的目标，也与联合国环境规划署（UNEP）的塑料倡议相一致。

通过这些措施，PBAT-滑石粉薄膜有望成为温室农业中更环保的替代材料，推动农业行业的可持续发展。此外，研究还强调了加强政策支持和公众教育的重要性，以促进可降解塑料的广泛应用和正确处置。这些努力不仅有助于减少塑料污染，还能为应对全球气候变化和微塑料问题提供科学依据和可行方案。

#### 未来展望

尽管本研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性。例如，研究主要基于现有数据和假设，未来需要进一步收集实际生产过程中的详细数据，以提高评估的准确性。此外，研究未考虑塑料薄膜在使用过程中的具体影响，如对作物生长和土壤健康的潜在影响，这也是未来研究的重要方向。

总体而言，PBAT-滑石粉薄膜作为可生物降解和可堆肥材料，在温室农业中展现出良好的应用前景。通过持续的研究和技术创新，有望进一步优化其性能，使其成为更加环保和可持续的农业材料。这不仅有助于解决当前的塑料污染问题，还能为未来的农业发展提供新的思路和方向。