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噴上這款噴劑,馬桶用水量省一半!美國賓州大學研發創新技術,使馬桶內壁更滑溜

2019.12.24
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編譯:郭潔鈴

每天有超過 1410 億公升的水用於沖馬桶,即使在乾旱地區亦是,且這些水資源通常是乾淨的飲用水。因此美國賓州大學的研究員發明了一項新技術,可使馬桶內壁變得更滑溜,僅需一半的水量,就能達到清潔效果。

這項技術其實師法於自然。食肉植物豬籠草有著粗糙的表面,但是下雨後,表面會變得濕滑,停在植物上的昆蟲便會自然而然地滑進豬籠草裡。「水與微尺度粗糙面的結合,使表面變得濕滑。」任職賓州大學機械工程與生物醫學工程學系的副教授黃得勝表示。

如同豬籠草一樣,這項技術也涵蓋兩種不同質地的塗層。第一種塗層被噴灑在如陶瓷馬桶的光滑表面後,會產生奈米等級的人工「毛髮」,這些比真人毛髮細上 10 萬倍的人工毛髮,將永久黏著在馬桶內的表面上;第二種塗層則會使人工毛髮變得濕潤。

經研究員於實驗室中測試,當人造糞便進入噴有雙層塗層的馬桶,將不費吹灰之力的滑至底部,不如過往經驗般黏膩且耗水。此外,這些塗層還具有抗菌效果。

噴上塗層的馬桶,仍需水分來沖走排泄物,但是與未噴灑的馬桶相比,可減少一半的用水量。

一間於 2018 年創立、位於美國賓州的新創 spotLESS Materials,已將這項技術帶給消費者,他們推出一罐將兩種塗層合而為一的噴劑,只要噴灑一次,在 5 分鐘內就能發揮效果。spotLESS Materials 團隊更透露,他們計劃與馬桶製造商合作,在售出前就為馬桶噴上塗層。

這間新創也與在發展中國家提供廁所設備的公司合作,使當地未接上公共水管系統的廁所噴上噴劑後,衛生狀況得以提升。

除了馬桶之外,這款噴劑還能應用到別的領域,使不同物品擁有自行清潔的效果,例如水槽、窗戶或是被昆蟲屍體纏身的風力發電機風扇,還能防止冰霜黏在飛機機翼上。「黏人的問題在世界各地都需要被解決。」黃得勝表示。

(塗上塗層的馬桶,可減少一半的用水量。來源:Penn State University

核稿編輯:李沂霖

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參考資料
This new magical coating saves water by making toilets so slippery that poop basically flushes itself(Fast Company)

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「生物可分解塑膠」不一定能回收?家用可堆肥、海洋可分解塑膠成未來環保趨勢

2019.12.20
合作轉載

環境資訊中心/孫文臨(2019 年 12 月 12 日)

1860 年代,南北戰爭結束後的美國,在製造業的帶頭下經濟突飛猛進,隨著西進運動進入高峰,美式撞球也開始廣受歡迎,然而當時的撞球皆由象牙所製作,取得不易、價格高昂,也造成非洲殖民地的大象獵殺加劇。

為尋找象牙的替代材質,美國發明家 John Wesley Hyatt,將硝酸纖維素和樟腦合成出一種名為賽璐璐(Celluloid)的化合物,成為世界上第一種人造塑膠,不只成為劃時代的發明,也成為美國第二次工業革命的重要標的。

賽璐璐日後逐步被改良成石油基塑膠,因其價格低廉、可塑性強,被廣泛用在人類生活的各個層面,也快速改變人類的消費方式,提供了便捷、衛生、人人可負擔的生活用品。然而隨著塑膠毫無節制的一次性大量使用消耗,散逸在自然環境需上百年才會分解,因此近年來世界各國開始注意到塑膠廢棄物帶來的嚴峻後果。

塑膠的百年孤寂:全球每年生產逾百億噸塑膠,9 成只使用一次就成垃圾

根據聯合國統計,全球的塑膠使用量逐年提升,已經接近百億噸,其中僅有不到一成被回收再利用,其餘塑膠成為了廢棄物若非焚燒就是放置在掩埋場,逸散到海洋等環境之中,破碎成塑膠微粒,進入食物鏈、水循環,塑膠減量成為全球共同面臨的難題。

除了提高回收比例,源頭減量才是解決塑膠垃圾問題的根本方法,然而多年來人類的生活習慣與塑膠密不可分,根據環保署統計,國人年均塑膠用量高達 122 公斤,且年年攀升,我們在外用餐使用塑膠餐具、購物拿了塑膠袋、物流的塑膠包材等等。

為對塑膠垃圾進行源頭減量,今年 7 月環保署公告實施「一次用塑膠吸管限制使用對象及實施方式」,盼能以法規逐步改變國人消費方式,當時制定法規時,環保團體多次認為,一次性塑膠吸管的開放替代材質不該納入「生物可分解塑膠」(簡稱:生分解塑膠),因為國內目前尚無完善的生分解塑膠回收系統,以及末端處理的工業堆肥場,美其名為生分解塑膠,最終仍只能與一般垃圾混雜送入焚化爐或垃圾掩埋場。

然而,環保署綜合評估目前業界技術及替代用品後,仍允許使用生分解塑膠吸管。主因為目前紙吸管供應有限且成本過高,擔憂新法衝擊過大導致社會反彈,環保署也表示,技術日新月異,未來會持續觀察最新技術,進一步調整法規內容。

從國際趨勢來看,傳統塑膠的落日正在加速來臨。塑膠中心總經理蕭耀貴就指出,傳統塑膠幾乎 100% 來自石油,面臨兩個問題,「第一是來源,石油可能很快會被人類用完,雖然美國開採出頁岩氣,但並不能作為塑膠的原料,因此石油浩劫仍在倒數。」

蕭耀貴指出,第二個更嚴重的問題是「去化」,因為傳統塑膠太便宜,使用氾濫導致環境衝擊,聯合國會議已經承諾 2030 會大量削減一次性塑膠用品,「這是塑膠產業的危機也是新的契機,現在各國都在大力推動,歐盟、中國等全球市場的測試中心都在塞車,可以看出整個產業正在風起雲湧,各界都急迫的需要更好的替代材質出現。」他說,生分解塑膠就是替代材質。

事實上,生分解塑膠其實早在 1932 年就在杜邦的實驗室開發問世,然而因其成本較石油基塑膠來得高而不受業界重視,直到近年塑膠垃圾成為全球難題後,才有更多資源投入生分解塑膠的研發與運用,然而目前市面上號稱的生分解塑膠百百種,能否成為解決塑膠垃圾問題的答案,仍需要進一步的驗證。

混料王子的背叛?光降解、崩解、氧化生物分解都不是真正的可分解塑膠

塑膠工業技術發展中心(簡稱:塑膠中心)擁有國內目前唯一獲得美國 BPI、德國 Dincertco、環保署三方認證許可的生分解實驗室,因應近年來國內外各大品牌紛紛提出將生分解塑膠取代現有塑膠製品,許多供應商都將自家原料產品送來驗證,分析技術部分析業務組專員黃郁萍說,塑膠中心已於今年完成實驗室的擴建,目前可執行檢驗約 10 來組樣品,但客戶仍需要排隊等到明年 8 月以後,因為送驗的量非常龐大。

黃郁萍指出,全球各國提出的限塑政策多允許替代材質的使用,然而需要經過完備嚴謹的「可堆肥化塑膠」(compostable)認證。

「可堆肥塑膠需經過可生物分解、可堆肥兩個關卡的實驗才能獲得認證。」他說,塑膠的組成為多分子聚合物,非單一材質,因此市面上也有出現光降解性塑膠、崩解性塑膠、氧化生物可分解塑膠,「然而這些都不是生分解塑膠,更不是可堆肥塑膠。」

她進一步解釋,光降解性塑膠(Photodegradable Plastics)是在傳統塑膠材質(PS、PP、PE、PVC 等)中,加上光敏促進劑,利用紫外線的輻射能量,引起高分子鏈斷裂的連鎖反應,促使塑膠產生裂化,外觀上會因為日曬而分裂,但最終仍會殘留下小碎片。

崩解性塑膠(Disintegradable Plastics)則是將傳統塑膠成分與澱粉(Starch)混煉而成,會誘使環境中微生物吞噬、崩解澱粉,但仍其塑膠成分仍會裂成碎片存在不會分解;氧化生物可分解塑膠(Oxo-Biodegradable Plastics)也是在傳統塑膠材質中,加入氧化添加劑,在接觸氧氣、陽光後逐步分解,最後只是碎裂成非常微小,可被生物吸收的粒子,仍不會消失。

「這 3 種塑膠都只是傳統塑膠添加其他物質後的材質,雖然會碎裂但並不會分解也不可堆肥,且碎裂後殘留的塑膠碎片,與不分解的塑膠物性相同,易造成使用者誤解其為「分解」而助長隨地丟棄,造成的環境污染。」黃郁萍說,正如同傳統塑膠可以添加其他物質,生分解塑膠同樣也可能有添加物,「因此生分解塑膠不代表其一定可堆肥,還得經過分解率、崩解度、植物毒性、重金屬等測試條件,才可稱為可堆肥化塑膠。」

你的名字要認證:「可堆肥塑膠」耗時 8 個月,還得要種菜計算萌芽率

黃郁萍表示,除了德國與歐盟 Dincertco(Seedling)的可堆肥標章,美國 BPI 的可堆肥化標章以及國內環保署的生物可分解塑膠環保標章外,國際常見的可堆肥塑膠包裝還有比利時的 OKCOMPOST 可堆肥標章、日本的 GreenPla 可堆肥標章、紐澳的 Seedling 可堆肥標章。

「產品要進入哪個市場,就需要獲得該市場的認證,但標準大同小異,原則上就是要要滿足 180 天內達 90% 分解率、84 天達 90% 崩解度、堆肥不具植物毒性、不含重金屬等條件。」他說,目前業界生分解塑膠的主流原料包含聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己內酯(PCL)等 10 來種,主要是乙醇二羧酸系的高分子結構,且持續在研發中。

塑膠中心分析技術部分析技術開發組組長許程宇表示,塑膠中心的「生物可分解之實驗室」為全台第一也是目前唯一,通過德國 Dincertco、美國 BPI、國內 TAF 認證的實驗機構,「實驗室所負責的是執行實驗以及出具報告,而頒布認證的仍是 Dincertco、BPI 等認證單位,因此在進行試驗以前,廠商需先與認證單位確認其所需的試驗內容。」

許程宇說,可堆肥化塑膠的判定標準,主要根據歐洲統一標準的 EN13432 與美國 ASTMD6400 的規範,需通過 4 個標準,「材質及重金屬分析」鑑定樣品主材質,並針對 11 種重金屬及氟元素進行限值管制,確認揮發性固體重 >50%;「完全生分解」樣品之有機碳轉換為二氧化碳之比率應於 45 天內達 70%,應於 180 天內達 90%;「應完全崩解」樣品的崩解度(重量損失)應於 84 天達 90%;最後則是「堆肥後不具毒性」堆肥後產物對植物的生長能力不造成負面影響,與空白組比較,能達成 90% 萌芽率及生質重。

他進一步解釋,一個樣品送到實驗室需經過一個月的材質與重金屬分析,6 個月的崩解度與生分解分析,一個月的植物生長試驗,最後才會出具報告,「整個過程最快要 8 個月的時間,試驗過程無法加速,是個長時間的驗證試驗。」

可工業堆肥不夠看,下一步還要「家用可堆肥」與「海洋可分解」

許程宇特別強調,可堆肥化塑膠是指其可在工業堆肥的環境下完成可生物分解,因此堆肥環境有工業堆肥的條件,在其他條件下未必會生物分解,試驗過程中土壤環境的酸鹼值 PH 需介於 7 至 9、氧氣濃度不得低於 6%、水分含量介於 50% 至 60%、溫度更要控制在 58±2℃,「一般的土壤環境溫度不可能到這麼高,需要特殊的工業堆肥才能維持在這樣的條件」。

這也就是環保團體認為生分解塑膠無法根本解決塑膠垃圾問題的原因,因為目前台灣並無工業堆肥場,也沒有回收系統。不過,許程宇也提到,政府目前正致力與國內大企業規劃建置生分解材料的工業堆肥廠,相信在未來幾年台灣的生分解材料回收系統將會更加完備,目前替代材質是以工業可堆肥塑膠為主流,但業界也已經開始在積極研發家用堆肥及海洋分解塑膠。

「因應法國、澳洲等地的政策,家用堆肥塑膠(Home compost)的需求逐漸被重視,家用堆肥的測試條件(25℃)與一般環境較為貼近,使用完畢後民眾可在自家做堆肥掩埋並進行生分解。」

許程宇表示,目前該項技術仍未普遍,全球只有比利時的 OWS 實驗室以及上海的 Dincertco 實驗室可進行家用堆肥的試驗,「不過隨著垃圾減量壓力與日俱增,家用堆肥未來的開發也必然愈來愈普及,因此塑膠中心的生分解實驗室也正著手建置家用堆肥的測試方法。」

許程宇說,可家用堆肥塑膠與現行可工業堆肥的生分解塑膠認證方式大致相同,唯一需改變的就是要把溫度從 58±2℃ 改為 25℃±5℃,「相對應的是分解時間的延長,生分解試驗從 180 天延長到 360 天,崩解試驗從 84 天延長到 180 天。」他表示,目前認為可作為家用堆肥的是更具彈性的分子材質。

此外,可堆肥塑膠進入水中或海中都無法分解,難以解決海洋塑膠垃圾問題。許程宇就表示,「海洋分解塑膠」也會是未來替代材質開發的方向。

「海洋的生物分解的環境為鹽水或天然海水中,同樣針對樣品是否可分解成 CO2 與 H2O 進行量測與監控,分解率要達到 90%,另外生物毒性要求則需對海洋水生生物,包含無脊椎動物、水蚤、魚、藻類或藍綠藻無負面影響。」

無論如何,傳統塑膠由生分解塑膠替代,已經成為主流趨勢,僅是時間早晚問題。除了大家熟知的吸管等餐具以外,黃郁萍也指出,未來可堆肥化塑膠的用途相當廣泛,包含塑膠袋等生活用品、紙尿布等衛生用品、農地膜、漁網等農漁業資材,甚至是近年來相當熱門的 3D 列印原料,還有手術縫合線等醫療用品。

站在環境的角度來看,源頭減量確實才是根本解決塑膠垃圾的方法,然而塑膠製品經過百年的演進早已改變了當代人的生活,以現代的消費模式對於塑膠產品仍有所依賴、無法根除,因此開發可減輕環境負擔的替代材質,不僅可能成為解決塑膠垃圾問題的一線生機,背後也待賴巨大的商機,如同百年前年賽璐璐取代象牙一樣,更好更友善環境的材質,或許將開啟人類與環境永續發展的下個百年。

全文轉載自環境資訊中心,原文標題:解開可分解塑膠身世之謎 選對「家用可堆肥、海洋可分解」可以更環保

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