清华大学化工系朱兵课题组合作在中国塑料社会经济代谢研究中取得新进展

近日，清华大学化工系和化学工程与低碳技术全国重点实验室朱兵课题组和挪威科技大学能源与过程工程系蒋萌博士等开展合作，在中国塑料社会经济代谢研究领域取得新进展。研究首次系统量化了中国12种非通用塑料的物质流量与存量，为进一步完善塑料污染治理提供了模型方法、数据基础和科学支撑。

塑料作为使用量最大的高分子材料，广泛应用于现代社会生产生活各领域，然而不当使用和管理使塑料污染问题趋于严峻。我国正推进塑料污染全链条治理，联合国正在推进制定具有法律约束力的塑料污染治理国际文书的政府间谈判，而均衡、有效政策的制定和完善，需要对塑料的社会经济代谢（即塑料生产和使用，以及废弃塑料循环、处置过程的物质流量和存量）建立全面、准确的系统认知。

已有研究主要关注五大通用塑料（聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS）。五大通用塑料之外的非通用塑料在塑料消费中占据相当比重，在化学组成、机械性能和用途、废弃和回收路径等方面与通用塑料存在显著差异。但由于定义不一、分类复杂、数据受限等原因，学界对非通用塑料长期缺乏系统研究，其社会经济代谢模式仍是空白。

研究团队通过动态物质流分析方法，构建了包括原料生产、产品制造、应用部门、报废处置及进出口等阶段的全链条代谢模型，首次系统量化了中国12种非通用塑料的物质流量和存量。12种非通用塑料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚氨酯PU、7种工程塑料（2种聚酰胺PA6/PA66、聚碳酸酯PC、聚甲醛POM、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚苯醚PPO、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA）以及3种热固性塑料（环氧树脂EPO、不饱和树脂UPR、酚醛树脂PF）。研究揭示了1978年至2022年间，中国各类非通用塑料显著不同的社会经济代谢特征。例如，作为塑料使用时，PET主要用于短寿命的包装领域，而PU、工程塑料和热固性塑料则多用于建筑、汽车和电子等长寿命产品领域。这种应用差异导致不同塑料的废弃和回收路径存在显著差异。与通用塑料相比，PU和热固性塑料等非通用塑料难以通过传统的机械回收方法处理，未来化学回收等技术的进步将进一步推进塑料循环经济的发展。

2022年中国非通用塑料物质流量和存量示意图

研究还引出了“塑料”及其原料“聚合物”的定义问题。通用塑料相关聚合物基本都会用作塑料产品，因此人们往往对这两个概念不仔细加以区分。但非通用塑料的情况并不相同。2022年，中国非通用塑料相关聚合物的产量达到约8500万吨，与通用塑料相关聚合物的产量相当。然而，其中仅35%用于塑料制品，其余则用于纤维、橡胶等非塑料应用。“塑料”定义方式直接影响政策管控范围，不同定义将导致高达5800万吨的数据偏差，准确界定“塑料”的边界是制定有效治理政策的前提。

相关研究成果以“填补空白：追踪中国塑料社会经济代谢中的12种非通用塑料”（Filling the Gaps: Tracing 12 Types of Non-Commodity Plastics in China’s Plastic Socioeconomic Metabolism）为题，于3月10日发表于《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）。

此前，朱兵课题组在《资源节约与循环》（Resources, Conservation and Recycling）期刊上发表了关于中国五大通用塑料物质流量和存量测算的研究。结合本次对12种非通用塑料的研究工作，课题组实现了对中国95%以上塑料代谢的系统量化。

清华大学化工系2020级博士生任钰成、2023级博士生朱恒志为论文共同第一作者，朱兵和蒋萌为论文共同通讯作者。清华大学化工系副教授陈定江、教授郭宝华，环境学院教授徐明，化工系2021级博士生曹煜恒、2023级硕士生李春龙参加了研究工作。论文合作者包括华东理工大学商学院教授余亚东。研究得到清华大学-中国石化绿色化工联合研究院支持项目以及化学工程与低碳技术全国重点实验室的支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c01174

供稿：化工系

编辑：李华山

审核：郭玲