“零垃圾”實驗室能否變為現實？

文/ Kerstin Hermuth-Kleinschmid，Julian David Senn

實驗室是一個會產生大量塑料垃圾的領域 // 據統計，實驗室本身每年就會產生550萬噸塑料垃圾，其中包括移液管嘴、丁腈手套、細胞培養燒瓶等實驗室廢棄物。在全球垃圾污染的時代，塑料在我們周圍無處不在，這樣的垃圾污染實在太嚴重了。盡管我們無法徹底扭轉這一態勢，但仍有可能在某些領域做出改善。

縱觀全球，幾乎所有的海灘都被垃圾占滿了，世界各大海洋上都漂浮著巨大垃圾帶，充斥著一次性塑料制品和消費類產品。越來越多的塑料產品不受控制地被拋棄到環境之中，塑料污染問題逐漸得到主流關注。塑料制品因其優異的耐溶劑性、耐化學性、重量輕，以及較低廉的生產成本，使得塑料成為實驗室耗材的不二之選。據了解，實驗室每年能生成重達550 萬噸的塑料垃圾。然而，實驗室是否一定要每天產生大量的塑料垃圾，其中哪些物品可以被替換？這些垃圾是否可以回收利用？以及可以采用哪些解決方案？下文綜述了如何在日常實驗室環境內使用替代產品來減少塑料的使用和其它一些有助于減少環境污染的創意。

“3R 策略”

“3R 策略”即減量（Reduce)、復用（Reuse）和回收（Recycle)，可以應用于所有生活方式，那么何不也將其應用于實驗室？當然，在實驗室環境下應用是一項挑戰，但并非不可能成功。許多人和組織都已經對這一主題進行了大量思索。作為最初“3R 策略”的補充，這里介紹第4 個R 和第5 個R：重新思考（Rethink）和替換（Replace）。

減量（Reduce)

很大一部分塑料垃圾屬于用后即棄的一次性用品，如移液管嘴或反應試管。這些用品在現代實驗室日常工作當中是必不可缺的，為了減少這方面的資源消耗，制造商在設計產品之初，就采用了資源高效型的設計方案、生產方式和產品包裝，通過這種方式，即使對類似移液管嘴這樣幾乎每天都在使用的產品也可以實現相當可觀的減量。Starlab 公司引入了一種特殊注塑技術，可以制造出更薄壁的Tipone 移液管嘴產品，而品質不會有任何下降，畢竟，如果產品達不到品質要求，即使再生態友好的產品對用戶來說也是無用的，這項新技術將每個移液管嘴的聚乙烯（PP）用量減少了40%，不僅如此，移液管嘴支架和重灌系統的設計方案也得到改進，這項改進就可累計減少25 噸以上的聚乙烯用量（按1 年計）。自新生產方式首次引入以來，總計來看，在支架和移液管嘴生產方面已經節約了125 余噸的聚乙烯。盡管節約了移液管嘴支架的用料，但其牢固程度和高溫蒸汽滅菌適用度仍保持在同等水平。據Starlab 介紹，優異的高溫蒸汽滅菌性能意味著移液管嘴支架可以在重灌系統幫助下多次重復使用而且不會有損失品質。

位于加利福尼亞州的Labcon公司降低了其移液管重灌系統的塑料材料占比，將塑料外包裝改換成回收紙板，New England Biolabs公司通過引入了更薄壁型的塑料燒瓶和離心管，將用于DNA 凈化的實驗套件的塑料用量減少了44%。減量是一種非常聰明的方式，它即能夠減少實驗室材料耗量又節約了成本?！安划a垃圾才是最好的垃圾”，出于這個原因，另一個有效的方法就是運用優秀的存貨管理，避免重復訂單和非必要的單項訂單。組合訂單有助于減少發貨成本和節約資源，避免在發貨行程上浪費時間與資源，而且在適當的時候，更大包裝尺寸也能減少相應包裝的垃圾量。

重復使用（Reuse）

在許多實驗室內，塑料制品正在越來越多地替換玻璃和其它材料制品，例如用塑料部件搭建的一次性接種環路、一次性塑料錐形燒瓶或塑料巴氏移液管等等。一次性用后即棄產品的確提供了更好的無菌性能并節約了時間，但這些產品也是導致目前垃圾生成量越來越高的幕后推手，而且這種產品每種都需要獨立的包裝。由此，我們必須清楚哪些地方可以使用一次性用品合理的，而哪些地方是可以避免使用一次性用品的。玻璃材質的移液管和錐形燒瓶使用期限長，可以用實驗室清洗設備清洗，也可以高溫蒸汽滅菌或紫外線滅菌，同樣的方式也適用于培養皿等用品。所以，在選擇實驗用品的時候，優先考慮可以重復使用的玻璃和其它材質用品，這樣不僅可以保護環境，而且可以減輕研究經費預算的壓力。

美國公司Grenova Solutions則另辟蹊徑，開發了一種特殊的清洗設備，可對塑料移液管嘴進行沖洗，然后重復使用。盡管最初這種做法，在使用之初，并不能被廣泛接受，但事實證明，這一種天才創意，并且是非常棒的替代解決方案。美國疾病控制與預防中心的研究人員在做高通量篩查時，僅單種篩查方法就會用掉超過11000 只的移液管嘴，其中60%只不過是用于溶劑移取操作，現在只需要進行清洗，超聲波處理和紫外線滅菌后，就可以重復使用了。這些移液管嘴經歷了上述的一系列處理之后，未出現任何污染或污漬現象，而且其形狀和材質方面無任何品質降低，移液操作的精確度也保持在允許誤差限值內?？傮w來說，一般移液管嘴可以連續使用10 次，經過清洗重復使用后，移液管嘴垃圾量將減少一半，這意味著每年將節約24000 美元左右。但這種方法能否被全行業采用，還有待商榷，特別是在高通量篩查以及需要大量使用移液管嘴移取緩沖液或溶劑的情況時。

回收利用（Recycle)

在德國，垃圾分類的正常做法是將垃圾分別放置到不同的可回收垃圾桶，垃圾桶分為可回收紙張/紙板的“綠色”垃圾筒與用于可回收塑料的“黃色”垃圾筒。而這種垃圾分類法在實驗室經會有所不同，實驗室一般不會回收利用塑料垃圾，而是將其歸于一般廢棄垃圾，并隨后投入垃圾焚燒廠進行焚燒，將所產生的能量用于下游生產。這種做法用于可能已受到污染的一次性用品，例如反應試管、細胞培養皿或移液管嘴，從安全方面考慮這樣做是合理的，并且也是法律要求，但是，對于那些未受到污染的一次性用品就有些浪費了，這些未受到污染的一次性用品毫無疑問是可以回收利用的，其中還包括一些未被污染的高品質塑料用品。以下一些實例可作為替代方案的示例：

■ 單一類型塑料：移液管嘴采用單一類型塑料制成，例如聚對苯二甲酸類塑料（PET）或聚乙烯（PP），而且支架未曾受到污染，在德國可按“黃色垃圾”棄置。Star lab 公司為了使回收工作更加便捷，它們向客戶提供了一種專門的回收服務，公司會上門回收所有采用單一類型高品質聚乙烯材料制成的移液管支架。取回的支架，配合重灌裝系統使用后，并將其發回給客戶，或者發送至廢品公司進行回收利用。目前盡管從技術上來說，還不可能使用來自舊支架的聚乙烯生產新移液管嘴，但在許多耐用型產品當中卻可以使用回收的聚乙烯材料，諸如貨盤或花園家具。

■ 實驗室手套：據華盛頓大學垃圾管理審計發現，實驗室手套占據了實驗室垃圾總量的23%，特別是在細胞和分子生物學實驗室，科學家們經常每天用掉好幾副手套，其中有些手套并沒有受到污染，還可以回收利用，因此，加利福尼亞大學戴維斯分校的一位博士生Lisa Anderson 發起了一項回收丁腈手套的活動，僅在1 年之后，就有近2.2 噸的實驗室手套得到了回收利用。她利用了金佰利公司提供的回收方案，回收來的塑料材料隨后用于制造運輸箱或公園長椅，這一方案也在德國得到很好的應用。

LP 本刊提示

塑料是人類世紀元標志之一？

在我們的后代回首人類世紀元時，是否會將其稱為“塑料朝代”？據一項由加利福尼亞州大學開展的研究顯示，自20 世紀50 年代至2015 年間，全球生產了約83 億噸塑料。在此階段，累計初級和次級塑料（即再生塑料）垃圾量據估為63 億噸。就此數量而言，其中只有9%進行再生，12%被焚燒，其余49 億噸或者被掩埋在填埋場，或者不受控制地進入環境，進入環境的塑料實際上已經存在于世界每一個角落。每年，約有400萬噸到1200萬噸的塑料垃圾從陸地進入海洋。據資料顯示，今年“大太平洋垃圾帶”（GPGP）正以指數式上升的速率積聚起各種塑料部件和物品，圖1是2014 年海洋塑料顆粒物估算重量（單位為噸）。

圖1 2014 年海洋塑料顆粒物估算重量（單位為噸）

■ 含有可回收塑料材料的產品：回收利用并不是唯一的方案，有些制造商會在其產品當中使用回收塑料，進而減少了原材料的使用。當然這種方式只可能應用于那些無特殊要求的實驗室用品，例如實驗室燒瓶或反應器皿架等。

為了達成真正閉環的循環經濟，開發能夠充分循環利用的環保材料是科學界努力的方向。歐盟正在嘗試通過“循環經濟塑料戰略”促進這種方法的發展，其中關鍵步驟就是支持和提倡循環友好設計，以及生產環境友好塑料制品。

重新思考（Rethink）

過去，生命科學實驗室也提出過開發能夠生物降解的一次性材料用品的想法，但這一想法在現實情況中并不可行，根據德國聯邦環境署（UBA）所說，工廠并不能完全滿足這些產品分解所必需的時間，分解過程也不能產出且有實用意義的分解顆粒物，只能生成二氧化碳和水。材料回收利用本身是可以成為有意義的替代方案，但就目前技術而言，這一方案還難以實現。

另一個替代方案是研發生物塑料，這種方案的前景更為光明。有些基于“生物聚乙烯”材料的產品可以應用在生命科學行業，諸如實驗室燒瓶或移液管嘴支架底座。由德國聯邦環境署在2012年編制的一份評估報告中得出結論：從氣候改變角度來說，以巴西甘蔗為基材的生物聚乙烯（bio-PE）塑料制成的塑料薄膜，比歐洲采用石化資源生產的聚乙烯塑料對氣候的影響度會更小。但是甘蔗種植會導致土壤和海洋酸化，因此生物基塑料給環境帶來的負擔會更大。這意味著研發生物塑料的前景也依然不是很明朗。根據德國聯邦環境署所的研究：未來最有可能依賴的生物基塑料是生物聚乙烯，可以就此探索“循環經濟塑料戰略”，進而達到總體生態平衡的改善。未來的趨勢也將轉向增加次級原材料用量（諸如殘余垃圾原料）以替代例如甘蔗這樣需要專門栽植的種植生物質，從而也可能給生態平衡帶來積極影響。

替換（Replace）

在冷藏產品運輸過程中經常會用到保溫包裝箱，在某些情況下，也可以將其回收并重復使用。當前有一些替代方案是采用天然紙漿或諸如稻草的農業廢物當作保溫材料，其冷藏保持時間與聚苯乙烯材質保溫箱相近。

美國一家公司使用真菌菌絲體覆蓋的方法，將類似于纖維的真菌菌絲體與木屑混合起來，所得到的混合物也展現出具有溫度調節特性。盧森堡品納堡大學的學生也正在研究一種基于真菌的保溫材料，這種材料可以完全從當地回收的垃圾中生產出來。

我們要重新思考對塑料產品的使用，確保合理地使用塑料產品，采取積極主動的回收循環戰略，堅持不解地尋找替代方案。運用減量、復用和回收這“3R 策略”的組合，會有助于減少垃圾量。這樣做不僅能夠節約資源，而且能夠節省棄置成本，有助于環境保護。無論“零垃圾”實驗室是否能夠在未來變成現實，大家都在朝著這個方向不懈努力。