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PET食物容器會溶出雙酚A嗎?

活躍星系核_96
・2014/10/24 ・1634字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

Credit: Ricardo Bernardo via Flickr
Credit: Ricardo Bernardo via Flickr

文/mlkj

拜讀PanSci葉綠舒的兩篇大作《瓶裝水安全嗎?》、《瓶裝水安全嗎?(二)》,引述資料本身有疑點,或資訊未更新,造成文章有些不足之處,想藉此釐清。另外補充一些PET酯粒之相關知識。

最明顯的疑點是《瓶裝水安全嗎?(二)》一文中,第二段說PET(polyethylene terephthalate,聚對苯二甲酸乙二醇酯)材質的水瓶在加熱時,還是會釋放出低濃度的銻和雙酚A (Bisphenol  A, BPA)。這個是錯的,PET並不會釋放出任何的BPA,會釋放BPA的僅有PC材質的水瓶。

PET的原料主要是PTA(Purified Terephthalic Acid,純對苯二甲酸)以及EG(Ethylene Glycol,乙二醇)。而PTA的原料是PX(p-Xylene,對二甲苯),EG的原料是Ethylene(乙烯);無論在原料端,或是生產過程中,都沒有添加雙酚A,所以也沒有溶出的疑慮。

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同樣是塑膠,含有雙酚A並且可能拿來做水瓶的,是另一種材質PC(Polycarbonate,聚碳酸酯)。PC在製程中會使用雙酚A,才有溶出的疑慮。目前食物容器會用到PC材質的,大概有加侖桶、奶瓶、戶外活動用水壺等;由於歐盟跟加拿大已經宣布PC禁止拿來製造奶瓶,且許多研究也證明BPA對人體有害,因此PC現在使用在食物容器上面的例子越來越少。比如說奶瓶多使用PP(Polypropylene,聚丙烯)或是更高價的PPSU(Polyphenylsulfone);而戶外活動的水壺,許多都改用PETG(簡單來講就是改質的PET),這種強度跟耐熱性都更好的材料。

因此文中資訊來源的Lena Ma教授,是如何讓PET瓶溶出BPA,我也很好奇。有一個可能性,是她在中國購買的16個塑膠瓶中,把PC瓶混入,而她的團隊沒有發覺,不過這沒辦法驗證。甚至《瓶裝水安全嗎?》這篇文章所引用西班牙團隊的報導第七段裡面也指出,BPA是跟PC包材連結的。

至於有關銻(Antimony)的析出,是有可能的。原因是PET酯粒的生產中,主要還是用銻作為觸媒。不過PET酯粒中,剩餘的銻含量,大約僅在100-200ppm間,且也不是那麼容易就溶出。

目前除了銻觸媒以外,市面上還有鍺觸媒、鈦觸媒、鋁觸媒(不過現在幾乎消失了)等較為「安全」的觸媒。這些觸媒除了衛生性以外,使用上還有耐熱性較好等其他優點,但這些觸媒所生產出的PET,比銻觸媒生產出的PET貴上不少。而包裝設備的改變,比如說以往需要高溫殺菌的「熱充填」設備,現在多被常溫的「無菌充填」設備所取代,也讓銻會溶出的可能性越降越低。

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有關可塑劑溶出的可能性也非常低。原因在於PET瓶本身並不需要添加可塑劑,來增加彈性或是韌度,因此PET瓶基本上是非常安全、乾淨的。

此外《瓶裝水安全嗎?》一文中,引用《看守台灣》的資料,說回收PET粒還需要加上7成的新料,才能生產出消費者可以接受的透明瓶。這應該是《看守台灣》的資訊並沒有更新;日本的飲料大廠Suntory早在2012年就推出百分之百回收料所製成的PET瓶了,且不是甚麼冷門產品,而是大眾產品烏龍茶。且令人訝異的是,Suntory所使用的,並不是品質較好、價格也較高的化學回收法(Chemical Recycle)rPET,而是一般機械回收法(Mechanical Recycle)所生產的rPET。日本現在國內唯一有能力生產化學回收法rPET的公司為PRT(PET Refine Technology),為包材大廠東洋製罐的子公司。

而且PET的回收料除了作瓶子,還能作纖維,本屆世界盃的許多隊伍,身上所穿的球衣便來自台灣回收PET所製成的纖維布料。能把使用完畢,準備廢棄的原料拿來再度利用,筆者並不認為這是不好的事。

簡單作結論:

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  1. PET不含雙酚A,含雙酚A的是PC。購買時只要標註1號塑膠的就不會有問題。
  2. PET含有非常微量的銻,但基本上不太會溶出。
  3. PET瓶製造時不需要可塑劑來增加柔韌度,所以沒有添加的必要。
  4. PET是可以100% bottle to bottle的,這是技術問題。
  5. PET除了回收可以製瓶,還可以作纖維,以再利用的角度來看,是非常良善的產品。

希望這樣的文章有助於大家了解PET酯粒以及PET瓶。

參考資料

  1. Facts on PET
  2. PET Resin Association
  3. Suntory使用100%回收PET之新聞發布(日文)
  4. PRT公司對化學回收法的介紹(日文)
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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揭密突破製程極限的關鍵技術——原子層沉積
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/08/30 ・3409字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 ASM 委託,泛科學企劃執行。 

以人類現在的科技,我們能精準打造出每一面牆只有原子厚度的房子嗎?在半導體的世界,我們做到了!

如果將半導體製程比喻為蓋房子,「薄膜製程」就像是在晶片上堆砌層層疊疊的磚塊,透過「微影製程」映照出房間布局 — 也就是電路,再經過蝕刻步驟雕出一格格的房間 — 電晶體,最終形成我們熟悉的晶片。為了打造出效能更強大的晶片,我們必須在晶片這棟「房子」大小不變的情況下,塞進更多如同「房間」的電晶體。

因此,半導體產業內的各家大廠不斷拿出壓箱寶,一下發展環繞式閘極、3D封裝等新設計。一下引入極紫外曝光機,來刻出更微小的電路。但別忘記,要做出這些複雜的設計,你都要先有好的基底,也就是要先能在晶圓上沉積出一層層只有數層原子厚度的材料。

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現在,這道薄膜製程成了電晶體微縮的一大關鍵。原子是物質組成的基本單位,直徑約0.1奈米,等於一根頭髮一百萬分之一的寬度。我們該怎麼精準地做出最薄只有原子厚度,而且還要長得非常均勻的薄膜,例如說3奈米就必須是3奈米,不能多也不能少?

這唯一的方法就是原子層沉積技術(ALD,Atomic Layer Deposition)。

蓋房子的第一步是什麼?沒錯,就是畫設計圖。只不過,在半導體的世界裡,我們不需要大興土木,就能將複雜的電路設計圖直接印到晶圓沉積的材料上,形成錯綜複雜的電路 — 這就是晶片製造的最重要的一環「微影製程」。

首先,工程師會在晶圓上製造二氧化矽或氮化矽絕緣層,進行第一次沉積,放上我們想要的材料。接著,為了在這層材料上雕出我們想要的電路圖案,會再塗上光阻劑,並且透過「曝光」,讓光阻劑只留下我們要的圖案。一次的循環完成後,就會換個材料,重複沉積、曝光、蝕刻的流程,這就像蓋房子一樣,由下而上,蓋出每個樓層,最後建成摩天大樓。

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薄膜沉積是關鍵第一步,基底的品質決定晶片的穩定性。但你知道嗎?不只是堆砌磚塊有很多種方式,薄膜沉積也有多樣化的選擇!在「薄膜製程」中,材料學家開發了許多種選擇來處理這項任務。薄膜製程大致可分為物理和化學兩類,物理的薄膜製程包括蒸鍍、濺鍍、離子鍍、物理氣相沉積、脈衝雷射沉積、分子束磊晶等方式。化學的薄膜製程包括化學氣相沉積、化學液相沉積等方式。不同材料和溫度條件會選擇不同的方法。

二氧化矽、碳化矽、氮化矽這些半導體材料,特別適合使用化學氣相沉積法(CVD, Chemical Vapor Deposition)。CVD 的過程也不難,氫氣、氬氣這些用來攜帶原料的「載氣」,會帶著要參與反應的氣體或原料蒸氣進入反應室。當兩種以上的原料在此混和,便會在已被加熱的目標基材上產生化學反應,逐漸在晶圓表面上長出我們的目標材料。

如果我們想增強半導體晶片的工作效能呢?那麼你會需要 CVD 衍生的磊晶(Epitaxy)技術!磊晶的過程就像是在為房子打「地基」,只不過這個地基的每一個「磚塊」只有原子或分子大小。透過磊晶,我們能在矽晶圓上長出一層完美的矽晶體基底層,並確保這兩層矽的晶格大小一致且工整對齊,這樣我們建造出來的摩天大樓就有最穩固、扎實的基礎。磊晶技術的精度也是各公司技術的重點。

雖然 CVD 是我們最常見的薄膜沉積技術,但隨著摩爾定律的推進,發展 3D、複雜結構的電晶體構造,薄膜也開始需要順著結構彎曲,並且追求精度更高、更一致的品質。這時 CVD 就顯得力有未逮。

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並不是說 CVD 不能用,實際上,不管是 CVD 還是其他薄膜製程技術,在半導體製程中仍占有重要地位。但重點是,隨著更小的半導體節點競爭愈發激烈,電晶體的設計也開始如下圖演變。

圖/Shutterstock

看出來差別了嗎?沒錯,就是構造越變越複雜!這根本是對薄膜沉積技術的一大考驗。

舉例來說,如果要用 CVD 技術在如此複雜的結構上沉積材料,就會出現像是清洗杯子底部時,有些地方沾不太到洗碗精的狀況。如果一口氣加大洗碗精的用量,雖然對杯子來說沒事,但對半導體來說,那些最靠近表層的地方,就會長出明顯比其他地方厚的材料。

該怎麼解決這個問題呢?

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CVD 容易在複雜結構出現薄膜厚度不均的問題。圖/ASM

材料學家的思路是,要找到一種方法,讓這層薄膜長到特定厚度時就停止繼續生長,這樣就能確保各處的薄膜厚度均勻。這種方法稱為 ALD,原子層沉積,顧名思義,以原子層為單位進行沉積。其實,ALD 就是 CVD 的改良版,最大的差異在所選用的化學氣體前驅物有著顯著的「自我侷限現象」,讓我們可以精準控制每次都只鋪上一層原子的厚度,並且將一步驟的反應拆為兩步驟。

在 ALD 的第一階段,我們先注入含有 A 成分的前驅物與基板表面反應。在這一步,要確保前驅物只會與基板產生反應,而不會不斷疊加,這樣,形成的薄膜,就絕對只有一層原子的厚度。反應會隨著表面空間的飽和而逐漸停止,這就稱為自我侷限現象。此時,我們可以通入惰性氣體將多餘的前驅物和副產物去除。在第二階段,我們再注入含有 B 成分的化學氣體,與早已附著在基材上的 A 成分反應,合成為我們的目標材料。

透過交替特殊氣體分子注入與多餘氣體分子去除的化學循環反應,將材料一層一層均勻包覆在關鍵零組件表面,每次沉積一個原子層的薄膜,我們就能實現極為精準的表面控制。

你知道 ALD 領域的龍頭廠商是誰嗎?這個隱形冠軍就是 ASM!ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商,自 1968 年,Arthur del Prado 於荷蘭創立 ASM 以來,ASM 一直都致力於推進半導體製程先進技術。2007 年,ASM 的產品 Pulsar ALD 更是成為首個運用在量產高介電常數金屬閘極邏輯裝置的沉積設備。至今 ASM 不僅在 ALD 市場佔有超過 55% 的市佔率,也在 PECVD、磊晶等領域有著舉足輕重的重要性。

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ASM 一直持續在快速成長,現在在北美、歐洲、及亞洲等地都設有技術研發與製造中心,營運據點廣布於全球 15 個地區。ASM 也很看重有「矽島」之稱的台灣市場,目前已在台灣深耕 18 年,於新竹、台中、林口、台南皆設有辦公室,並且在 2023 年於南科設立培訓中心,高雄辦公室也將於今年年底開幕!

當然,ALD 也不是薄膜製程的終點。

ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商。圖/ASM

最後,ASM 即將出席由國際半導體產業協會主辦的 SEMICON Taiwan 策略材料高峰論壇和人才培育論壇,就在 9 月 5 號的南港展覽館。如果你想掌握半導體產業的最新趨勢,絕對不能錯過!

圖片來源/ASM

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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美國將玉米乙醇列入 SAF 前瞻政策,它真的能拯救燃料業的高碳排處境嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/06 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 美國穀物協會 委託,泛科學企劃執行。

你加過「酒精汽油」嗎?

2007 年,從台北的八座加油站開始,民眾可以在特定加油站選加「E3 酒精汽油」。

所謂的 E3,指的是汽油中有百分之 3 改為酒精。如果你在其他國家的加油站看到 E10、E27、E100 等等的標示,則代表不同濃度,最高到百分之百的酒精。例如美國、英國、印度、菲律賓等國家已經開放到 E10,巴西則有 E27 和百分之百酒精的 E100 選項可以選擇。

圖片來源:Hanskeuken / Wikipedia

為什麼要加酒精呢?

單論玉米乙醇來說,碳排放趨近於零。為什麼呢?因為從玉米吸收二氧化碳與水進行光合作、生長、成熟,接著被採收,發酵成為玉米乙醇,最後燃燒成二氧化碳與水蒸氣回到大氣中。這一整趟碳循環與水循環,淨排放都是 0,是個零碳的好燃料來源。

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圖片來源:shutterstock

當然,我們無法忽略的是燃料運輸、儲藏、以及製造生產設備時產生的碳足跡。即使如此,美國農業部經過評估分析,2017 發表的報告指出,玉米乙醇生命週期的碳排放量比汽油少了 43%。

「玉米乙醇」納入 SAF(永續航空燃料)前瞻性指引的選項之一

航空業占了全球碳排的 2.5%,而根據國際民用航空組織(ICAO)的預測,這個數字還會成長,2050 年全球航空碳排放量將會來到 2015 年的兩倍。這也使得以生質原料為首的「永續航空燃料」SAF,開始成為航空業減碳的關鍵,及投資者關注的新興科技。

只要燃料的生產符合永續,都可被歸類為 SAF。目前美國材料和試驗協會規範的 SAF 包含以合成方式製造的合成石蠟煤油 FT-SPK、透過發酵與合成製造的異鏈烷烴 SIP。以及近年討論度很高,以食用油為原料進行氫化的 HEFA,以及酒精航空燃料 ATJ(alcohol-to-jet)。

圖片來源:shutterstock

每種燃料的原料都不相同,因此需要的技術突破也不同。例如 HEFA 是將食用油重新再造成可用的航空燃料,因此製造商會從百萬間餐廳蒐集廢棄食用油,再進行「氫化」。

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就引擎來說,我們當然也希望用到穩定的油。因此需要氫化來將植物油轉化為如同動物油般的飽和脂肪酸。氫化會打斷雙鍵,以氫原子佔據這些鍵結,讓氫在脂肪酸上「飽和」。此時因為穩定性提高,不易氧化,適合保存並減少對引擎的負擔。

至於酒精加工為酒精航空燃料 ATJ 的流程。乙醇會先進行脫水為乙烯,接著聚合成約 6~16 碳原子長度的長鏈烯烴。最後一樣進行氫化打斷雙鍵,成為長鏈烷烴,性質幾乎與傳統航空燃料一模一樣。

ATJ 和 HEFA 雖然都會經過氫化,但 ATJ 的反應中所需要的氫氣大約只有一半。另外,HEFA 取用的油品來源來自餐廳,雖然是幫助廢油循環使用的好方法,但供應多少比較不穩定。相對的,因為 ATJ 來源是玉米等穀物,通常農地會種植專門的玉米品種進行生質乙醇的生產,因此來源相對穩定。

但不論是哪一種 SAF,都有積極發展的價值。而航空業也不斷有新消息,例如阿聯酋航空在 2023 年也成功讓波音 777 以 100% 的 SAF 燃料完成飛行,締下創舉。

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圖片來源:shutterstock

汽車業也需要作出重要改變

根據長年推動低碳交通的國際組織 SLoCaT 分析,在所有交通工具的碳排放中,航空業佔了其中的 12%,而公路交通則占了 77%。沒錯,航空業雖然佔了全球碳排的 2.5%,但真正最大宗的碳排來源,還是我們的汽車載具。

但是這個新燃料會不會傷害我們的引擎呢?有人擔心,酒精可能會吸收空氣中的水氣,對機械設備造成影響?

其實也不用那麼擔心,畢竟酒精汽油已經不只是使用一、二十年的東西了。美國聯邦政府早在 1978 就透過免除 E10 的汽油燃料稅,來推廣添加百分之 10 酒精的低碳汽油。也就是說,酒精汽油的上路試驗已經快要 50 年。

有那麼多的研究數據在路上跑,當然不能錯過這個機會。美國國家可再生能源實驗室也持續進行調查,結果發現,由於 E10 汽油摻雜的比例非常低,和傳統汽油的化學性質差異非常小,這 50 年來的車輛,只要符合國際標準製造,都與 E10 汽油完全相容。

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解惑:這些生質酒精的來源原料是否符合永續的精神嗎?

在環保議題裡,這種原本以為是一片好心,最後卻是環境災難的案例還不少。玉米乙醇也一樣有相關規範,例如歐盟在再生能源指令 RED II 明確說明,生質乙醇等生物燃料確實有持續性,但必須符合「永續」的標準,並且因為使用的原料是穀物,因此需要確保不會影響糧食供應。

好消息是,隨著目標變明確,專門生產生質酒精的玉米需求增加,這也帶動品種的改良。在美國,玉米產量連年提高,種植總面積卻緩步下降,避開了與糧爭地的問題。

另外,單位面積產量增加,也進一步降低收穫與運輸的複雜度,總碳排量也觀察到下降的趨勢,讓低碳汽油真正名實相符。

隨著航空業對永續航空燃料的需求抬頭,低碳汽油等生質燃料或許值得我們再次審視。看看除了鋰電池車、氫能車以外,生質燃料車,是否也是個值得加碼投資的方向?

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善用會吃塑膠的細菌,分解寶特瓶不用再等 450 年
Sherry
・2021/04/16 ・2556字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

生活中總有那種到商店選購了很多商品,結帳後卻發現自己忘記攜帶環保袋的經驗,這時候銅板價的塑膠袋就是把商品輕鬆帶回家的好選擇。根據統計,每年全世界使用高達 5 億個一次性塑膠袋。

你知道塑膠袋發明是為了重複使用嗎?

瑞典工程師圖林 (Sten Gustaf Thulin) 發明了第一個塑膠袋。因為相較於紙袋,塑膠袋較不容易因為潮濕或拉扯破損,利於重複使用,能減少樹木砍伐,而且相對於紙袋,塑膠袋也較能攜帶重物。透過塑膠袋的發明,圖林希望解決紙袋造成的環境問題。不過統計至今,其中超過半數的塑膠袋並沒有達成「重複使用」這個使用初衷,有許多塑膠袋反而被隨意扔棄在大自然中,造成了另一種的生態壓力。

過去幾年來,塑膠製品嚴重影響環境生態。數年前,一支我們習以為常的吸管卡進海龜鼻子裡,短短 8 分多鐘的 Youtube 影片,驚醒了許多人的環保意識,開始拒用一次性塑膠吸管,行政院環保署也在 108 年 5 月宣布一次性塑膠吸管使用規範。除了限制一次性使用塑膠吸管,部分商店與機構也紛紛推出自備環保餐具即享折扣的優惠,對於不得不使用的一次性塑膠製品,政府也提倡回收再利用。

2018 年,台灣塑膠總回收量為 53 萬公噸,而其中寶特瓶回收量則高達 54 億支,資源回收率號稱全球第三,寶特瓶的回收量更高達 95%,即便是這樣,每年仍有 2-3 億支寶特瓶流入大自然,因此除了推行塑膠減量外,科學家也開始思考如何減短膠製品的分解週期。

發現會吃塑膠的細菌

塑膠製品那麼多,那就先從民生用品最常見的 PET(苯二甲酸乙酯)說起。

PET 是一種常見的塑膠材料,在衣服、包裝及地毯都可以看到它的蹤跡,其中 PET 最廣為人知的製品就是寶特瓶。PET 價格低、輕便的特性讓他成為常見的塑膠材料,不過卻也因為結構中將兩個單體聚合在一起的酯鍵並不容易被分解,因此有著驚人的抗生物分解能力,分解一支寶特瓶至少需要長達 450 年的時間。

即便數據顯示,目前寶特瓶的回收率並不低,但在台灣每年卻還是有 2-3 億支寶特瓶沒有成功回收。這些被遺忘的寶特瓶最終被丟棄在人類的生活軌跡,好一點的丟進垃圾掩埋場,運氣不好的則被帶入山林或流進海洋,再次造成野生動物們的傷害。

PET 有著驚人的抗生物分解能力,分解一支寶特瓶至少需要長達 450 年的時間。圖/Pexels

等等!剛才說分解寶特瓶需要 450 年,那就是還有辦法分解啊,所以只要找到這些年是誰在分解寶特瓶,事情不就好喬了?

沒錯!首先想到的就是來自日本的研究團隊,他們將寶特瓶回收場的底泥、濕土、廢水,只要是有接觸到分解寶特瓶殘骸的環境樣本通通帶回實驗室。研究團隊將這些帶回來的樣本培養在 PET 塑膠薄膜上,希望看看是不是有微生物在分解 PET,可以靠著分解 PET 產生能量,維持細胞中的代謝與合成反應。

結果真的有。

2016 年,日本研究團隊發現了一株愛「吃」塑膠的新型細菌,這株細菌可以在大概 6 週的時間內,將 PET 薄膜完全分解。研究團隊將它命名為大阪堺菌 (Ideonella sakaiensis)。

生物產生的催化劑——酵素

找到新細菌然後呢?想知道他可能有什麼神奇的超能力,最快的方法就是送去定序。

研究人員根據定序結果發現細菌帶有一種水解酵素,推測這種酵素可能與大阪堺菌能分解 PET 有關。為了證明這樣的推測,研究人員進行酵素純化,並測試其分解 PET 的能力,發現在攝氏 30 度的環境中,酵素有最佳的反應效率將 PET 分解,決定命名為 PETase。

團隊在找出大阪堺菌分解 PET 的關鍵機制後,成功以化學方法純化 PETase,擺脫微生物實驗中的許多條件限制。不過能在 6 週內分解 PET 塑膠薄膜只能確定酵素有分解的能力,但是真正要面對 2-3 億支比薄膜更厚實的 PET 寶特瓶,這樣的實驗成果遠遠不夠,因此科學家們紛紛開始思考如何加快分解 PET 的反應速率。

找到能分解塑膠的酵素,那能再快一點嗎?

2018 年英國樸茨茅斯大學 (University of Portsmouth) 研究團隊根據先前研究分析 PETase 的結構,發現其胺基酸序列與嗜高溫放線菌 (Thermobifida Fusca) 的水解酵素 TfH 有 52% 的相似度,但是兩者之間對於受質的專一性不同,其中 PETase 的結構相似於催化角質與脂肪酸分解的 α/β 水解酵素,因此研究團隊希望透過改變 PETase 的結構,設計出一種酵素能夠更快速分解 PET。

哈里·奧斯汀 (Harry P. Austin) 研究團隊將 PETase 的結構突變為更類似於此水解酵素,嘗試讓兩個水解酵素中的兩個活性位點,由殘基突變為保守氨基酸,使結合裂變窄,優化 PETase 對於 PET 的分解能力。在實驗中將野生型 PETase 和 PETase 雙突變體 (S238F / W159H) 透過掃描式電子顯微鏡進行比較(如圖 A-C),A 為緩衝溶液(對照組),B 為野生型 PETase,C 為 PETase 雙突變體 (S238F / W159H) ,在 pH7.2 的磷酸鹽緩衝溶液培養 96 小時後,可以看到對照組的 PET 表面沒有被分解產生的孔洞,而 PETase 雙突變體的孔洞較野生型 PETase 多且明顯,應證了雙突變的 PETase 在相同條件下,能更有效的分解 PET。

PETase 雙突變體 (S238F / W159H) 相較於野生型 PETase 更有效分解 PET。圖/參考資料 6

雖然透過科學家們的努力,在未來有機會利用蛋白質工程,嘗試更多組合,找到讓塑膠分解更快速的方法。不過以根本來說,降低塑膠使用量、在未來審慎考慮各種材料的利用,照顧好地球環境,才是我們的首要目標。

參考資料

  1. Bag with handle of weldable plastic material
  2. How plastic bags were supposed to help the planet – BBC News
  3. 從海龜氣管拔出塑膠吸管
  4. 環保署公告「一次用塑膠吸管限制使用對象及實施方式」
  5. 台灣成就!寶特瓶回收率高達95%、資源回收率全球第3 但真的夠了嗎?
  6. 塑膠垃圾別亂丟,海洋分解得花600年
  7. Yoshida, S., Hiraga, K., Takehana, T., Taniguchi, I., Yamaji, H., Maeda, Y., … & Oda, K. (2016). A bacterium that degrades and assimilates poly (ethylene terephthalate). Science, 351(6278), 1196-1199.
  8. Austin, H. P., Allen, M. D., Donohoe, B. S., Rorrer, N. A., Kearns, F. L., Silveira, R. L., … & Beckham, G. T. (2018). Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(19), E4350-E4357.
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Sherry
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拜讀PanSci葉綠舒的兩篇大作《瓶裝水安全嗎?》、《瓶裝水安全嗎?(二)》,引述資料本身有疑點,或資訊未更新,造成文章有些不足之處,想藉此釐清。另外補充一些PET酯粒之相關知識。

最明顯的疑點是《瓶裝水安全嗎?(二)》一文中,第二段說PET(polyethylene terephthalate,聚對苯二甲酸乙二醇酯)材質的水瓶在加熱時,還是會釋放出低濃度的銻和雙酚A (Bisphenol  A, BPA)。這個是錯的,PET並不會釋放出任何的BPA,會釋放BPA的僅有PC材質的水瓶。

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PET的原料主要是PTA(Purified Terephthalic Acid,純對苯二甲酸)以及EG(Ethylene Glycol,乙二醇)。而PTA的原料是PX(p-Xylene,對二甲苯),EG的原料是Ethylene(乙烯);無論在原料端,或是生產過程中,都沒有添加雙酚A,所以也沒有溶出的疑慮。

同樣是塑膠,含有雙酚A並且可能拿來做水瓶的,是另一種材質PC(Polycarbonate,聚碳酸酯)。PC在製程中會使用雙酚A,才有溶出的疑慮。目前食物容器會用到PC材質的,大概有加侖桶、奶瓶、戶外活動用水壺等;由於歐盟跟加拿大已經宣布PC禁止拿來製造奶瓶,且許多研究也證明BPA對人體有害,因此PC現在使用在食物容器上面的例子越來越少。比如說奶瓶多使用PP(Polypropylene,聚丙烯)或是更高價的PPSU(Polyphenylsulfone);而戶外活動的水壺,許多都改用PETG(簡單來講就是改質的PET),這種強度跟耐熱性都更好的材料。

因此文中資訊來源的Lena Ma教授,是如何讓PET瓶溶出BPA,我也很好奇。有一個可能性,是她在中國購買的16個塑膠瓶中,把PC瓶混入,而她的團隊沒有發覺,不過這沒辦法驗證。甚至《瓶裝水安全嗎?》這篇文章所引用西班牙團隊的報導第七段裡面也指出,BPA是跟PC包材連結的。

至於有關銻(Antimony)的析出,是有可能的。原因是PET酯粒的生產中,主要還是用銻作為觸媒。不過PET酯粒中,剩餘的銻含量,大約僅在100-200ppm間,且也不是那麼容易就溶出。

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目前除了銻觸媒以外,市面上還有鍺觸媒、鈦觸媒、鋁觸媒(不過現在幾乎消失了)等較為「安全」的觸媒。這些觸媒除了衛生性以外,使用上還有耐熱性較好等其他優點,但這些觸媒所生產出的PET,比銻觸媒生產出的PET貴上不少。而包裝設備的改變,比如說以往需要高溫殺菌的「熱充填」設備,現在多被常溫的「無菌充填」設備所取代,也讓銻會溶出的可能性越降越低。

有關可塑劑溶出的可能性也非常低。原因在於PET瓶本身並不需要添加可塑劑,來增加彈性或是韌度,因此PET瓶基本上是非常安全、乾淨的。

此外《瓶裝水安全嗎?》一文中,引用《看守台灣》的資料,說回收PET粒還需要加上7成的新料,才能生產出消費者可以接受的透明瓶。這應該是《看守台灣》的資訊並沒有更新;日本的飲料大廠Suntory早在2012年就推出百分之百回收料所製成的PET瓶了,且不是甚麼冷門產品,而是大眾產品烏龍茶。且令人訝異的是,Suntory所使用的,並不是品質較好、價格也較高的化學回收法(Chemical Recycle)rPET,而是一般機械回收法(Mechanical Recycle)所生產的rPET。日本現在國內唯一有能力生產化學回收法rPET的公司為PRT(PET Refine Technology),為包材大廠東洋製罐的子公司。

而且PET的回收料除了作瓶子,還能作纖維,本屆世界盃的許多隊伍,身上所穿的球衣便來自台灣回收PET所製成的纖維布料。能把使用完畢,準備廢棄的原料拿來再度利用,筆者並不認為這是不好的事。

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簡單作結論:

  1. PET不含雙酚A,含雙酚A的是PC。購買時只要標註1號塑膠的就不會有問題。
  2. PET含有非常微量的銻,但基本上不太會溶出。
  3. PET瓶製造時不需要可塑劑來增加柔韌度,所以沒有添加的必要。
  4. PET是可以100% bottle to bottle的,這是技術問題。
  5. PET除了回收可以製瓶,還可以作纖維,以再利用的角度來看,是非常良善的產品。

希望這樣的文章有助於大家了解PET酯粒以及PET瓶。

參考資料

  1. Facts on PET
  2. PET Resin Association
  3. Suntory使用100%回收PET之新聞發布(日文)
  4. PRT公司對化學回收法的介紹(日文)
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia