博士生亞歷克西斯霍肯正在與制造商合作，以防止他們的產(chǎn)品（從字面上）從回收過(guò)程中的裂縫中掉落。

隨著塑料污染繼續(xù)加劇，生態(tài)系統(tǒng)和野生動(dòng)物面臨的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，制造商開(kāi)始做出雄心勃勃的承諾，將新塑料排除在環(huán)境之外。越來(lái)越多的人簽署了《美國(guó)塑料公約》，該公約承諾到 2025 年使 的塑料包裝可重復(fù)使用、可回收或可堆肥，并實(shí)現(xiàn) 50% 的塑料包裝得到有效回收或堆肥。

但對(duì)于生產(chǎn)大量小型一次性塑料制品的公司而言，這些口袋大小的物品是實(shí)現(xiàn)其回收目標(biāo)的主要障礙。

“想想你的牙刷、旅行裝牙膏管、旅行裝洗發(fā)水瓶等物品，”麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系二年級(jí)博士生亞歷克西斯霍肯說(shuō)。“他們終實(shí)際上從當(dāng)前回收基礎(chǔ)設(shè)施的裂縫中溜走。所以你可能會(huì)把它們放在家里的回收箱里，它們可能會(huì)一直送到分類設(shè)施，但當(dāng)真正對(duì)它們進(jìn)行分類時(shí)，它們永遠(yuǎn)不會(huì)在生產(chǎn)線的變成回收塑料包”

現(xiàn)在，由五家消費(fèi)品公司組成的小組正在與麻省理工學(xué)院合作開(kāi)發(fā)一種分類流程，可以將他們小的塑料產(chǎn)品留在回收鏈中。這些公司——Colgate-Palmolive、Procter & Gamble、Estée Lauder Companies、L'Oreal 和 Haleon——都生產(chǎn)大量的“小型”塑料，或至少在兩個(gè)維度上長(zhǎng)度小于兩英寸的產(chǎn)品。與 Brad Olsen 合作，Alexander and I. Michael Kasser（1960 年）化學(xué)工程教授；Desiree Plata，土木與環(huán)境工程副教授；麻省理工學(xué)院環(huán)境解決方案倡議；和非營(yíng)利組織The Sustainability Consortium，這些公司正在尋求一種原型分類技術(shù)，以將其帶到回收設(shè)施中進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試和商業(yè)開(kāi)發(fā)。

在 Olsen 的實(shí)驗(yàn)室工作，Hocken 開(kāi)始著手處理所涉及的回收系統(tǒng)的復(fù)雜性。材料回收設(shè)施 (MRF) 有望處理任何形狀、尺寸和材料的產(chǎn)品，并將它們分類為純玻璃、金屬、紙張或塑料流。Hocken 開(kāi)展回收項(xiàng)目的步是與 Olsen 和 Plata 一起參觀緬因州波特蘭的其中一個(gè) MRF。

“我們真的可以看到塑料從傳送帶上掉下來(lái)，”她說(shuō)。“離開(kāi)那次巡演，我想，我的天哪！有很多可以改進(jìn)的地方。我們可以對(duì)這個(gè)行業(yè)產(chǎn)生如此大的影響。”

從設(shè)計(jì)塑料到管理塑料

霍肯一直都知道她想從事工程工作。在亞利桑那州的斯科茨代爾長(zhǎng)大，她能夠在工作場(chǎng)所與父親一起工作，父親是一名設(shè)計(jì)生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的電氣工程師。“看到他作為一名工程師工作，以及他如何解決這些真正重要的問(wèn)題，這無(wú)疑激發(fā)了我的興趣，”她說(shuō)。“到了開(kāi)始我的本科學(xué)位的時(shí)候，在看到我父親在他的職業(yè)生涯中所做的每之后，選擇工程學(xué)是一個(gè)非常容易的決定。”

在亞利桑那州立大學(xué)，她決定主修化學(xué)工程，并開(kāi)始研究聚合物，想出了用于 3D 塑料打印的添加劑組合，可以幫助微調(diào)終產(chǎn)品的性能。但即使每天與塑料打交道，她也很少考慮她的工作對(duì)環(huán)境的影響。

“然后在我在亞利桑那州立大學(xué)的一年春天，我從可持續(xù)性的角度上了一門關(guān)于聚合物的課程，這真的讓我大開(kāi)眼界，”霍肯回憶道。該課程由可持續(xù)高分子材料與制造生物設(shè)計(jì)中心主任、可持續(xù)塑料領(lǐng)域知名專家Timothy Long教授授課。“節(jié)課，他列出了圍繞塑料危機(jī)的所有真正可怕的事實(shí)，這讓我非常有動(dòng)力去更多地研究這個(gè)領(lǐng)域。”

第二年在麻省理工學(xué)院，霍肯找到奧爾森作為她的顧問(wèn)，并從一開(kāi)始就將塑料的可持續(xù)性作為她的重點(diǎn)。

“來(lái)到麻省理工學(xué)院是我次在亞利桑那州以外的地方冒險(xiǎn)超過(guò)三個(gè)月，”她說(shuō)。“真的很有趣。我喜歡住在劍橋和波士頓地區(qū)。我愛(ài)我的實(shí)驗(yàn)室伙伴。每個(gè)人都非常支持，無(wú)論是就我正在努力弄清楚的一些科學(xué)問(wèn)題給我建議，還是在我感到有點(diǎn)沮喪時(shí)給我一些鼓舞人心的談話。”

回收的挑戰(zhàn)

今天的許多塑料研究都致力于創(chuàng)造新材料——包括更容易被自然生態(tài)系統(tǒng)吸收的可生物降解材料，以及在熔化和重鑄后能更好地保持其性能的高度可回收材料。

但 Hocken 也看到了對(duì)更好的方法來(lái)處理我們已經(jīng)生產(chǎn)的塑料的巨大需求。“雖然可生物降解和可持續(xù)的聚合物代表了一條非常重要的途徑，而且我認(rèn)為它們當(dāng)然應(yīng)該得到進(jìn)一步的探索，但我們距離在所有塑料包裝中普遍實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)還有很長(zhǎng)的路要走，”她說(shuō)。只要大量傳統(tǒng)塑料從工廠出來(lái)，我們就需要?jiǎng)?chuàng)新的方法來(lái)阻止它堆積成塑料污染山。在她的一個(gè)項(xiàng)目中，Hocken 正試圖為回收塑料想出新用途，利用其失去的強(qiáng)度來(lái)生產(chǎn)一種類似于橡膠的有用、靈活的材料。

小型回收項(xiàng)目也屬于這一類。支持該項(xiàng)目的公司向麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)提出挑戰(zhàn)，要求他們使用與當(dāng)前制造的產(chǎn)品完全相同的產(chǎn)品——特別是因?yàn)樗麄兊母?jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用類似的包裝材料，麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的任何解決方案也需要涵蓋這些材料。

挑戰(zhàn)是巨大的。為了啟動(dòng)該項(xiàng)目，參與公司向麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)發(fā)送了一系列需要通過(guò)分類過(guò)程的小型產(chǎn)品。其中包括潤(rùn)唇膏、除臭劑、藥丸和洗發(fā)水的容器，以及牙刷和牙線棒等一次性工具。“我預(yù)見(jiàn)到的限制或問(wèn)題是形狀的可變性，”霍肯說(shuō)。“牙線棒和牙刷的形狀截然不同。”

它們也不都是由同一種塑料制成的。許多由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET，回收標(biāo)簽系統(tǒng)中的類型 1）或高密度聚乙烯（HDPE，類型 2）制成，但幾乎所有七種回收類別都出現(xiàn)在樣本產(chǎn)品中。該團(tuán)隊(duì)的解決方案將必須處理所有這些問(wèn)題。

另一個(gè)障礙是，大型 MRF 的分揀過(guò)程已經(jīng)非常復(fù)雜，需要大量設(shè)備投資。廢物流通常通過(guò)一個(gè)“玻璃破碎篩網(wǎng)”，粉碎玻璃并收集碎片；一系列旋轉(zhuǎn)的橡膠星拉出二維物體，收集紙張和紙板；吸引或排斥不同金屬的磁鐵和渦流系統(tǒng)；，一系列光學(xué)分揀機(jī)使用紅外光譜識(shí)別各種類型的塑料，然后用氣流將它們吹下不同的滑槽。MRF 不會(huì)對(duì)采用額外的分揀機(jī)感興趣，除非它們價(jià)格低廉且易于適應(yīng)這個(gè)精心設(shè)計(jì)的流程。

“我們有興趣創(chuàng)造一些可以改裝到當(dāng)前技術(shù)和當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施中的東西，”霍肯說(shuō)。

共享解決方案

“回收是需要競(jìng)爭(zhēng)前合作的一個(gè)很好的例子，”可持續(xù)發(fā)展聯(lián)盟 (TSC) 的集體行動(dòng)經(jīng)理 Jennifer Park 說(shuō)，她一直在與企業(yè)利益相關(guān)者就小型可回收性進(jìn)行合作，并幫助召集了這項(xiàng)活動(dòng)的發(fā)起人項(xiàng)目和組織他們的貢獻(xiàn)。“制造這些產(chǎn)品的公司認(rèn)識(shí)到他們無(wú)法自行改變整個(gè)系統(tǒng)。圍繞什么是可回收和不可回收的東西保持一致是避免混淆和推動(dòng)大規(guī)模影響的方法。

“此外，有趣的是，包裝消費(fèi)品公司正在贊助麻省理工學(xué)院的這項(xiàng)研究，該研究專注于 MRF 級(jí)創(chuàng)新。他們正在投資于他們希望回收行業(yè)采用的創(chuàng)新，以在他們自己的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)上取得進(jìn)展。”

Hocken 認(rèn)為，盡管面臨挑戰(zhàn)，但值得追求一種可以防止小型塑料從 MRF 手中溜走的技術(shù)。

“如果這些產(chǎn)品更容易分類，它們將更容易回收，”她說(shuō)。“不同的是尺寸。因此，您可以在家里回收大號(hào)洗發(fā)水瓶和小號(hào)旅行裝洗發(fā)水瓶，但不能保證小號(hào)終能制成塑料袋。如果我們能想出一個(gè)專門針對(duì)仍在分揀線上的那些人的解決方案，那么他們更有可能終進(jìn)入生產(chǎn)線末端的那些塑料包，這些塑料包可以賣給塑料回收商，他們可以然后在新產(chǎn)品中使用該材料。”

“TSC 對(duì)這個(gè)項(xiàng)目以及我們與麻省理工學(xué)院的合作感到非常興奮，”Park 補(bǔ)充道。“我們的項(xiàng)目利益相關(guān)者非常致力于尋找解決方案。”