說到對環境友善的產品生命週期……
不過，即使我們把PLA從平板塑膠容器順利分出來，還是要面對一個問題，回收後的PLA容器到底是要拿去堆肥還是製成再生塑膠粒？想當初，PLA業者要打進國內市場、取代可回收的傳統塑膠容器時，誇稱PLA也可回收再製；然而除了無法克服回收料中含有PET等雜質問題之外，也因為PLA廢塑膠從產生、收運、分類、貯存到送往處理廠的過程中，通常要經過好一段時間；而這期間，PLA材質即已開始分解、劣化、發黃，因而無法產出優質再生料。因此當初PLA業者設置的處理廠，在經過數年嘗試後，即關門大吉。
至今少量被回收的PLA容器，在被處理成碎片後，是送往紙廠等之工業鍋爐當輔助燃料，無法重複循環利用。這經驗，並非證明PLA無法回收再製，而是說明業者必須建立更完善回收處理體系，最佳化物流的收運點與流動速度，才有辦法達到這個目標。
近來，有些仍在努力推廣PLA的業者，則試圖採取工業堆肥方式處理PLA廢塑膠。他們雖然證明了他們的PLA可透過堆肥順利完成生物分解，但我們的堆肥設施用來處理廚餘都尚嫌不足，怎麼還會有量能來處理PLA？看來，PLA業者真的必須加把勁，好好負起生產者延伸責任，畢竟即使可推肥，而無足夠堆肥設施，也是無濟於事。
以堆肥處理PLA，環境效益當然不及回收再製成塑膠粒。不過，PLA業者主張，生物可分解塑膠的碳排放低，堆肥後形成有機碳，固碳回到大地；過程中僅有少量二氧化碳排放（約2-3%），大部分轉為固體碳成為碳肥。4
PLA業者這主張，是引經據典，用的是台大生針對廚餘堆肥碳排的研究成果：每公噸廚餘「於60天的堆積過程中，甲烷及二氧化碳平均釋放量分別為0.34kg和23.87公斤。」也就是廚餘堆肥只會產生2-3%的二氧化碳排放當量。PLA業者進一步主張，由於生產PLA所產生的二氧化碳，最初是由植物行光合作用而來，而不是另外排放出新的二氧化碳，因此完全不會製造環境負擔。
業者也指出，生產PLA所消耗能源也遠低於其他傳統塑膠，一公斤PLA只需不到60MJ的能量。生產PLA所需的水則只比PET多了一點點。
果真如此，那麼在環境友善生產的競賽上，其他傳統塑膠似乎連PLA的車尾燈都看不到。只是，業者這樣的論證，不見得正確；而且這樣的主張，也有點危險！
因為，碳足跡與水足跡兩項指標，無法完全代表一個產品於生命週期中對環境所有的傷害，無法確證它的環境友善度；而且這些碳足跡、水足跡資料，必須看該PLA產品是怎麼生產的？廢棄後是如何處理的？而不同業者所生產的PLA，或者同一業者所製造的不同PLA產品，其生命旅程都不盡相同，對環境帶來的負擔也不一，不能一概而論。
比如說，PLA的原料是怎麼來的？是取自玉米、小麥、馬鈴薯等作物呢？還是來自於麥桿、甘蔗渣等農廢？若是取自於作物，會有與糧爭地問題，會有使用基改作物而大量施用農藥問題，對於環境危害，不容漠視！而農藥，正是以石油為原料的有毒化學品，這會毀掉PLA來自大地、復回歸大地的綠色環保形象。
除了與糧爭地、使用基改作物及農藥外，作物生產過程中也可能過度使用化學肥料！化學肥料不只生產過程相當耗能，使用過程也會排放強力溫室氣體！
根據2012年一篇報導，美國PLA業者Naturework被批評使用廉價氮肥（如無水液氨、尿素）生產玉米以製造PLA，而這些氮肥的使用會衍生N2O排放，其暖化潛勢是二氧化碳的310倍。該報導指出，據官方統計，美國每英畝農地每年約排放0.12-1.45噸二氧化碳當量的N2O，而其排放量大小取決於肥料種類；再根據此數據換算Naturework使用化肥所導致的溫室氣體排放：當時Naturework使用了107,692英畝（相當於43,581公頃）農地生產14萬噸PLA，相當於每生產1公斤PLA會因為化肥使用，會排放0.09-1.11公斤二氧化碳當量的N2O。5
而Naturework使用的廉價氮肥，是很容易產生N2O的，也就是其排放量比較逼近於1.11公斤二氧化碳當量/1公斤PLA，這已高於傳統塑膠的原料（石油）開採過程中的碳排放量。
N2O不但是強力溫室氣體，也會破壞臭氧層，根據一篇生命週期評估論文，PLA在臭氧層破壞的衝擊上，是高於傳統塑膠的。（參見下圖：「十二種塑膠的十面向生命週期評估」）6
在全球對基改作物危害相當警覺的今日，生物可分解塑膠的市場無疑是為這個原本遭到抵制的產業又打開了一條通路，繼續在暗地裡對環境造成莫大壓力。
除非業者採用麥桿、甘蔗渣等農業廢棄物為原料，才能擺脫與糧爭地以及為生產目的而種植基改作物及施用農藥、化肥的惡劣形象。
此外，PLA這類生質塑膠，不只是原料作物的種植過程中會使用化肥與農藥，在把生物質轉化為塑膠料的過程中也常常使用了許多化學物質，對環境帶來更多衝擊。
十二種塑膠的十面向生命週期評估
- 上圖的作者指出，其LCA評估只針對這12種塑膠的生產階段，評估其在酸化、致癌物、優養化、生物毒性、全球暖化、非致癌物、臭氧層破壞、呼吸系統影響、霧霾、化石燃料消耗等十個面向的環境衝擊；若再考量廢棄階段，則可回收的塑膠（如PET、PP、PE）的環境衝擊會降低（但也要看其回收處理方法），難以回收的塑膠（如PVC不僅難以回收，焚化還會產生戴奧辛）的環境衝擊會增加。
- 另外，傳統塑膠的化石燃料來源、種類與開採方法，也會影響其環境衝擊評估。比如說，加拿大油砂開採的全球暖化潛勢是伊拉克和沙烏地阿拉伯所產原油的五倍。作者指出，上述評估所引用的資料庫是來自歐洲生產廠的資料；而歐洲煉油廠的原料主要是來自中東與俄羅斯的原油與天然氣。
- 最後，提醒大家，不同面向的衝擊，很難放在同一個天平上來比較，不宜將不同面向的評分直接加總並排名！
- 資料來源：”Sustainability Metrics: Life Cycle Assessment and Green Design in Polymer”, Environment Science Technology, 2010.
比如說，以生物質製作的PET（B-PET），由於作物生產與化學處理過程中所使用的化學物質，在許多面向上所造成的負面影響比其他傳統塑膠更糟糕，包括對生態系的毒害以及致癌物的排放兩方面，B-PET都不下於傳統塑膠；PLA在這方面的衝擊，雖不如B-PET及傳統塑膠PET高，但也遠高於PE與PP。（參見上圖）
接著看看PLA業者最自豪的「可堆肥，低碳排」這件事！雖然他們引經據典，但可能忽略了一件事實，而得到錯誤結論。
根據中興大學學者論文《以IPCC方法推估不同廚餘處理方式之溫室氣體排放》，若以焚化方式處理廚餘所產生溫室氣體為100%，則利用廚餘來飼育豬隻的溫室氣體排放量則為56%，堆肥處理則會排出34%之溫室氣體，而進行厭氧消化處理則僅排放10%。換句話說，在廚餘堆肥過程中，其所含的有機質會有三分之一左右變成二氧化碳排到大氣中，其餘才是變成可回歸大地的肥料。7
然而，廚餘由於濕答答，含水率高達85-90%，有機質含量其實並不高。所以若以含水率90％的廚餘進行堆肥，那麼其僅有的10%有機質中若有34%變成二氧化碳，兩者相乘就等於最終會有3.4%左右的廚餘變成二氧化碳。這結果和台大博士生論文指出的「廚餘堆肥會產生2-3%的二氧化碳排放當量」的結果差不多。
但是PLA容器不含水，有機質含量百分百！因此堆肥後，即使只有三分之一被生物分解變成二氧化碳，其碳排仍遠高於同重量的廚餘堆肥後的碳排！
那這碳排到底是多少？找出PLA分子式，列出其氧化的反應式，我們即可算出1公斤PLA若以焚化處理，產生的二氧化碳為1.83公斤；再以此排放量乘以34％，就是我們推估的每公斤PLA堆肥碳排，是0.622公斤二氧化碳，而非業者主張的0.03公斤二氧化碳，前者為後者的二十倍。
當然，對微生物而言，PLA與廚餘是不一樣的食物，因此兩者之有機質含量於堆肥後會變成二氧化碳的比例，可能也不太一樣。比如說，廚餘中果殼之類的殘渣，含有耐微生物分解的木質素，為堆肥中腐植質的重要來源，但以乳酸為單體聚合而成的PLA呢？因此PLA的這個比例，到底是比三分之一更高或更低，還需要實證！
不過，我們找到一篇針對PLA進行生命週期評估的論文，其推估每公斤PLA堆肥過程的碳排，高達1.6公斤二氧化碳當量（見下圖，將最右邊算起第一個及第三個堆疊長條圖上方標示的總碳排放量相減，也就是3.3-1.7），已直逼PLA直接焚化的二氧化碳排放量1.83公斤！8
而且該論文指出，PLA堆肥成品的品質並不高，因為分解時產生的乳酸，會降低堆肥成品的PH值。因此PLA堆肥的環境效益並不高，環境衝擊則只稍微低於直接焚化；而且如無法物理回收再製成再生料，用了一次就拿去堆肥或焚化，其碳排將高於可以多次循環利用的傳統塑膠。
PLA與其他傳統塑膠的碳排放比較
- 上圖中各堆疊長條圖上方標示的數字，代表著各塑膠材質從作物生產（僅PLA有計算，堆疊長條圖中的綠色部份。此階段是吸碳，為負值）、原料開採（石油開採或作物收割，堆疊長條圖中的藍色部份）、生產製造（把原料製成塑膠料，堆疊長條圖中的米黃色部份）、加工處理（把塑膠料製成塑膠品，堆疊長條圖中的紅色部份）到廢棄處理（僅PLA有計算，堆疊長條圖中的紫色部份）等過程的總碳排放量。
- 傳統塑膠回收處理階段的碳排，雖未顯示於上圖中，但一般會稍大於上圖各堆疊長條圖中的紅色部份（把原生塑膠料製成塑膠品的加工處理過程），比如HDPE約為0.75 kg CO2e/kg9，但仍遠低於從原油開採、煉製到聚成塑膠料的碳排，即上圖中各堆疊長條圖的藍色加米黃色部份（比如HDPE為2 CO2e/kg）。因為塑膠回收處理階段的碳排，除了來自於收運及破碎清洗過程之外，主要還是來自於與紅色部份碳排相當的熱融加工製成再生塑膠粒過程。
- 資料來源：The Life Cycle Assessment for Polylactic Acid （PLA） to Make It a Low-Carbon Material
另外，從上圖中也可以發現，PLA在從澱粉原料製成PLA塑膠料的過程中，也消耗了許多能源，排放的二氧化碳當量（接近2.7 kg CO2e/kg；PLA堆疊長條圖中米黃色部份）高於傳統塑膠，只是因為原料作物生長階段的光合作用所吸收下來的二氧化碳（接近1.8 kg CO2e/kg），才使其整體碳排低於傳統塑膠。因此，PLA如無法物理回收而採取化學回收，也就是「把聚乳酸水解成乳酸，然後再聚合成聚乳酸」，其能耗與碳排可能會比廢棄後採堆肥與焚化方式處理者更高。
如何讓生物可分解塑膠真的對環境友善？
上述關於生物可分解塑膠的環境衝擊說明，只是針對100%以生質作物為原料製成者。從中我們可以知道，PLA還有其他生物可分解塑膠不僅原料來源多元，應用方式多元，廢棄後處理也多元；而不同的搖籃、旅程與墳墓，都影響其對環境衝擊的大小！因此生物可分解塑膠的環境友善度高低，不是一翻兩瞪眼的簡單事情。
其實傳統塑膠也是一樣，明明同一種塑膠，用於不同用途時，所添加的成份、含量及其危害可能就有不同！因此要使各種材質的應用符合環保，必須落實物質生命週期管理，否則就會像十多年前以減塑名義打入國內平板塑膠容器市場的PLA一樣，打著環保名號，沒想到卻造成混合各種材質的平板塑膠容器更加難以分類回收！
此外，在講求商業利益、不重視誠信的社會氛圍下，生物可分解塑膠市場也潛藏著明明不可生物分解卻號稱可生物分解的生物可分解塑膠。比方說，有傳聞指出，有業者為了提高PLA的耐熱性，而在PLA裡面混進不可分解但耐熱性佳的傳統塑膠PP，製成不倫不類的混血塑膠，還號稱生物可分解。10這和生物可分解塑膠於國內發展初期，業者以傳統塑膠摻配澱粉所製造的產品一樣，都是假的生物可分解塑膠。11
我們不知這樣的老鼠屎在生物可分解塑膠產業中是多是寡；但要改變PLA耐熱性及其他物性，同時又不減損其生物可分解特性，是做得到的。方法之一是調控PLA的結晶度。
話說PLA的乳酸單體具有對掌性，也就是其中一個碳的四個鍵分別連上四個不同的分子基團，因此存在著具有旋光性的鏡像異構物，也就是左旋乳酸（L型乳酸）及右旋乳酸（D型乳酸），就像人的左右手一樣，看起來很像，卻無法重疊！
聚合後的PLA也依其單體中左旋乳酸與右旋乳酸的比例，分成PLLA（左旋聚乳酸）、PDLA（右旋聚乳酸）、PDLLA（外消旋聚乳酸）。目前市面上生產的乳酸，以左旋乳酸居多，因此98％以上的PLA都是PLLA。12
PLLA、PDLA為半結晶聚合物，但結晶速率慢，若有經過退火處理，結晶度可達40%，材料會變得硬且脆；而PDLLA則因單體中左旋乳酸與右旋乳酸兩個異構物含量皆不低，甚至相當，使其亂度增加，在空間中規整排列的可能性降低，因此多為無定型的非晶質聚合物。PLA結晶度高低，會影響PLA產品的強度、硬度、耐熱溫度及其降解速度。比如說，不結晶的PDLLA，耐熱溫度（熱變形溫度）僅有50℃左右；沒有經過退火處理、結晶度低的PLLA，耐熱溫度約55℃，若經過退火處理提高其結晶度，耐熱溫度可提高到61℃。13
除了調整單體中左旋與右旋乳酸比例及退火處理之外，調整結晶度高低的方式還有很多；比如說，或把PLLA和PDLA等比例混合，以形成立體複合物，其熔點高、結構緻密、結晶速率快（易結晶），耐熱性也佳，除了熔點可從170℃提高到230℃，耐熱溫度也從60℃左右大幅提高到90-120℃左右；只是PDLA因為量少價高，因此這種材料應該也蠻昂貴的。14,15
另有人以小分子量但可分解的PEG做為塑化劑與PLA摻配，或添加雲母做為成核劑，以提高其結晶能力。16以其他生物可分解塑膠（如來自石油的PBAT）與PLA摻配，也是常見的改變PLA物性的方式。17
除了和傳統塑膠摻配以外，更加惡質的作法是添加了有害化學物質，還號稱綠色環保商品。比如我們最近為文指出，歐國近年都曾發現，有些使用植物纖維製成的可堆肥餐具，為了防水防油而添加了永生之毒全氟烷化物。全氟烷化物對環境及人體健康造成的危害不下於塑膠，與世紀之毒戴奧辛相比不遑多讓，這種昧著良心的作法，不僅危及消費者健康，也會污染堆肥成品及施用堆肥的農田，進而染指食物鏈。18
這些令人驚悚的案例顯示，若無建立適當把關機制，而貿然擁抱各種生質塑膠產品，整個社會可能會付出意想不到的巨大代價。
同時，它也再次啟發我們，如果能夠捨棄貪圖便利的習性，不把資源濫用在不必要用途（如免洗餐具）上，其實可避免掉很多問題，省掉許多品質把關的成本與麻煩，而且這樣才是真環保。而用生質塑膠去迎合我們貪圖方便的需求，頂多達成天然無害的目的，但過程中也耗掉了許多資源，還不能算是真環保。
結語
總而言之，生物可分解塑膠做為一種新興材料，雖具有取代傳統塑膠潛力，但也不無風險危害，因此在引入市場前，在政策面上應制定原則規範，指引業者有序進入市場，確保其應用能適材適所，且不把有限生物資源浪費在不必要的產品上。比如說，它可以應用在原本就難以回收的商品，比如說花盆、農膜、尿袋上，或用來取代原本使用有害塑膠（如PVC）的商品，而非去應用在原本可回收或必須從源頭減量的商品上（比如說生鮮包裝盒或一次用飲料杯）。
在管理面上，則應透過環保標章等把關制度，落實生命週期管理，確保取得標章的商品，其原料不是來自與糧爭地、使用農藥化肥的作物；透過生命週期評估了解其碳足跡、水足跡、化學物質使用及污染排放情形，確保其生產製造過程對環境是友善的，同時不添加有害物質與不可分解的塑膠；確保其產品是真正能夠生物分解，用途適切，且商品上有清楚明確的材質與回收方式的標示；並確保生產者能夠負起回收責任，讓廢棄後的商品可透過逆向回收或分流回收方式，進入適當處理設施，被製成再生塑膠料或堆肥。
這是生物可分解塑膠過去十餘年來所激起的浪花，帶給我們的寶貴一課。而同樣的原則，是否也應該落實在包括傳統塑膠的任何材質上？！
參考資料:
4〈生物可堆肥材料政策說帖〉，中華民國環保生物可分解材料協會，2021.12。
5“Polylactic Acid: BioPlastic Creates more Co2 Equivalent than Landfills”, Biospehere, Nov 20, 2012.
6“Sustainability Metrics: Life Cycle Assessment and Green Design in Polymer”, Michael Angelo D.Tabone et al., Environment Science Technology, 2010.
7〈以 IPCC 方法推估不同廚餘處理方式之溫室氣體排放〉，陳鴻烈等人。水土保持學報45(1) : 457 – 464 (2013)。
8 "The Life Cycle Assessment for Polylactic Acid (PLA) to Make It a Low-Carbon Material", Erfan Rezvani Ghomi et al., , Polymers 2021, 13, 1854.
9“Commentary: Not all plastic's carbon footprints are equal”, Edward Kosior of Nextek Ltd, Recycling Today, 2022.03.31
10〈PLA 的迷思-你不可不知的錯誤〉，陳忠郁，Circles Channel，2016.06.06。
11〈目前國內pla的研發生產技術如何》，許清森。
12〈聚乳酸不同結構對耐熱改性的影響〉，嘉峪檢測網，2020.09.07。
13〈為什麼要改善聚乳酸（PLA）結晶性能？〉，和塑美科技，2022.01.21。
14〈高性能聚乳酸生態材料改質技術(一)---提升PLA耐熱透明之特性〉，材料世界網，2007.09.12。
16〈薄膜環保樹脂——聚乳酸（PLA）〉，薄膜通。
17〈聚乳酸(PLA)與PLA合膠環保材質〉，塑膠工業技術發展中心，2018.04.02。
18“PFAS on food contact materials: consequences for compost and the food chain”, Joe Ackerman et.al, 2020.12.14。
- 作者：謝和霖、林奕均／看守台灣協會。
- 發表日期：2022年5月12日。