“零垃圾”实验室能否变为现实？

文/ Kerstin Hermuth-Kleinschmid，Julian David Senn

实验室是一个会产生大量塑料垃圾的领域 // 据统计，实验室本身每年就会产生550万吨塑料垃圾，其中包括移液管嘴、丁腈手套、细胞培养烧瓶等实验室废弃物。在全球垃圾污染的时代，塑料在我们周围无处不在，这样的垃圾污染实在太严重了。尽管我们无法彻底扭转这一态势，但仍有可能在某些领域做出改善。

纵观全球，几乎所有的海滩都被垃圾占满了，世界各大海洋上都漂浮着巨大垃圾带，充斥着一次性塑料制品和消费类产品。越来越多的塑料产品不受控制地被抛弃到环境之中，塑料污染问题逐渐得到主流关注。塑料制品因其优异的耐溶剂性、耐化学性、重量轻，以及较低廉的生产成本，使得塑料成为实验室耗材的不二之选。据了解，实验室每年能生成重达550 万吨的塑料垃圾。然而，实验室是否一定要每天产生大量的塑料垃圾，其中哪些物品可以被替换？这些垃圾是否可以回收利用？以及可以采用哪些解决方案？下文综述了如何在日常实验室环境内使用替代产品来减少塑料的使用和其它一些有助于减少环境污染的创意。

“3R 策略”

“3R 策略”即减量（Reduce)、复用（Reuse）和回收（Recycle)，可以应用于所有生活方式，那么何不也将其应用于实验室？当然，在实验室环境下应用是一项挑战，但并非不可能成功。许多人和组织都已经对这一主题进行了大量思索。作为最初“3R 策略”的补充，这里介绍第4 个R 和第5 个R：重新思考（Rethink）和替换（Replace）。

减量（Reduce)

很大一部分塑料垃圾属于用后即弃的一次性用品，如移液管嘴或反应试管。这些用品在现代实验室日常工作当中是必不可缺的，为了减少这方面的资源消耗，制造商在设计产品之初，就采用了资源高效型的设计方案、生产方式和产品包装，通过这种方式，即使对类似移液管嘴这样几乎每天都在使用的产品也可以实现相当可观的减量。Starlab 公司引入了一种特殊注塑技术，可以制造出更薄壁的Tipone 移液管嘴产品，而品质不会有任何下降，毕竟，如果产品达不到品质要求，即使再生态友好的产品对用户来说也是无用的，这项新技术将每个移液管嘴的聚乙烯（PP）用量减少了40%，不仅如此，移液管嘴支架和重灌系统的设计方案也得到改进，这项改进就可累计减少25 吨以上的聚乙烯用量（按1 年计）。自新生产方式首次引入以来，总计来看，在支架和移液管嘴生产方面已经节约了125 余吨的聚乙烯。尽管节约了移液管嘴支架的用料，但其牢固程度和高温蒸汽灭菌适用度仍保持在同等水平。据Starlab 介绍，优异的高温蒸汽灭菌性能意味着移液管嘴支架可以在重灌系统帮助下多次重复使用而且不会有损失品质。

位于加利福尼亚州的Labcon公司降低了其移液管重灌系统的塑料材料占比，将塑料外包装改换成回收纸板，New England Biolabs公司通过引入了更薄壁型的塑料烧瓶和离心管，将用于DNA 净化的实验套件的塑料用量减少了44%。减量是一种非常聪明的方式，它即能够减少实验室材料耗量又节约了成本。“不产垃圾才是最好的垃圾”，出于这个原因，另一个有效的方法就是运用优秀的存货管理，避免重复订单和非必要的单项订单。组合订单有助于减少发货成本和节约资源，避免在发货行程上浪费时间与资源，而且在适当的时候，更大包装尺寸也能减少相应包装的垃圾量。

重复使用（Reuse）

在许多实验室内，塑料制品正在越来越多地替换玻璃和其它材料制品，例如用塑料部件搭建的一次性接种环路、一次性塑料锥形烧瓶或塑料巴氏移液管等等。一次性用后即弃产品的确提供了更好的无菌性能并节约了时间，但这些产品也是导致目前垃圾生成量越来越高的幕后推手，而且这种产品每种都需要独立的包装。由此，我们必须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。玻璃材质的移液管和锥形烧瓶使用期限长，可以用实验室清洗设备清洗，也可以高温蒸汽灭菌或紫外线灭菌，同样的方式也适用于培养皿等用品。所以，在选择实验用品的时候，优先考虑可以重复使用的玻璃和其它材质用品，这样不仅可以保护环境，而且可以减轻研究经费预算的压力。

美国公司Grenova Solutions则另辟蹊径，开发了一种特殊的清洗设备，可对塑料移液管嘴进行冲洗，然后重复使用。尽管最初这种做法，在使用之初，并不能被广泛接受，但事实证明，这一种天才创意，并且是非常棒的替代解决方案。美国疾病控制与预防中心的研究人员在做高通量筛查时，仅单种筛查方法就会用掉超过11000 只的移液管嘴，其中60%只不过是用于溶剂移取操作，现在只需要进行清洗，超声波处理和紫外线灭菌后，就可以重复使用了。这些移液管嘴经历了上述的一系列处理之后，未出现任何污染或污渍现象，而且其形状和材质方面无任何品质降低，移液操作的精确度也保持在允许误差限值内。总体来说，一般移液管嘴可以连续使用10 次，经过清洗重复使用后，移液管嘴垃圾量将减少一半，这意味着每年将节约24000 美元左右。但这种方法能否被全行业采用，还有待商榷，特别是在高通量筛查以及需要大量使用移液管嘴移取缓冲液或溶剂的情况时。

回收利用（Recycle)

在德国，垃圾分类的正常做法是将垃圾分别放置到不同的可回收垃圾桶，垃圾桶分为可回收纸张/纸板的“绿色”垃圾筒与用于可回收塑料的“黄色”垃圾筒。而这种垃圾分类法在实验室经会有所不同，实验室一般不会回收利用塑料垃圾，而是将其归于一般废弃垃圾，并随后投入垃圾焚烧厂进行焚烧，将所产生的能量用于下游生产。这种做法用于可能已受到污染的一次性用品，例如反应试管、细胞培养皿或移液管嘴，从安全方面考虑这样做是合理的，并且也是法律要求，但是，对于那些未受到污染的一次性用品就有些浪费了，这些未受到污染的一次性用品毫无疑问是可以回收利用的，其中还包括一些未被污染的高品质塑料用品。以下一些实例可作为替代方案的示例：

■ 单一类型塑料：移液管嘴采用单一类型塑料制成，例如聚对苯二甲酸类塑料（PET）或聚乙烯（PP），而且支架未曾受到污染，在德国可按“黄色垃圾”弃置。Star lab 公司为了使回收工作更加便捷，它们向客户提供了一种专门的回收服务，公司会上门回收所有采用单一类型高品质聚乙烯材料制成的移液管支架。取回的支架，配合重灌装系统使用后，并将其发回给客户，或者发送至废品公司进行回收利用。目前尽管从技术上来说，还不可能使用来自旧支架的聚乙烯生产新移液管嘴，但在许多耐用型产品当中却可以使用回收的聚乙烯材料，诸如货盘或花园家具。

■ 实验室手套：据华盛顿大学垃圾管理审计发现，实验室手套占据了实验室垃圾总量的23%，特别是在细胞和分子生物学实验室，科学家们经常每天用掉好几副手套，其中有些手套并没有受到污染，还可以回收利用，因此，加利福尼亚大学戴维斯分校的一位博士生Lisa Anderson 发起了一项回收丁腈手套的活动，仅在1 年之后，就有近2.2 吨的实验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，回收来的塑料材料随后用于制造运输箱或公园长椅，这一方案也在德国得到很好的应用。

LP 本刊提示

塑料是人类世纪元标志之一？

在我们的后代回首人类世纪元时，是否会将其称为“塑料朝代”？据一项由加利福尼亚州大学开展的研究显示，自20 世纪50 年代至2015 年间，全球生产了约83 亿吨塑料。在此阶段，累计初级和次级塑料（即再生塑料）垃圾量据估为63 亿吨。就此数量而言，其中只有9%进行再生，12%被焚烧，其余49 亿吨或者被掩埋在填埋场，或者不受控制地进入环境，进入环境的塑料实际上已经存在于世界每一个角落。每年，约有400万吨到1200万吨的塑料垃圾从陆地进入海洋。据资料显示，今年“大太平洋垃圾带”（GPGP）正以指数式上升的速率积聚起各种塑料部件和物品，图1是2014 年海洋塑料颗粒物估算重量（单位为吨）。

图1 2014 年海洋塑料颗粒物估算重量（单位为吨）

■ 含有可回收塑料材料的产品：回收利用并不是唯一的方案，有些制造商会在其产品当中使用回收塑料，进而减少了原材料的使用。当然这种方式只可能应用于那些无特殊要求的实验室用品，例如实验室烧瓶或反应器皿架等。

为了达成真正闭环的循环经济，开发能够充分循环利用的环保材料是科学界努力的方向。欧盟正在尝试通过“循环经济塑料战略”促进这种方法的发展，其中关键步骤就是支持和提倡循环友好设计，以及生产环境友好塑料制品。

重新思考（Rethink）

过去，生命科学实验室也提出过开发能够生物降解的一次性材料用品的想法，但这一想法在现实情况中并不可行，根据德国联邦环境署（UBA）所说，工厂并不能完全满足这些产品分解所必需的时间，分解过程也不能产出且有实用意义的分解颗粒物，只能生成二氧化碳和水。材料回收利用本身是可以成为有意义的替代方案，但就目前技术而言，这一方案还难以实现。

另一个替代方案是研发生物塑料，这种方案的前景更为光明。有些基于“生物聚乙烯”材料的产品可以应用在生命科学行业，诸如实验室烧瓶或移液管嘴支架底座。由德国联邦环境署在2012年编制的一份评估报告中得出结论：从气候改变角度来说，以巴西甘蔗为基材的生物聚乙烯（bio-PE）塑料制成的塑料薄膜，比欧洲采用石化资源生产的聚乙烯塑料对气候的影响度会更小。但是甘蔗种植会导致土壤和海洋酸化，因此生物基塑料给环境带来的负担会更大。这意味着研发生物塑料的前景也依然不是很明朗。根据德国联邦环境署所的研究：未来最有可能依赖的生物基塑料是生物聚乙烯，可以就此探索“循环经济塑料战略”，进而达到总体生态平衡的改善。未来的趋势也将转向增加次级原材料用量（诸如残余垃圾原料）以替代例如甘蔗这样需要专门栽植的种植生物质，从而也可能给生态平衡带来积极影响。

替换（Replace）

在冷藏产品运输过程中经常会用到保温包装箱，在某些情况下，也可以将其回收并重复使用。当前有一些替代方案是采用天然纸浆或诸如稻草的农业废物当作保温材料，其冷藏保持时间与聚苯乙烯材质保温箱相近。

美国一家公司使用真菌菌丝体覆盖的方法，将类似于纤维的真菌菌丝体与木屑混合起来，所得到的混合物也展现出具有温度调节特性。卢森堡品纳堡大学的学生也正在研究一种基于真菌的保温材料，这种材料可以完全从当地回收的垃圾中生产出来。

我们要重新思考对塑料产品的使用，确保合理地使用塑料产品，采取积极主动的回收循环战略，坚持不解地寻找替代方案。运用减量、复用和回收这“3R 策略”的组合，会有助于减少垃圾量。这样做不仅能够节约资源，而且能够节省弃置成本，有助于环境保护。无论“零垃圾”实验室是否能够在未来变成现实，大家都在朝着这个方向不懈努力。