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Oct. 01 2019

輪胎:意料之外的塑膠汙染源

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  • 研究人員發現,輪胎磨損產生的微小退化塑膠碎片遍佈在環境裡,海洋中也有。PHOTOGRAPH BY HANNAH WHITAKER, NATIONAL GEOGRAPHIC

輪胎由天然橡膠和塑膠製成,但我們常常遺忘它們對海洋造成的汙染。

研究人員發現,輪胎磨損產生的微小退化塑膠碎片遍佈在環境裡,海洋中也有。PHOTOGRAPH BY HANNAH WHITAKER, NATIONAL GEOGRAPHIC

2014年時生物學家約翰.溫斯坦(John Weinstein)和他的研究生正在尋找微塑膠──這些研究人員所發現的塑膠降解後的小碎片現正在環境之中散布。

這個團隊來自南卡羅萊納州查爾斯頓市的色岱爾軍事學院(The Citadel),溫斯坦是這裡的教授。由於是在一個海岸城市裡作業,他們預期多少能找到一些被掃入海中的微塑膠證據。而的確如此,這種樣本不斷增加。

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他們所找到的東西裡有很多是來自早有預期的可辨認來源,例如破碎的塑膠袋。不過有超過一半是黑色扁平的微小碎片,並無明確的來源。

「它們是細長形的,很像雪茄,」溫斯坦說:「身份成謎。」

溫斯坦和他的學生們在查爾斯頓港附近檢視常見的黑色塑膠物品──例如漁網──找來作個比較,不過沒有任何物體相符。這個狀態出現突破進展是當他們在一條緊鄰主要道路的運河裡發現了非常類似的雪茄狀塑膠,這時他們才領悟到一直以來所處理的東西是:車胎的微小碎片。

「這很令人意外,」溫斯坦說:「通常你不會找到你沒想找的東西。」

↑↑↑↑↑101科學教室:關於塑膠的這幾件事,你不能不知道!

不過這項發現也許不能總是像一開始那樣令人震驚。輪胎其實是地球上最常見的塑膠汙染物之一。2017年發表在《環境研究和公共衛生國際期刊》(International Journal of Environmental Research and Public Health)上的一份由荷蘭公開大學(The Open University)的皮耶特.楊.柯萊(Pieter Jan Kole)所做的研究估計,輪胎占全世界海洋裡所有微塑膠垃圾的10%之多。而2017年國際自然保育聯盟(International Union for the Conservation of Nature, IUCN)的一份報告更認為這個數字應該是28%。

「輪胎磨損和破裂是環境中微塑膠的穩定來源,」柯萊和他的共同作者寫說:「不過意識到這點的人很少,而且目前也沒有能替代輪胎的東西。」

輪胎是用什麼做成的?

輪子好幾千年以來都是用木頭或石頭做的──外面不需要包覆。後來皮革被包在輪子上來增加緩衝,更晚則出現固體橡膠的版本。汽車是在1800年代末期發明的,而不久之後充氣式的輪胎就出現了。

當時輪胎的橡膠主要是來自橡膠樹──為了種植這種樹造成全球大規模的森林砍伐。不過當20世紀來臨,汽車變得不那麼昂貴而變得愈來愈普遍時,世界對橡膠的需求就超過了立即可供應的量。1909年在德國化學公司貝爾(Bayer)服務的德國化學家弗利茲.霍夫曼(Fritz Hofmann)發明了史上第一個商業化合成橡膠。一年內這種材料就被運用在輪胎上,而到了1931年,美國化學公司杜邦(DuPont)就已經能工業化生產合成橡膠了。

現在的輪胎含有約19%的天然橡膠和24%屬於塑膠聚合物的合成橡膠。剩下的部分則是由金屬和其他化合物構成。生產輪胎仍然對環境有巨大的傷害,涵蓋的方面從持續的森林砍伐,到使用傷害氣候的化石燃料來製造合成橡膠,再到組裝程序。現代汽車輪胎需要使用大約26.5公升的石油製做,而卡車輪胎則需要83公升。

↑↑↑↑↑隨著輪胎持續不斷地轉動里程,它們會磨損,拋出小片的合成塑膠──實質上就是塑膠──然後被沖出道路進到溪流裡,最後再進入大海裡。IMAGE BY HANNAH WHITAKER, NATIONAL GEOGRAPHIC

然而現在愈來愈清楚的事情還有,當橡膠磨損時,輪胎拋出細小的塑膠聚合物最後通常會變成海洋或水路中的汙染物。

「輪胎」在微塑膠的問題裡,在國際自然保育協會研究海洋塑膠的若昂.索薩(Joao Sousa)說:「以貢獻度來說,它的排名真的很高。」

輪胎製造商固特異(Goodyear)、米其林(Michelin)和普利司通(Bridgestone)都把評論交由輪胎產業計畫(Tire Industry Project)來發表,這個由產業支持的研究團隊,總計有11個主要輪胎製造者會員。

「全球都有共識的微塑膠定義並不存在,」輪胎產業規劃的代表佳文.惠特摩爾(Gavin Whitmore)在電郵裡寫到。他們的研究,他補充說:「發現那些『輪胎和道路磨損產生的顆粒』不太可能對人類健康和環境帶來負面的衝擊。」

輪胎是如何分解的?

輪胎的胎紋有助於決定車輛的抓地力和操作性、機動性以及煞車力。不過較佳的抓地力也代表較高的摩擦力,而開車的時候,小片的輪胎會因磨損而脫落。

一份2013加拿大曼尼托巴輪胎組織(Tire Steward Manitoba)所做的報告發現,載客用輕型卡車輪胎在整個使用期間(平均是6.33年)會損失1.13公斤的橡膠。柯爾(Kohl)的研究則發現平均每人產生的輪胎耗損以美國最高,整體估計得到,單是在美國,輪胎每年就能產生約180萬噸的微塑膠。

這裡面有多少最後會進入水路之中則受到許多因素的影響,索薩說,包括道路在哪裡,還有天氣;例如降雨能讓更多顆粒進到環境之中。針對這種主題的研究相對來講比較新,他指出,所以估計值會隨著更多工作的完成而改善。不過因為每天有好幾百萬輛車在街上行駛,他說:「被釋放出來的輪胎顆粒數量會讓人變得嚴肅起來。」

一旦輪胎顆粒進入河流或海洋,會對海洋生物產生顯著的影響。色岱爾大學的約翰.溫斯坦在實驗室設計讓蝦子暴露在輪胎顆粒下,他發現這種動物會吃那些顆粒,顆粒也會卡在牠們的鰓裡。而顆粒一旦被吃下肚,就會在蝦子的腸道裡滾成一團。

「牠一時半刻還不會死,」他說:「一些慢性長期的影響其實還沒被研究過。」

走到終點

目前比較了解的是輪胎會面對的處理方式,在它們被自然使用到最後必須被丟棄時──「生命的終點,」輪胎製造業這麼稱呼。

舊輪胎的生命軌跡在許多方面都很「正面」。例如利用輪胎廢料製成遊樂場、運動場以及建築材料等產品近年來已大幅增加。美國輪胎製造聯盟(U.S. Tire Manufacturers Association ,USTMA)說輪胎的再使用率從1990年的11%到2017年已經飆到81%。

不過伴隨這個數字出現的是一項重大警訊:因為它內含了所謂的「輪胎再製燃料(TDF)」──焚燒輪胎作為能源。

賓州大學環境科學家雷托.吉爾瑞(Reto Gieré)表示,如果輪胎的焚燒是在專門為此目而設計的設備中進行,那整個過程就會很乾淨,是個重新獲得能源的好方法。不過因為輪胎,他說,也含有大量如鋅和氯等潛在汙染物,所以若是放在混合油料的設施裡焚燒,或是沒有適當的防制措施,他說:「事情就會搞得一團糟。」

根據一份2018年USTMA的報告可知,沒有被回收或焚燒的輪胎大多都進了垃圾掩埋場──約占16%。每年被掩埋處置的輪胎數量從2013到2017年幾乎增加了二倍。USTMA的約翰.席林(John Sheerin)告訴《今日回收》(Recycling Today)雜誌,由於輪胎再製燃料的需求降低,開始有更多的輪胎會被送到掩埋場。

 

我們能不能做的更好?

至今已經好幾十年沒見到輪胎有任何重大的重新設計,不過近來在開發更耐用的選項方面已出現較大的進展。例如在2017年,明尼蘇達大學(University of Minnesota)領導的研究人員發現了以自然界來源如青草、樹木和玉米等取代化石燃料來生產合成橡膠的基本原料異戊二烯(isoprene)。去年固特異公開了一種概念性輪胎,由回收的橡膠製成,還有苔蘚在其中生長,是設計來一邊移動一邊吸收二氧化碳。

儘管如此,這些新輪胎的碎片最後還是有可能會留在環境中。為了減少輪胎磨損,柯萊的研究說,很可能要損失如滾動阻抗(rolling resistance)等其他性能衡量標準,這種交換結果可能讓製造商難以接受。

「我不知道有任何處理輪胎或道路磨損的新科技,」溫斯坦說。

不過他的確有看到其他比較間接的對抗這個問題的方法。道路表面,他建議,可以做的比較難磨損或較多孔,這樣不是能減少就是有助於捕捉從道路掉下來的輪胎顆粒。這也是他目前在查爾斯頓附近一個城鎮探索的一條研究路線。

整體來說,他認為眼前最要緊的是進一步的研究,以及提高科學界和公眾的意識。

「需要做出更多的研究,」他說:「我不知道現在是不是有很多人在關注這件事。」

 

延伸閱讀:在地球最深的海溝裡,生物正在吃塑膠! / 90%食鹽中都含有微塑膠?

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