塑膠為什麼不會回歸自然？
― 沒有生物把它當成食物
落葉幾個月就會變成土壤，倒下的樹木也會在幾十年間消失。但落在同一個地方的塑膠袋，過了幾年還是塑膠袋。明明都是由碳構成，這個差異從何而來？答案不是「因為堅固」。而是對於分解者來說，它根本不被認為是食物。
挖開堆積落葉的地方，上層還保有葉子的形狀，越往下越變成黑色的土壤。這不是有誰在打掃。是真菌和細菌把它吃掉、分解了。
樹幹也是一樣。雖然要花時間，但最終會完全消失不見。
但是，落在同一片地上的零食包裝袋，過了幾年依然原封不動。顏色會褪去、變得脆弱、可能碎裂，但不會消失。
這裡有件不可思議的事。葉子、樹木和塑膠，主要成分都是碳和氫。材料幾乎相同，命運卻天差地遠，這是為什麼呢？
微生物是用只適合特定形狀的工具來分解物質。能配合塑膠形狀的工具，幾乎不存在。
就算碎成細小碎片，依然是塑膠。反而變得無法回收，更容易進入生物的身體。
特別是第2點很重要。從眼前消失，跟真正消失不見，是兩回事。接下來依序說明。
分解，就是用工具切斷
落葉變回土壤時，真菌和細菌會分泌用來切斷特定位置的工具。這種工具只對合適的形狀有效。就像鑰匙和鎖孔的關係。
這是關鍵所在。自然界原有的東西，切斷它的工具早就準備好了。樹木、葉子、動物的身體在地球上存在了好幾億年，因此有充足的時間，讓能吃它們的生物演化出現。
塑膠開始普及，不過是幾十年前的事。從生物的角度看，等於某天突然出現了大量從未見過的材料。
更麻煩的是，常用的塑膠鏈條只是同樣的形狀一直延續下去。沒有可以下手切斷的「標記」。不是因為堅固才留下來，而是沒有生物把它當成食物。
而是沒有生物把它當成食物。
有個有趣的對比。鐵生鏽的故事裡提到，金屬想要回到還是石頭時的樣子。放著不管，一定會回歸自然。
塑膠正好相反。回歸自然的路徑本身，地球上還沒有準備好。「回歸自然」這個詞，要有讓它回去的機制存在，才成立。
不過，也有例外
並非所有塑膠都一樣。寶特瓶的材料，含有自然界也有的一種連接方式。油脂之類的物質裡也能看到這種連接。
正因如此，2016年，日本發現了能分解寶特瓶材料的細菌。是在回收工廠周邊採集到的，推測是因為那裡有這種材料，讓細菌演化成能以它為營養來源。
只要時間夠長，生物就會適應新的食物。不過短短幾十年，能做到的只是極少數。
而且「生物可分解塑膠」也是有條件的。大多數只有在高溫、經管理的專用設備中才會分解。流入海中或埋進庭院，未必會如預期般分解。需要仔細閱讀標示。
「碎裂」不是解決方案
放在戶外的塑膠，會因陽光和熱度變脆，逐漸碎成細片。最終肉眼看不見。
這裡要注意。看不見和消失不見，是不一樣的。被切斷的只是鏈條的一部分，就材料本身而言，依然是塑膠。
反而，情況會變得更糟。
1個塑膠袋還能撿起來。但變成540萬個顆粒之後，就再也收集不了了。
越變越小，就從浮游生物到魚類，各種生物都能吃進嘴裡。
聽到「自然分解」，一般會聯想到變回二氧化碳和水。落葉確實會如此。但只是碎裂的塑膠，走不到那一步。同樣一個「分解」的詞，用的卻是完全不同的意思。
關於塑膠的壽命，常會看到「塑膠袋20年」「寶特瓶450年」之類的數字。不過依出處不同，數字差異相當大。
理由很簡單，沒有人真的等了450年去驗證。是測量短期間內的減少速度，再往後推算延伸出來的。
用這種方法，測量上一點點差異，答案就能差好幾倍。一年減少0.1%的話是1000年，0.01%的話就是1萬年。只是差10倍，答案就差了10倍（計算放在最後的折疊區塊）。
再加上，日照方式、溫度、是埋在沙裡還是在海中，速度都完全不同。數字之所以浮動，不是因為隨便亂算，而是條件真的會造成差異。用「幾年」這樣單一數字來表達，本身就有勉強之處。
- 不要留在戶外 ― 碎裂之前，還撿得回來變成細碎之後就無法回收了。能撿的時候撿起來，這件事的價值非常巨大。海岸清潔或河川清潔之所以有效，就是因為在碎裂之前就先移除了。
- 不要照單全收「生物可分解」的標示請確認上面有沒有寫在哪裡分解。標示著「需在工業堆肥設施中」等條件的產品，在家庭垃圾或自然環境中並不會分解。這不代表可以隨意丟棄。
- 焚燒、掩埋也是選項之一既然「不會回歸自然」，不排放到環境中、加以管理會更確實。遵循地方政府的分類規定，是有其道理的。分類的規則因地區而異，請確認所在地方政府的說明。
在家就能驗證的方法
- 在花盆或庭院的土裡，分別淺埋①落葉 ②紙片 ③塑膠袋碎片 ④標示「生物可分解」的袋子碎片
- 做好標記，以便辨識位置（避免遺失）
- 1個月後、2個月後挖出來，比較狀態
- 落葉和紙會有肉眼可見的變化。塑膠袋應該幾乎沒有變化
- 就算④沒有變化也不奇怪。請重新閱讀標示，確認是否寫了條件
4和5是這個觀察的重點。親眼確認紙會回歸自然而塑膠不會，以及就算是「生物可分解」也需要條件，同時透過標示和結果兩方面來驗證。結束後請務必把全部挖出來回收。如果就這樣埋著不管，就等於重現了這篇文章寫的情況。
總結
塑膠不會回歸自然，不是因為堅固，而是因為它跟分解生物擁有的工具形狀對不上。自然界的東西，經過幾億年的時間，才出現了分解者。塑膠還沒有那樣的時間。而且碎裂到看不見，不等於回歸自然。
「回歸自然」，
要有讓它回去的機制存在，才成立。
想了解更多的人 ― 術語、數值、與教科書的連結從國中理化到研究中的議題，都會明確標示是哪個層級的內容
- 國中國中理化課的範圍
- 高中高中「化學基礎」「生物基礎」的範圍
- 高中＋高中「化學」「生物」，或教科書中發展、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（高分子化學・環境化學）的內容
- 研究中連大學都還不當作「定論」教授，是研究者目前正在調查中的議題
國中術語：關於分解的詞彙
- 高分子（聚合物）：由小單位長長連接而成的物質。塑膠、澱粉、蛋白質都屬於此類。
- 酵素：生物產生、用來推動化學變化的工具。只對合適的形狀有效。
- 生物分解：被微生物分解。分解到最後會變成二氧化碳和水。
- 微塑膠：小於5 mm的塑膠顆粒。有的是碎裂形成的，有的是一開始就很小。
- 堆肥化：讓微生物分解，變成肥料。工業設備會維持在高溫。
高中用算式驗證：就算碎裂，數量也不會減少
本文提到「碎裂不等於回歸自然」。用數字來看，這個意思會更清楚。
個數 ＝ 總體積 ÷ 1個顆粒的體積
| 塑膠袋的重量 | 假設約 5 g |
| 聚乙烯的密度 | 約 0.92 g/cm³ |
| 顆粒大小 | 假設為邊長1 mm的立方體 |
| 先算出體積 | 5 ÷ 0.92 ≒ 5.4 cm³ |
| 1個1 mm立方體的體積 | 0.1 × 0.1 × 0.1 ＝ 0.001 cm³ |
| 個數 | 5.4 ÷ 0.001 ＝ 5400 個 |
假設進一步碎裂到邊長0.1 mm。邊長變成十分之一，個數就變成1000倍。
| 10 × 10 × 10 得出 | 1000 倍 |
| 個數 | 5400 × 1000 ＝ 5400000 個 |
1個塑膠袋，會變成540萬個。而且重量始終是5 g，一克都沒有減少。
「看不見」和「消失不見」的差異，就藏在這兩個數字之間。
分解只會從表面進行。所以碎裂後表面積增加，理論上應該會變快。來計算一下增加了多少。
| 邊長1 cm立方體的表面積 | 6 × 1 × 1 ＝ 6 cm² |
| 碎成邊長1 mm，個數為 | 1000 個 |
| 1個的表面積 | 6 × 0.1 × 0.1 ＝ 0.06 cm² |
| 總表面積 | 0.06 × 1000 ＝ 60 cm² |
| 變成了幾倍 | 60 ÷ 6 ＝ 10 倍 |
表面積變成10倍。乍看之下像是好事。
但如果根本沒有分解的工具，表面積就算變10倍，也是10倍的零。相乘的另一邊是零，不管怎麼增加，結果都不會改變。
這種「乘法中有一邊是零」的結構，我認為正是塑膠問題的本質。光靠調整條件無法解決，必須找到（或做出）分解的工具本身。
壽命的推算，是從短期間的減少速度往後延伸得出的。算式很單純。
年數 ＝ 100 ÷ 每年減少的比例（%）
| 若測得一年減少0.1% | 100 ÷ 0.1 ＝ 1000 年 |
| 若是0.05% | 100 ÷ 0.05 ＝ 2000 年 |
| 若是0.01% | 100 ÷ 0.01 ＝ 10000 年 |
測量值變成十分之一，答案就變成10倍。而且要分辨0.1%和0.01%的差異並不容易。以5 g的樣本來說，就是0.005 g和0.0005 g的差異。
再加上，這個算式設定了「減少速度固定不變」的前提。實際上，日照期間和被掩埋的期間，速度並不相同。等於是把前提不成立的區間，也一路直線延伸了下去。
「塑膠袋20年」「寶特瓶450年」這類數字，都是這種計算的產物。用來掌握數量級的感覺很有用，但不應當作精確的預測來看待。出處不同、數字不同，原因就在這裡。
※ 實際的推算會用更嚴謹的方法進行，但「把短期觀測延伸到長期」這個骨架是共通的。
高中＋容易切斷的鏈條，與難以切斷的鏈條
高分子的鏈條有好幾種類型。差異在於鏈條的哪個位置插入了「其他原子」。
- 澱粉・纖維素：鏈條中間插入了氧。這裡會成為切斷點，加水就能切斷。自然界中有很多用來切斷它的酵素。
- 蛋白質：鏈條中間插入了氮。這裡也會成為切斷點。
- 聚乙烯・聚丙烯：只有碳一直連續下去。沒有能當作切斷點的地方，加水也切不斷。
- 寶特瓶的材料：鏈條中間插入了氧。所以有被切斷的可能性。
這就是本文提到的「自然界也有的一種連接方式」的具體內容。能分解寶特瓶材料的細菌會被發現，並非偶然。因為它原本就是容易被切斷的形狀。
反過來說，聚乙烯在化學上極難切斷。用強力藥劑或高溫可以分解，但在常溫的自然環境中，靠生物能使用的手段來說很困難，這是目前的現狀。
大學要說「已經分解」，該測量什麼
這個領域困難的地方在於分解的定義。至少需要區分3個階段。
- 崩解：形狀消失。碎裂到看不見，就是這個階段
- 分子量下降：鏈條變短。就材料而言，依然是塑膠
- 完全分解：變成二氧化碳、水、微生物的身體。到這個階段才能說是「回歸自然」
在測試中，會使用測量產生的二氧化碳量、計算投入的碳有多少百分比被轉換的方法。重點不在於形狀是否消失，而是追蹤碳的去向。
不過，這種測試是在規定的溫度、濕度、微生物條件下進行的。就算通過測試，也不代表在海水或土壤中會以同樣方式進行。「生物可分解」的標示和實際環境中的行為出現落差，原因就在這裡。
研究中尚未有答案的事
- 壽命的推算方法本身，尚未確立。如③所見，把短期觀測延伸到長期的方法，包含了許多前提假設。在實際海洋或土壤中的長期資料，據稱還沒有充分累積。
- 分解酵素要實用化，存在速度上的瓶頸。寶特瓶分解酵素自發現以來持續在改良，但能否達到工業規模所需的速度與成本，至今仍是課題。
- 微塑膠對生物造成的影響，評估尚未定論。被生物攝入體內這件事本身，已有大量報告，但什麼樣的大小、多少的量、會造成什麼影響，研究仍在進行中。重要的是不要把「還不清楚」，當成「沒有問題」。
- 環境中究竟存在多少，其實也不清楚確切數字。有人指出，流入海洋的量與在海面觀測到的量對不上，「行蹤不明的塑膠」到底在哪裡，是個未解之謎。
這是問世還不到100年的材料。它在自然界中會變成什麼樣子，我們正在用實際的時間來驗證。「以後測量就會知道」和「到那時已經無法挽回」，這兩件事是可以同時成立的。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・生物的作用（分解者） | 微生物進行分解 |
| 高中 | 化學基礎・物質量與密度 | 1個塑膠袋會變成多少顆粒的計算 |
| 高中 | 生物基礎・酵素的作用 | 只對形狀吻合的東西起作用 |
| 高中＋ | 化學・高分子化合物 | 鏈條中的氧、氮，與易斷程度 |
| 大學 | 高分子化學・環境化學 | 分解的3個階段、以二氧化碳量進行的測試 |
| 研究中 | 環境科學（未解決） | 壽命推算、酵素的實用化、影響評估 |
| ― | 生活・環境 | 碎裂前撿拾、閱讀標示、分類 |
- Yoshida, S. et al., A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate), Science 351, 2016。
- Chamas, A. et al., Degradation rates of plastics in the environment, ACS Sustainable Chem. Eng. 8, 2020（壽命推算的方法與差異範圍）。
- 日本環境省關於海洋塑膠垃圾及微塑膠的相關資料。
- 日本生質塑膠協會（日本バイオプラスチック協会）關於生物可分解塑膠規格與測試方法的說明。
- GESAMP（聯合國海洋環境保護科學問題聯合專家組）關於海洋環境中微塑膠的評估報告。
※ 密度、重量、分解速度，會因材料種類與環境條件而有很大差異。本文所示為一般常被引用的參考值。
※本文為大眾科學解說。垃圾分類與處理方式因地方政府而異，請依居住地的規定辦理。關於環境中塑膠的影響，請確認環境省等公家機關公布的最新資訊。文中數值僅為理解機制所用的參考值。