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    我们每天核酸贡献了多少温室气体?

    这篇推送,是「玲珑计划」第三期的第一次作业。我们需要以小组为单位,共同完成一个气候科普作品,面向群体为公众群体。用通俗易懂、有吸引力的方式,向公众科普或传递我们从10月22日-10月29日期间学习到的一个或多个气候变化基础知识点。

    由于在查阅资料的过程中缺乏一定数据,我们的计算大都基于假设以及理论值。比如我们很难找到某个地区一天做了多少核酸,核酸检测物料每天生产多少,如何生产,最后如何处理,处理的排放如何等等。以及从核酸棉签到试剂盒的材质和质量都难以找到,最后很多材料甚至是从淘宝上找的。

    由于数据有限,我们没有考虑到很多如不同制造商生产的物料的不同,医疗废物的运输等实际情况。文章只想起到一个启发作用,抛砖引玉,呼吁大家关注核酸检测对气候环境的影响。

    1.今日你做核酸没?

    在疫情的大环境下,我们日常免不了进行核酸检测。在核酸检测已经深入生活,让我们习以为常甚至有些麻木的当下,不如让我们换个角度看核酸检测,了解一下这个行为为地球贡献了多少碳排放。

    说起核酸检测,最熟悉不过的肯定是每天都和我们亲密接触的”核酸棉签”:

    核酸采样拭子

    核酸采样拭子虽然俗称”核酸棉签”,但它的原料并没有棉花,反而全身上下都是不可降解的塑料制品。

    目前市面上使用的采样拭子以非无菌居多,由杆子和采样头两部分组成。杆子的材料主要为医用级ABS塑料,而采样头的材质主要为尼龙短纤维绒毛头,以垂直方式紧密固定在采样拭子前端,相比传统的棉签能更高效地采集和洗脱样本,提高检测效率和准确率。

    ABS塑料虽然不常听到,但凭着出色的性能,它是其中一种生活中最广泛使用的塑料材质,一个轮胎、玩具、洗衣机里都有它的身影。然而也有研究表明,按照目前的工艺和流程,ABS塑料从生产到处理全过程的碳排放将不会在2030年前达到峰值。

    而在刚结束不久的二十大则提出,积极稳妥推进碳达峰碳中和,我国将争取于2030年前达到碳排放峰值(即碳达峰),争取在2060前实现碳中和。

    这意味着“双碳”的曝光率只升不降,“双碳”的目标也将渗透于各行各业。那么,在庞大的人口基数和常态化核酸的背景下,我们可以如何去分析核酸和我国双碳目标的关系呢?本篇文章将从生命周期视角来讨论核酸检测对气候的影响,和大家一起走进核酸检测的全生命过程。

    如果你还没有听说过“碳中和”“碳达峰”“生命周期测评”,我们为你贴心准备了知识小简餐

    碳中和:

    指通过平衡二氧化碳人为排放量与人为去除量,或完全消除二氧化碳人为排放,实现净二氧化碳零排放。碳中和目标可以设定在全球、国家、区域、城市、行业、企业、活动等不同层面。

    碳达峰:

    指在某一个时点,二氧化碳的排放不再增长达到峰值,之后逐步回落。碳达峰是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点,标志着碳排放与经济发展实现脱钩。

    生命周期评价:

    生命周期评价(Life CycleAssessment,即LCA)评价某个产品系统生命周期的整个阶段,即从原材料的提取和加工,到产品的生产、包装、市场营销、使用、再使用以及产品维护,再到再循环和最终废弃物的处置的环境影响工具

    2.核酸的生命周期

    生命周期角度看核酸流程以及环境污染

    首先我们介绍一下核酸的”生命周期”:

    1.核酸试剂盒等检测物资的生产

    人群筛查用的采样管,一般是具有病毒灭活功能如含胍盐 (异硫氰酸胍或盐酸胍等) 或表面活性剂的采样管。首选含胍盐的采样管。

    2.咽拭子/鼻拭子样本采集

    用专业的核酸棉签对人群进行核酸检测,一般是咽拭子。

    3.样本运输

    标本采集后室温放置不超过4小时, 一般在2-4h内送到实验室。(如果需要长途运输标本,应采用干冰等制冷方式进行保存,严格按照相关规定包装运输。)

    4.样本运输RNA提取和检测

    实验室接到标本后,在生物安全柜内对标本进行清点核对。按照标准操作程序进行试剂准备、标本前处理、核酸提取、核酸扩增、结果分析及报告。

    5.污染物运输与处理

    核酸产生的废管,棉签与样本,如为检测前非灭活标本, 则装入专用密封废物转运袋中进行压力蒸汽灭菌处理,随后随其他医疗废物一起转运出实验室进行销毁处理;如为检测前已灭活标本, 则无需高压灭活,直接按医疗废物一起转运出实验室进行销毁处理。

    3.做一次核酸会排放多少二氧化碳

    核酸检测的医疗废物一般通过高温焚烧处理。由于尼龙短纤维在一根”核酸棉签”中用料过少,暂且忽略。现在压力给到棉签杆子:

    来道核酸棉签杆子应用题吧

    “核酸棉签”的杆子是abs材质,ABS材料是丙烯腈(Acrylonitrile)、1,3-丁二烯(Butadiene)、苯乙烯(Styrene)三种单体的接枝共聚物。它的分子式可以写为(C8H8·C4H6·C3H3N)x。我们的核酸拭子通常会采用乳液法这种较低成本灵活性较高的聚合工艺,而乳液法ABS最常见的比例是A:B:S=22:17:61。

    已知广州市2021年人口约为1881.1万人,一根核酸拭子质量约为3g,请估算广州一天内全民核酸(每人做一次)消耗的核酸拭子有多少吨?在完全焚烧情况下释放的二氧化碳理论值为多少?

    以下是我们的解题思路:

    此时算出1吨的abs塑料完全燃烧会产生2.798吨的二氧化碳,假设一天内广州每人用了一根”核酸棉签”:18811000️0.003????56.433吨

    56.433️2.798≈157.899吨

    答:广州一天全民核酸使用的abs塑料约为56.433吨,完全焚烧释放二氧化碳理论值为157.899吨,即15.789万kg。

    American Chemical Society有研究表明,每次测试的总温室气体排放量约为0.613kgCO₂当量,同时还会产生重金属,空气污染和水污染。

    单次核酸检测的温室气体和污染物排数量,及对应环节的比例。缩写:TK,检测试剂盒生产;TP,运输;RE,RNA提取;TE,测试;WT,废物处理。

    0.613,这个小于1的数字看起来似乎有点冷冰冰,让我们来带入情景通过一些算术来好好了解它:

    数据对比

    最近广州疫情爆发,连国外媒体都争相报道,每天一次核酸成了大家每天必不可少的生活日常。

    广州市的人口大约为1881.1万人,每人每天一次的核酸,温室气体排放总量约为1153.1万kgCO₂

    等于我们坐上广州到北京的火车跑了13万5千多次

    等于生产了11亿5千万个塑料

    等于广州全部森林每天1/3的二氧化碳消耗量。

    4.生命周期视角下看核酸的影响

    如果我们用生命周期的视角将COVID-19测试过程进行分解,从下图不难看出,在核酸检测的整个生命周期中,废物处理部分对碳排放的贡献最为显著,占温室气体排放量的71.3%(0.435kgCO₂当量)。

    核酸检测各环节碳排比例

    目前,核酸检测后的拭子等废料大部分通过焚烧的方式进行处理。2020年在全球范围内有超过14,900吨COVID-19测试塑料残留物被焚烧,而只有494吨塑料废物最终进入垃圾填埋场。

    全球99.2%的被焚烧的核酸测试塑料残留物由聚丙烯组成。

    进行COVID-19测试的塑料残留物焚烧过程产生的有毒气体排放量可能低于其他排放源产生的有毒气体排放量。很难测量COVID-19塑料残留物焚烧过程产生的气体排放,因为它们的燃烧通常与其他相关废物一起进行。此外,这些排放可能因在世界各地不同地理位置实施的气体控制技术而异。

    然而,排放的许多化学物质,如二恶英、多环芳烃和其他持久性有机化合物,是没有生物阈值的化学物质。它们的存在可能导致生物变化,它们的排放不应被低估。此外,在大气中,这部分由COVID-19测试焚烧产生的污染物(在使用现代气体排放控制时可能是最低的)与来自不同来源的其他空气污染物混合,增加了大气污染物的水平并产生可能导致严重的生物学效应的协同效应。塑料焚烧排放的这些化学物质可以进入生物体,导致严重的环境和健康影响。健康影响可能包括正常激素信号通路的破坏、生殖和发育缺陷、免疫毒性、肝损伤、消耗综合征和癌症

    来自COVID-19的RT-PCR测试的塑料残留物(吨)的世界地图

    非生物危害性塑料残留物通常会被送往垃圾填埋场,但一旦到达那里,它们可能会接触到野生动物,例如可以吃塑料碎片的鸟类。从生命周期视角看,这些塑料会通过吃掉塑料片的鸟类和哺乳类动物进入其它动物体内,甚至到海洋和人体内。

    5.核酸检测与我国双碳目标

    刚结束不久的二十大提出,积极稳妥推进碳达峰碳中和,我国将争取于2030年前达到碳排放峰值(即碳达峰),争取在2060前实现碳中和。

    这一碳排放目标对我们国家来说是一个责任的担当,更是一个挑战。这意味着,我们从碳达峰到碳中和所使用的时间比任何一个发达国家都要少。

    然而,目前全国新冠疫情频发,为防疫而采取的核酸政策尽管无可厚非,却实实在在地在贡献着大量的碳排。仅仅广州一个城市,每一天便因核酸检测排放1153万kgCO₂当量的温室气体,而当前有23个省份有新冠爆发,而抗疫更是旷日持久的战争。

    抗疫已成长期策略,大家日复一日地做核酸已经做到麻木或是习以为常,就像我们当年经常用塑料袋一样——或许每次做核酸的我们只求核酸能做快一点,能更少影响自己的日常生活,却从没思考过这一根又一根的棉签,一管又一管的试剂会对环境和气候的整个生命周期造成怎样的影响。

    我们也应该从核酸检测的生产、运输、检测到废弃物处理的各个流程进行检视,寻求更为低碳的处理方式,不仅抗疫,更是抗击病毒对地球所造成的连带伤害,以更聪明的方式守护自己,保护环境。

    6.一些胡思乱想

    在完成这篇文章的同一时间,我们在googlescholar上找到了一篇文章,里面详细地分析了2007~2017年中国的ps,pvc和abs塑料的碳排放情况。

    2007-2017年PS、PVC和ABS塑料各阶段的GHG排放比例

    从2007年到2017年,ABS生命周期的特征不同于PS和PVC。在P阶段,GHG排放量呈上升趋势,平均增长率为9.9%,GHG量也从2007年的4.76Tg CO2e增加到2017年的11.97 Tg CO2e。在项目管理阶段,2014年ABSSTP&C和其他产品制造过程中的GHG排放量迅速增加。在WM&R阶段,由于政策干预,填埋、焚烧、回收和未处理过程中的GHG排放量在2012年达到低点。

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    从2007年到2017年ABS塑料在塑料制造和回收阶段的GHG排放量

    这篇17年的文章表示在基线情景下,聚苯乙烯、聚氯乙烯和ABS塑料的GHG排放量在2030年不会达到碳峰值,可能在2030年分别达到23.17、146.41和42.31兆吨二氧化碳当量,将是2017年的1.5倍、1.7倍、2.1倍。但经过我们上面的计算,单单广州一天的核酸棉签焚烧量就可能达15.789万kg,一天核酸的碳排总量可达1153.1万kg二氧化碳。管中窥豹,可见一斑,核酸检测大大地增加了国我国的碳排放量,2022年的各塑料碳排放将超过这个估算值。

    有没有一种可能,我只是说有没有一种可能,核酸检测是国家早日达到碳达峰的一步大棋?

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