4.挑战与展望
4.1.政策和市场动态
不断完善的政府立法和最近的产品升级、PFAS 替代品和改进的生产工艺，为一次性食品包装中的植物纤维和植物聚合物塑料提供了更多机会。不含 PFAS 的模塑纸浆食品包装是一个发展中的市场，需要在产品制造和设计方面进行创新（Footprint，2021 年）。包装材市场和监管环境十分复杂，而且往往与直觉相反，例如一些使用大量、种类繁多的食品包装的全球大型食品公司不喜欢可堆肥材料和植物聚合物衍生材料（见表 6，英国的一个公司），聚丙烯、聚乙烯和 PET 等普通石油塑料被列入“绿色首选”名单，而植物聚合物塑料（PLA）、可堆肥材料和纤维素/再生纤维素材料则被列入“红色禁用”或“琥珀色禁用”和“待替代”名单；另一家全球食品分销商也将再生纤维素（如常用于透明包装窗或包装纸的玻璃纸）列为 “淘汰 “材料，因为这些材料很难也不可能建立回收途径，该清单上的其他材料包括聚氯乙烯和相关聚合物、聚苯乙烯和注塑聚苯乙烯，以及有塑料衬里（淋膜）的纸制品，如折叠包装和咖啡杯。
表 6.英国一家主要食品和杂货经销商首选或淘汰包装材料的类别[改编自 Poole (2020)
上述政策的前提是石油塑料的回收率足够高，但即使在加拿大或英国这样的工业化国家，塑料回收率仍然很低。不可降解或部分可降解的塑料垃圾仍然是所有国家面临的重大挑战，也是植物纤维和其他生物聚合物材料要取代一次性塑料需要面临的问题。由于欧洲《一次性使用塑料指令》（SUPD）（欧洲议会，2019 年）对塑料的定义不明确，使得向可持续包装材料的过渡更加复杂。该指令在食品包装材料的相对材料可持续性、生命周期评估和生物降解途径这三个方面缺乏明确规定。一份提交给 SUPD 的文件（FinnCERES，2021 年）强烈建议欧盟委员会为生物基或者可生物降解的人工合成聚合物建立一个认同并可靠的定义或类别。随着不含全氟辛烷磺酸的模塑纸浆产品的出现，迫切需要更好的纤维食品容器堆肥或回收途径，以实现功能性与堆肥或可回收性的平衡。
4.2.生命周期分析
关于生物塑料和纤维食品包装的可靠生命周期分析（LCA）信息和比较还很缺乏。对一次性外卖食品容器进行生命周期评估的结果（Gallego-Schmid 等人，2019 年）表明，原材料提取和加工、材料效率（每个功能单位所需质量）、容器制造过程和生命末期（填埋、回收、堆肥）对生态影响最大。就单位材料需求、加工和能源效率而言，XPS 被证明是对生态破坏最小的包装选择。在 12 项可持续发展指标中，一次性聚丙烯容器在 7 项指标中排名最低，但仍是外卖食品容器市场的主要产品，仅这一点就极大地推动了可生物降解的XPS产品的发展–它是一次性食品容器市场中模塑纸浆的重要市场挑战者。
模塑纸浆面临着由热塑性植物淀粉制成的生物可降解一次性食品容器的竞争（Khan 等人，2016 年）。可降解塑料（主要是淀粉基塑料和聚乳酸）是所谓的“绿色包装”市场中增长最快的部分，2019 年的价值为 37 亿美元，预计到 2027 年的年复合增长率为 9.5%（Grand View Research，2019 年）。这些产品在回收和废物处理方面也存在问题（表 6）。Gallego-Schmid 的研究并不包括生物塑料或以植物纤维为基础的模塑纸浆容器，也不包括不断增长的清洗和重复使用杯子和容器（Mugshare，2020 年；Walji，2020 年）。另一项生命周期评估（Madival 等人，2009 年）将聚乳酸生物塑料制成的翻盖式餐盒与 PET 和 XPS 同等容器进行了比较，并纳入了为生产聚乳酸而种植玉米所需的生产和运输投入（水、能源、肥料、杀虫剂、除草剂），他们的研究发现，包装体系对环境影响最大的是产品的重量及其各个阶段的运输，其中PET 塑料对环境的影响最大。全球聚乳酸单体供应短缺也使这种材料无法充分满足市场对生物基包装的需求（Jem 和 Tan，2020 年）。
4.3.制造业的资源消耗
尽管上述研究主要以西方为重点，但是即使是在中国这个全球最大的市场，寻求具有成本效益、可持续的一次性包装同样具有挑战性，因为一些省份已禁止使用不可降解的一次性塑料（Hou & Ma，2019）。Liu（2020 年）研究了中国市场上四类国产一次性“可降解”餐具的可行性。它们是(1) “可降解 ”聚丙烯；(2) 模塑纸浆；(3) 改性淀粉；(4) 植物纤维。他们的研究指出，“可降解”聚丙烯（PP）产品在实际生物降解性方面存在问题，这些产品含有光敏添加剂，可在紫外线照射下加速降解。改性淀粉容器由热塑性（糊化）淀粉塑料或填充淀粉的低密度聚乙烯（LDPE）或聚丙烯制成。研究得出的结论是，传统的模塑纸浆制造方法无法以经济有效且可持续的方式满足中国市场对外卖/配送容器的巨大需求，这是因为中国合适的纤维来源有限，以及制浆和生产工艺对水、化学、能源和污染的高强度要求。与国内制造一次性食品容器的其他工艺（如植物淀粉塑料和磨碎的木质纤维素残渣）相比，所需的制浆和制造工艺的能源、水和污染强度更高。
西方国家的报告也提出了这些问题：Mordor Intelligence (2019)认为，美国政府对制浆行业（与聚苯乙烯生产相比，制浆行业是水、能源和污染高度密集型行业）的环境监管是模塑纸浆市场增长的重要制约因素，因为纸浆和造纸业是美国第四大温室气体和二恶英环境污染物排放者，在水需求方面排名第三。该行业每年排放约 2.12 亿公吨的工业空气和水污染物，而模塑纸浆制造消耗的能源要多 70-115%，产生的空气污染要多 31%，排放的温室气体要多 323-248%（Mordor Intelligence，2019 年）。这将要求开发更高效的制造途径，如最小化制浆和干压成型。
4.4.全氟辛烷磺酸替代品
对外卖食品包装进行的测试表明，模塑纸浆可能含有大量全氟辛烷磺酸（Fassler，2019 年；LaMotte，2020 年；Strakova 等人，2021 年），对环境（浸出、哺乳动物和环境毒性）和公共健康具有重大影响（Grinvalski，2019 年；Schaider 等人，2017 年），且大多数化合物都很难用目标化合物检测法进行鉴定，有些产品的含量超过丹麦兽医和食品监管局规定的 60 倍，足以扰乱内分泌系统功能（Strakova 等人，2021 年）。这些问题非常严重，因此开发不含 PFAS 的可堆肥外卖容器已成为当务之急，纸浆和造纸业以及餐饮服务业正在迅速做出调整：丹麦等国正在推动变革（丹麦兽医和食品管理局，2020 年）、美国多个州现已禁止在食品包装中使用 PFAS（Hogue，2021 年；SGS，2021 年；华盛顿州生态部，2021 年），其他北美地区也在效仿。2020 年，四家化学公司停止生产 6:2 氟烯醇，这是一种常用于模塑纸浆食品包装的短链 PFAS（Hogue，2021 年）。
尽管美国食品及药物管理局（FDA）仍允许约 60 种与食品接触的短链（≤6 C）FC 添加剂用于北美的国内制造或进口产品（Begley 等人，2005 年），但不含 PFAS 的模塑纸浆容器已经上市（Business Wire，2020 年），并被一些快餐连锁店自愿采用（Fassler，2020 年；华盛顿州生态部，2021 年）。含有PFAS 和相关化合物的包装产品已经被禁止参与国际生物降解产品协会（BPI，2020 年）的生物降解性认证。目前对专有 PFAS 替代品的特性和属性的了解仍然非常有限，某些替代化合物的早期生物蓄积性和毒性问题已经得到确认（Hogue，2021 年；Zhang 等人，2021 年）。使用聚四氟乙烯和其他 PFAS 化合物来防止铸模粘在模具上（DTSC，2021 年），也被认为是一个风险因素，使模塑纸浆产品作为不含 PFAS 的包装替代品的认证和接受变得复杂（华盛顿州生态部，2021 年）。
4.5.研究重点
根据上述讨论，纤维食品包装研发的优先领域包括(1) 开发非木质纤维作为市场纸浆的潜力；(2) 预处理和制浆工艺，以提高纤维提取和模塑纸浆制造的可持续性；(3) 提高对非木质纤维形态、化学和物理特性的认识；(4) 了解制浆/（漂白）/精炼之间的相互作用；(5) 探索不同纤维混合物（包括木纤维和/或回收纤维）的协同作用和特性定制；(6) 新型无毒添加剂和系统在模塑纸浆制造中的应用；(7) 发展技术经济和循环经济（包括回收纤维的回收和再利用的可行途径）；以及 (8) 对不同的食品容器包装基材进行生命周期比较分析。