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6chem:有朝一日,我们或许可以用二氧化碳生产塑料

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发表时间:2019-10-11 07:59


生物塑料的“碳足迹”有时更甚于普通塑料。

生物塑料的“碳足迹”有时更甚于普通塑料。

  新浪科技讯 北京时间10月10日消息,据国外媒体报道,由于人类的过度使用,如今地表和海洋中已经堆积了约80亿吨塑料垃圾,也难怪塑料近年来的口碑一直不佳。

  但塑料的重要性也是毋庸置疑的。塑料的发明使20世纪的生活发生了革命性的变化。它结实耐久、用途多样、清洁卫生,这样的材料在自然界中几乎不存在。如果没有塑料,我们永远也造不出唱片、胶带、电影胶片等等,自然也就无法录制音乐、拍摄电影,也无法发展现代医学。汽车零部件、轻型飞机材料、卫星和太空飞船等也都依赖于塑料,环球旅行和太空探索方才成为可能,更不用提计算机、手机和各式各样的网络技术了。看看周围吧,假如没有塑料,我们的生活将举步维艰。

  尽管塑料如此重要,但塑料的废弃处理一直是个棘手的问题。不仅如此,塑料的来源也很令人头疼。塑料是用化石燃料制成的,人类每年消耗的石油和天然气约有40%都用在了生产塑料聚合物上。听上去可能不多,但仍然涉及到化石燃料开采和气候变化的问题。

  生物塑料——真有听上去那么好吗?

  那我们是否有替代方案呢?聚乳酸(PLA)等生物塑料如今是许多人重点关注的发展领域,比如用土豆制成的一次性餐具、用玉米制成的塑料瓶、用食物残渣制成的垃圾袋等等,虽然听上去像是个理想的解决方案,但事实远没有这么简单。首先,生物塑料并没有听上去那么容易降解,一般需要经过工业处理。不仅如此,生产生物塑料也需要耗费大量能量,收割农作物、加工原材料等步骤排放的二氧化碳甚至比传统塑料还要多。

  国外研究人员最近考察了用各类材料生产塑料瓶产生的环境影响,包括用玉米和可回收聚酯等等,结果发现,生物塑料的表现并不尽如人意。

  考虑到化肥费用、运输和收割成本,以生物材料制成的塑料效益是最差的,而表现最好的反而是用原油生产的塑料。研究人员表示,这并不是他们希望看到的结果。

  生产生物塑料所耗费的水和化肥还会对河流和河口造成污染,导致水体富营养化,此外,如果人们不慎将生物垃圾扔进了可回收垃圾中,这些物质就会污染整个回收链,降低回收塑料的品质。

  所以从目前来看,生物塑料的表现还是比较令人失望的。

  除了生物塑料之外,还有另一种替代方案:用二氧化碳制造塑料。科学家在该领域已经努力了十余年,如今终于看到了希望的曙光。

  用二氧化碳制造塑料

  科学家指出,与其用化石燃料作为塑料的原材料,我们不如反其道而行之,通过一些化学技巧,用废弃的二氧化碳来制造塑料,这将使整个石化行业发生革命性的变化。目前大多数二氧化碳都来自氢气生产,不过研究人员还在尝试捕捉工业废气中的二氧化碳。这种做法不仅能减少化石燃料的使用量,还会对气候变化产生影响,减少温室气体排放。

  要想用二氧化碳生产塑料,关键在于催化剂的设计,比如包含铜等金属的化合物。科学家发现,有一种催化剂可以让二氧化碳和环氧化物发生反应、生成一类名叫“聚醚聚碳酸酯多元醇”的物质,而这类物质正是生产聚氨酯的基础,后者常用于制作床垫、靠垫和冰箱隔热材料。

有朝一日,我们也许可以用“空气”来生产塑料。有朝一日,我们也许可以用“空气”来生产塑料。

  用气体制作床垫

  德国一家公司正在生产一种名叫Cardyon的特殊床垫,其中有20%的材料由二氧化碳制成。考虑到目前全世界每年的聚氨酯产量超过1500万吨,假如将原材料换成二氧化碳,必然会产生巨大影响。

  英国公司Econic也在用二氧化碳生产聚氨酯,希望能在两年内推出泡沫塑料、涂料、密封剂和弹性纤维等产品。这些材料的品质不仅能与传统塑料相媲美,在某些方面甚至还优于传统塑料。Econic公司指出,他们生产的部分材料的性能更加优良,如耐火性、耐刮性等等。

  据该公司估计,若30%的多元醇用二氧化碳制成,便可以减少9000万吨的二氧化碳排放,相当于多种了400万棵树、或者减少了200万辆汽车。此外,由于二氧化碳价格低廉(每吨价格约100美元,相比之下,标准原材料环氧丙烷的价格约为每吨2000美元),对于一家年产量50公吨的工厂而言,每年便可节省1000万美元。

  科学家甚至还有更大的“野心”:用二氧化碳生产乙烯。目前全世界生产的塑料约一半都是用乙烯制成的,因此乙烯是全球最重要的工业原材料之一。研究人员正在研制一种含有铜的催化剂,让二氧化碳和水在通电状态下生成乙烯。

  也许还要再过20年,用二氧化碳制得的乙烯生产的聚乙烯塑料才能达到商业化规模,但再过三四十年,我们就无法再用化石燃料生产乙烯了,因此我们别无选择、必须寻求其它方法。

  英国科学家发明了一种方法,可以让二氧化碳与木糖等糖类相结合、生成聚碳酸酯(可用于生产婴儿奶瓶等可回收容器)。目前的聚碳酸酯生产工艺中一般会用到光气(曾在一战中作为化学武器的剧毒气体)、以及一种名叫双酚A的化学物质。双酚A具有类似雌激素的性质,已被加拿大等国禁止用于婴儿产品。而假如用糖类物质为基础生产聚碳酸酯,其生产和使用安全性都将大大提升,从而更适用于制作医学植入物、缝线和器官支架等材料。

  美国科学家也发明了一种新技术,利用含有镍和磷的电催化剂、使水和二氧化碳在电流作用下相结合,进而生成复杂的含碳分子,可用于生产塑料和药物等产品。研究人员表示,这一过程的本质相当于人工光合作用,并且可以比天然光合作用更高效。

  传统的塑料生产方法或许是当前常态,但并不理想。用化石燃料生产单分子物质既耗费能源、又污染环境,因为靠热能驱动化学反应速度慢、耗能大、效率低,因此我们必须另寻出路,寻求更好的解决之道。(叶子)



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