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有朝一日,我們或許可以用二氧化碳生產塑料

更新于:2019-10-10   來源:新浪科技   點擊:306次

據國外媒體報道,由于人類的過度使用,如今地表和海洋中已經堆積了約80億噸塑料垃圾,也難怪塑料近年來的口碑一直不佳。

  但塑料的重要性也是毋庸置疑的。塑料的發明使20世紀的生活發生了革命性的變化。它結實耐久、用途多樣、清潔衛生,這樣的材料在自然界中幾乎不存在。如果沒有塑料,我們永遠也造不出唱片、膠帶、電影膠片等等,自然也就無法錄制音樂、拍攝電影,也無法發展現代醫學。汽車零部件、輕型飛機材料、衛星和太空飛船等也都依賴于塑料,環球旅行和太空探索方才成為可能,更不用提計算機、手機和各式各樣的網絡技術了。看看周圍吧,假如沒有塑料,我們的生活將舉步維艱。

  盡管塑料如此重要,但塑料的廢棄處理一直是個棘手的問題。不僅如此,塑料的來源也很令人頭疼。塑料是用化石燃料制成的,人類每年消耗的石油和天然氣約有40%都用在了生產塑料聚合物上。聽上去可能不多,但仍然涉及到化石燃料開采和氣候變化的問題。

  生物塑料——真有聽上去那么好嗎?

  那我們是否有替代方案呢?聚乳酸(PLA)等生物塑料如今是許多人重點關注的發展領域,比如用土豆制成的一次性餐具、用玉米制成的塑料瓶、用食物殘渣制成的垃圾袋等等,雖然聽上去像是個理想的解決方案,但事實遠沒有這么簡單。首先,生物塑料并沒有聽上去那么容易降解,一般需要經過工業處理。不僅如此,生產生物塑料也需要耗費大量能量,收割農作物、加工原材料等步驟排放的二氧化碳甚至比傳統塑料還要多。

  國外研究人員最近考察了用各類材料生產塑料瓶產生的環境影響,包括用玉米和可回收聚酯等等,結果發現,生物塑料的表現并不盡如人意。

  考慮到化肥費用、運輸和收割成本,以生物材料制成的塑料效益是最差的,而表現最好的反而是用原油生產的塑料。研究人員表示,這并不是他們希望看到的結果。

  生產生物塑料所耗費的水和化肥還會對河流和河口造成污染,導致水體富營養化,此外,如果人們不慎將生物垃圾扔進了可回收垃圾中,這些物質就會污染整個回收鏈,降低回收塑料的品質。

  所以從目前來看,生物塑料的表現還是比較令人失望的。

  除了生物塑料之外,還有另一種替代方案:用二氧化碳制造塑料。科學家在該領域已經努力了十余年,如今終于看到了希望的曙光。

  用二氧化碳制造塑料

  科學家指出,與其用化石燃料作為塑料的原材料,我們不如反其道而行之,通過一些化學技巧,用廢棄的二氧化碳來制造塑料,這將使整個石化行業發生革命性的變化。目前大多數二氧化碳都來自氫氣生產,不過研究人員還在嘗試捕捉工業廢氣中的二氧化碳。這種做法不僅能減少化石燃料的使用量,還會對氣候變化產生影響,減少溫室氣體排放。

  要想用二氧化碳生產塑料,關鍵在于催化劑的設計,比如包含銅等金屬的化合物。科學家發現,有一種催化劑可以讓二氧化碳和環氧化物發生反應、生成一類名叫“聚醚聚碳酸酯多元醇”的物質,而這類物質正是生產聚氨酯的基礎,后者常用于制作床墊、靠墊和冰箱隔熱材料。

  用氣體制作床墊

  德國一家公司正在生產一種名叫Cardyon的特殊床墊,其中有20%的材料由二氧化碳制成。考慮到目前全世界每年的聚氨酯產量超過1500萬噸,假如將原材料換成二氧化碳,必然會產生巨大影響。

  英國公司Econic也在用二氧化碳生產聚氨酯,希望能在兩年內推出泡沫塑料、涂料、密封劑和彈性纖維等產品。這些材料的品質不僅能與傳統塑料相媲美,在某些方面甚至還優于傳統塑料。Econic公司指出,他們生產的部分材料的性能更加優良,如耐火性、耐刮性等等。

  據該公司估計,若30%的多元醇用二氧化碳制成,便可以減少9000萬噸的二氧化碳排放,相當于多種了400萬棵樹、或者減少了200萬輛汽車。此外,由于二氧化碳價格低廉(每噸價格約100美元,相比之下,標準原材料環氧丙烷的價格約為每噸2000美元),對于一家年產量50公噸的工廠而言,每年便可節省1000萬美元。

  科學家甚至還有更大的“野心”:用二氧化碳生產乙烯。目前全世界生產的塑料約一半都是用乙烯制成的,因此乙烯是全球最重要的工業原材料之一。研究人員正在研制一種含有銅的催化劑,讓二氧化碳和水在通電狀態下生成乙烯。

  也許還要再過20年,用二氧化碳制得的乙烯生產的聚乙烯塑料才能達到商業化規模,但再過三四十年,我們就無法再用化石燃料生產乙烯了,因此我們別無選擇、必須尋求其它方法。

  英國科學家發明了一種方法,可以讓二氧化碳與木糖等糖類相結合、生成聚碳酸酯(可用于生產嬰兒奶瓶等可回收容器)。目前的聚碳酸酯生產工藝中一般會用到光氣(曾在一戰中作為化學武器的劇毒氣體)、以及一種名叫雙酚A的化學物質。雙酚A具有類似雌激素的性質,已被加拿大等國禁止用于嬰兒產品。而假如用糖類物質為基礎生產聚碳酸酯,其生產和使用安全性都將大大提升,從而更適用于制作醫學植入物、縫線和器官支架等材料。

  美國科學家也發明了一種新技術,利用含有鎳和磷的電催化劑、使水和二氧化碳在電流作用下相結合,進而生成復雜的含碳分子,可用于生產塑料和藥物等產品。研究人員表示,這一過程的本質相當于人工光合作用,并且可以比天然光合作用更高效。

  傳統的塑料生產方法或許是當前常態,但并不理想。用化石燃料生產單分子物質既耗費能源、又污染環境,因為靠熱能驅動化學反應速度慢、耗能大、效率低,因此我們必須另尋出路,尋求更好的解決之道。


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