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真正的環(huán)境友好:用二氧化碳和植物制造塑料

時間:2016-03-23     來源:材料科學與工程
科學家已經發(fā)現(xiàn)新的生產塑料的方法,那就是用CO2和秸稈或是雜草等不能食用的植物來生產塑料,他們說這種新的技術可以讓以石油為原料的塑料制品更加低碳。

     斯坦福大學化學系的助理教授馬修-卡南說:“我們的目標是用CO2來替代石油衍生品來生產塑料,如果你能不使用大量的不可再生能源,那么你就能顯著的降低塑料工業(yè)的碳足跡?!?/P>

     卡南和他的同事將他們的結果發(fā)表在《自然》雜志上。

     一個不錯的選擇

     很多塑料都來自一個叫聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)高分子材料。PET是使用廣泛的原料,每年有5億噸的PET用于面料、電子、可回收的飲料瓶和個人護理產品。

     PET由來自石油的對苯二甲酸和來自天然氣的乙二醇組成。工業(yè)上生產PET會產生大量能讓全球變暖的CO2。

     卡南說:“要想制造PET,不僅需要化石原料,還需要能量,通常生產一噸的PET就產生超過4噸的CO2。”

     在材料性質研究中,他和他的合作者將精力投入PET的代替品聚呋喃二甲酸(PEF)上,PEF由乙二醇和稱為2-5呋喃二羧酸(FDCA)的化合物組成。

     成千上萬噸的塑料在海洋中漂流

     卡南說:“PEF替代PET十分有希望,因為FDCA來自生物體而非石油。在作為密閉氧氣的罐子方面,PEF同樣優(yōu)于PET.”

     盡管PEF有很多優(yōu)點,塑料工業(yè)仍未找到一個低成本的方法來大規(guī)模地生產它,這個瓶頸問題迫使人們致力于尋找經濟可行的方法來支持FDCA的生產。

     一種方法就是將提取自玉米糖漿的果糖轉化成FDCA。荷蘭Avantium公司和可口可樂還有其他公司已經開發(fā)了這項技術,但問題是,種植玉米仍然需要大量的土地、能源、肥料和水。

     卡南說:“用果糖是個問題,因為果糖的生產不僅需要大量的碳足跡,而且還可能會和食物的生產相競爭,更好的辦法是用不能吃的植物,如用草皮或者秸稈?!?/P>

     戲劇性的結果

     這個團隊用糖醛做實驗,代替從玉米中的糖來生產FDCA。糖醛是來自于秸稈的化合物,而且能是用幾十年,每年有40萬噸用于樹脂、溶劑和其他產品的生產。

     卡南說:“使用CO2和糖醛生產FDCA需要激烈的化學反應,這個反應需要大量的能量和金錢,而這個問題就足以擊敗我們的夢想?!?/P>

     如何將生物燃料轉化為廉價的塑料

     他們用溫和的化合物來解決這個問題:碳酸鹽,性質研究的主要研究者--研究生安妮蒂塔班納吉,用CO2和糠酸(糠醛的衍生物)來合成碳酸鹽,加熱混合物至約290華氏度(200攝氏度),以此來形成一種熔融的鹽。

     卡南說:“結果十分戲劇,5小時后,有89%的熔融的鹽轉變成FDCA,下一步就十分簡單了,其他研究者早就找出了將FDCA變成PEF塑料的方法了?!?/P>

     “這只是第一步”

     卡南說:“這個方法有顯著減少溫室氣體排放的潛力?!币驗镻EF所需要的CO2可以從化石燃料發(fā)電廠和其他工業(yè)中得到。

     PEF的原料同樣可以循環(huán),通過焚化可以將CO2轉到大氣中。這樣CO2就可以被草地、雜草、和其他植物吸收,然后生產更多的PEF。

     卡南說:“我們相信我們的化學可以開啟PEF的大門,這只是第一步,接下來我們需要做大量的工作看看它能否形成一定的規(guī)模和量化碳足跡。”

     卡南和他的同事開始了新的化學研究,以應用于生產可再生燃料和來自于氫氣和二氧化碳的其它化合物:“這是我們現(xiàn)在研發(fā)的最令人興奮的新應用?!?BR>