有朝一日,我們或許可以用二氧化碳生產(chǎn)塑料
來源:新浪科技
據(jù)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(jīng)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(fā)明使20世紀的生活發(fā)生了革命性的變化。它結(jié)實耐久、用途多樣、清潔衛(wèi)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(fā)展現(xiàn)代醫(yī)學。汽車零部件、輕型飛機材料、衛(wèi)星和太空飛船等也都依賴于塑料,環(huán)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(chǎn)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(guān)注的發(fā)展領(lǐng)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(jīng)過工業(yè)處理。不僅如此,生產(chǎn)生物塑料也需要耗費大量能量,收割農(nóng)作物、加工原材料等步驟排放的二氧化碳甚至比傳統(tǒng)塑料還要多。
國外研究人員最近考察了用各類材料生產(chǎn)塑料瓶產(chǎn)生的環(huán)境影響,包括用玉米和可回收聚酯等等,結(jié)果發(fā)現(xiàn),生物塑料的表現(xiàn)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(xiàn)最好的反而是用原油生產(chǎn)的塑料。研究人員表示,這并不是他們希望看到的結(jié)果。
生產(chǎn)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(yǎng)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(zhì)就會污染整個回收鏈,降低回收塑料的品質(zhì)。
所以從目前來看,生物塑料的表現(xiàn)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??茖W家在該領(lǐng)域已經(jīng)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(yè)發(fā)生革命性的變化。目前大多數(shù)二氧化碳都來自氫氣生產(chǎn),不過研究人員還在嘗試捕捉工業(yè)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(chǎn)生影響,減少溫室氣體排放。
要想用二氧化碳生產(chǎn)塑料,關(guān)鍵在于催化劑的設(shè)計,比如包含銅等金屬的化合物??茖W家發(fā)現(xiàn),有一種催化劑可以讓二氧化碳和環(huán)氧化物發(fā)生反應、生成一類名叫“聚醚聚碳酸酯多元醇”的物質(zhì),而這類物質(zhì)正是生產(chǎn)聚氨酯的基礎(chǔ),后者常用于制作床墊、靠墊和冰箱隔熱材料。
有朝一日,我們也許可以用“空氣”來生產(chǎn)塑料。
用氣體制作床墊
德國一家公司正在生產(chǎn)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(chǎn)量超過1500萬噸,假如將原材料換成二氧化碳,必然會產(chǎn)生巨大影響。
英國公司Econic也在用二氧化碳生產(chǎn)聚氨酯,希望能在兩年內(nèi)推出泡沫塑料、涂料、密封劑和彈性纖維等產(chǎn)品。這些材料的品質(zhì)不僅能與傳統(tǒng)塑料相媲美,在某些方面甚至還優(yōu)于傳統(tǒng)塑料。Econic公司指出,他們生產(chǎn)的部分材料的性能更加優(yōu)良,如耐火性、耐刮性等等。
據(jù)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(huán)氧丙烷的價格約為每噸2000美元),對于一家年產(chǎn)量50公噸的工廠而言,每年便可節(jié)省1000萬美元。
科學家甚至還有更大的“野心”:用二氧化碳生產(chǎn)乙烯。目前全世界生產(chǎn)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(yè)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(tài)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(chǎn)的聚乙烯塑料才能達到商業(yè)化規(guī)模,但再過三四十年,我們就無法再用化石燃料生產(chǎn)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(fā)明了一種方法,可以讓二氧化碳與木糖等糖類相結(jié)合、生成聚碳酸酯(可用于生產(chǎn)嬰兒奶瓶等可回收容器)。目前的聚碳酸酯生產(chǎn)工藝中一般會用到光氣(曾在一戰(zhàn)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(zhì)。雙酚A具有類似雌激素的性質(zhì),已被加拿大等國禁止用于嬰兒產(chǎn)品。而假如用糖類物質(zhì)為基礎(chǔ)生產(chǎn)聚碳酸酯,其生產(chǎn)和使用安全性都將大大提升,從而更適用于制作醫(yī)學植入物、縫線和器官支架等材料。
美國科學家也發(fā)明了一種新技術(shù),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(jié)合,進而生成復雜的含碳分子,可用于生產(chǎn)塑料和藥物等產(chǎn)品。研究人員表示,這一過程的本質(zhì)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(tǒng)的塑料生產(chǎn)方法或許是當前常態(tài),但并不理想。用化石燃料生產(chǎn)單分子物質(zhì)既耗費能源、又污染環(huán)境,因為靠熱能驅(qū)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。