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真正的环境友好:用二氧化碳和植物制造塑料

时间:2016-03-23     来源:质料科学与工程
科学家已经发现新的生产塑料的要领,那就是用CO2和秸秆或是杂草等不能食用的植物来生产塑料,他们说这种新的技术可以让以石油为原料的塑料制品越发低碳。

     斯坦福大学化学系的助理教授马修-卡南说:“我们的目标是用CO2来替代石油衍生品来生产塑料,如果你能不使用大量的不行再生能源,那么你就能显著的降低塑料工业的碳足迹。”

     卡南和他的同事将他们的结果发表在《自然》杂志上。

     一个不错的选择

     很多塑料都来自一个叫聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)高分子质料。PET是使用广泛的原料,每年有5亿吨的PET用于面料、电子、可回收的饮料瓶和个人护理产物。

     PET由来自石油的对苯二甲酸和来自天然气的乙二醇组成。工业上生产PET会发生大量能让全球变暖的CO2。

     卡南说:“要想制造PET,不仅需要化石原料,还需要能量,通常生产一吨的PET就发生凌驾4吨的CO2。”

     在质料性质研究中,他和他的合作者将精力投入PET的取代品聚呋喃二甲酸(PEF)上,PEF由乙二醇和称为2-5呋喃二羧酸(FDCA)的化合物组成。

     成千上万吨的塑料在海洋中漂流

     卡南说:“PEF替代PET十分有希望,因为FDCA来自生物体而非石油。在作为密闭氧气的罐子方面,PEF同样优于PET.”

     尽管PEF有很多优点,塑料工业仍未找到一个低成本的要领来大规模地生产它,这个瓶颈问题迫使人们致力于寻找经济可行的要领来支持FDCA的生产。

     一种要领就是将提取自玉米糖浆的果糖转化成FDCA。荷兰Avantium公司和可口可乐还有其他公司已经开发了这项技术,但问题是,种植玉米仍然需要大量的土地、能源、肥料和水。

     卡南说:“用果糖是个问题,因为果糖的生产不仅需要大量的碳足迹,而且还可能会和食物的生产相竞争,更好的措施是用不能吃的植物,如用草皮或者秸秆。”

     戏剧性的结果

     这个团队用糖醛做实验,取代从玉米中的糖来生产FDCA。糖醛是来自于秸秆的化合物,而且能是用几十年,每年有40万吨用于树脂、溶剂和其他产物的生产。

     卡南说:“使用CO2和糖醛生产FDCA需要激烈的化学反映,这个反映需要大量的能量和金钱,而这个问题就足以击败我们的梦想。”

     如何将生物燃料转化为廉价的塑料

     他们用温和的化合物来解决这个问题:碳酸盐,性质研究的主要研究者--研究生安妮蒂塔班纳吉,用CO2和糠酸(糠醛的衍生物)来合成碳酸盐,加热混合物至约290华氏度(200摄氏度),以此来形成一种熔融的盐。

     卡南说:“结果十分戏剧,5小时后,有89%的熔融的盐转酿成FDCA,下一步就十分简单了,其他研究者早就找出了将FDCA酿成PEF塑料的要领了。”

     “这只是第一步”

     卡南说:“这个要领有显著减少温室气体排放的潜力。”因为PEF所需要的CO2可以从化石燃料发电厂和其他工业中得到。

     PEF的原料同样可以循环,通过焚化可以将CO2转到大气中。这样CO2就可以被草地、杂草、和其他植物吸收,然后生产更多的PEF。

     卡南说:“我们相信我们的化学可以开启PEF的大门,这只是第一步,接下来我们需要做大量的事情看看它能否形成一定的规模和量化碳足迹。”

     卡南和他的同事开始了新的化学研究,以应用于生产可再生燃料和来自于氢气和二氧化碳的其它化合物:“这是我们现在研发的最令人兴奋的新应用。”
      

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