【科研新聞】塑料原材料新突破！玉米芯替代石油，廉價環(huán)保可降解？

數(shù)據(jù)說：最偉大又最糟糕的發(fā)明

目前全世界每分鐘消費100萬個塑料瓶，僅2016年一年的時間，全球塑料瓶消費量達到4800億個，十年前這一數(shù)字約為3000億。這么多塑料瓶首尾相接連起來，長度可超過地球同太陽距離的一半。根據(jù)歐瑞國際最新的全球包裝趨勢報告，全球塑料瓶消費量到2021年將達到5883億。

一些環(huán)保人士警告塑料污染帶來的危害同氣候變化一樣嚴重。

 英國《衛(wèi)報》曾將“塑料袋”評為了“人類最糟糕的發(fā)明”。

 從20世紀70年代起，塑料袋就開始在全世界泛濫成災。一個塑料袋的平均使用時間25分鐘，以外賣為例，它所承擔的使命，大致就是從派送中的十幾分鐘時間。保證你的外賣不會和別人的混淆。使命結束以后，這些塑料袋就被送往垃圾場填埋，或者被直接倒入海中。問題在于，每一個塑料袋的降解至少需要470年。

2月初，在挪威西部海岸，人們發(fā)現(xiàn)了一條巨大的鯨魚，擱淺在海岸的沙灘上 。

為了研究擱淺原因，科學家解剖了這條鯨魚，結果發(fā)現(xiàn)：這條鯨魚的胃里沒有絲毫食物，但卻被30個塑料袋所塞滿，其中最長的塑料袋，長度甚至達到了2米半！

塑料擁有巨大的碳排放量：生產(chǎn)這種以石油為基礎的材料每年至少帶來1億噸碳排放量。

“少用一個塑料袋，就能減少排放0.1克二氧化碳！如果全國減少一半的塑料袋使用量，每年可減排二氧化碳15.5萬噸?！?/p>

那么，塑料這個人們又愛又恨的“偉大”發(fā)明，人們真的拿它沒有一點辦法嗎？

我們今天可以說，其實不然。

新型塑料原材料的探索

其實早在上世紀七八十年代，科學家們就對可降解塑料進行了諸多探索，可降解塑料是指在生產(chǎn)過程中加入一定量的添加劑（如淀粉、改性淀粉或其它纖維素、光敏劑、生物降解劑等），使其穩(wěn)定性下降，后較容易在自然環(huán)境中降解的塑料。試驗表明，大多數(shù)可降解塑料在一般環(huán)境中暴露3個月后開始變薄、失重、強度下降，逐漸裂成碎片。但如果這些碎片被埋在垃圾或土壤里，則降解效果不明顯。

可以說，分解的辦法有“點指標不治本”，可口可樂公司卻創(chuàng)造性的給了一種從原材料上解決塑料污染問題的新思路。

可口可樂植物環(huán)保瓶

植物環(huán)保瓶，plantbottle，是可口可樂公司最新的一項革新突破。其設計旨在改變世界對塑料瓶的看法。這種PET塑料飲料瓶首次以部分采用植物成分制成，并且材料可以100%回收；該材料無論從外觀上還是功能上都與傳統(tǒng)的PET塑料相似，但是，該材料產(chǎn)生的碳足跡要小于用傳統(tǒng)聚酯制作的塑料瓶。

什么意思？

傳統(tǒng)普通包裝瓶（傳統(tǒng)PET）的制作主要由30%的乙二醇（EG）和70%的精對苯二甲酸（PTA）組成。

而在植物環(huán)保瓶的生產(chǎn)當中，可口可樂公司找到了一種可從植物當中提取材料乙二醇的方法。在包裝瓶生產(chǎn)啟動之時或逐步結束之時，植物材料的量能略有不同。包裝瓶生產(chǎn)線在樹脂材料轉變過程中，可能會出現(xiàn)植物樹脂和非植物樹脂相混合的情況，這會輕微地稀釋植物材料，從而降低其含量百分比。

下面請看圖解：

傳統(tǒng)的聚酯瓶和植物環(huán)保瓶，其材料都是PET，中文名稱叫“聚對苯二甲酸乙二醇酯”，它是由PTA（對苯二甲酸）和EG（乙二醇）酯化聚合生產(chǎn)的。

往前說，PTA的生產(chǎn)是由PX（對二甲苯）氧化得到：

EG的生產(chǎn)是由乙烯氧化為環(huán)氧乙烷、再通過水合得到：

在工業(yè)生產(chǎn)PET中，PTA和EG的用量大致為7:3。植物環(huán)保瓶所謂的30%可再生植物原料，就是在EG上做文章。他們所使用的EG不是通過石油原料生產(chǎn)得到，而是由甘蔗發(fā)酵得到的，因而曾被稱為從地里“長”出來的可樂瓶！

根據(jù)倫敦大學帝國理工學院開展的、經(jīng)德國海德堡能源環(huán)境研究所審查的生命周期評估分析表明，按照GWP100指標測算，與100%基于石油的PET相比，plantbottle能夠從源頭（即農(nóng)場）到樹脂生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)降低相關碳排放。同樣，與傳統(tǒng)的基于石油PET相比，化石燃料消耗也有所減少。

改變傳統(tǒng)的EG原料研發(fā)新型的環(huán)保材料策略，誠然是開辟了一條新型塑料原料的新路。但曾有專業(yè)人士指出，EG畢竟只占小部分的30%，如果可口可樂公司可以開發(fā)出發(fā)酵法生產(chǎn)PTA的工藝，也就是改變PET的70%，那就真的逆天了。

然而這項逆天的PTA工藝可能真的要實現(xiàn)了！

新配方可生產(chǎn)廉價環(huán)保塑料

日前，一個來自美國威斯康辛大學麥迪遜分校的研究團隊發(fā)明了一種利用糖和玉米芯制造塑料的廉價方法。如果這種塑料能以足夠低的成本被生產(chǎn)出來，那么或許有一天它將代替聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。

幾十年來，石油是幾乎所有塑料——從聚乙烯到丙烯——的原材料。不過，上世紀70年代的石油危機促使研究人員尋找利用植物而非石油生產(chǎn)塑料的替代方案。杜邦和其他化學公司已經(jīng)取得了進展。但科學家一直在繼續(xù)尋找可替代PET的以生物為基本原料的方案，而最有前景的是聚乙烯高發(fā)泡體（PEF）。研究人員利用可再生能源，成功研制出PEF的其中一種主要成分——呋喃二甲酸（FDCA）。不過，這種方法的成本很高。

為此，來自威斯康辛大學麥迪遜分校的工程師Jim Dumesic及其團隊著手尋找降低成本的方法。10年后，他們發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)該方法的關鍵是一種名為γ-戊內酯（GVL）的溶劑。GVL是一種沒有顏色的液體，可從玉米芯等可再生能源中獲得。當Dumesic和同事將GVL和一種有機酸催化劑添加到水中時，它們將果糖——一種存在于水果、蔬菜和玉米糖漿的糖——轉變成可作為FDCA前體的有機化合物。由于GVL的表現(xiàn)如此良好，以至于Dumesic團隊僅需要少量果糖便能生產(chǎn)出大量的純FDCA。

最新研究共同作者、威斯康辛大學化學工程師Ali Hussain Motagamwala介紹說，新方法解決了塑料生產(chǎn)的3個問題。首先，它利用的是可再生碳源，而非化石燃料。其次，此前利用可再生能源制造FDCA的嘗試需要使用腐蝕酸以及昂貴的反應容器，而新方法不需要這些。第三，科學家可利用最終產(chǎn)品FDCA作為反應催化劑并且循環(huán)使用GVL溶劑。和現(xiàn)有方法相比，這會降低成本并且利用更少的能源?！白钚路椒ㄗ屨麄€過程變得更加綠色?！?/p>

來源|科學網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)整合資源編輯