你呼出的二氧化碳能變成塑料
時間:2005-06-14
藍天下，水泥廠的煙囪噴出滾滾濃煙；都市里，一輛輛汽車不斷排放黑煙。這些污染環(huán)境、危害我們生命健康的廢氣主要成分就是二氧化碳。如何才能變廢為寶呢？多年來，人類一直在探索把二氧化碳變成塑料的途徑，但是由于催化劑成本太高，一直沒能大規(guī)模應(yīng)用。近日，中科院廣州化學(xué)所的孟躍中博士通過新技術(shù)使原開發(fā)的催化劑的效率高過世界最高水平的兩倍，成功地降低了制塑成本。成本降低使人類大規(guī)模利用二氧化碳的前景一片光明。據(jù)悉，我國每年增加工業(yè)排放二氧化碳超過１５億噸，利用廢氣制塑不僅從源頭上減少了污染，而且，這種新塑料處理后還可以變成我們?nèi)粘Ｓ玫娘嬃掀?、快餐飯盒等，它還能夠通過生物降解，不必?fù)?dān)心造成二次污染。
我們鼻子里呼出來的二氧化碳可以變成泡沫飯盒，或者是可樂瓶子？不錯，記者近日從中科院廣州化學(xué)所獲知，該所的孟躍中博士已經(jīng)成功地解決二氧化碳制塑的高成本難題，有權(quán)威專家認(rèn)為，這一成果能批量生產(chǎn)，將有效減少目前面臨的二氧化碳造成的溫室效應(yīng)及白色污染，并有可能成為新型的通用塑料。
成功降低制塑成本
把二氧化碳變成塑料的設(shè)想，最先在１９６９年由一位日本化學(xué)家實現(xiàn)，但他所用催化劑效率低、且成本太高，難于作大規(guī)模的工業(yè)開發(fā)，其后３０年，科學(xué)界未能在此方面取得重大進展，各種科學(xué)成果只能留在實驗室里。
孟躍中博士去年從加拿大回國后受命為“二氧化碳聚合與利用”項目組的首席科學(xué)家，通過新技術(shù)使原開發(fā)的催化劑的效率高過之前世界最高水平的兩倍，每噸新塑料中二氧化碳含量達到４２％左右，成本也成功地降到１·２萬元一噸，低于市場同類產(chǎn)品價格的３—４倍。
不必?fù)?dān)心二次污染
記者在孟躍中的實驗室里曾見過這種可降解塑料的樣品，它有不同的柔軟度，而且有的十分輕薄透明如同玻璃。孟躍中說，這是通過改變分子組成和結(jié)構(gòu)，而使它具有不同的硬度的。記者拿起一塊薄膜看了看，透明度很高，幾乎與普通透明包裝塑料薄膜相同，從外表上來看，幾乎與其它通過化工原料造出的薄膜并無二致，厚度與一般的包裝袋差不多，孟躍中告訴我，如果有好的工藝手段，它就可以變得像保溫塑料紙一樣薄。
據(jù)介紹，這種塑料可以用普通的生產(chǎn)工藝進行生產(chǎn)，處理后還可以變成我們?nèi)粘Ｓ玫娘嬃掀?、快餐飯盒等，有些性能上還要優(yōu)于現(xiàn)在通用的塑料，同時它還能夠通過生物降解，不必?fù)?dān)心造成二次污染。
有效控制溫室效應(yīng)
目前地球上每年凈增二氧化碳９０億噸，僅一家中型的水泥廠年排放量就達兩萬噸。孟躍中表示，目前暫時還不需要從大氣中提取二氧化碳制塑，因為我國每年增加工業(yè)排放二氧化碳就超過了１５億噸，二氧化碳來源充足，利用這些廢氣制塑，同樣是從源頭上減少了污染。
今年３月份中科院組織有多名院士參與的專家組論證該項目時便認(rèn)為，它可將工業(yè)廢氣二氧化碳制造有益環(huán)境的可降解塑料，具有深遠(yuǎn)的社會意義和可觀的經(jīng)濟效益。
另有專家評論，如果能使大部分排放二氧化碳廢氣的工廠使用這一技術(shù)，確實可以有效地控制全球的溫室效應(yīng)，環(huán)保意義重大，這就需要孟躍中作進一步努力，使新產(chǎn)品符合市場需要，并且使工廠樂意引進。
成果推廣面向水泥廠
據(jù)介紹，孟躍中已就關(guān)鍵技術(shù)申請了國家發(fā)明專利，并與企業(yè)聯(lián)手先期建設(shè)一個年產(chǎn)３０噸規(guī)模的示范車間，進一步針對飲料瓶、一次性餐具、食品保鮮及包裝膜等行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)進行研發(fā)，合作的主要對象仍是二氧化碳排放大戶水泥廠、煉油廠等，據(jù)他估計，新成果的大規(guī)模推廣和使用估計仍需１—２年時間。（曾平治 潘健文 袁潔） 專家說法:搞好后續(xù)才是關(guān)鍵
熟悉這一項目的國家基金委員會高分子學(xué)科主任胡漢杰教授接受本報記者采訪時指出，孟躍中用“負(fù)載化”技術(shù)大大提高了催化效率，為此類研究提供了一個全新的思路。這一成果可清理大量工業(yè)廢物，減少污染，也可通過生物降解避免二次污染，對環(huán)保有重大意義。生產(chǎn)出來的塑料具有很好的市場前景，有望成為今后通用的塑料品種。
但胡漢杰仍然提醒：前景只是可能，關(guān)鍵是后續(xù)的工業(yè)開發(fā)研究，這包括用來做什么產(chǎn)品，怎么做，如何再降低造價等。這關(guān)系到市場的推廣，成果能否實現(xiàn)價值，最終還要靠走好這一步。(曾平治)
資料
二氧化碳如何變成塑料
看不見摸不著的二氧化碳如何變成白花花的塑料？這里要過三道技術(shù)難關(guān)，第一個難題由日本科學(xué)家完成，而孟躍中解決的是最后兩個關(guān)鍵問題。
第一關(guān) 讓碳氧原子分開
二氧化碳（ＣＯ２）的組成元素就是碳和氧，碳是構(gòu)成有機物（如塑料）的必要元素，如果能夠成功使二氧化碳與其他化合物發(fā)生反應(yīng)，它就可以成為制塑的原材料。這一關(guān)已于１９６９年由一位日本科學(xué)家做到，他首次通過一種名為二乙基鋅的催化劑作為“第四者”，使氧原子與碳原子之間的雙鍵斷開或者若即若離，碳原子“移情別戀”，放出電子與其他物質(zhì)結(jié)合成可降解塑料。其后各國科學(xué)家又不斷發(fā)現(xiàn)了新的催化劑。
第二關(guān) 擴大催化接觸面
科學(xué)家最初發(fā)現(xiàn)的催化劑成本很高，無法進行工業(yè)化開發(fā)。為了降低成本，科學(xué)家力求找到一個高效催化劑，目前最高催化效率已可達６０—７０克，但催化劑價格更高。孟躍中走了另外一條路子，不再去尋找新的催化劑，而利用現(xiàn)有的催化劑，來增加它的催化效率。在化學(xué)上有個正比關(guān)系，就是催化劑跟被催化物的接觸面越大，催化反應(yīng)也將會更加有效，這也就好比我們所用的電腦ＣＰＵ上的散熱器，風(fēng)扇的風(fēng)力即使是一定的，但如果散熱的表面積越大，氣體對流越快，降溫效果也就越好。
第三關(guān) 分子與分子“握手”
要使催化劑接觸面盡可能大，也就要使它的顆粒盡可能小，最好能夠?qū)崿F(xiàn)分子與分子的“握手”。孟躍中想到一個科學(xué)原理，含氟的化合物是能夠溶于液態(tài)的二氧化碳的。二氧化碳在高壓之下會變成流體狀態(tài)，如果把催化劑附在這種含氟化合物身上，溶在二氧化碳，那么催化劑也以分子狀態(tài)跟二氧化碳的分子“握手”。通過這種方法，原來一顆催化劑表面積如果為１平方厘米的話，處理后表面積起碼可以增加５００倍，催化效率果然增長了近７０倍，每噸成品的催化成本降到只需要２００多元。
二氧化碳制塑發(fā)展史
１９６９年，日本京都大學(xué)一位科學(xué)家首次采用二乙基鋅催化制塑，每克催化劑能催化０·１３—０·７克二氧化碳；
１９９１年，中國一所大學(xué)用甘油作催化劑，但每克只能催化０·０４至０ ·１６克二氧化碳，甚至還低過１９６９年的水平；
１９９７年，臺灣清華大學(xué)用上述兩種材料再配以其他的材料，使催化效率提高至２克以上；
２０００年，韓國一家科研機構(gòu)發(fā)現(xiàn)的催化劑效果能達每克催化６０—７０克二氧化碳的水平，但成本過高；
２００１年，中科院廣州化學(xué)所的孟躍中博士通過負(fù)載化技術(shù)，使每克催化劑能夠催化１２０—１４０克的二氧化碳，高出世界最高水平兩倍，成功使每噸成品的成本降至１·２萬元。
二氧化碳塑料應(yīng)用現(xiàn)狀
美國一家大公司利用日本科學(xué)家１９６９年的專利，１９９４年開始生產(chǎn)二氧化碳塑料，年產(chǎn)約兩萬噸。日本已形成年產(chǎn)３０００—４０００噸二氧化碳聚合物的生產(chǎn)能力，韓國正籌建年產(chǎn)３０００噸的生產(chǎn)線。由于成本居高不下，再加上塑料的性能有待改善，近年來美國、日本等國用二氧化碳制造塑料仍處于半試驗階段。（曾平治）
