“二氧化碳塑料”能否拯救白色污染

姚丁楊

自從20世紀塑料誕生以來，雖然其應用廣泛，給人們的生活帶來極大便利，但伴隨而來的“白色污染”成了意想不到的災難，也引起了世界各國的廣泛重視。目前，在醫(yī)用和包裝材料等許多領域，使用全降解塑料已經成為迫切需求。世界各國特別是歐洲、美國、日本等發(fā)達國家和地區(qū)，早已明令禁止使用一次性泡沫塑料包裝物。研制環(huán)境友好塑料以取代傳統(tǒng)塑料也一直是科學界研究的熱點之一。

環(huán)境友好材料是指在原料采集、產品制造使用或再生循環(huán)利用以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對環(huán)境負荷最小的材料，它具有資源和能源消耗少、對生態(tài)和環(huán)境污染小、再生利用率高的特點。二氧化碳可降解塑料便是一種環(huán)境友好材料，是國內外研發(fā)領域中具有創(chuàng)新優(yōu)勢的可降解塑料。這種環(huán)境友好型塑料不僅能減少“白色污染”，還能緩解如今日益嚴重的溫室效應。

目前，全世界絕大多數(shù)國家都已經達成了減少二氧化碳排放量的共識，二氧化碳既是溫室效應的元兇，也是一種潛在的碳資源。二氧化碳可降解塑料是一種二氧化碳基聚合物。這種二氧化碳基聚合物是以二氧化碳和烷烴為原料共聚而成，這也就意味著，在這種塑料的生產過程中將對二氧化碳進行回收利用。二氧化碳基聚合物被使用后產生的塑料廢棄物，可以通過回收利用、焚燒和填埋等多種方式處理。和普通塑料一樣，回收利用當然還是最環(huán)保的處理方法，但是即便通過焚燒處理，這種塑料也只會生成二氧化碳和水，不產生有害煙霧，不造成二次污染。如果填埋處理這種塑料，也可在短時間內降解。

二氧化碳可降解塑料作為環(huán)保高科技產品引起了各方關注，美國、韓國、日本、俄羅斯和中國臺灣的科學家在二氧化碳基聚合物領域進行了大量的研發(fā)工作。目前已批量生產的該類塑料有二氧化碳/環(huán)氧丙烷共聚物、二氧化碳/環(huán)氧丙烷/環(huán)氧乙烷三元共聚物以及二氧化碳/環(huán)氧丙烷/環(huán)氧環(huán)己烷三元共聚物等品種。

二氧化碳塑料是如何制成的

二氧化碳的組成元素就是碳和氧，碳是構成有機物的必要元素。如果能成功地使二氧化碳與其他有機化合物（如環(huán)氧丙烷）發(fā)生聚合反應，就必須使用一種特殊的催化劑，使碳原子和氧原子之間的雙鍵斷開或若即若離，即令碳原子“移情別戀”，放出電子后就能與其他物質結合成可降解塑料了，這是一種活化二氧化碳的過程。因此，合成二氧化碳基聚合物的核心就是——尋找到合適的催化劑和催化方法。

其實，這種催化劑在20世紀70年代就被科學家發(fā)現(xiàn)了，它是一種金屬有機化合物——二乙基鋅。在這種催化劑的作用下，要合成相對分子質量為10萬的二氧化碳基聚合物差不多需要20小時。水的相對分子質量只有18.016，而這種聚合物的相對分子質量能達到10萬，所以想讓這個“龐然大物”發(fā)生改變并不容易。不過，后來科學家發(fā)現(xiàn)了稀土三元，這種催化劑能把反應時間縮減到8小時以內，這也是目前達到的較高水平。

然而，現(xiàn)在所有已知的用于活化二氧化碳的催化劑，它們的生產成本都很高，無法工業(yè)化開發(fā)。因此科學家們另辟蹊徑，即利用現(xiàn)有的催化劑來增加它的催化效率。

在化學上有個正比關系，就是催化劑與被催化物的接觸面越大，催化反應也會更有效。這就像電腦中央處理器（CPU）上的散熱器，即使風扇的風力是一定的，但如果散熱的表面積越大，氣流對流越快，降溫的效果就越好。延續(xù)這個思路，要使催化劑與二氧化碳的接觸面盡可能大，也就要使催化劑的顆粒盡可能小，最好能夠實現(xiàn)各分子之間的“握手”，也就是達到“糖溶于水”的水平?？茖W家發(fā)現(xiàn)二氧化碳在高壓下會液化，并且含氟的化合物是能夠溶解于液態(tài)二氧化碳的。根據這一點，科學家們把催化劑附在含氟的化合物上，然后溶在二氧化碳中，果然，催化劑的催化效率增加了近70倍，二氧化碳基聚合物的生產成本也大大降低。

二氧化碳可降解塑料為何還未普及

但是，就目前來講，二氧化碳可降解塑料推廣的壓力依然很大，主要是由于面臨以下幾個問題。

首先，工藝的改善確實提高了二氧化碳基聚合物的生產效率，但是高成本的催化劑仍然是二氧化碳可降解塑料產業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。再加上產業(yè)所需主要原料之一的環(huán)氧丙烷等環(huán)氧基烷烴的價格也很高，在普通石油基塑料價格持續(xù)走低的情況下，二氧化碳可降解塑料產業(yè)的成本壓力越來越大，可謂舉步維艱。

其次，二氧化碳基聚合物的熱穩(wěn)定性、阻隔性、尺寸穩(wěn)定性、高低溫下的力學性能與普通石油基聚合物還存在一定的差距，因此只能在食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生等有特殊要求的極少數(shù)領域使用，無法在需求巨大的薄膜、農用地膜等領域推廣應用。不僅如此，即便在有限的食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生領域，二氧化碳基聚合物也面臨聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等可降解塑料的沖擊與競爭，這使得二氧化碳可降解塑料的消費市場十分狹小，產品銷售困難。

再次，就單位產品投資額而言，二氧化碳可降解塑料項目的投資額很高，一個每年可生產1萬噸二氧化碳可降解塑料的項目，往往需要2000萬美元以上的資金投入。單從經濟效益考慮，項目的投資風險還是很大的。

盡管二氧化碳可降解塑料的大范圍推廣還有待時日，但我們相信，隨著科技的不斷進步，二氧化碳基聚合物終究會突破生產成本和性能上的瓶頸。終有一天，這種環(huán)境友好型塑料會展現(xiàn)出良好的競爭力和生命力，從而改善我們的生活，改變我們的世界。

【責任編輯】張小萌