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，一直沒能大規模應用。近日，中科院廣州化學所的孟躍中博士通過新技術使原開發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模利用二氧化碳的前景一片光明。據悉，我國每年增加工業排放二氧化碳超過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日常用的飲料瓶、快餐飯盒等，它還能夠通過生物降解，不必擔心造成二次污染。
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所獲知，該所的孟躍中博士已經成功地解決二氧化碳制塑的高成本難題，有權威專家認為，這一成果能批量生產，將有效減少目前面臨的二氧化碳造成的溫室效應及白色污染，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想，最先在１９６９年由一位日本化學家實現，但他所用催化劑效率低、且成本太高，難于作大規模的工業開發，其后３０年，科學界未能在此方面取得重大進展，各種科學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”項目組的首席科學家，通過新技術使原開發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，低于市場同類產品價格的３—４倍。
不必擔心二次污染
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構，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。
據介紹，這種塑料可以用普通的生產工藝進行生產，處理后還可以變成我們日常用的飲料瓶、快餐飯盒等，有些性能上還要優于現在通用的塑料，同時它還能夠通過生物降解，不必擔心造成二次污染。
有效控制溫室效應
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為，它可將工業廢氣二氧化碳制造有益環境的可降解塑料，具有深遠的社會意義和可觀的經濟效益。
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，確實可以有效地控制全球的溫室效應，環保意義重大，這就需要孟躍中作進一步努力，使新產品符合市場需要，并且使工廠樂意引進。
成果推廣面向水泥廠
據介紹，孟躍中已就關鍵技術申請了國家發明專利，并與企業聯手先期建設一個年產３０噸規模的示范車間，進一步針對飲料瓶、一次性餐具、食品保鮮及包裝膜等行業的應用技術進行研發，合作的主要對象仍是二氧化碳排放大戶水泥廠、煉油廠等，據他估計，新成果的大規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:搞好后續才是關鍵
熟悉這一項目的國家基金委員會高分子學科主任胡漢杰教授接受本報記者采訪時指出，孟躍中用“負載化”技術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廢物，減少污染，也可通過生物降解避免二次污染，對環保有重大意義。生產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，關鍵是后續的工業開發研究，這包括用來做什么產品，怎么做，如何再降低造價等。這關系到市場的推廣，成果能否實現價值，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？這里要過三道技術難關，第一個難題由日本科學家完成，而孟躍中解決的是最后兩個關鍵問題。
第一關 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生反應，它就可以成為制塑的原材料。這一關已于１９６９年由一位日本科學家做到，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結合成可降解塑料。其后各國科學家又不斷發現了新的催化劑。
第二關 擴大催化接觸面
科學家最初發現的催化劑成本很高，無法進行工業化開發。為了降低成本，科學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，就是催化劑跟被催化物的接觸面越大，催化反應也將會更加有效，這也就好比我們所用的電腦ＣＰＵ上的散熱器，風扇的風力即使是一定的，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 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，最好能夠實現分子與分子的“握手”。孟躍中想到一個科學原理，含氟的化合物是能夠溶于液態的二氧化碳的。二氧化碳在高壓之下會變成流體狀態，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。
二氧化碳制塑發展史
１９６９年，日本京都大學一位科學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，韓國一家科研機構發現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，中科院廣州化學所的孟躍中博士通過負載化技術，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。
二氧化碳塑料應用現狀
美國一家大公司利用日本科學家１９６９年的專利，１９９４年開始生產二氧化碳塑料，年產約兩萬噸。日本已形成年產３０００—４０００噸二氧化碳聚合物的生產能力，韓國正籌建年產３０００噸的生產線。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）
