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二氧化碳變廢為寶成合成降解塑料原料

放大字體  縮小字體 發布日期:2016-02-19  來源:中國科學報  瀏覽次數:435
核心提示: 由于我國人口眾多,帶來的汽車總量大汽車排放尾氣多,工廠多排放廢氣多所以我國二氧化碳的總體排放量是非常大的。二氧化碳與溫
      由于我國人口眾多,帶來的汽車總量大汽車排放尾氣多,工廠多排放廢氣多所以我國二氧化碳的總體排放量是非常大的。二氧化碳與溫室效應聯系在一起,成了人人恐懼的目標,而與生物降解塑料聯系在一起,則成了香餑餑。以二氧化碳為原料合成降解塑料雖然仍存在很多難題,但其優勢顯著,成為全球的熱點。
 


       我國二氧化碳基塑料研發水平并不落后,產業化水平甚至處于國際領先地位,但市場推廣仍步履維艱。二氧化碳是溫室效應的主要“元兇”,同時又是一種廉價的碳氧資源。為摘掉塑料這頂 “白色污染”帽子,以來源充足的二氧化碳為原料合成生物降解塑料成為全球熱點。

最新消息稱,德國拜耳材料科技決定自2016年起使用二氧化碳替代石油生產塑料產品,并在德國多馬根設計了一條產能達5000噸的生產線。

此前,英國也啟動了二氧化碳基生物塑料的研究項目,由政府全額撥款,旨在通過前沿科技將廢棄生物質和二氧化碳轉換成塑料原料。

相比歐美國家,我國二氧化碳基塑料的研發水平并不落后,產業化水平甚至處于國際領先地位。但擺在眼前的難題是,由于生產規模小、產品售價高、政策傾斜力度不足等原因,二氧化碳基塑料產品的市場推廣仍步履維艱。

優勢顯著

據統計,全球每年因燃燒化石能源而產生的二氧化碳多達240億噸,其中約150億噸被植物在進行光合作用時吸收,剩下的90億噸永遠停留在大氣層中。為將資源豐富的二氧化碳變廢為寶,基于二氧化碳共聚物的全生物降解塑料成為開發熱點。

中國科學院長春應用化學研究所研究員王獻紅稱,二氧化碳基塑料的主要原料為二氧化碳、環氧丙烷及丙烯。其中,二氧化碳被大量利用,質量百分比在40%左右。

除了具有資源再生利用的意義,二氧化碳基塑料的環保效應也使其優勢一覽無遺。王獻紅表示,由于二氧化碳基塑料是脂肪族聚酯,因此具有100%的生物降解性能,避免了傳統塑料產品對環境的二次污染。

不僅如此,與其他生物降解塑料相比,二氧化碳基塑料也是原料成本價最低的品種之一。“二氧化碳成本低于1000元/噸,而通常的高分子工業的單體成本超過5000元/噸。”王獻紅說。

除了成本,對于工業化產品來說,性能也至關重要。二氧化碳基塑料是全生物降解塑料中氣體阻隔性最好的材料之一,具有優良的阻氧和阻水性,可用于對阻隔性要求較高的食品、藥品包裝材料等。

另外,二氧化碳基塑料為無定型材料,具有透明的特點,主鏈的柔性結構也使其成為制造薄膜的最佳選擇,在薄膜包裝和農用地膜等方面大顯身手。

中國塑協降解塑料專業委員會秘書長翁云宣評價道,相比以石油為原料制成的塑料制品,二氧化碳基塑料不僅可以減少二氧化碳排放,節約石油資源,還能從根本上解決“白色污染”難題,是一種典型的循環經濟技術模式。

我國產業化水平世界領先

隨著人們環保意識的提高,近年來,二氧化碳基塑料的產業化進程不斷加速,全球多家公司都已開始進行產業化的嘗試。

德國拜耳材料科技日前就已經將重達25噸的化學反應器安置于生產線中心,價值1500萬歐元的工廠項目進入最后建設階段。而早在2010年,為加快美國Novomer公司二氧化碳制塑料生產線實現商業化,美國能源部還給予其1840萬美元的資助。
我國在該領域產業化水平則處于領先地位,王獻紅告訴記者,2004年,中科院長春應化所與蒙西高新技術集團公司合作建成了世界上第一條千噸級中試線,實現了二氧化碳基塑料工業化從不可能到可能的突破。

此后又經過近10年的工業化積累,2013年1月,浙江臺州邦豐塑料有限公司建立了3萬噸/年的二氧化碳基塑料生產裝置,生產出世界上第一個二氧化碳基塑料的成熟產品,二氧化碳基塑料樹脂和薄膜產品以“PCO2”的商標在美國以百噸級銷售。

2013年8月,中科院長春應化所又與富士康公司簽署協議,在吉林省建立3萬噸/年的二氧化碳基塑料生產線,主要用于電子產品的包裝,目前該生產線正在建設中。

雖然二氧化碳基塑料產業化已有突破,但截至目前,二氧化碳基塑料的大規模生產線仍未見報端。業內人士稱,與傳統聚乙烯塑料相比,二氧化碳基塑料工業化仍處于初級階段,規模放大及市場推廣依然面臨不少難題。

諸多難題待解

二氧化碳基塑料規模化應用的第一道坎就是售價高。

臺州邦豐塑料有限公司總經理趙云超稱,雖然原料成本較低,但售價高使得該環保材料在國內叫好不叫座。

王獻紅進一步指出了其中原因:“由于與傳統聚乙烯材料相比,二氧化碳基塑料的生產規模小,初始投資較大,邊際成本高,導致產品最終售價是傳統聚乙烯材料的1.5~2倍,從而在與非降解傳統塑料競爭中處于劣勢。”

“售價如果要降下來,就要放大規模,實現量產。目前是3萬噸,如果擴大到10萬噸或30萬噸,售價就會明顯下降,但主要還是得靠政策推動。”趙云超坦言。

不過,目前的情況卻是,國內在可降解塑料制品產業上投資少、政策傾斜力度不夠,這在一定程度上減緩了二氧化碳基塑料產業的發展速度。

另一點制約因素則是二氧化碳基塑料本身性能還存在一些不足。王獻紅表示,二氧化碳基塑料使用溫度范圍很窄——20攝氏度以下是脆性材料,35攝氏度以 上則強度很低——原因在于它的玻璃化溫度在35攝氏度,且不結晶,因此這個溫度下,其尺寸穩定性很差,必須進行改性,而改性的前提是生物降解,因此難度較 大,通常會造成成本的大幅提高。

同時,在石油基塑料價格隨石油價格持續走低的情況下,二氧化碳基塑料企業面臨的壓力越來越大。

如何破題

盡管降解塑料行業前景一片光明,但基于以上原因,很多企業難以支撐,掉頭去做石油基塑料或專門做出口市場。

為此,趙云超呼吁,國家應該給予可降解塑料企業更多優惠政策,比如在發達城市、旅游城市,都應該像吉林出臺“禁塑令”一樣,加大對可降解塑料的扶持力度;對于二氧化碳這種廢棄物,企業將其采集利用,還應該得到稅收全免等優惠政策。

翁云宣也希望國家通過產業政策引導,支持生物基塑料更好發展,建議制定生物基塑料產品財政補貼、稅收優惠等政策。王獻紅則建議,加速環保法規的完善,并進一步嚴格碳排放政策,建立國內碳交易機制,從而增強人們的環保意識。

除了政策扶持外,王獻紅表示,技術方面也應該積極進行催化劑技術和聚合工藝的升級,從而進一步降低二氧化碳基塑料的生產成本,減少與傳統塑料的價格差距。產業開發方面則應加強產業鏈下游新產品的開發,完善二氧化碳基塑料在地膜、包裝膜方面的應用。

“地膜的白色污染是不得不解決的剛需,但目前生物降解地膜與聚乙烯地膜價格差距在3倍以上。”王獻紅對此表示,一方面應該進一步完善生物降解農用地膜 的制造和應用技術,降低成本,另一方面應該制定加大農業地膜補貼力度,使生物降解地膜在吉林、新疆、內蒙古、青海等地得到推廣和應用。

 
 
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