【科研新闻】塑料原材料新突破！玉米芯替代石油，廉价环保可降解？

数据说：最伟大又最糟糕的发明

目前全世界每分钟消费100万个塑料瓶，仅2016年一年的时间，全球塑料瓶消费量达到4800亿个，十年前这一数字约为3000亿。这么多塑料瓶首尾相接连起来，长度可超过地球同太阳距离的一半。根据欧瑞国际最新的全球包装趋势报告，全球塑料瓶消费量到2021年将达到5883亿。

一些环保人士警告塑料污染带来的危害同气候变化一样严重。

 英国《卫报》曾将“塑料袋”评为了“人类最糟糕的发明”。

 从20世纪70年代起，塑料袋就开始在全世界泛滥成灾。一个塑料袋的平均使用时间25分钟，以外卖为例，它所承担的使命，大致就是从派送中的十几分钟时间。保证你的外卖不会和别人的混淆。使命结束以后，这些塑料袋就被送往垃圾场填埋，或者被直接倒入海中。问题在于，每一个塑料袋的降解至少需要470年。

2月初，在挪威西部海岸，人们发现了一条巨大的鲸鱼，搁浅在海岸的沙滩上 。

为了研究搁浅原因，科学家解剖了这条鲸鱼，结果发现：这条鲸鱼的胃里没有丝毫食物，但却被30个塑料袋所塞满，其中最长的塑料袋，长度甚至达到了2米半！

塑料拥有巨大的碳排放量：生产这种以石油为基础的材料每年至少带来1亿吨碳排放量。

“少用一个塑料袋，就能减少排放0.1克二氧化碳！如果全国减少一半的塑料袋使用量，每年可减排二氧化碳15.5万吨。”

那么，塑料这个人们又爱又恨的“伟大”发明，人们真的拿它没有一点办法吗？

我们今天可以说，其实不然。

新型塑料原材料的探索

其实早在上世纪七八十年代，科学家们就对可降解塑料进行了诸多探索，可降解塑料是指在生产过程中加入一定量的添加剂（如淀粉、改性淀粉或其它纤维素、光敏剂、生物降解剂等），使其稳定性下降，后较容易在自然环境中降解的塑料。试验表明，大多数可降解塑料在一般环境中暴露3个月后开始变薄、失重、强度下降，逐渐裂成碎片。但如果这些碎片被埋在垃圾或土壤里，则降解效果不明显。

可以说，分解的办法有“点指标不治本”，可口可乐公司却创造性的给了一种从原材料上解决塑料污染问题的新思路。

可口可乐植物环保瓶

植物环保瓶，plantbottle，是可口可乐公司最新的一项革新突破。其设计旨在改变世界对塑料瓶的看法。这种PET塑料饮料瓶首次以部分采用植物成分制成，并且材料可以100%回收；该材料无论从外观上还是功能上都与传统的PET塑料相似，但是，该材料产生的碳足迹要小于用传统聚酯制作的塑料瓶。

什么意思？

传统普通包装瓶（传统PET）的制作主要由30%的乙二醇（EG）和70%的精对苯二甲酸（PTA）组成。

而在植物环保瓶的生产当中，可口可乐公司找到了一种可从植物当中提取材料乙二醇的方法。在包装瓶生产启动之时或逐步结束之时，植物材料的量能略有不同。包装瓶生产线在树脂材料转变过程中，可能会出现植物树脂和非植物树脂相混合的情况，这会轻微地稀释植物材料，从而降低其含量百分比。

下面请看图解：

传统的聚酯瓶和植物环保瓶，其材料都是PET，中文名称叫“聚对苯二甲酸乙二醇酯”，它是由PTA（对苯二甲酸）和EG（乙二醇）酯化聚合生产的。

往前说，PTA的生产是由PX（对二甲苯）氧化得到：

EG的生产是由乙烯氧化为环氧乙烷、再通过水合得到：

在工业生产PET中，PTA和EG的用量大致为7:3。植物环保瓶所谓的30%可再生植物原料，就是在EG上做文章。他们所使用的EG不是通过石油原料生产得到，而是由甘蔗发酵得到的，因而曾被称为从地里“长”出来的可乐瓶！

根据伦敦大学帝国理工学院开展的、经德国海德堡能源环境研究所审查的生命周期评估分析表明，按照GWP100指标测算，与100%基于石油的PET相比，plantbottle能够从源头（即农场）到树脂生产的各个环节降低相关碳排放。同样，与传统的基于石油PET相比，化石燃料消耗也有所减少。

改变传统的EG原料研发新型的环保材料策略，诚然是开辟了一条新型塑料原料的新路。但曾有专业人士指出，EG毕竟只占小部分的30%，如果可口可乐公司可以开发出发酵法生产PTA的工艺，也就是改变PET的70%，那就真的逆天了。

然而这项逆天的PTA工艺可能真的要实现了！

新配方可生产廉价环保塑料

日前，一个来自美国威斯康辛大学麦迪逊分校的研究团队发明了一种利用糖和玉米芯制造塑料的廉价方法。如果这种塑料能以足够低的成本被生产出来，那么或许有一天它将代替聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。

几十年来，石油是几乎所有塑料——从聚乙烯到丙烯——的原材料。不过，上世纪70年代的石油危机促使研究人员寻找利用植物而非石油生产塑料的替代方案。杜邦和其他化学公司已经取得了进展。但科学家一直在继续寻找可替代PET的以生物为基本原料的方案，而最有前景的是聚乙烯高发泡体（PEF）。研究人员利用可再生能源，成功研制出PEF的其中一种主要成分——呋喃二甲酸（FDCA）。不过，这种方法的成本很高。

为此，来自威斯康辛大学麦迪逊分校的工程师Jim Dumesic及其团队着手寻找降低成本的方法。10年后，他们发现实现该方法的关键是一种名为γ-戊内酯（GVL）的溶剂。GVL是一种没有颜色的液体，可从玉米芯等可再生能源中获得。当Dumesic和同事将GVL和一种有机酸催化剂添加到水中时，它们将果糖——一种存在于水果、蔬菜和玉米糖浆的糖——转变成可作为FDCA前体的有机化合物。由于GVL的表现如此良好，以至于Dumesic团队仅需要少量果糖便能生产出大量的纯FDCA。

最新研究共同作者、威斯康辛大学化学工程师Ali Hussain Motagamwala介绍说，新方法解决了塑料生产的3个问题。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的尝试需要使用腐蚀酸以及昂贵的反应容器，而新方法不需要这些。第三，科学家可利用最终产品FDCA作为反应催化剂并且循环使用GVL溶剂。和现有方法相比，这会降低成本并且利用更少的能源。“最新方法让整个过程变得更加绿色。”

来源|科学网、互联网整合资源编辑