如果石油用完了,我们拿什么造塑料?

毫无疑问,塑料以及其他形式的聚合物给我们的生活带来了极大的便利。然而绝大部分塑料生产所需要的原料都是来自石油、煤、天然气等不可再生的化石能源。据统计,全世界石油开采量的约6%被用于塑料生产[1]。随着这些资源的储量日渐减少,我们不得不思考一个问题:假如有一天这些化石燃料都用完了,我们拿什么来生产塑料呢?

一些研究人员指出,即便石油用完了,地球上还有储量丰富的生物质,即构成生物体的有机物。如果用生物质代替石油作为塑料生产的原料,不就可以让塑料工业实现可持续发展了吗?他们还给这样的塑料起了一个新名字:生物塑料(bio-based plastics)。

生物塑料的概念听起来确实很美好,然而我们不免要问几个问题:

首先,生物质够用吗?这个不必担心。既然生物质资源如此丰富,为什么它们并没有成为生产塑料的主力呢?据估算,地球上每年新被生产出来的生物质就高达一千亿吨,其中只有大约3.5%被人类所利用[2]。作为对比,目前全世界的塑料产量不过是3亿吨左右[3]。如果把这些生物质全部转化为塑料,用来满足人们的需求可以说是绰绰有余。但问题随之而来:既然生物质资源如此丰富,为什么它们并没有成为生产塑料的主力呢?要回答这个问题,我们需要简单回顾一下塑料的发展历程。

众所周知,生物质中有相当一部分是天然存在的高分子材料,例如纤维素、蛋白质和天然橡胶,而我们的祖先也很早就学会利用它们。但与合成塑料相比,它们要么性能还不够理想,要么其生产受到很多因素的制约。例如广泛存在于植物特别是木材中的纤维素,是地球上储量最丰富的天然高分子。然而纤维素难以溶于常见的溶剂,高温下也很难熔化,加工起来远不如合成塑料方便。因此我们虽然可以用木材盖房子和造纸,却很难把它们像塑料那样做成更多的器具。又如天然橡胶来自于橡胶树的乳液,而橡胶树只能生长在高温多雨的热带、亚热带地区。那些主要处于温带、寒带的国家和地区由于缺乏相应种植条件,只能进口天然橡胶,如果战争等原因导致供应中断,国计民生很可能会受到严重的影响。一个典型的例子是第二次世界大战太平洋战场爆发后,美国与橡胶主要产地东南亚的联系被切断,一时间大量的汽车和飞机没有轮胎可用,真是苦不堪言。

好在进入20世纪后,随着高分子科学的诞生和发展,人们已经意识到高分子化合物实际上是由特定的小分子,也就是通常所说的单体,通过聚合反应得到的,而许多单体都可以从石油等化石能源中提炼出来。很快,人们开始尝试从通过这些单体来合成高分子化合物,并且从一系列成功中尝到了甜头:与天然的高分子材料相比,基于化石燃料的合成塑料、合成橡胶和化学纤维不仅成本也更为低廉,生产加工更少受自然条件的制约,而且性能也更加优越。因此,来源于生物质的高分子材料虽然仍然在我们生活中占有一席之地,却已经不再占据舞台的主角位置。

然而随着化石燃料储量的日渐枯竭,加之使用化石燃料造成的气候变暖日益严重,开发生物塑料的呼声日渐高涨。显然,生物塑料要想取得成功,很关键的一点就是我们能否改以生物质为原料得到所需要的单体,这样才能保证合成出来的材料与目前的塑料相仿。那么这一目标能否实现呢?首先我们需要了解的是,合成塑料的单体究竟具有什么样的结构呢?

目标分子:请认准它们

如果将世界范围内塑料的产量按照类型排序,排在前几名的大概要数聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)这几种,而它们正好代表了截然不同的两类塑料合成所需的单体。聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯的共同点是它们的单体——乙烯、丙烯和氯乙烯的分子中含有碳碳双键这种结构。我们知道,碳原子在形成化合物时,总共有四只“手”可以用——可以通过化学键连接四个原子。而在乙烯、丙烯等分子中,由于碳碳双键的存在,碳原子只连接了三个原子,在合适的条件下还可以连接第四个原子,从而实现聚合反应的发生。除了这几种塑料,聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)等常见塑料以及大多数的合成橡胶的单体中也都含有碳碳双键,可以说这是对塑料工业至关重要的一种化学结构。当然,由于化学结构的区别,并非所有含有碳碳双键的化合物都可以很容易地发生聚合反应变成高分子化合物,但我们仍然有可能把含有碳碳双键的化合物转化为其他可以发生聚合反应的物质。因此,如果能够从生物质中找到这一类结构,我们距离成功就不远了。

含有碳碳双键的化合物是合成塑料的重要原料

聚对苯二甲酸乙二醇酯的合成则可以用通式AA+BB来表示,其中A和B分别表示能够互相发生反应并连接到一起的化学结构。在聚对苯二甲酸乙二醇酯这个例子中,A代表羧酸,B则代表醇,它们之间能够发生酯化反应从而连到一起。聚对苯二甲酸乙二醇酯的合成不仅需要分别带有酸和醇官能团结构的两种单体,它还要求每一种单体的分子中都必须带有至少两个酸或醇的官能团结构,才能得到聚合物,真可谓“一个巴掌拍不响”。除了聚对苯二甲酸乙二醇酯,尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、环氧树脂等等我们耳熟能详的塑料也是通过AA + BB的途径得到的。这一类型的聚合反应还有一种变通的形式,那就是分子中同时含有两种化学结构的AB型分子。例如乳酸中同时含有酸和醇两种结构,因此可以发生化学反应得到聚乳酸[4]。如果能够从生物质中找到这几种分子,我们也有希望得到需要的塑料。

聚对苯二甲酸乙二醇酯的合成(图片来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Polyethylene_terephthalate)

好了,现在我们要找的目标化合物已经明确了,接下来就该看一下形形色色的生物质能否满足我们的需求了。

碳水化合物:看我七十二变

碳水化合物包括了葡萄糖、果糖、蔗糖等小分子糖类以及淀粉、纤维素等高分子化合物(多糖),是非常重要的一类生物质,也备受生物塑料开发者的重视。通过生物发酵或者化学过程,我们可以把碳水化合物变成许多有用的原材料。例如将糖类通过发酵变成乙醇是我们非常熟悉的过程,而乙醇只要再失去一分子水就变成了乙烯。有了乙烯,聚乙烯的生产就不用愁了。以这种方法得到的“生物聚乙烯”化学结构和性能与以石油为原料生产的聚乙烯完全相同,因此可以直接替代后者。

目前已经有不少化工企业建立了生物聚乙烯的试验性生产线,例如巴西的化工企业布拉斯科以甘蔗为原料,已经拥有了年产20万吨聚乙烯的能力[1]。除了生产聚乙烯,乙烯还可以被转化为氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、乙二醇等重要的单体,从而使得聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料的生产也可以完全或者部分改以生物质为原料[2,3]。

除了乙烯,在众多的碳水化合物中我们还可以得到许多好东西。首先值得一提的是乳酸。由乳酸我们可以得到著名的生物可降解塑料——聚乳酸。由于能够在环境中被降解,聚乳酸备受人们的青睐,不仅早就被用于医药领域,近些年来更是被用来取代其他塑料作为包装材料。

另一种重要的原料是2,5-呋喃二甲酸。它有什么用呢?前面我们提到聚对苯二甲酸乙二醇酯是一种非常重要的塑料,大量用于食品包装特别是软饮料的饮料瓶。因此研究人员早就希望改以生物质为原料生产它。在生产聚对苯二甲酸乙二醇酯需要的两种单体中,乙二醇可以很方便地从碳水化合物转化而来,但要想从生物质中得到聚对苯二甲酸则比较困难[4]。

后来有研究人员发现,用2,5-呋喃二甲酸代替对苯二甲酸与乙二醇反应得到的聚呋喃二甲酸乙二醇酯(简称PEF)的性质与聚对苯二甲酸乙二醇酯相仿甚至更优,例如聚呋喃二甲酸乙二醇酯对气体的阻隔能力是聚对苯二甲酸乙二醇酯的数倍,因此更适合用作食品外包装[5,6]。不仅如此,使用聚呋喃二甲酸乙二醇酯代替聚对苯二甲酸乙二醇酯还能显著降低生产过程中的能源消耗和温室气体排放。有分析表明,如果完全改以聚呋喃二甲酸乙二醇酯生产饮料瓶,每年节省下来的能源相当于荷兰全国的能源消耗[7]。

2,5-呋喃二甲酸的化学结构式

不难看出,以碳水化合物为起点,我们已经可以得到许多重要的塑料。这一领域未来的一大发展重点是如何使用纤维素而不是淀粉或者小分子糖类而原料,从而尽量减轻对粮食生产的影响,但纤维素转化起来要比淀粉和糖困难许多,因此仍然有许多挑战等待研究人员去解决。

油:流动的宝库

另一类非常重要的生物质是油脂,特别是植物油。众所周知,植物油和动物油都是脂肪酸的甘油酯,但常温下动物油多为固体,而植物油则通常为液体。之所以有这种差别,是因为构成植物油的脂肪酸多为不饱和脂肪酸,即分子中含有一个或者多个碳碳双键。相反,构成动物油的脂肪酸主要为饱和脂肪酸,分子中不含任何碳碳双键。正是碳碳双键的存在使得植物油的熔点低于室温。

看到碳碳双键,很多朋友可能会眼睛一亮:这不就是我们寻找的合成塑料的关键结构嘛。遗憾的是,不饱和脂肪酸中的双键属于前面提到的不容易直接聚合的那一类,但并不妨碍植物油成为塑料工业的重要原材料。

我们都知道,食用油以及含有油脂的食物放久了会发生酸败,即俗称的产生“哈喇味”。这是因为不饱和脂肪酸中的碳碳双键在与空气的长期接触中被氧化,生成的许多产物具有难闻的味道,加之油脂在储存过程中水解产生的某些脂肪酸也有臭味,从而让油脂变质。不饱和脂肪酸的这一特点成为植物油长期存储的大敌,却也可以为我们所用。这是因为如果植物油分子中含有的碳碳双键足够多,氧化作用就可以把分子们逐个连接起来变成聚合物,这样的油就是通常所说的干性油。我们的前辈们很早就懂得在木器的表面涂上桐油等植物油,经过一段时间,木器表面就形成了一层具有保护作用的薄膜。构成桐油的脂肪酸主要是含有三个碳碳双键的桐酸。这么多的双键使得桐油很容易发生酸败,不适合用于烹饪,却让它成为干性油的最佳选择。

干性油的固化机制

现代科学的发展使得我们可以通过碳碳双键把植物油变成更多有用的原料,其中一个典型的例子就是蓖麻油。构成蓖麻油的脂肪酸主要是蓖麻油酸,这是一种很特别的脂肪酸,因为它的分子中不仅中含有一个碳碳双键,距离双键不远处还有一个羟基。羟基的存在使得蓖麻油酸中的双键在高温下很容易被转化为其他结构。例如在碱性条件下,蓖麻油酸可以被转化为癸二酸,也就是分子中原本含有一个羧酸结构,现在含有了两个羧酸,也就是说,它具备了发生聚合反应的条件。如果让癸二酸与己六胺发生化学反应,就可以得到重要的塑料尼龙6,10.在另外的条件下,蓖麻油酸还可以被转化为十一烯酸,后者又可以被进一步转化为11-氨基十一酸。这是一个典型的AB型分子,通过聚合反应可以得到另一种重要的尼龙——尼龙11[8]。目前市场上的尼龙6, 10和尼龙11都是以蓖麻油为原料生产的,如果改以石油裂解产物为原料,步骤反而比较繁琐[2]。这个例子很好地说明相比于化石能源,生物质在某些时候会具有独特的优势。由于蓖麻油的价格较其他植物油更高,因此近些年来研究人员致力于将其他植物油转化为AA+BB或者AB式的单体,取得了一定的进展。

蓖麻油酸的化学结构式

以蓖麻油为原料生产尼龙6, 10和尼龙11的流程示意图(图片引自参考文献[8])

在前面这个例子中,我们利用的只是脂肪酸,但植物油在水解产生脂肪酸的同时还会生成甘油。另外,大量的植物油被用于生产生物柴油,这需要将油脂也就是脂肪酸甘油酯转化为对应的脂肪酸甲酯,同样会产生大量的甘油。这些甘油如何利用起来比较好呢?有研究人员发现,在合适的条件下,甘油可以被转化为环氧氯丙烷,而环氧氯丙烷则是合成环氧树脂这种重要的塑料的原料之一。环氧氯丙烷本来是通过石油裂解产生的丙烯来合成的,通过这样的改变,环氧树脂也可以部分地改以生物质为原料了。有趣的是,本来环氧氯丙烷被用来合成甘油,随着对生物质利用的不断深入,这一过程现在完全转换了方向。

除了植物油,另一类带有“油”字的生物质是松节油、香精油等植物提取物。虽然名称中同样含有油字,它们的主要成分却并非脂肪酸甘油酯,而是含有萜烯及其萜烯的衍生物(萜烯一般指通式为(C5H8)n的链状或环状烯烃类)。这也是一类分子中含有碳碳双键的化合物,其中结构最简单的萜烯是异戊二烯。这个名字听起来或许很陌生,但它聚合之后得到的高分子化合物相信大家都很熟悉,那就是大名鼎鼎的天然橡胶。与异戊二烯相比,其他的萜烯过去较少受到塑料工业的关注,主要是用作溶剂、香料或者药物。新的研究表明,许多萜烯要么也可以像异戊二烯一样直接聚合,要么可以转化为其他类型的单体,许多基于萜烯的新型高分子材料已经出现。

萜烯类生物质如果用作塑料工业的原料,可能面临的一大缺陷是植物精油的产量通常不如其他生物质,因此成本较高。但一些萜烯的可利用量仍然比较可观,例如橘子、柠檬等柑橘类水果的果皮之所以带有令人愉悦的香气,主要是由于其中含有的萜烯类化合物——柠烯。我们在吃桔子时,通常总是把桔子皮扔掉。但如果把桔子皮集中起来,每年大约能提取出52万吨柠烯,是相当丰富的资源[9]。因此基于萜烯的塑料也有望在市场上打拼出属于自己的地盘。

木质素:待开垦的荒原

除了碳水化合物和油脂,还有一种储量丰富但常常被忽视的生物质,那就是木质素。木质素是一种结构非常复杂的天然高分子化合物,在高等植物中,木质素与细胞壁中的半纤维素通过共价键连接,像胶水一样把植物细胞粘合起来,在增强机械强度的同时还能够让植物细胞更好地保有水分。毫不夸张地说,没有木质素,就没有今天广布地球各地的树木和森林。在木材中,木质素可以占到总重的20-30%,是储量仅次于纤维素的天然高分子化合物。

木质素的局部化学结构

木质素的一大来源是造纸工业。这是因为留存在纸张中的木质素会随着时间推移而氧化变色,从而使得纸张发黄。因此为了提高纸张的质量,生产者会利用化学方法将木质素与木材纤维相分离,从而产生大量的木质素,许多木质素在干燥后会被直接烧掉,用来给造纸过程提供能源,这对于一种天然高分子化合物来说未免有点大材小用。因此,近年来,各国的研究人员都在探索如何从木质素中发掘更大的价值。

木质素之所以备受人们的关注,是因为它具有其他生物质中通常比较少见的结构,那就是苯环。苯及其衍生物在许多领域都有着重要的应用,在塑料工业中也是如此。例如前面提到的聚苯二甲酸乙二醇酯,其单体之一对苯二甲酸每个分子中都含有一个苯环,这保证了聚苯二甲酸乙二醇酯具有良好的性质。研究人员最初开发这一类材料时,使用的是没有苯环的脂肪族羧酸,结果得到的聚合物熔点不够高,遇到热水就会变软,因此实际应用大大受限。后来研究人员改用对苯二甲酸作为原料,才使得聚合物的耐热性大大提高。正是由于这个原因,改用完全的生物质来生产聚苯二甲酸乙二醇酯或者类似的材料颇具挑战性。

除了前面提到的以2,5-呋喃二甲酸代替对苯二甲酸,还有研究人员打起了木质素的主意。木质素经过适当的处理可以被转化为香草醛。通常这样得到的香草醛都是作为香料使用,但如果通过适当的化学反应,它们也可以变成聚合物。由于香草醛中同样含有苯环,这样得到的聚合物性能也与聚对苯二甲酸乙二醇酯颇为类似[10]。

向天空要原料

我们知道,构成地球上所有生物的有机物,其中的碳元素归根结底都是来自于大气中的二氧化碳。因此,当我们在寻找其他原料用于替代石油生产塑料时,不要忘记二氧化碳也是值得考虑的对象。由于二氧化碳直接来自大气,而不像生物质需要占用土地等资源才能获取,因此如果能够直接通过二氧化碳生产塑料,生产成本不仅有可能进一步降低,还有可能直接消耗燃烧化石燃料产生的二氧化碳,从而对缓解气候变暖做出更大的贡献。

二氧化碳虽然看起来化学性质十分稳定,但在合适的条件下,它可以被转化为许多有机物。这其中最令塑料工业感兴趣的是二氧化碳与环氧化合物的化学反应。在催化剂作用下,它们会交替地发生聚合反应,即二氧化碳分子先与环氧化合物反应,反应产物再与二氧化碳反应,如此往复[1,2]。最终得到的聚合物可以用于不同的用途,例如高分子量的聚合物可以直接被用作材料,而分子量相对较低的聚合物则可以通过进一步的反应得到另一类重要的聚合物材料聚氨酯[3]。

二氧化碳和环氧化合物可以在适当的条件下共同反应生成聚合物

虽然这种方法只是部分地将基于石油的原料用二氧化碳取代,对环境的正面影响仍然是相当可观的。例如有研究表明,如果塑料中只有20%的质量来自二氧化碳,虽然总的生产过程仍然会造成温室气体排放,并不能起到从储存二氧化碳的作用,但与完全基于化石能源的塑料相比,温室气体的排放量可以降低10-20%[4]。目前已经有研究人员尝试直接利用火电厂尾气中的二氧化碳为原料生产塑料,并取得了成功[5]。

也有研究人员不满足于这个成绩,希望将环氧化合物也用来自生物质的原料代替,经过反复的摸索,他们找到了合适的选择,那就是前面提到的柠烯。柠烯被氧化后得到的环氧化合物氧化柠烯在特定催化剂作用下可以和二氧化碳一起聚合,得到的聚合物性能可以媲美聚碳酸酯[6]。聚碳酸酯的主要特点是高度透明,并且耐热、耐冲击,因此是颇受欢迎的工程塑料。聚碳酸酯的生产目前不仅完全依赖于石油化工的产物,而且其单体之一的双酚A由于有可能干扰人体体内某些内分泌过程,导致聚碳酸酯的应用受到一些限制。相反,柠烯是柑橘类水果加工和消费过程中的副产物。如果这种新材料能够取代聚碳酸酯物,无疑将有利于保护环境和节约资源。

以二氧化碳和柠烯为单体合成的聚合物透明程度、机械强度和耐热性能都与聚碳酸酯接近,在未来或可全面取代聚碳酸酯(图片引自参考文献[6])

除了直接聚合得到塑料,二氧化碳还有可能被用来合成其他重要的单体。例如前面提到的2,5-呋喃二甲酸,目前主要来自于果糖等单糖的发酵。如果用木质纤维素代替果糖,原料的成本会大大降低,且可以更好地避免与粮食生产的冲突。然而通过发酵木质纤维素来得到2,5-呋喃二甲酸颇为困难。相比之下,将木质纤维素转化为呋喃甲醛(糠醛)已经有比较成熟的路线可循,而呋喃甲醛又可以比较容易地被转化为2-呋喃甲酸。2-呋喃甲酸由于分子中只有一个羧酸结构,以前无法作为塑料的单体使用,但最近有研究表明,在适当的条件下,2-呋喃甲酸能与二氧化碳发生反应变成2,5-呋喃二甲酸[7],这无异于为这一重要塑料单体的生产开辟了一条新的“康庄大道”。相信在不远的将来,这些基于二氧化碳的聚合物将会有更加光明的前景。

来自细菌的塑料

还有一类基于生物质的聚合物较少为普通读者所了解,那就是聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA).这类材料有一个独特之处,那就是它们的合成完全由微生物完成。目前已知有数百种细菌都具有合成聚羟基烷酸酯的能力,特别是在碳源过剩,而氧、氮、磷等营养元素的供应相对紧张时,这些细菌会合成这一类聚合物累积在细胞间质中,作为储存能源和碳元素的媒介[8-10]。

聚羟基烷酸酯的化学结构式

那么聚羟基烷酸酯有什么特别之处呢?首先,与其他的天然高分子化合物相比,聚羟基烷酸酯的性能更接近合成塑料,加工起来也更为方便。而且聚羟基烷酸酯不是一种聚合物,而是一大类具有相似结构的聚合物的统称,它们的性质会随着结构的不同而发生很大变化。因此,通过调整生产条件,我们可以很方便地得到很多功能各异的材料。

另外,与前面提到的聚乳酸一样,聚羟基烷酸酯也可以被生物降解,因此不仅可以用于医疗设备,还可以作为包装材料,以缓解日益严峻的白色污染问题。但聚乳酸的生产需要先将糖类发酵变成乳酸,再将其聚合,需要多个步骤。相反,所以,聚羟基烷酸酯的生产则不需要这么麻烦,只需要为细菌提供合适的条件,就可以“坐享其成”了。

然而聚羟基烷酸酯的缺陷也很明显,那就是目前的生物发酵技术无论效率还是成本都还不尽如人意。因此,聚羟基烷酸酯在市场上的竞争力不仅难以匹敌传统的合成塑料,也不如许多新兴的生物塑料。这一类材料要想在竞争激烈的塑料市场上站稳脚跟,研究人员还有许多功课要做,例如通过基因工程技术来提高细菌合成聚羟基烷酸酯的效率等。

机遇与挑战并存

通过上面的分析我们不难发现,从技术的角度来看,以生物质代替化石能源作为塑料生产的原料是完全可行的。事实上,有分析表明,聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯这四种需求量最大的塑料可以实现100%为生物塑料替代[11]。然而技术上的可行仅仅是问题的一方面,要想让生物塑料在市场上能够获得成功,我们还必须考虑以下几个问题:

首先,与传统塑料相比,生物塑料在性价比上能否占有优势?这是一个非常关键的问题。有许多调查研究都表明,虽然许多受访的消费者都表示愿意支持更加绿色环保和生产上更具有可持续性的产品,但到了要掏腰包的时候,仍然会精打细算,如果生物塑料比传统塑料贵得太多,很多人还是更倾向于传统的塑料[12,13]。因此,不断改进工艺以降低生物塑料的成本是研究人员在未来要面对的重要任务。

其次,虽然生物塑料经常被称为“绿色塑料”,但生物塑料是否一定意味着更加绿色环保,往往并不是那么直观,需要具体的分析。生物塑料虽然不再使用不可再生的化石燃料,但生物质的生产和加工过程同样需要消耗大量资源,产生大量的温室气体排放。如果生物塑料对生态环境的破坏更为严重,那么这样的转换是得不偿失的。令人欣慰的是,在前面的很多例子中,用生物质代替化石能源用以生产塑料确实会对环境带来有益的影响。在今后的开发中,我们需要时刻关注整个生产过程对环境的影响,确保生物塑料的发展能够为保护环境做出贡献。

说到生物塑料对于环境的影响,有两个问题值得引起特别关注。

首先,目前较为成熟的生物塑料生产工艺多以淀粉、糖、食用油等农产品为起始原料。与其他生物质相比,这些原料更容易被转化为其他化学物质,但它们的生产过程不可避免地会与粮食生产冲突,从而引发公众的担忧。因此,生物塑料要想在未来获得更多的支持,需要尽可能使用木质纤维等无法被食用的生物质,特别是农业生产和食品工业中产生的副产品和废料,从而更加充分地利用自然资源。

另外,许多人往往将生物塑料和生物可降解塑料划上等号,这也是常见的误解。生物塑料着眼于塑料的原材料,要求原料必须来自生物质,而生物可降解塑料只是要求塑料能够在较短时间内分解为对环境友好的产物,对于塑料的原料并无限制。因此生物塑料未必都能降解,而生物可降解塑料也不一定同时是生物塑料。例如聚乳酸是典型的生物可降解塑料,其原料乳酸可以来自石油化工,也可以来自生物发酵,如果来自前者则不是生物塑料。相反,以生物质为原料生产的聚乙烯符合生物塑料的定义,然而并不是生物可降解塑料。因此,即便在不久的将来生物塑料全面替代传统的塑料,废弃塑料的回收再利用仍然是消除白色污染不可或缺的重要环节。

以生物塑料取代传统的合成塑料是一项复杂且艰巨的任务,需要来自方方面面的不懈努力和密切合作。为了在享受高科技带来的便利生活的同时又能让青山绿水永远留驻在身边,让我们从现在开始,贡献出自己的一份力量吧。

参考文献和注释

[1] Yunqing Zhu, Charles Romain, CharlotteK. Williams, “Sustainable polymers from renewable sources”, Nature, 2016, 354,540

[2] Shunjie Liu, Xianhong Wang, “Polymersfrom carbon dioxide: polycarbonates, polyurethanes”, Current Opinion in Greenand Sustainable Chemistry, 2017, 3, 61

[3] Sang Hwan Lee, Anish Cyriac, Jong YeobJeon and Bun Yeoul Lee, “Preparation of thermoplastic polyurethanes using insitu generated poly(propylene carbonate)-diols”, Polymer Chemistry, 2012, 3,1215

[4] Niklas von der Assen and André Bardow,“Life cycle assessment of polyols for polyurethane production using CO2 asfeedstock: insights from an industrial case study”, Green Chemistry, 2014, 16,3272

[5]A. M. Chapman, C. Keyworth, M. R.Kember, A. J. J. Lennox, and C. K. Williams, “Adding Value to Power StationCaptured CO2: Tolerant Zn and Mg Homogeneous Catalysts for Polycarbonate PolyolProduction”, ACS Catalysis, 2015, 5, 1581

[6] O. Hauenstein, M. Reiter, S. Agarwal,B. Riegerb and A. Greiner, “Bio-based polycarbonate from limonene oxide and CO2with high molecular weight, excellent thermal resistance, hardness andtransparency”, Green Chemistry, 2016, 18, 760

[7] Aanindeeta Banerjee, Graham R. Dick,Tatsuhiko Yoshino & Matthew W. Kanan, “Carbon dioxide utilization viacarbonate-promoted C–H carboxylation”, Nature, 2016, 18, 760

[8] C.S.K. Reddy, R. Ghai, Rashmi, V.C.Kalia, “Polyhydroxyalkanoates: an overview”, Bioresource Technology 2003, 87,137

[9] Tajalli Keshavarz and Ipsita Roy, “Polyhydroxyalkanoates:bioplastics with a green agenda”, Current Opinion in Microbiology, 2010, 13,321

[10]Ying Wang, Jin Yin and Guo-Qiang Chen,“Polyhydroxyalkanoates, challenges and opportunities”, Current Opinion inBiotechnology, 2014, 30, 59

[11] Li Shen, Ernst Worrell, Martin Patel,“Present and future development in plastics from biomass”, Biofules,Bioproducts and Biorefining, 2010, 4, 25

[12] https://www.mckinsey.com/business-functions/sustainability-and-resource-productivity/our-insights/how-much-will-consumers-pay-to-go-green

[13] https://ageconsearch.umn.edu/bitstream/205670/2/Bioplastics.pdf

文 / 魏昕宇