二氧化碳降解聚氨酯等材料遭遇難題

二氧化碳是一種溫室氣體，許多人對(duì)它的印象很負(fù)面。它是石油和天然氣等物質(zhì)燃燒釋放出來的一種氣體，既是環(huán)境溫室效應(yīng)的“元兇”，又是潛在的碳資源。鑒于溫室氣體排放帶來的潛在威脅，全球多數(shù)國家已經(jīng)加入到了努力減少溫室氣體排放特別是二氧化碳的行列當(dāng)中。二氧化碳的回收利用成為當(dāng)下的熱點(diǎn)。

環(huán)境友好材料是指在原料采集、產(chǎn)品制造、使用或者再生循環(huán)利用以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對(duì)環(huán)境負(fù)荷最小的材料，具有資源和能源消耗少、對(duì)生態(tài)和環(huán)境污染小、再生利用率高的特點(diǎn)。而目前國內(nèi)外在研發(fā)領(lǐng)域具有創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)的可降解塑料原料——二氧化碳基聚合物，正是值得石化行業(yè)關(guān)注的環(huán)境友好型塑料原料。

普通的塑料原料，如聚乙烯、聚丙烯等聚合物是以烴為單體聚合而成，而二氧化碳基聚合物則是以烴和二氧化碳為原料共聚而成，其中二氧化碳含量占31%~50%，與常規(guī)聚合物相比，對(duì)烴類及上游原料石油的消耗大大減少。二氧化碳基聚合物不但可以減少對(duì)石油的消耗，而且環(huán)境適應(yīng)性也很理想。

二氧化碳降解塑料屬完全生物降解塑料類，可在自然環(huán)境中完全降解，可用于一次性包裝材料、餐具、保鮮材料、一次性醫(yī)用材料、地膜等方面。二氧化碳降解塑料作為環(huán)保產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品，正成為當(dāng)今世界矚目的研究開發(fā)熱點(diǎn)。利用此技術(shù)生產(chǎn)的降解塑料，不僅將工業(yè)廢氣二氧化碳制成了對(duì)環(huán)境友好的可降解塑料，而且避免了傳統(tǒng)塑料產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的二次污染。它的發(fā)展，不但擴(kuò)大了塑料的功能，而且在一定程度上對(duì)日益枯竭的石油資源是一個(gè)補(bǔ)充。因此，二氧化碳降解塑料的生產(chǎn)和應(yīng)用，無論從環(huán)境保護(hù)，或是從資源再生利用角度看，都具有重要的意義。

美國、日本、德國和中國等國的企業(yè)在二氧化碳基聚合物領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研發(fā)工作。

德國

拜耳材料科學(xué)公司和兩家合作伙伴已獲得德國政府的資助，將共同開發(fā)基于二氧化碳原料的聚氨酯生產(chǎn)方法。德國聯(lián)邦教育研究部將在未來三年里為該項(xiàng)目投入450多萬歐元，研究目的是采用二氧化碳廢產(chǎn)物生產(chǎn)出聚醚多元醇聚碳酸酯PPP。

德國最大電力公司RWEPowerInternational公司和位于德國亞琛的亞琛工業(yè)大學(xué)也將參與由總部位于德國Leverkusen的拜耳材料科學(xué)發(fā)起的這一項(xiàng)目。此外，將在Leverkusen興建一座采用上述新工藝的試驗(yàn)工廠。

該工藝中使用的二氧化碳將來自于RWEPower公司在德國Niederaussem的工廠，該廠的一座煤創(chuàng)新中心內(nèi)設(shè)有一套二氧化碳洗滌裝置。由此工藝生產(chǎn)出的PPP材料可用在建筑隔熱和輕型汽車零部件中。

美國

2010年8月上旬，美國Novomer公司獲得美國能源部DOE1840萬美元的資助，將加快該公司二氧化碳制塑料生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。Novomer公司的技術(shù)使用二氧化碳和環(huán)氧丙烷生產(chǎn)聚丙烯碳酸酯PPC樹脂。PPC樹脂可用于涂料、表面活性劑、軟包裝和硬包裝以及纖維等，并且可實(shí)現(xiàn)生物降解。

Novomer公司已經(jīng)在其合作伙伴伊士曼柯達(dá)EastmanKodak公司的生產(chǎn)裝置中進(jìn)行二氧化碳制塑料的小規(guī)模生產(chǎn)。據(jù)稱，使用二氧化碳生產(chǎn)應(yīng)用于涂料和膠粘劑的低分子量熱固性多元醇可望于2011年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，高分子量熱塑性聚合物可望于2012年實(shí)現(xiàn)商品化。

中國

中國企業(yè)在二氧化碳制塑料方面已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位。江蘇中科金龍化工股份公司早于2007年就形成了2.2萬噸/年的二氧化碳樹脂生產(chǎn)能力一條2000噸/年和一條20000噸/年的生產(chǎn)線，該項(xiàng)目采用中科院廣州化學(xué)所技術(shù)。中科金龍已經(jīng)開發(fā)了二氧化碳樹脂在涂料、保溫材料、薄膜等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。中科金龍公司計(jì)劃在2015年前實(shí)現(xiàn)10萬噸/年的二氧化碳樹脂產(chǎn)能。

日本

日本研究人員日前開發(fā)出一種新技術(shù)，使二氧化碳能轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诤铣伤芰虾退幬锏奶假Y源，從而變“害”為寶。二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，不容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此在工業(yè)領(lǐng)域僅用于生產(chǎn)尿素和聚碳酸酯等。東京工業(yè)大學(xué)教授巖澤伸治等人發(fā)現(xiàn)，碳化合物經(jīng)過處理后可以與二氧化碳結(jié)合，形成新的碳物質(zhì)。相關(guān)論文已經(jīng)刊登在新一期《美國化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊》上。

二氧化碳降解塑料產(chǎn)業(yè)化遭遇的三大難題

作為化學(xué)方法固定二氧化碳的方向之一，二氧化碳制塑料對(duì)實(shí)現(xiàn)碳捕集、封存與利用具有重要意義。一方面，二氧化碳制塑料可以在很多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)塑料，從而減少了生產(chǎn)傳統(tǒng)塑料過程中的碳排放;另一方面，生產(chǎn)一噸樹脂消耗0.4-0.5噸左右的二氧化碳，也體現(xiàn)了二氧化碳資源化利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。二氧化碳制塑料與強(qiáng)化采油CO2-EOR類似，在減少CO2排放的同時(shí)，可為企業(yè)帶來收益。業(yè)內(nèi)人士表示，盡管目前我國在二氧化碳制塑料這一領(lǐng)域已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，但由于種種原因，目前國內(nèi)二氧化碳降解塑料產(chǎn)業(yè)進(jìn)展遲緩，相關(guān)技術(shù)的利用，只有中海油等“高端玩家”才“玩得起”。

一是成本壓力太大。目前我國開發(fā)成功的二氧化碳降解塑料技術(shù)主要有4種，在這4種技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的有3種。由于這些項(xiàng)目規(guī)模小，目前只能小批量生產(chǎn)，產(chǎn)量低、價(jià)格貴。此外，項(xiàng)目所需主要原料之一環(huán)氧丙烷和環(huán)氧氯丙烷價(jià)格也很高，再加上不菲的新產(chǎn)品推廣費(fèi)用，導(dǎo)致二氧化碳降解塑料的最終成本高達(dá)18000元/噸以上。在石油基塑料價(jià)格隨石油價(jià)格走低的情況下，二氧化碳降解塑料企業(yè)的成本壓力越來越大。

二是投資風(fēng)險(xiǎn)大?！熬蛦挝划a(chǎn)品投資額而言，二氧化碳降解塑料項(xiàng)目的投資額比煤制油還高，一個(gè)1萬噸/年二氧化碳降解塑料項(xiàng)目，往往需要1.4億元以上的資金投入，單從經(jīng)濟(jì)效益考慮，項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)是很大的。”廣州天成生物降解材料有限公司項(xiàng)目部經(jīng)理陸斌說。中海石油化學(xué)股份公司和內(nèi)蒙古蒙西高新集團(tuán)負(fù)責(zé)人也坦承，如果不計(jì)算節(jié)能減排和環(huán)保效益，二氧化碳降解塑料項(xiàng)目根本不賺錢甚至?xí)r錢。

三是需求小、銷售難。據(jù)介紹，二氧化碳降解塑料的價(jià)格始終高于石油基塑料1.5~2倍。加之其熱穩(wěn)定性、阻隔性、加工性與石油基塑料存在一定差距，限制了其只能在食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生等有特殊要求的極少數(shù)領(lǐng)域使用，無法在需求巨大的薄膜、農(nóng)地膜等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。不僅如此，即便在有限的食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，也面臨聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等降解塑料的沖擊與競(jìng)爭(zhēng)，使得二氧化碳降解塑料的消費(fèi)市場(chǎng)十分狹小，產(chǎn)品銷售困難。

二氧化碳合成全降解塑料技術(shù)是世界關(guān)注的重要熱點(diǎn)之一。目前市場(chǎng)上的塑料制品大多以石油為原料制成，成本高，且使用后不易降解，污染環(huán)境。運(yùn)用該技術(shù)后，可將二氧化碳廢氣回收代替石油，直接生產(chǎn)全降解塑料制品。該技術(shù)一方面可以減少二氧化碳的排放，節(jié)約石油資源;另一方面合成的塑料可完全生物降解，能從根本上解決“白色污染”危害，是一種典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)模式。

來源：國際模協(xié)

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