美科學家用CO2和廢稻稈做出可分解塑膠,成功打造「碳循環」經濟

美科學家用CO2和廢稻稈做出可分解塑膠,成功打造「碳循環」經濟
史丹佛大學研究中可重複使用的環保塑膠。圖片來源:史丹佛大學 Stanford University
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製造PEF需要的二氧化碳,可以從燃煤電廠或其他工廠排放的廢氣取得;PEF產品可以透過回收或焚燒而變成二氧化碳回到大氣,由植物再吸收,又可以製造更多的PEF。

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王美禧編譯;蔡麗伶審校

今年1月的世界經濟論壇,揭露出塑膠產業的5大醜陋真相。美國史丹佛大學科學家如今藉由創新的研發技術,從二氧化碳和非食用性植物(例如農業廢棄物和草)製成可分解塑膠,或可大幅度降低塑膠產業的碳足跡。

史丹佛大學化學系助理研究教授卡南(Mattew Kanan)說:「我們的目標是用二氧化碳產製的塑膠取代石化產品,如果製作過程能夠減少不可再生能源的使用,更可以大幅度降低塑膠工業的碳足跡。」該研究團隊的成果刊登在3月9日的線上版《自然》期刊

改變塑膠公式

許多日常塑膠製品是從一種稱為PET(polyethylene terephthalate)的聚合物產生。每年全世界有5000萬噸的PET被用來製造如紡織品、電子、可回收飲料容器和個人照護用品等。

PET由兩個化合物組成——對苯二甲酸(terephthalic acid)和乙二醇(ethylene glycol)——這兩者皆是石油及天然氣再提鍊出而成,製造過程會產生大量助長地球暖化的二氧化碳。「使用石化燃料當原料,加上合併生產PET所需要的能量,1噸的PET會產生超過4噸的二氧化碳。」卡南說。

卡南和同事將目光集中在一種前景看好的替代物——PEF。PEF是由乙二醇和2,5-呋喃二甲酸(2-5-Furandicarboxylic acid,簡稱FDCA)的化合物組成。

卡南表示,PEF可以取代PET,因為FDCA可以取自有機物並取代石油;而阻絕氧氣的密封效果更好,也是PEF比PET優良的另一個原因。

永續生產成挑戰

儘管PEF有許多優點,塑膠工業仍然必須找到低成本的製造方法,FDCA的最大瓶頸在於商業上可行的模式,又能兼顧永續生產。

其中一個辦法是從穀類糖漿中將果糖變成FDCA。荷蘭一家公司Avantium已經和可口可樂及其他公司結盟發展這項科技,但是為工業生產穀物需要許多土地、能源、肥料和水資源。「使用果糖是很難處理的,因為生產果糖會衍生出大量的碳足跡,而且最主要的困難還是與糧食生產對抗。若從不可食用的有機物製造FDCA,例如草或收割之後的廢棄物就比較好。」卡南說。

為此,史丹佛大學研究團隊曾經實驗使用糠酫(C4H3OCH3),一種由農業廢棄物製成的化合物,幾十年來經過廣泛使用,每年生產40萬噸合成樹脂、溶劑和其它產品。但是一般由糠酫和二氧化碳製造FDCA需要昂貴且危險的化學製品,以及使用高耗能源(energy-intensive)。「這確實與我們的目標背道而馳。」卡南說。

回收「碳」 打造循環經濟

史丹佛大學團隊於是使用對氣候、土壤都溫和的化合物——碳酸鹽來解決這個難題。研究主要作者研究生班納吉(Aanindeeta Banerjee)嘗試結合二氧化碳及2-福喃甲酸C4H3OCOOH糠酸(糠醛的衍生物)。她將此混合物加熱到攝氏200度,形成已融化的鹽。非常神奇地,5小時之後,89%的溶化鹽混合物變成FDCA。

「下一步將FDCA變成PEF就非常簡單,其他研究者也已經研發出來了。」卡南說。

製造PEF需要的二氧化碳,可以從燃煤電廠或其他工廠排放的廢氣取得;PEF產品可以透過回收或焚燒而變成二氧化碳回到大氣,由植物再吸收,又可以製造更多的PEF。

史丹佛大學的團隊研究有可能大量減少溫室氣體的排放,因為「我們有信心解決PEF的難關。這只是第一步,我們仍然必須進一步了解,做許多研究看是否有發展可能,又能量化碳足跡。」卡南說。

參考資料:Phys.org(2016年3月9日),Scientists make renewable plastic from carbon dioxide and plants

本文經環境資訊中心授權刊登,原文發表於此

責任編輯:翁世航
核稿編輯:闕士淵