變“害”為寶 二氧化碳制塑料技術前景看好

    二氧化碳是一種溫室氣體，許多人對它的印象很負面。它是石油和天然氣等物質燃燒釋放出來的一種氣體，既是環(huán)境溫室效應的“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）的行列當中。二氧化碳的回收利用成為當下的熱點。

    環(huán)境友好材料是指在原料采集、產品制造、使用或者再生循環(huán)利用以及廢料處理等環(huán)節(jié)中對環(huán)境負荷最小的材料，具有資源和能源消耗少、對生態(tài)和環(huán)境污染小、再生利用率高的特點。而目前國內外在研發(fā)領域具有創(chuàng)新優(yōu)勢的可降解塑料原料——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石油的消耗，而且環(huán)境適應性也很理想。

    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)保產品和高科技產品，正成為當今世界矚目的研究開發(fā)熱點。利用此技術生產的降解塑料，不僅將工業(yè)廢氣二氧化碳制成了對環(huán)境友好的可降解塑料，而且避免了傳統(tǒng)塑料產品對環(huán)境的二次污染。它的發(fā)展，不但擴大了塑料的功能，而且在一定程度上對日益枯竭的石油資源是一個補充。因此，二氧化碳降解塑料的生產和應用，無論從環(huán)境保護，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域進行了大量的研發(fā)工作。

    美國

    2010年8月上旬，美國Novomer公司獲得美國能源部（DOE）1840萬美元的資助，將加快該公司二氧化碳制塑料生產線實現(xiàn)商業(yè)化。Novomer公司的技術使用二氧化碳和環(huán)氧丙烷生產聚丙烯碳酸酯（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，并且可實現(xiàn)生物降解。

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

    中國

    中國企業(yè)在二氧化碳制塑料方面已經處于世界領先地位。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能力（一條2000噸/年和一條20000噸/年的生產線），該項目采用中科院廣州化學所技術。中科金龍已經開發(fā)了二氧化碳樹脂在涂料、保溫材料、薄膜等多個領域的應用。中科金龍公司計劃在2015年前實現(xiàn)10萬噸/年的二氧化碳樹脂產能。

    日本

    日本研究人員日前開發(fā)出一種新技術，使二氧化碳能轉變?yōu)橛糜诤铣伤芰虾退幬锏奶假Y源，從而變“害”為寶。二氧化碳的化學性質非常穩(wěn)定，不容易與其他物質發(fā)生反應，因此在工業(yè)領域僅用于生產尿素和聚碳酸酯等。東京工業(yè)大學教授巖澤伸治等人發(fā)現(xiàn)，碳化合物經過處理后可以與二氧化碳結合，形成新的碳物質。相關論文已經刊登在新一期《美國化學學會會刊》上。    

    德國

    拜耳材料科學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方法。德國聯(lián)邦教育研究部將在未來三年里為該項目投入450多萬歐元，研究目的是采用二氧化碳廢產物生產出聚醚多元醇聚碳酸酯(PPP)。

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

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

    二氧化碳降解塑料產業(yè)化遭遇的三大難題

    作為化學方法固定二氧化碳的方向之一，二氧化碳制塑料對實現(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域替代傳統(tǒng)塑料，從而減少了生產傳統(tǒng)塑料過程中的碳排放；另一方面，生產一噸樹脂消耗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濟價值。二氧化碳制塑料與強化采油（CO2-EOR）類似，在減少CO2排放的同時，可為企業(yè)帶來收益。    

    業(yè)內人士表示，盡管目前我國在二氧化碳制塑料這一領域已經取得突破性進展，但由于種種原因，目前國內二氧化碳降解塑料產業(yè)進展遲緩，相關技術的利用，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主要有4種，在這4種技術中，實現(xiàn)了產業(yè)化的有3種。由于這些項目規(guī)模小，目前只能小批量生產，產量低、價格貴。此外，項目所需主要原料之一環(huán)氧丙烷和環(huán)氧氯丙烷價格也很高，再加上不菲的新產品推廣費用，導致二氧化碳降解塑料的最終成本高達18000元/噸以上。在石油基塑料價格隨石油價格走低的情況下，二氧化碳降解塑料企業(yè)的成本壓力越來越大。

    二是投資風險大。“就單位產品投資額而言，二氧化碳降解塑料項目的投資額比煤制油還高，一個1萬噸/年二氧化碳降解塑料項目，往往需要1.4億元以上的資金投入，單從經濟效益考慮，項目的投資風險是很大的。”廣州天成生物降解材料有限公司項目部經理陸斌說。中海石油化學股份公司和內蒙古蒙西高新集團負責人也坦承，如果不計算節(jié)能減排和環(huán)保效益，二氧化碳降解塑料項目根本不賺錢甚至會賠錢。

    三是需求小、銷售難。據(jù)介紹，二氧化碳降解塑料的價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)領域使用，無法在需求巨大的薄膜、農地膜等領域推廣應用。不僅如此，即便在有限的食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生領域，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爭，使得二氧化碳降解塑料的消費市場十分狹小，產品銷售困難。  

    二氧化碳合成全降解塑料技術是世界關注的重要熱點之一。目前市場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。運用該技術后，可將二氧化碳廢氣回收代替石油，直接生產全降解塑料制品。該技術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)經濟技術模式。