“二氧化碳塑料”能否拯救白色污染

姚丁杨

自从20世纪塑料诞生以来，虽然其应用广泛，给人们的生活带来极大便利，但伴随而来的“白色污染”成了意想不到的灾难，也引起了世界各国的广泛重视。目前，在医用和包装材料等许多领域，使用全降解塑料已经成为迫切需求。世界各国特别是欧洲、美国、日本等发达国家和地区，早已明令禁止使用一次性泡沫塑料包装物。研制环境友好塑料以取代传统塑料也一直是科学界研究的热点之一。

环境友好材料是指在原料采集、产品制造使用或再生循环利用以及废料处理等环节中对环境负荷最小的材料，它具有资源和能源消耗少、对生态和环境污染小、再生利用率高的特点。二氧化碳可降解塑料便是一种环境友好材料，是国内外研发领域中具有创新优势的可降解塑料。这种环境友好型塑料不仅能减少“白色污染”，还能缓解如今日益严重的温室效应。

目前，全世界绝大多数国家都已经达成了减少二氧化碳排放量的共识，二氧化碳既是温室效应的元凶，也是一种潜在的碳资源。二氧化碳可降解塑料是一种二氧化碳基聚合物。这种二氧化碳基聚合物是以二氧化碳和烷烃为原料共聚而成，这也就意味着，在这种塑料的生产过程中将对二氧化碳进行回收利用。二氧化碳基聚合物被使用后产生的塑料废弃物，可以通过回收利用、焚烧和填埋等多种方式处理。和普通塑料一样，回收利用当然还是最环保的处理方法，但是即便通过焚烧处理，这种塑料也只会生成二氧化碳和水，不产生有害烟雾，不造成二次污染。如果填埋处理这种塑料，也可在短时间内降解。

二氧化碳可降解塑料作为环保高科技产品引起了各方关注，美国、韩国、日本、俄罗斯和中国台湾的科学家在二氧化碳基聚合物领域进行了大量的研发工作。目前已批量生产的该类塑料有二氧化碳/环氧丙烷共聚物、二氧化碳/环氧丙烷/环氧乙烷三元共聚物以及二氧化碳/环氧丙烷/环氧环己烷三元共聚物等品种。

二氧化碳塑料是如何制成的

二氧化碳的组成元素就是碳和氧，碳是构成有機物的必要元素。如果能成功地使二氧化碳与其他有机化合物（如环氧丙烷）发生聚合反应，就必须使用一种特殊的催化剂，使碳原子和氧原子之间的双键断开或若即若离，即令碳原子“移情别恋”，放出电子后就能与其他物质结合成可降解塑料了，这是一种活化二氧化碳的过程。因此，合成二氧化碳基聚合物的核心就是——寻找到合适的催化剂和催化方法。

其实，这种催化剂在20世纪70年代就被科学家发现了，它是一种金属有机化合物——二乙基锌。在这种催化剂的作用下，要合成相对分子质量为10万的二氧化碳基聚合物差不多需要20小时。水的相对分子质量只有18.016，而这种聚合物的相对分子质量能达到10万，所以想让这个“庞然大物”发生改变并不容易。不过，后来科学家发现了稀土三元，这种催化剂能把反应时间缩减到8小时以内，这也是目前达到的较高水平。

然而，现在所有已知的用于活化二氧化碳的催化剂，它们的生产成本都很高，无法工业化开发。因此科学家们另辟蹊径，即利用现有的催化剂来增加它的催化效率。

在化学上有个正比关系，就是催化剂与被催化物的接触面越大，催化反应也会更有效。这就像电脑中央处理器（CPU）上的散热器，即使风扇的风力是一定的，但如果散热的表面积越大，气流对流越快，降温的效果就越好。延续这个思路，要使催化剂与二氧化碳的接触面尽可能大，也就要使催化剂的颗粒尽可能小，最好能够实现各分子之间的“握手”，也就是达到“糖溶于水”的水平。科学家发现二氧化碳在高压下会液化，并且含氟的化合物是能够溶解于液态二氧化碳的。根据这一点，科学家们把催化剂附在含氟的化合物上，然后溶在二氧化碳中，果然，催化剂的催化效率增加了近70倍，二氧化碳基聚合物的生产成本也大大降低。

二氧化碳可降解塑料为何还未普及

但是，就目前来讲，二氧化碳可降解塑料推广的压力依然很大，主要是由于面临以下几个问题。

首先，工艺的改善确实提高了二氧化碳基聚合物的生产效率，但是高成本的催化剂仍然是二氧化碳可降解塑料产业发展的重要瓶颈。再加上产业所需主要原料之一的环氧丙烷等环氧基烷烃的价格也很高，在普通石油基塑料价格持续走低的情况下，二氧化碳可降解塑料产业的成本压力越来越大，可谓举步维艰。

其次，二氧化碳基聚合物的热稳定性、阻隔性、尺寸稳定性、高低温下的力学性能与普通石油基聚合物还存在一定的差距，因此只能在食品包装、医疗卫生等有特殊要求的极少数领域使用，无法在需求巨大的薄膜、农用地膜等领域推广应用。不仅如此，即便在有限的食品包装、医疗卫生领域，二氧化碳基聚合物也面临聚乳酸、聚乙烯醇、聚丁二酸丁二醇酯等可降解塑料的冲击与竞争，这使得二氧化碳可降解塑料的消费市场十分狭小，产品销售困难。

再次，就单位产品投资额而言，二氧化碳可降解塑料项目的投资额很高，一个每年可生产1万吨二氧化碳可降解塑料的项目，往往需要2000万美元以上的资金投入。单从经济效益考虑，项目的投资风险还是很大的。

尽管二氧化碳可降解塑料的大范围推广还有待时日，但我们相信，随着科技的不断进步，二氧化碳基聚合物终究会突破生产成本和性能上的瓶颈。终有一天，这种环境友好型塑料会展现出良好的竞争力和生命力，从而改善我们的生活，改变我们的世界。

【责任编辑】张小萌