新型塑料可以正面解决垃圾危机

塑料几乎是我们日常使用的每一种产品的一部分。美国人均每年产生约100公斤塑料垃圾，其中大部分直接进入了垃圾填埋场。劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科琳·斯考恩、布雷特·赫尔姆斯、杰伊·科斯林和克里斯汀·佩尔松领导的团队开始改变这一现状。

不到两年前，赫尔姆斯宣布发明了一种新型塑料，可以正面解决垃圾危机。这种材料被称为聚二酮烯胺(polydiketoenamine，简称PDK)，它拥有传统塑料的所有便利特性，同时又避免了环境隐患，因为与传统塑料不同，PDK可以无限回收，质量不会下降。

现在，该团队发布了一项研究，表明如果制造商开始大规模使用pdk，可以实现什么。最重要的是，基于pdbase的塑料可以很快在商业上与传统塑料竞争，随着时间的推移，产品将变得更便宜和更可持续。

“塑料从来就不是用来回收利用的。很久以后人们才认识到这样做的必要性。”该报告的第一作者、曾与资深作者科琳·斯考恩共事的博士后研究员内米·沃拉解释道。“但推动可持续发展是这个项目的核心。PDK从一开始就被设计成可回收的，从一开始，团队就一直在改进PDK的生产和回收过程，以便这种材料能够廉价且容易地应用于从包装到汽车的任何商业规模。”

该研究提出了一种用于每年为每年20,000公吨的仿真，将新的PDK推出并采用使用的PDK废物进行回收。作者计算了所需的化学投入和技术，以及成本和温室气体排放，然后将它们的发现与常规塑料生产的等同图进行了比较。

“如今，在该行业中，采用循环经济的做法受到了巨大的推动。每个人都在试图回收他们投放到市场上的任何东西。”Vora说。“我们开始与工业界讨论使用100%无限回收塑料，并收到了很多兴趣。”

“问题是它的成本是多少，对能源使用和排放的影响将是什么，以及如何从我们现在的水平实现这一目标，”伯克利实验室分子铸造部的科学家Helms补充道。“我们合作的下一阶段是回答这些问题。”

检查便宜且简单的盒子

迄今为止，生产了超过83亿公吨的塑料材料，绝大多数已在垃圾填埋场或废物焚烧厂中最终实现。将一小部分塑料送入“机械上”被循环回收，这意味着它们融化，然后重新塑造成新产品。但是，这种技术的利益有限。塑料树脂本身由许多相同的分子（称为单体）组合成长链（称为聚合物）。然而，为了塑料，其许多纹理，颜色和能力，颜料，热稳定剂和阻燃剂等添加剂加入到树脂中。当许多塑料融化在一起时，聚合物与一系列潜在不相容的添加剂混合，导致新材料质量远低于原料的原料。欧洲杯足球竞彩因此，小于10％的塑料是多次重新回收的，并且再循环塑料通常还含有原始树脂，以弥补质量的倾角。

PDK塑料完全偏离了这个问题 - 在与酸混合时，树脂聚合物被设计成容易分解成单独的单体。然后可以将单体与任何添加剂分离并聚集以制造新的塑料，而不会损失质量。该团队早期的研究表明，这种“化学回收”过程是能量和二氧化碳排放的光，可以无限期地重复，创造完全圆形的材料生命周期，目前有浪费的单向票。

然而，尽管这些令人难以置信的财产，要真正击败塑料在自己的游戏中，PDK也需要方便。回收传统的石油基塑料可能很难，但制造新塑料非常容易。

“我们说的是基本上不能回收的材料，”欧洲杯足球竞彩Scown说。“因此，就吸引制造商而言，pdk不是与回收塑料竞争——他们必须与原始树脂竞争。我们很高兴看到回收材料的成本如此低廉，效率如此之高。”

作为伯克利实验室的能源技术和生物科学领域的一名员工科学家，练习，专门为未来的新兴技术的环境和财务影响建模。欧洲杯线上买球Scown和她的团队自开头以来一直在致力于PDK项目，帮助Helms的化学家和制造科学家选择，以选择将导致最实惠和环保产品的原材料，溶剂，设备和技术。2020欧洲杯下注官网欧洲杯足球竞彩

“我们正在采用早期阶段的技术，并设计它在商业规模运营时的样子。”使用不同的投入和技术，她说。这种独特的、协作的建模过程使伯克利实验室的科学家能够识别潜在的规模挑战，并在没有昂贵的试验和错误周期的情况下进行过程改进。

该团队的报告，发表在欧洲杯线上买球科学的进步，基于塑料目前的发展状态，模拟商业规模的PDK生产和回收管道。“和主要收获,一旦你产生了此后最初和你有在系统,相关的成本和温室气体排放继续循环回单体,使新产品可能会低于,或者至少与许多传统的聚合物,”Scown说。

计划推出

由于流程建模的优化，可回收pdk已经引起了需要塑料来源的公司的兴趣。从项目初期开始，赫尔姆斯和他的同事就一直在进行市场调查，并与业内人士会面，他们总是着眼于未来。他们的调查显示，pdk的最佳初始应用是制造商在产品寿命结束后将收回产品的市场，例如汽车行业(通过以旧换新和回收)和消费类电子产品(通过电子垃圾计划)。这些公司将能够在他们的产品中获得100%可回收pdk的好处:可持续品牌和长期节省。

“有了pdk，现在工业界的人有了一个选择，”赫尔姆斯说。“我们正在引入合作伙伴，让他们在产品线和制造能力中构建循环性，并为他们提供符合未来最佳实践的选择。”

添加Scown:“我们知道这一级别的兴趣。有些国家计划在依靠非再循环材料的塑料制品上收取休息费。该转变将提供强大的财务动力，以便远离利用维尔京树脂，并应推动大量需求用于回收塑料。“

在渗透到汽车和电子产品等耐用产品市场后，该团队希望将PDKs扩展到包装等寿命较短的一次性产品。

全圈未来

随着他们为商业发布的计划，科学家们还在PDK生产过程中继续进行技术经济合作。虽然被回收的PDK的成本已经预计竞争低，但科学家正在努力降低处女PDK成本的额外的改进，以便公司不会被初始投资价格阻碍。

与往常一样，科学家们正在同时向前迈进两步。Scown同时也是联合生物能源研究所(JBEI)的生命周期、经济和农学副总裁，他和Helms正在与Jay Keasling合作，Jay Keasling是伯克利实验室和加州大学伯克利分校的合成生物学家，也是JBEI的首席执行官，设计一个使用微生物制造的前体成分生产PDK聚合物的过程。这一过程目前使用工业化学品，但由于一次偶然的跨学科研讨会，最初设计时考虑到了科斯林的微生物。

“在我们开始PDK项目前不久，我参加了一个研讨会，杰伊描述了他们在JBEI用他们的工程微生物可以制造的所有分子，”赫尔姆斯说。“我非常兴奋，因为我看到一些分子是我们放入PDKs中的东西。杰伊和我聊了几次，我们意识到几乎所有的聚合物都可以用经过工程微生物发酵的植物材料制成。”

“未来，我们将引发这种生物组成部分，这意味着我们可以开始了解从传统原料转换到独特和可能有利的生物基原料的影响，这些原料可能是更加可持续的长期的长期能量，碳或水强度的生产和回收，“赫尔姆斯继续说。“所以，我们现在所处的位置，这是许多工作的第一步，我认为我们面前还有很长的跑道，这是令人兴奋的。”

分子铸造厂是能源部(DOE)科学办公室专门从事纳米科学的用户设施。欧洲杯线上买球JBEI是由美国能源部科学办公室资助的一个生物能源研究中心。欧洲杯线上买球

这项工作得到了DOE的生物能源技术办公室和伯克利实验室的实验室定向研发（LDRD）计划。

来源:http://www.lbl.gov/