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勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室發(fā)明環(huán)保新塑料：PDK，可無限回收利用
【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】據(jù)外媒報(bào)道，一種革命性的環(huán)保塑料即將上市。
在美國(guó)，平均每人每年產(chǎn)生約 100 公斤塑料垃圾，其中大部分直接進(jìn)入了垃圾填埋場(chǎng)。現(xiàn)在，來自勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 Corinne Scown、Brett Helms、Jay Keasling 和 Kristin Persson 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)著手改變這一現(xiàn)狀。
一年多以前，Helms 宣布發(fā)明了一種新的塑料，它可以正面解決垃圾危機(jī)。這種材料被稱為poly ( diketoenamine ) （簡(jiǎn)稱 PDK），它具有傳統(tǒng)塑料的便利性，但跟傳統(tǒng)塑料不同的是，PDK 可以無限回收且質(zhì)量也不會(huì)損失。
現(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)發(fā)布一項(xiàng)研究表明：如果制造商開始大規(guī)模使用 PDK ，可以實(shí)現(xiàn)什么。
據(jù)悉，基于 PDK 的塑料可以很快在商業(yè)上跟傳統(tǒng)塑料競(jìng)爭(zhēng)，并且隨著時(shí)間的推移，這種產(chǎn)品將會(huì)變得更便宜、更可持續(xù)。
" 塑料從未被設(shè)計(jì)成可回收的"該報(bào)告的第一作者、曾與資深作者 Corinne Scown 共事的博士后 Nemi Vora 指出：" 推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展是這個(gè)項(xiàng)目的核心。PDK 從一開始就被設(shè)計(jì)為可循環(huán)利用的材料，從一開始，該團(tuán)隊(duì)就致力于改進(jìn) PDK 的生產(chǎn)和回收過程，從而使這種材料能夠以低成本并容易地應(yīng)用于從包裝到汽車的任何商業(yè)產(chǎn)品。"
該研究為年產(chǎn) 2 萬噸 PDK 的工廠提供了一個(gè)模擬，據(jù)悉，該工廠生產(chǎn)新的 PDK 并吸收使用過的 PDK 廢料進(jìn)行回收利用。作者計(jì)算了所需的化學(xué)投入和技術(shù)以及成本和溫室氣體排放，然后將他們的發(fā)現(xiàn)跟生產(chǎn)傳統(tǒng)塑料的同等數(shù)字進(jìn)行比較。
" 如今，在行業(yè)中采用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的做法有著很大的推動(dòng)作用。每個(gè)人都試圖回收他們?cè)谑袌?chǎng)上推出的任何東西。我們開始跟工業(yè)界討論使用 100% 無限回收塑料并收到了很多興趣。" 問題是它的成本是多少，對(duì)能源使用和排放的影響是什么，以及如何實(shí)現(xiàn)我們今天的目標(biāo)，"Helms 補(bǔ)充道，" 我們合作的下一個(gè)階段就是回答這些問題。"
截止到目前，已經(jīng)生產(chǎn)了 83 多億公噸的塑料材料，其中絕大多數(shù)都被扔進(jìn)了垃圾填埋場(chǎng)或垃圾焚燒廠。一小部分塑料則會(huì)被 " 機(jī)械 " 回收，這意味著它們會(huì)被熔化，然后重新塑造成新產(chǎn)品。然而，這種技術(shù)的好處有限。塑料樹脂本身是由許多相同的分子結(jié)合成長(zhǎng)鏈組成的。然而為了使塑料具有多種質(zhì)地、顏色和性能，顏料、熱穩(wěn)定劑和阻燃劑等添加劑會(huì)被添加其中。當(dāng)許多塑料一起熔化時(shí)，聚合物跟大量潛在不相容的添加劑混合，這會(huì)導(dǎo)致新材料的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于由原材料生產(chǎn)的新樹脂。因此，只有不到 10% 的塑料能夠被機(jī)械回收不止一次，而回收塑料通常也含有原始樹脂來彌補(bǔ)質(zhì)量的下降。
PDK 塑料則完全避開了這個(gè)問題，樹脂聚合物被設(shè)計(jì)成跟酸混合時(shí)很容易分解成單個(gè)單體。這些單體可以從任何添加劑中分離出來，并在不降低質(zhì)量的情況下合成新的塑料。該團(tuán)隊(duì)早些時(shí)候的研究表明，這種 " 化學(xué)循環(huán) " 過程對(duì)能源和二氧化碳排放都很輕且可以無限重復(fù)，并由此創(chuàng)造出一種完全循環(huán)的材料生命周期。
然而盡管有這些不可思議的特性，要想真正擊敗塑料 ，PDK 還需要時(shí)間?；厥諅鹘y(tǒng)的石油基塑料可能很難，但制造新塑料卻非常容易。
Scown 表示：" 我們說的是基本上不能回收的材料。因此，就吸引制造商而言，PDK 并不是跟回收塑料競(jìng)爭(zhēng)，而是跟原始樹脂競(jìng)爭(zhēng)。我們很高興看到這種材料的循環(huán)利用既便宜又高效。"
Scown 是伯克利實(shí)驗(yàn)室能源技術(shù)和生物科學(xué)領(lǐng)域的一名專職科學(xué)家，專門研究新興技術(shù)對(duì)未來環(huán)境和金融影響的建模。她和她的團(tuán)隊(duì)從一開始就致力于 PDK 項(xiàng)目，幫助 Helms 的化學(xué)家和制造科學(xué)家團(tuán)隊(duì)選擇原材料、溶劑、設(shè)備和技術(shù)以此生產(chǎn)出最實(shí)惠和環(huán)保的產(chǎn)品。
她表示他們正在使用不同的投入和技術(shù)在采用早期的技術(shù)并設(shè)計(jì)它在商業(yè)規(guī)模運(yùn)營(yíng)時(shí)的樣子。這種獨(dú)特的協(xié)作建模過程使得伯克利實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家能夠識(shí)別潛在的擴(kuò)大挑戰(zhàn)，并在沒有昂貴的反復(fù)試驗(yàn)和錯(cuò)誤的情況下進(jìn)行流程改進(jìn)。
由于工藝建模的優(yōu)化，回收 PDK 已經(jīng)吸引了需要塑料來源的公司的興趣。Helms 和他的同事們一直著眼于未來，從項(xiàng)目初期開始就一直在進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，并跟商業(yè)人士會(huì)面。他們的調(diào)查顯示，PDK 的最佳初始應(yīng)用是制造商將在其使用壽命結(jié)束時(shí)收回產(chǎn)品的市場(chǎng)如汽車工業(yè)和消費(fèi)電子產(chǎn)品。這些公司將能在他們的產(chǎn)品中獲得 100% 可回收 PDK 的好處：可持續(xù)的品牌和長(zhǎng)期的節(jié)約。
" 有了 PDK，工業(yè)界的人們現(xiàn)在有了選擇，"Helms 說道，" 我們正在引入合作伙伴，讓他們?cè)诋a(chǎn)品線和制造能力中構(gòu)建循環(huán)并為他們提供符合未來最佳實(shí)踐的選擇。"
Scown 則補(bǔ)充稱：" 一些國(guó)家計(jì)劃對(duì)使用非回收材料的塑料產(chǎn)品收取高額費(fèi)用。這一轉(zhuǎn)變將為放棄使用原始樹脂提供強(qiáng)大的財(cái)政激勵(lì)并將推動(dòng)對(duì)再生塑料的大量需求。"
在滲透到汽車和電子產(chǎn)品等耐用產(chǎn)品市場(chǎng)后，該團(tuán)隊(duì)希望將 PDK 擴(kuò)展到壽命較短的一次性產(chǎn)品如包裝。
而在制定商業(yè)發(fā)射計(jì)劃的同時(shí)，科學(xué)家們也在繼續(xù) PDK 生產(chǎn)過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合作。雖然回收 PDK 的成本已經(jīng)被預(yù)測(cè)為較低，但科學(xué)家們正在研究進(jìn)一步的改進(jìn)以降低原始 PDK 的成本，這樣公司就不會(huì)被初始投資價(jià)格所阻礙。
與此同時(shí)，科學(xué)家們一如既往地領(lǐng)先了兩步。Scown 還是聯(lián)合生物能源研究所 ( JBEI ) Life-cycle, Economics & Agronomy 的副總裁，Helms 和 Jay Keasling 則正在合作，Jay Keasling 是伯克利實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的領(lǐng)先合成生物學(xué)家同時(shí)還是 JBEI 的 CEO，這群人正在設(shè)計(jì)一種使用微生物制造的前體成分生產(chǎn) PDK 聚合物的工藝。
" 就在我們開始 PDK 項(xiàng)目前不久，我參加了一個(gè)研討會(huì)，在那里 Jay 描述了 JBEI 用他們的工程微生物可以制造的所有分子。(對(duì)此)我非常興奮，因?yàn)槲铱吹揭恍┓肿邮俏覀兎湃?PDK 的東西。Jay 和我聊了幾次，我們意識(shí)到幾乎整個(gè)聚合物都可以用經(jīng)過工程微生物發(fā)酵的植物材料制成。未來，我們將引入生物成分，這意味著我們可以開始理解從傳統(tǒng)原料過渡到獨(dú)特的、可能具有優(yōu)勢(shì)的生物原料的影響，包括能源、碳、或水的生產(chǎn)強(qiáng)度以及循環(huán)利用。所以，就我們現(xiàn)在所處的位置而言，這是很多事情的第一步，我認(rèn)為我們還有很長(zhǎng)的路要走，這很令人興奮，"Helms 說道。
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