2018年4月19日，吉林省“30萬噸/年二氧化碳基生物降解塑料”和“30萬噸/年納米級高活性硅土”項目在吉林化學(xué)工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟示范區(qū)正式啟動。
這一總投資30億元、占地面積18萬平方米的項目采用了中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所（簡稱長春應(yīng)化所）二氧化碳基生物降解塑料的第二代催化劑和最新合成技術(shù)。
“這項技術(shù)是我們生態(tài)環(huán)境高分子材料重點實驗室研究團隊20年攻堅克難的結(jié)晶！”面對這來之不易的成績，長春應(yīng)化所研究員王獻紅感慨萬千。
二氧化碳需要大幅減排，大量一次性使用的塑料亟待盡快生物降解。這看似毫無關(guān)聯(lián)的兩個目標，讓長春應(yīng)化所科研團隊在研究與開發(fā)道路上歷經(jīng)曲折。
如今苦盡甘來，他們不僅開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的完全生物降解塑料——二氧化碳基塑料，更是在全球產(chǎn)業(yè)化道路上率先崛起。
環(huán)保利器 優(yōu)勢顯著
隨處可見的塑料包裝、鄉(xiāng)間農(nóng)田的殘留地膜，人們早已司空見慣。
這些塑料垃圾大多是石油基化工原料制品，其壽命長達百年之久。無論挖土填埋還是高溫焚燒，不僅無法使塑料完全降解，還會給生態(tài)環(huán)境造成極大的危害，特別是過度使用一次性塑料引發(fā)的愈益嚴重的“白色污染”已席卷全球各地，令人觸目驚心。
為摘掉塑料這頂“白色污染”的帽子，讓塑料實現(xiàn)完全生物降解，科學(xué)家們可謂絞盡腦汁。在尋找“性價比最高的”可生物降解材料的過程中，二氧化碳作為一匹“黑馬”躍入科研人員的視線中。
眾所周知，二氧化碳是溫室效應(yīng)的主要“元兇”。不過鮮為人知的是，它還是一種廉價的碳氧資源。
從結(jié)構(gòu)上看，二氧化碳可視為碳酸的酸酐，且具有不飽和鍵，因此在合適的催化劑存在下，二氧化碳具有與其他單體合成高分子材料的可能性。
科研人員通過實驗發(fā)現(xiàn)，二氧化碳可以和數(shù)十種化合物反應(yīng)制備成多種共聚物，但由于催化劑的活性較低、選擇性還不夠高等原因，絕大部分聚合物僅停留在實驗室的水平上。
“迄今為止，只有二氧化碳和環(huán)氧化物的共聚物，尤其是二氧化碳和環(huán)氧丙烷共聚物（PPC），也就是我們所說的二氧化碳基塑料，具備良好的生物降解性能、成本相對較低，而且還大量利用了二氧化碳（聚合物中二氧化碳的重量含量超過40％）。”王獻紅表示。
據(jù)王獻紅介紹，二氧化碳基塑料在實現(xiàn)二氧化碳再生利用和彰顯環(huán)保效應(yīng)上確實“天賦異稟”。
與普通塑料一樣，二氧化碳基塑料制品一旦被廢棄，可通過回收利用、高溫焚燒和填埋等方式處理。不同的是，如果通過高溫焚燒處理，二氧化碳基塑料只會產(chǎn)生二氧化碳和水，不會產(chǎn)生有害煙霧；如果通過填埋處理，二氧化碳基塑料則在短短6個月內(nèi)便能完全堆肥降解，不會對環(huán)境造成二次污染。
此外，二氧化碳基塑料還是生物降解塑料中氣體阻隔性最好的材料之一，可在薄膜包裝和農(nóng)用地膜等方面大展拳腳。
而且，采用二氧化碳為主要原材料，其成本也大大低于其他生物降解材料。“二氧化碳成本低于800元/噸，而通常的高分子工業(yè)的單體成本超過5000元/噸，因此若能解決催化劑的活性和選擇性困局，二氧化碳就能成為高分子工業(yè)有競爭力的新單體。”王獻紅坦言。
顯然，與傳統(tǒng)的以石油為原料制成的塑料相比，二氧化碳基塑料既能減少二氧化碳排放，緩解溫室氣體效應(yīng)，還能從根源上徹底解決全球性的“白色污染”問題，幾乎堪稱“完美材料”。
產(chǎn)業(yè)先鋒 厚積薄發(fā)
科學(xué)研究的最終目的是服務(wù)于社會。正是出于對這一真理的透徹理解，在技術(shù)開發(fā)碩果累累的同時，長春應(yīng)化所團隊還在二氧化碳基塑料產(chǎn)業(yè)化的道路上風(fēng)生水起，越走越遠。
事實上，早在1969年，日本便率先實現(xiàn)了二氧化碳與環(huán)氧化物的共聚。然而其合成過程中始終存在的催化劑效率低、聚合物加工性差、成本高等難題成為二氧化碳基塑料及其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。
為了打破這一技術(shù)瓶頸，科研團隊通過二十余年的技術(shù)積淀，厚積薄發(fā)，不僅在研發(fā)水平上躋身世界前列，還在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展上處于國際領(lǐng)先地位。
1997年，科研團隊發(fā)展了第一代催化劑技術(shù)，即稀土三元催化劑技術(shù)。為讓技術(shù)更快落地生根，加快產(chǎn)業(yè)化進程，2001年，長春應(yīng)化所與內(nèi)蒙古蒙西集團合作，歷經(jīng)3年的研發(fā)攻關(guān)，建成世界上首條千噸級二氧化碳共聚物中試線，完成了第一代催化劑的中試，實現(xiàn)了二氧化碳基塑料工業(yè)化從不可能到可能的突破，從而確立了我國在該領(lǐng)域的國際領(lǐng)導(dǎo)地位。
不滿足于已有成績，繼續(xù)迎接挑戰(zhàn)，一直是這支科研團隊的主旋律。2004年10月，長春應(yīng)化所承擔(dān)并實施了吉林省科技發(fā)展計劃重大項目——二氧化碳共聚物及其產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化推進項目。歷時四年，團隊成員攻堅克難，開發(fā)了多元共聚新型稀土催化劑和強化交聯(lián)的新技術(shù)，在國際上首次解決了二氧化碳共聚物在30℃以上存在嚴重冷流現(xiàn)象這一難題，率先開發(fā)出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料。
面對二氧化碳基塑料工業(yè)化面臨的一系列世界性難題的逐步解決，長春應(yīng)化所團隊從未止步，因為他們深知，最大的難題永遠是下一個。
2007年，通過改進體系和工藝，科研團隊又與中國海洋石油集團有限公司合作，在海南建立了年產(chǎn)5000噸二氧化碳基塑料的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)裝置，于2010年12月完成了全流程運轉(zhuǎn)。
對于二氧化碳基塑料產(chǎn)業(yè)化而言，2009年有著特別的意義。在這一年，長春應(yīng)化所團隊開始與浙江邦豐塑料有限公司合作。正是這一次的合作讓整個團隊得到了前所未有的歷練。
從購買設(shè)備，到安裝、調(diào)試，直至最后生產(chǎn)，這個由20多人組成的科研團隊親歷了整個過程。“每個人都獲益頗豐，增長了許多‘實戰(zhàn)’經(jīng)驗，最重要的是，我們對未來的工作充滿了信心。”王獻紅說。
功夫不負有心人。2013年，世界最大的年產(chǎn)3萬噸的二氧化碳基塑料生產(chǎn)裝置在浙江邦豐塑料有限公司建成，并生產(chǎn)出世界上第一個二氧化碳基塑料的成熟產(chǎn)品，二氧化碳基塑料樹脂和薄膜產(chǎn)品以“PCO2”的商標在美國以百噸級銷售。
創(chuàng)新遠遠沒有止境。2015年，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)之上，科研團隊再一次大膽創(chuàng)新，開發(fā)出了活性和選擇性更為優(yōu)越的第二代催化劑技術(shù)—高熱穩(wěn)定的鋅系催化體系，并在長春應(yīng)化所高新北區(qū)（吉林省新材料孵化園區(qū)）的百噸級中試上完善了新工藝。
如今，該專利技術(shù)已轉(zhuǎn)讓給香港博大東方集團，其旗下的吉林萬泰環(huán)�？萍加邢薰九c長春應(yīng)化所創(chuàng)辦了博大東方新型化工（吉林）有限公司，專門從事二氧化碳基塑料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。而由該技術(shù)生產(chǎn)的生物降解地膜目前也在多個省市進行多種作物田間試驗，取得了很好的效果。
“從內(nèi)蒙到海南，到浙江，再回到吉林，我們繞了一大圈，又回到了這里。雖然一路走來很是艱辛，但是團隊的整個工程和設(shè)計的水平得到了極大的提高。這一次我們信心十足！”王獻紅表示。
如果將二氧化碳基塑料的研發(fā)攻關(guān)比作一場競賽，中國的起步顯然并不是最早的。但是，在長春應(yīng)化所科研團隊數(shù)十年如一日，兢兢業(yè)業(yè)的創(chuàng)新探索下，如今中國已掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的領(lǐng)先技術(shù)，更在綠色產(chǎn)業(yè)化道路上領(lǐng)跑世界。
這條征途沒有盡頭。“下一步主要圍繞高分子量二氧化碳基塑料的制備和規(guī)模應(yīng)用為主線進行布局，利用吉林市30萬噸過氧化氫法環(huán)氧丙烷（HPPO）生產(chǎn)線的原料優(yōu)勢，一方面是加快第三代催化劑—環(huán)保型鋁系催化劑的研發(fā)進度，另一方面是解決30萬噸高分子量二氧化碳基塑料（HMW-PPC）的工業(yè)化制備和生產(chǎn)技術(shù)，突破PPC基的超薄農(nóng)用地膜、‘兩快’包裝的低成本包裝膜等三個專用料關(guān)鍵技術(shù)，在吉林省形成150~200億元的生物降解塑料產(chǎn)業(yè)鏈。”面對未來，王獻紅及其團隊早已在心中勾勒出了清晰的發(fā)展藍圖。■