二氧化碳全降解塑料商机可期

来源：中国科学报   发布者：张荐辕   日期：2015-06-16  

我国二氧化碳基塑料研发水平并不落后，产业化水平甚至处于国际领先地位，但市场推广仍步履维艰—— 二氧化碳是温室效应的主要“元凶”，同时又是一种廉价的碳氧资源。为摘掉塑料这顶 “白色污染”帽子，以来源充足的二氧化碳为原料合成生物降解塑料成为全球热点。 最新消息称，德国拜耳材料科技决定自2016年起使用二氧化碳替代石油生产塑料产品，并在德国多马根设计了一条产能达5000吨的生产线。 此前，英国也启动了二氧化碳基生物塑料的研究项目，由政府全额拨款，旨在通过前沿科技将废弃生物质和二氧化碳转换成塑料原料。 相比欧美国家，我国二氧化碳基塑料的研发水平并不落后，产业化水平甚至处于国际领先地位。但摆在眼前的难题是，由于生产规模小、产品售价高、政策倾斜力度不足等原因，二氧化碳基塑料产品的市场推广仍步履维艰。 优势显著 据统计，全球每年因燃烧化石能源而产生的二氧化碳多达240亿吨，其中约150亿吨被植物在进行光合作用时吸收，剩下的90亿吨永远停留在大气层中。为将资源丰富的二氧化碳变废为宝，基于二氧化碳共聚物的全生物降解塑料成为开发热点。 中国科学院长春应用化学研究所研究员王献红告诉《中国科学报》记者，二氧化碳基塑料的主要原料为二氧化碳、环氧丙烷及丙烯。其中，二氧化碳被大量利用，质量百分比在40%左右。 除了具有资源再生利用的意义，二氧化碳基塑料的环保效应也使其优势一览无遗。王献红表示，由于二氧化碳基塑料是脂肪族聚酯，因此具有100%的生物降解性能，避免了传统塑料产品对环境的二次污染。 不仅如此，与其他生物降解塑料相比，二氧化碳基塑料也是原料成本价最低的品种之一。“二氧化碳成本低于1000元/吨，而通常的高分子工业的单体成本超过5000元/吨。”王献红说。 除了成本，对于工业化产品来说，性能也至关重要。二氧化碳基塑料是全生物降解塑料中气体阻隔性最好的材料之一，具有优良的阻氧和阻水性，可用于对阻隔性要求较高的食品、药品包装材料等。 另外，二氧化碳基塑料为无定型材料，具有透明的特点，主链的柔性结构也使其成为制造薄膜的最佳选择，在薄膜包装和农用地膜等方面大显身手。 中国塑协降解塑料专业委员会秘书长翁云宣评价道，相比以石油为原料制成的塑料制品，二氧化碳基塑料不仅可以减少二氧化碳排放，节约石油资源，还能从根本上解决“白色污染”难题，是一种典型的循环经济技术模式。 我国产业化水平世界领先 随着人们环保意识的提高，近年来，二氧化碳基塑料的产业化进程不断加速，全球多家公司都已开始进行产业化的尝试。 德国拜耳材料科技日前就已经将重达25吨的化学反应器安置于生产线中心，价值1500万欧元的工厂项目进入最后建设阶段。而早在2010年，为加快美国Novomer公司二氧化碳制塑料生产线实现商业化，美国能源部还给予其1840万美元的资助。 我国在该领域产业化水平则处于领先地位，王献红告诉记者，2004年，中科院长春应化所与蒙西高新技术集团公司合作建成了世界上第一条千吨级中试线，实现了二氧化碳基塑料工业化从不可能到可能的突破。 此后又经过近10年的工业化积累，2013年1月，浙江台州邦丰塑料有限公司建立了3万吨/年的二氧化碳基塑料生产装置，生产出世界上第一个二氧化碳基塑料的成熟产品，二氧化碳基塑料树脂和薄膜产品以“PCO2”的商标在美国以百吨级销售。 2013年8月，中科院长春应化所又与富士康公司签署协议，在吉林省建立3万吨/年的二氧化碳基塑料生产线，主要用于电子产品的包装，目前该生产线正在建设中。 虽然二氧化碳基塑料产业化已有突破，但截至目前，二氧化碳基塑料的大规模生产线仍未见报端。业内人士称，与传统聚乙烯塑料相比，二氧化碳基塑料工业化仍处于初级阶段，规模放大及市场推广依然面临不少难题。 诸多难题待解 二氧化碳基塑料规模化应用的第一道坎就是售价高。 台州邦丰塑料有限公司总经理赵云超对《中国科学报》记者称，虽然原料成本较低，但售价高使得该环保材料在国内叫好不叫座。 王献红进一步指出了其中原因：“由于与传统聚乙烯材料相比，二氧化碳基塑料的生产规模小，初始投资较大，边际成本高，导致产品最终售价是传统聚乙烯材料的1.5~2倍，从而在与非降解传统塑料竞争中处于劣势。” “售价如果要降下来，就要放大规模，实现量产。目前是3万吨，如果扩大到10万吨或30万吨，售价就会明显下降，但主要还是得靠政策推动。”赵云超坦言。 不过，目前的情况却是，国内在可降解塑料制品产业上投资少、政策倾斜力度不够，这在一定程度上减缓了二氧化碳基塑料产业的发展速度。 另一点制约因素则是二氧化碳基塑料本身性能还存在一些不足。王献红表示，二氧化碳基塑料使用温度范围很窄——20摄氏度以下是脆性材料，35摄氏度以上则强度很低——原因在于它的玻璃化温度在35摄氏度，且不结晶，因此这个温度下，其尺寸稳定性很差，必须进行改性，而改性的前提是生物降解，因此难度较大，通常会造成成本的大幅提高。 同时，在石油基塑料价格随石油价格持续走低的情况下，二氧化碳基塑料企业面临的压力越来越大。 如何破题 尽管降解塑料行业前景一片光明，但基于以上原因，很多企业难以支撑，掉头去做石油基塑料或专门做出口市场。 为此，赵云超呼吁，国家应该给予可降解塑料企业更多优惠政策，比如在发达城市、旅游城市，都应该像吉林出台“禁塑令”一样，加大对可降解塑料的扶持力度；对于二氧化碳这种废弃物，企业将其采集利用，还应该得到税收全免等优惠政策。 翁云宣也希望国家通过产业政策引导，支持生物基塑料更好发展，建议制定生物基塑料产品财政补贴、税收优惠等政策。王献红则建议，加速环保法规的完善，并进一步严格碳排放政策，建立国内碳交易机制，从而增强人们的环保意识。 除了政策扶持外，王献红表示，技术方面也应该积极进行催化剂技术和聚合工艺的升级，从而进一步降低二氧化碳基塑料的生产成本，减少与传统塑料的价格差距。产业开发方面则应加强产业链下游新产品的开发，完善二氧化碳基塑料在地膜、包装膜方面的应用。 “地膜的白色污染是不得不解决的刚需，但目前生物降解地膜与聚乙烯地膜价格差距在3倍以上。”王献红对此表示，一方面应该进一步完善生物降解农用地膜的制造和应用技术，降低成本，另一方面应该制定加大农业地膜补贴力度，使生物降解地膜在吉林、新疆、内蒙古、青海等地得到推广和应用。

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