沼氣利用新途徑 污水處理廠產(chǎn)生的甲烷氣體轉化為生物塑料

作者： 2016年07月15日 來源： 瀏覽量：
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自20世紀以來，溫室效應及全球變暖已成為影響氣候變化、人類生存環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的重大問題。在這些溫室氣體中，甲烷的溫室效應為二氧化碳的20倍。農(nóng)場、污水廠、填埋場等地為甲烷的主要排放地。通常，這些甲烷會被直
　　自20世紀以來，溫室效應及全球變暖已成為影響氣候變化、人類生存環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的重大問題。在這些溫室氣體中，甲烷的溫室效應為二氧化碳的 20倍。農(nóng)場、污水廠、填埋場等地為甲烷的主要排放地。通常，這些甲烷會被直接排放進入大氣或被燃燒。然而在自然界，植物和微生物卻能利用溫室氣體合成有用物質，比如紅樹林利用二氧化碳、珊瑚礁利用甲烷。
　　受自然界的啟發(fā)，美國的Newlight公司開發(fā)了一種碳合成專利技術，利用甲烷氣體和空氣合成“AirCarbon”塑料。該塑料大約由40%(質量百分數(shù))的氧和60%(質量百分數(shù))的碳、氫組成。該技術一舉囊獲2016年“美國總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”的“綠色化學品設計獎”和“氣候變化獎”兩項獎項。
　　以前，雖然科學家可以實現(xiàn)將碳元素做成塑料，但卻無法降低生產(chǎn)價格。因為每公斤生物催化劑只能生產(chǎn)一公斤塑膠聚合物。這些催化劑在使用后會失去活性，產(chǎn)生二氧化碳而不是聚合物。這意味著需要大量的生物催化劑以滿足生產(chǎn)目標，使得生產(chǎn)成本非常昂貴，要比石油提取制造的塑料貴三倍。Newlight公司花了十年的時間研究提高生產(chǎn)率的方法，研發(fā)出一種新型生物催化劑，轉化效率是傳統(tǒng)催化劑的9倍，使費用結構發(fā)生了根本的改變。在價格上，AriCarbon 已有明顯的競爭優(yōu)勢，勝過那些商品級的石油基熱塑性塑料，例如聚乙烯和聚丙烯等。
　　Newlight公司主要從農(nóng)場、污水處理廠、填埋場和能源廠等地集中收集甲烷溫室氣體。甲烷氣體被收集后送入塑料聚合系統(tǒng)，和空氣混合。在Newlight新型生物催化劑的作用下，甲烷與空氣進行反應，碳、氫、氧原子重新排列組成一個名為“AirCarbon”的長鏈熱塑性材料。合成后，將AirCarbon從反應系統(tǒng)中取出加工成小顆粒，用于制作各種不同形狀的塑料，包括從家具到書包、從手機殼到瓶蓋等。
　　經(jīng)過10年的不斷試驗和示范性工程，在2013年8月，AirCarbon的生產(chǎn)終于實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。Newlight公司與財富500 強企業(yè)及其他市場領導者合作，將AirCarbon用于汽車配件、電子產(chǎn)品、建筑、服裝和其他各行業(yè)。目前，AirCarbon已被用于戴爾和惠普的電腦包裝、Virgin和Sprint的手機包裝，甚至用于The Body Shop個人護理產(chǎn)品的瓶瓶罐罐。另外，Newlight還授權家具制造商宜家(Ikea)和其他公司生產(chǎn)數(shù)以百萬噸的AirCarbon。
　　從產(chǎn)業(yè)層面來看，這項技術具有雙重利好效應。一方面可以利用和減少溫室氣體，對于應對全球變暖大有裨益;而另一方面可以為利用市政污水處理廠所產(chǎn)生的甲烷等氣體的應用提供了可能。剛剛在今年7月初，Newlight公司和荷蘭Paques公司簽下15年合約，合作將污水廠厭氧消化產(chǎn)生的甲烷氣體轉化為生物塑料。
　　
　　溫室氣體轉化為塑料的反應過程
　　捕獲：從農(nóng)場、垃圾填埋場、能源利用設施等場所收集甲烷氣體送入Newlight反應器
　　分離：然后，含碳氣體和空氣混合，在Newlight新型催化劑的作用下，將氧從空氣中分離出來，將碳和氫從甲烷中分離出來
　　聚合：最后，碳、氫、氧被重新組合成名為“AirCarbon”的長鏈熱聚合物，該聚合物由40%的陽和60%的碳氫組成
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