沼氣利用新途徑污水處理廠產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、人類生存環境和經濟發展的重大問題。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、人類生存環境和經濟發展的重大問題。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，美國的Newlight公司開發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)的氧和60%(質量百分數)的碳、氫組成。該技術一舉囊獲2016年“美國總統綠色化學挑戰獎”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將碳元素做成塑料，但卻無法降低生產價格。因為每公斤生物催化劑只能生產一公斤塑膠聚合物。這些催化劑在使用后會失去活性，產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目標，使得生產成本非常昂貴，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率的方法，研發出一種新型生物催化劑，轉化效率是傳統催化劑的9倍，使費用結構發生了根本的改變。在價格上，AriCarbon 已有明顯的競爭優勢，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，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。

　　經過10年的不斷試驗和示范性工程，在2013年8月，AirCarbon的生產終于實現了工業生產規模。Newlight公司與財富500 強企業及其他市場領導者合作，將AirCarbon用于汽車配件、電子產品、建筑、服裝和其他各行業。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)和其他公司生產數以百萬噸的AirCarbon。

　　從產業層面來看，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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