塑料 极大地改变了我们的生活方式,使我们能够制造新的创新工具、容器,甚至是可替换的身体部件,如髋关节和膝关节,同时也产生了一系列不良副产品,包括不可生物降解的垃圾和来自化石燃料(如煤、石油和天然气)的污染。现在,一个新兴的行业正试图通过使用二氧化碳和大肠杆菌等废弃物来制造塑料被环境污染的形象,从而擦亮可生物降解和可再生的聚合物。
这种趋势在周三得以延续,总部位于纽约州伊萨卡的Novomer公司宣布,该公司利用二氧化碳生产环保塑料和聚合物,已在一次融资活动中筹集了660万美元(由旧金山的Physic Ventures和马萨诸塞州剑桥的Flagship Ventures等风险投资公司领投)。该公司表示,计划利用这笔新资金扩大其生产能力和开发力度。在此之前,该公司还获得了国家科学基金会(50万美元)和美国能源部(10万美元)的小企业 grants,用于继续开发其聚合催化剂系统。
Novomer公司聚合物制造过程中的关键成分是金属催化剂,如β-二亚胺基乙酸锌,它将导致温室气体的分子(如二氧化碳)以及一氧化碳和其他可再生材料与液态环氧化物结合。
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“塑料现在比历史上任何时候都更重要,”康奈尔大学化学教授 Geoffrey Coates 说,他是 Novomer 公司的联合创始人兼首席科学官。他指出,在过去 50 年的每一年,工业界生产的塑料都比以往更多。这不仅包括牛奶壶或 CD 盒等商品,还包括心脏支架等专用生物医学设备以及太阳能电池等新兴技术。如今,外科医生可能会用金属螺钉将骨折的骨骼固定在一起,然后在骨折愈合后必须将其取出,而生物塑料则有望成为外科手术材料,它具有相同的功能,但可以在体内安全降解,从而无需进一步手术。
技术商业化公司 KensaGroup, LLC 于 2004 年成立了 Novomer 公司,其基础是康奈尔大学研究团队进行的可再生聚合物研究。该团队由 Coates 和前研究生 Scott Allen 领导,Scott Allen 是 Novomer 公司的联合创始人,现在是该公司的研发主管。
在其工作之前,基于生物材料的聚合物是可能的,但它们更像是一种新奇事物,因为高昂的制造成本阻碍了大规模生产。Novomer 公司的工艺在几个方面与其他生物塑料制造努力不同,主要是因为它是在室温下完成的,使用相对较少的能量,公司总裁 Charles Hamilton 说。这意味着在此过程中不会燃烧化石燃料。“我们在一个像高压锅一样的反应器中将液态环氧化物与二氧化碳结合起来,”他说。“加入催化剂,这两个部分就像拉链一样结合在一起。你就创造了一个非常长的环氧化物与二氧化碳键合的链条。”
从反应器中出来的材料——其中最大的反应器大约是一个一加仑(四升)的金属罐——是一种蜂蜜状液体,含有少量催化剂材料,这些材料稍后会被过滤掉。Novomer 公司为生产塑料产品的公司(包括柯达公司)开发这些聚合物。“它与其他用于制造电脑外壳、薄膜和瓶子的大规模聚合物非常相似,”Hamilton 说。Novomer 公司的计划是,随着公司扩大其生产系统,利用来自其他行业企业(如混凝土制造商和氢气生产商)的二氧化碳。
总部位于马萨诸塞州剑桥的 Metabolix 公司于 1992 年成立时,生物塑料行业“更多地建立在希望之上,而不是其他任何东西,”联合创始人兼首席科学官 Oliver Peoples 说。生物塑料的商业化始于 2001 年,当时总部位于明尼阿波利斯的嘉吉公司(提供从农产品到风险管理服务的各种产品)成立了 NatureWorks, LLC,以开发完全从可再生资源中提取的生物聚合物,其成本与传统塑料相当。
Metabolix 公司使用大肠杆菌等微生物制造塑料颗粒。“该生物体会吸收糖并将其分解,聚合物在生物体内部制成,”他说。Metabolix 公司提取聚合物并回收废弃物。这些颗粒可以熔化并重新塑造成各种塑料产品。
Peoples 认为其他生物塑料生产商是“同行者”,对于为可生物降解和可再生资源制成的聚合物建立良好声誉至关重要。这种团结非常重要,因为“在将石油基产品赶出市场之前,还有很长的路要走,”他说。“最重要的是,人们需要知道这些可生物降解的塑料是可用的。”
即使公众对塑料材料的消费持续增长,继续制造石油基塑料的努力也可能受到石油价格上涨的阻碍。“未来对这些材料的需求是如此巨大,”Coates 说,“所有这些[生物塑料]公司都有充足的发展空间。”