塑料回收技术创新:分子级重构与循环碳路径

某中心与美国能源部合作开发生物优化技术,通过分子级塑料重构、化学回收与碳捕获技术实现塑料全生命周期净零碳排放,重点研究可解构混合塑料废料流及可生物降解新材料。

某中心与能源机构合作推动塑料回收技术革新

某中心正式加入美国能源部主导的「生物优化技术联盟(BOTTLE™)」,该联盟由国家可再生能源实验室(NREL)牵头,致力于通过材料科学与回收技术创新实现塑料全生命周期的净零碳排放。

塑料回收的技术挑战与机遇

目前最常用的塑料是聚烯烃(如聚乙烯和聚丙烯),其聚合物链中的碳-碳键强度高,导致传统机械回收效率低下。当材料受污染或机械回收不经济时,需采用能耗较高的化学回收工艺(热解或气化)来回收碳分子。

循环碳路径的技术架构

根据Meys团队在《科学》期刊发表的模型,实现塑料净零碳排放需构建包含三大技术支柱的循环碳路径:

  1. 机械回收:处理清洁单一材料流
  2. 化学回收结合碳捕获:分解混合塑料废料并捕获碳排放
  3. 生物质/捕获碳原料:从大气中提取CO₂作为塑料分子骨架的碳源

创新技术方案

某中心与BOTTLE联盟的合作聚焦两大技术突破:

1. 高效解构混合塑料废料流

开发新型化学处理技术,能够:

  • 解构具有易分解键的混合塑料废料
  • 产出可用于闭环回收(制造同类塑料)或开环回收(制造新型塑料)的原料
  • 消除解构前对材料进行精细分拣的需求

2. 可降解新材料设计

合成具备以下特性的新型材料:

  • 保持薄膜应用所需的结构-性能关系
  • 实现工业堆肥或自然环境安全降解
  • 维持回收后材料的机械性能不退化

技术飞轮效应

新型解构工艺将形成技术飞轮:

  • 解构能耗低的材料 → 降低新原料生产成本 → 提升经济性
  • 成本优势推动替代传统塑料 → 扩大应用规模
  • 易解构材料同时具备更好的可降解性

与传统技术的差异化优势

相较于传统聚烯烃,新型可生物降解塑料:

  • 在堆肥或自然环境中更易分解为中间化学品
  • 支持无限次循环回收而不降低性能
  • 避免解构强碳-碳键所需的高能耗过程

该技术转型需要重构日常塑料制品(特别是食品包装)的材料体系,并配套新型回收基础设施。通过分子级材料重构与化学回收技术的结合,有望实现塑料从线性经济向循环经济的根本转变。

封面图片说明:新型回收技术可将设计可回收的聚合物混合废料流解构,回收后的分子可用于制造性能不退化的新材料

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