合成樹脂即高分子材料是汽車、建筑、軌道交通以及新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、航空航天等戰略性新興產業發展急需的重要配套材料和重要保障,是科技發展和社會進步的重要支撐。百年未有之大變局加速演進,新一輪科技革命和產業變革持續遞進,產業鏈供應鏈重構正在加速,高分子材料及其技術越來越成為國際競爭的焦點。
十幾年來,我國一直穩居石化大國的地位,化工銷售額的世界占比高于40%,市場的全球影響力日益凸顯,高分子材料論規模也是穩居世界首位,但高性能樹脂和高端材料一直是短板和弱項。具體表現為通用合成材料、通用合成樹脂(如五大通用塑料及聚酯)都處于過剩狀態;而高性能材料,如五大工程塑料(PC、POM、PA、PBT、PPO)和特種工程塑料(PPS、PI、PSF、PES、PEEK等)、芳綸碳纖維高檔尼龍等高性能纖維以及高性能膜材料等主要依賴進口,個別的高端產品關鍵時刻還存在“卡脖子”問題。
一問:我國合成樹脂現狀如何?
20世紀初,美國化學家人工合成了酚醛樹脂,開啟了合成高分子材料的序幕。后來陸續研發成功合成橡膠、尼龍-66、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等多種合成高分子材料;20世紀50年代,齊格勒-納塔催化劑的創新和應用,實現了乙烯在常溫常壓下定向聚合,這種催化劑工藝簡單、生產成本低,使得聚烯烴快速工業化和大型化,加速了高分子合成材料工業的發展,高分子材料以通用合成材料為基礎。
根據世界塑料制造商協會的統計,亞洲塑料的產量占全球總產量的51%,北美占19%,歐盟占16%,其他地區占14%。據預測2015~2025的十年間全球塑料消費量將增加50%,就全球來看近十年塑料的生產與消費增速超過任何材料。可見塑料工業的重要性,也是一個發展潛力十足的行業。
中國合成樹脂的產能產量和消費量多年來一直穩居世界第一位。據國家統計局和最新《產能預警報告》的數據顯示,2022年,合成樹脂產量接近1.14億噸,進口量2958萬噸,表觀消費量1.3億噸。其中,聚乙烯產能2981萬噸/年,產量2631.6萬噸,進口量1346.7萬噸,表觀消費量3806.1萬噸;聚丙烯產能3496萬噸/年,產量2965.5萬噸,進口量451.1萬噸,表觀消費量3280.9萬噸;聚氯乙烯產能2642萬噸/年,產量2197萬噸,進口量36.2萬噸,表觀消費量2036.7萬噸。聚苯乙烯產能525萬噸/年,產量355萬噸,進口量88.9萬噸,表觀消費量432.1萬噸;ABS產能525.5萬噸/年,產量431萬噸,進口量137萬噸,表觀消費量559.9萬噸;聚碳酸酯產能320萬噸/年,產量178萬噸,進口量138.6萬噸,表觀消費量250萬噸;EVA產能215萬噸/年,產量173.8萬噸,進口量120.2萬噸,表觀消費量282.4萬噸;尼龍66切片產能611萬噸/年,產量427.3萬噸,進口量19.9萬噸,表觀消費量409萬噸;茂金屬聚烯烴產能220萬噸/年,產量30萬噸,進口量210萬噸,表觀消費量240萬噸。
二問:塑料工業走過百年歷程以后,當前合成樹脂行業呈現出哪些新的趨勢?
第一、上游原料輕質化的趨勢。這一趨勢由北美和海灣地區發起,“十三五”以來快速向歐、亞等主要經濟體推進。其典型代表是以輕烴為原料制烯烴,即丙烷脫氫制丙烯和乙烷裂解制乙烯,其代表區域就是北美、海灣和東北亞的中國。北美得益于頁巖氣革命的成功,頁巖氣富含輕烴中的乙烷,乙烷分離以后經裂解制乙烯,與傳統的石腦油裂解工藝相比,流程最短、成本最低,也是最清潔的工藝;海灣地區得益于石油伴生氣資源豐富,大量的乙烷和丙烷經分離以后,分別經裂解和脫氫制取乙烯和丙烯,與傳統的石腦油裂解相比其競爭力更勝一籌。所以全球烯烴原料的輕質化轉型近10年來呈現加速態勢,到2020年世界以輕烴為原料的乙烯占總產能的53.5%,其中乙烷裂解占40.3%。
中國也及時跟進這一轉型趨勢和步伐,乙烷裂解制乙烯也被眾多國內企業關注,并列入擬建和擴建范疇。但后來因資源稟賦的制約,只有中石油巴州和長慶2套裝置列入試點示范,目前已建成投產的只有中石油、新浦化學、萬華化學、衛星石化等7套裝置,以乙烷或混合輕烴為原料制乙烯、產能618萬噸/年,產能約占我國乙烯總產能的13.2%。丙烷等輕烴為原料脫氫制丙烯裝置快速建設,已建成丙烷及C?C?混合輕烴制丙烯裝置34套,共計產能1602.6萬噸/年,占我國丙烯總產能的34.9%,其中2022年投產的17套丙烯裝置中就有8套,占了去年新增產能601萬噸/年的62%以上;今年以來又建成投產4套丙烷脫氫裝置,新增產能252萬噸/年。
總體看,國內烯烴原料輕質化轉型已得到業界同仁的高度關注。下一步在科學論證輕烴來源和供應鏈安全以及經濟競爭力的前提下,還可以慎重決策以輕烴為原料的烯烴裝置建設。
第二個趨勢是通用材料的高性能化。通用材料與高性能材料之間并不存在截然的分界線。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等這些通用合成材料也可以通過改性和合金化實現高端化和高性能化,這些普通的合成材料通過改性以后其使用性能在某些應用領域可以替代尼龍、聚甲醛等工程塑料。聚氯乙烯經過改性不僅可以制成高端仿實木地板大量出口,而且功能性改性以后還可以應用于高鐵等高端制造。有些普通聚烯烴采用新的催化劑和聚合技術,其產品性能和應用領域就可以實現高端化,茂金屬聚烯烴就是典型的代表,茂金屬聚合的彈性體不僅可以替代聚氨酯新材料,也可以替代某些工程塑料。疫情期間新冠疫苗需要一種特種包裝紙叫“特衛強”,是一種化工材料做成的包裝膜,當時說這款包裝膜只有杜邦公司能生產,當時問我國內能不能找到?后來我請教了北京化工研究院的梁愛民副院長,他說:“這是一種高強度、高滲透的高密度聚乙烯材料,首先在高溫下噴成極細的纖維,經多層黏合成低粉渣的復合材料。這種材料抗乙二醇、酒精等滅活劑,透水、但不透蛋白質等大分子,確實只有杜邦生產。”
第三個趨勢是合成材料的功能化。新世紀以來合成材料的功能化是發達國家和跨國公司創新與戰略轉型的重點。如汽車保險杠自修復材料,在現有PU材料中加了微膠囊,一旦碰裂微膠囊就自行修復、保險杠恢復如初。瓦克的醫用有機硅新材料用于創可貼,透氣、不粘連、傷口易愈合,電動汽車顯示屏用有機硅改性新材料大大改善強光照射下的顯示效果。曾有報道加利福尼亞大學發明了一種具有自愈功能的新型聚合物,是一種可拉伸聚合物與離子鹽制成的新材料,可用于智能手機屏幕和電池。還有報道美國科羅拉多大學研究出一種無需制冷劑、無需電力就可以為建筑物降溫,冷卻效果強、成本低的降溫薄膜材料,每平方米約50美分。這種透明薄膜的商品名TPX,加工成約50微米厚,一棟普通房子的屋頂鋪設20平米這種薄膜,當室外溫度37℃時,室內溫度可以保持在20℃。
三問:化工新材料既是強國的代表,又是大國競爭的焦點,我國化工新材料現狀如何?
化工新材料即高性能材料以工程塑料、特種工程塑料、高性能纖維、高端膜材料為代表,主要包括高端聚烯烴、工程塑料、聚氨酯材料、氟硅材料、特種合成橡膠和熱塑性彈性體、高性能纖維及其復合材料、功能性膜材料、電子化學品、生物基材料等。高性能材料和高端樹脂一般稱化工新材料,與通用材料相比具有技術門檻高、性能優異、功能性強、附加值高等特點,亦成為大國博弈的焦點和區域競爭的熱點領域。
首先談談近年來化工新材料創新發展取得的明顯進步。“十三五”以來,我國化工新材料相繼在技術和產業化上取得突破,自主配套能力持續提升。據石化聯合會新材料專委會統計,2022年我國化工新材料產能達到4500萬噸/年,產量約3323萬噸,銷售收入高于1.3萬億元,消費量約4136萬噸,自給率達80.3%。
技術突破并實現產業化的代表性產品有:高端聚烯烴中的超高分子量聚乙烯樹脂、茂金屬聚丙烯、光伏用和高熔指熱熔膠EVA樹脂以及雙向拉伸和鋰電池隔膜用及高流動、高抗沖、低揮發等聚烯烴專用料;工程塑料的聚碳、PMMA、聚苯醚、尼龍12等;特種工程塑料的聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜等技術上長期難以突破的產品;碳纖維、聚酰亞胺纖維、超高分子量PE纖維、聚苯硫醚纖維等幾大高性能纖維及其復合材料都相繼取得突破和產業化……不再一一列舉。
其實,我們還要看到我國化工新材料領域還存在明顯的差距。化工新材料始終還是我國石化產業的短板,還有不少產品依賴進口,如工程塑料、功能性膜材料和電子化學品的總體自給率接近80%,而高端聚烯烴、高性能纖維的自給率卻不到60%,液晶顯示材料、光刻膠等高端產品的自給率更低只有5%-6%。特別是聚烯烴通用樹脂為主,種類同質化、型號同質化嚴重,高端化、差異化、專用型和功能性嚴重不足;特種工程塑料的技術制約更加嚴重,工程化、產業化差距明顯,中低端產品居多,高性能產品短缺。電子化學品中超高超純光刻膠、高純磷烷以及高精度拋光墊材料長期依賴進口,其他還有高性能氟樹脂、氟橡膠等也是嚴重依賴進口。另一類就是像茂金屬催化劑、高碳ɑ-烯烴、己二腈等關鍵單體和材料長期難以突破,血液透析等醫用高端功能性膜材料也是長期難以突破。
四問:化工新材料未來創新發展的重點在哪里?
應該是重點突破。“十四五”期間重點在高端化、差異化創新突破,在產業結構上取得重大進展,化工新材料整體自給率超過75%,產能布局更趨合理,園區化、集約化發展水平進一步提升,形成10個左右產值超百億元的化工新材料產業園;企業結構取得重大進展,培育一批像萬華化學、新和成、東岳、泰和新材、華峰、巨化、金發科技等具有引領作用的化工新材料領軍企業;創新能力顯著增強,自主創新和原始創新能力明顯提升,產學研協同創新體系日臻完善,建成一批條件和隊伍世界一流的創新平臺;重點突破一批“卡脖子”關鍵核心技術,搶占一批科技創新制高點,化工新材料品種系列化、高端化、差異化取得明顯成效。
目前應聚焦在差距更加明顯的產品。如茂金屬高端聚烯烴、長碳鏈尼龍和芳香族尼龍、EVA、EVOH、α-烯烴、POE等。
EVOH薄膜其阻隔性能優異,尤其是阻氧阻濕性能,其阻隔性能比尼龍膜高上百倍,比聚乙烯聚丙烯膜高上萬倍,比常用的PVDC包裝膜也高數十倍,我訪問三菱化學時就了解到他們含EVOH膜用于葡萄酒和牛奶的包裝。
EVA膜因為其優異的封裝性能、良好的耐老化性能和價格低廉,是目前太陽能電池封裝用最普遍的膠膜,占了光伏市場的半壁江山,而我國高醋酸乙烯含量的EVA受技術限制嚴重不足。
這幾類產品都是因為技術瓶頸尚未大規模工業化,而高端產品供應不足,雖然擬建和規劃建設的產能很大,但自有技術大規模產業化還需要攻關。
電動汽車鋰離子電池用隔膜原料受限突出,因為鋰電隔膜不僅技術門檻高,而且安全保障要求更高,如果隔膜破損造成電池短路,容易出現重大事故造成難以挽回的損失。目前鋰電隔膜的主要材料是聚乙烯、聚丙烯,制膜過程分濕法工藝和干法工藝。干法工藝用原料是均聚聚丙烯占96%、抗沖共聚聚丙烯占4%,而濕法工藝用原料是超高分子量聚乙烯占98%、高密度聚乙烯占2%。因為我國新能源汽車全球遙遙領先,所以鋰電隔膜我國也占世界市場的40%以上(韓28%、日21%、美6%等)。但鋰電隔膜用原料主要以進口料為主,因為國產聚烯烴做的基膜透氣性波動大、產品質量不穩定,目前國內隔膜用原料成本較高。目前正在研發的新材料隔膜有聚偏氟乙烯、間位芳綸、PET、聚酰亞胺等。
五問:一段時期以來生物基和生物可降解材料受到國際國內的高度關注,甚至自禁(限)塑政策出臺以來,生物可降解材料一度出現過熱現象,生物基和生物可降解材料現狀如何?
生物基和可降解材料是近年來全球重視和研發的重點,美國、德國、日本、英國、荷蘭、巴西等發達國家和生物資源豐富的地區,都高度重視并加快生物基材料的研發、產業化和應用。當前生產石化產品和材料正在加快由石油天然氣煤炭等化石資源為原料向生物質資源為原料轉型,生產石化產品和材料的工藝過程向生物技術轉型。
據OECD預測,未來10年至少有20%以上的石化產品可由生物基產品替代,而目前的替代率不到5%,缺口約6000億美元;到2030年全球生物基化工產品占比有望達到35%。
美國《生物質技術路線圖》提出:2030 年生物基化學品將替代 25%有機化學品和 20%的石油燃料。
歐盟《工業生物技術遠景規劃》也預測:2030年生物基原料將替代6%-12%的化工原料、30%-60%的精細化學品將由生物基獲得。
歐洲塑料工業協會最近表示,2022全球生物基塑料產量達190萬噸,其中生物基環氧樹脂占27%,生物基聚乙烯和聚乳酸都是16%,生物基聚酰胺占9%。歐盟去年生物基塑料產量40萬噸,產品結構來看:生物聚丙烯占歐盟生物塑料產量的24%,生物基聚乙烯占18%,PBAT占15%,生物基環氧樹脂占9%。
可見,生物基和可降解材料確實得到國際國內的高度重視,多項技術和多個產品創新突破都在加速。
我與跨國公司的互訪和交流中,了解到很多生物基和可降解材料的情況:我帶隊訪問三菱公司時,看到了他們開發成功的生物基聚碳酸酯工程塑料,用異山梨醇代替雙酚A,其透明性、光學性能、高耐磨性及抗沖擊性能都優于雙酚A型PC,已做成汽車全景天窗,未來不僅用于汽車、能源,還將用于光學、電子儀器、裝飾裝修等。三菱化學的可降解食品包裝膜,空氣阻隔性能好、保鮮時間長,外觀既可以像高檔紙用于奶制品包裝,也可以像玻璃瓶用于葡萄酒盛裝。訪問LG化學創新中心時,也了解到他們正在研發生物基化學品和新材料。與帝斯曼、阿科瑪、贏創等公司交流中也了解到他們研發的生物基丁二酸以及生物基長碳鏈尼龍等。
大家熟悉的燃料乙醇,以及生物質乙醇脫水制乙烯,進而獲得有機化學品和聚乙烯等聚合物。最近有報道美國的生物技術公司和化學品制造商與魯姆斯合作,正在開發乙醇脫水制丙烯和全生物基聚丙烯技術,擬議中的建設規模150萬噸/年。韓國LG公司和巴西布拉斯科公司也都在研發生物質乙醇脫水制丙烯和聚丙烯的技術,目前看技術基本成熟,只是成本問題有待驗證。
為應對禁(限)塑令,近幾年大熱的生物可降解材料聚乳酸、聚烷基酸酯等,還有生物法丁二酸、丙二醇、丁二醇、戊二胺以及生物基尼龍、生物基聚酯、生物基聚碳等。巴斯夫宣布獲得生物基1.4-丁二醇技術,下一步將擴大生物基BDO及其衍生物(四氫呋喃、聚四氫呋喃等)供應;美國Genomatica、意大利Nonamont、日本三菱化學、東麗、中國遼寧金發生物等都已建立了生物基1.4-丁二醇裝置。
最典型、最具代表性,也是技術工藝最成熟、市場競爭力最好的要數杜邦的生物法丙二醇。杜邦公司的生物法1.3-丙二醇,不僅產品質量、能耗都優于化學合成工藝,其性能和成本的市場競爭力也更強,不僅用于生產PTT聚酯纖維,而且已在服裝、住宅地板、運動用品等方面應用,尤其適用于化妝品等精細和高端領域有著獨特的競爭優勢。
生物法聚丙烯酰胺也是少有的生物法工藝優于化學合成法的一個代表性產品。當前生物法獲得醫藥和農藥產品更多一些。
我在國內調研過程中也看到了國內很多企業在生物基化學品和可降解材料方面取得的創新成果和產業化裝置。我曾調研過海正生化的聚乳酸生產裝置,調研過凱賽科技在濟寧新材料工業園的尼龍56產業化裝置,工作中也與豐原集團就創新與產業化作過交流。傳統石化領域的生物化轉型,將是未來一個重要方向。
六問:生物基和生物可降解材料國際國內都在加大創新、加快產業化,很多人也都在大談生物基和生物可降解有許多優點,以后所有石化產品和化學合成材料都將被生物基取代嗎?
不可能。生物基化學品和生物可降解材料確實有很多優點,特別是在貫徹“雙碳”戰略、減碳低碳和可循環方面,比以化石資源有其獨特的優勢。但是,我們一定要看到生物基化學品和生物基材料也存在制約瓶頸。
第一個瓶頸就是生物基和可降解材料的產業化受技術與創新的制約。生物可降解材料的加工性能、使用性能等都有待提升和改善,再就是關鍵核心技術受限,如擬上和規劃建設聚乳酸生產裝置的企業不少,但是掌握關鍵單體丙交酯產業化技術的單位卻很少。
第二瓶頸是生物基化學品和可降解材料,目前經濟上具有競爭力的產品不多。如果沒有政策性的補貼和支持,恐怕很難在市場競爭中平穩可持續發展。
第三個瓶頸更加凸顯,就是生物基化學品和可降解材料原料的制約。生物基化學品和可降解材料目前大多以糧食、甘蔗和淀粉為原料,如果實現了以植物廢棄秸稈等可再生資源為原料,將是前景無限的。但目前以秸稈等廢棄可再生資源為原料,其技術和經濟性都不過關。如果全部以糧食和淀粉為原料,大量生產化學品和可降解材料的話,我們與美國大量種植轉基因玉米和巴西盛產甘蔗不同,在耕地少、人口多的中國,畢竟我國糧食產量6.5億噸、保糧食安全沒有大的問題,若以糧食為原料生產3000萬噸化學品和可降解材料的話,要消耗掉糧食總產量的1/6,勢必存在與人爭糧和與糧爭地的現實問題,狀況是可想而知的!
第四瓶頸是可降解材料只能部分代替化石原料的合成材料。因為可降解材料的加工與使用性能不可能全部代替現有合成材料;也因為汽車、電器及高端制造等領域所用的合成材料及其改性和復合材料,沒有必要全部由可降解材料替代。可降解材料在一次性包裝、地膜覆蓋等領域有著較好的應用前景,但不是適合所有應用合成材料的領域和場景。
七問:消除塑料污染和廢棄塑料資源化利用是國際國內高度關注和正在實施行動的重要內容嗎?
黨的二十大指出,中國式現代化是人與自然和諧共生的現代化。并特別強調推動經濟社會發展綠色化、低碳化是實現高質量發展的關鍵環節。實施全面節約戰略,推進各類資源節約集約利用,加快構建廢棄物循環利用體系。
消除塑料污染確實受到國際社會的普遍關注。實際這也是塑料行業當務之急和塑料工業創新發展面臨的嚴峻挑戰。塑料自誕生百年來共生產了約90億噸,由于使用不當和使用后的廢棄塑料大量增加,對生態環境造成嚴重污染,尤其是對海洋生態造成的污染日益嚴峻,已引起國際社會的普遍關注。
據經合組織2022年發布的《全球塑料展望:經濟驅動、環境影響和政策選擇》報告,2000~2019年的20年,全球塑料從2.34億噸/年增加到4.6億噸/年,增幅96.6%;塑料垃圾則從1.56億噸/年增加到3.53億噸/年,增幅高達126.3%;2019年全球約3.5億噸廢塑料中只有9%被再次利用,19%被焚燒、約50%被填埋、22%被丟棄。所以消除塑料污染的呼聲和行動越來越被重視。
2022年1月,歐盟更新了《包裝和包裝廢棄物指令》,要求到2030年歐盟市場上所有塑料包裝中要含有不低于30%的回收塑料,到2040年提高到65%。2021年11月,美國環境保護局發布2030年廢塑料回收利用率達到50%。澳大利亞《國家塑料計劃2021》中明確,2025年塑料包裝的再生塑料含量應達到20%。加拿大謀劃到2030年某些塑料包裝中再生塑料的比例要達到50%。我國于2020年初,國家發改委和生態環境部發布《關于進一步加強塑料污染治理的意見》,對規范塑料廢棄物回收利用以及“十四五”期間分階段目標和具體措施都提出了明確要求。
去年召開的第五屆聯合國環境大會上,與會國一致同意以“保護環境和人類健康不受塑料污染,最終消除塑料污染”為目標,從全生命周期的角度,促進塑料可持續設計與無害化處理。今年9月4日聯合國出臺的《塑料條約零號草案》,這個《草案》涵蓋了塑料的生產、產品設計、廢棄物管理全生命周期,將直接決定塑料污染公約的具體細節和走向,為今年11月份在內羅畢舉辦的第三輪政府間談判提供了指導和支持。包括中國政府在內的世界各主要國家和社會組織、大型企業等都在認真研究,中國石化聯合會也與世界同行一道積極以科學的、客觀公正的和實事求是的研究應對之策。當然,近幾年來以多家跨國公司為主發起成立的“終結廢棄塑料污染聯盟AEPW”,也為消除廢棄塑料污染提出過很多思路、方案和措施,做了大量卓有成效的工作。
八問:塑料循環利用有哪些重要途徑?對廢棄塑料的資源化利用有政策要求嗎?
廢棄塑料資源化循環利用分物理循環和化學循環。物理循環利用是廢棄塑料資源化梯級再利用的現實路徑,很多單位、科學家和科技創新人員都在加大創新力度,探索和創新廢棄塑料物理循環再利用的方法和方案。瞿金平院士就利用創新的專用設備和加工技術,實現了廢棄塑料不用分揀、處理干凈以后直接加工,實現資源化再利用。巴斯夫研發成功一種塑料添加劑,可用于回收后物理再循環的塑料中,其機械性能明顯提升,使用壽命延長,用于回收的聚乙烯、聚丙烯塑料中,也循環用于汽車、包裝、農膜等領域,目前已應用于歐洲、美洲、中東、亞洲等區域。
廢棄塑料的化學循環資源化再利用,是當前國內外高度重視的創新內容。因為化學循環可以實現廢棄塑料的高價值化再利用,很多跨國公司和國內企業也都取得了重要的階段性成果。有的是將廢棄塑料用解聚或分解的方法,還原為單體、再次聚合實現化學循環。據我了解,最早的杜邦,近年的亨斯邁、中石化石科院等都已掌握“甲醇分解技術”將廢聚酯(PET)飲料瓶、分解成對苯二甲酸甲酯和乙二醇單體,然后重新合成新的PET樹脂,實現了閉環化學循環。也有的是將廢棄塑料氣化為合成氣或者熱解為油品,再合成化學品及其聚合物。如巴斯夫正在研發的熱化學裂解工藝,把廢塑料熱裂解為油品或合成氣,熱裂解獲得的油品在路德維希港一體化基地替代化石原料,經裂解獲得的烯烴進一步生產各種化學品或聚合物。其品質達到食品級,用于奶酪包裝、透明冰箱組件、保溫隔熱材料,以及奔馳汽車的車門把手。
此外,伊士曼通過聚酯再生技術實現一系列聚酯塑料廢棄物的化學回收,與傳統工藝相比可減少20%-30%的溫室氣體排放。日本神鋼環境利用流化床氣化爐,把低純度、不易循環利用的廢舊塑料氣化,獲得的合成氣制取甲醇,該項目計劃2023年9月開始運營,這種方法每處理6萬噸廢塑料,可綜合減少10萬噸二氧化碳排放。中石化石科院、航天科工等也都取得了塑料循環利用的階段性成果。
對塑料循環利用的政策要求。前面談到了歐盟、美國、加拿大等發達國家和地區對回收塑料的循環利用都提出了添加比例的目標要求。我國《關于進一步加強塑料污染治理的意見》也對規范塑料廢棄物回收利用提出了要求。特別是國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》在“循環經濟助力降碳行動”部分,強調“到2025年,廢鋼鐵、廢紙、廢塑料、廢橡膠等9種主要再生資源循環利用量達到4.5億噸,到2030年達到5.1億噸。”“加強塑料污染全鏈條治理”等明確的目標和要求。加大廢棄塑料的循環利用量,就減少了化石資源的消耗量,不僅降低人類對石油天然氣煤炭等化石資源的依賴,而且也減少了溫室氣體二氧化碳的排放。
實際上,我們一定要強化對廢棄塑料的資源化利用的認識,這是解決塑料污染現實而重要的途徑!塑料的物理梯級循環利用是目前相對適用的路徑。化學循環是實現廢塑料高價值資源化利用的重要方法,這也是當前化學家和化學工程師們聚焦攻關的重要課題。廢棄塑料的化學循環資源化再利用從技術的角度看不是難題,因為化學反應大多都是可逆的:能合成就能分解、能聚合就能解聚!化學家自己聚合反應得到的高分子聚合物,是一定能夠通過解聚(或裂解)反應使之分解,這就是化學反應的基本原理,也是化學家們的專長,技術上不存在障礙。目前最大的障礙是經濟上的,是成本和價格問題,是企業的運營成本和再生后的塑料價格高于還是低于原生塑料的價格?即經濟競爭力問題。
我認為今天看起來日益嚴峻的廢棄塑料污染問題終會被解決的,可僅僅有技術方案是不夠的,還需要政策的推動與支持、經濟競爭力以及人們的共識和全球的行動。
九問:合成材料對“碳達峰碳中和”有什么貢獻?
合成材料對人類社會“碳達峰碳中和”有著重要貢獻。自塑料誕生100多年來,在眾多應用領域實現了以塑代鋼、以塑代木等,對節約能耗和保護生態環境都做出了重要貢獻。例如合成纖維不僅改善和大大豐富了人們的日常生活,而且為保護耕地做出了重要貢獻;再如改性塑料、高性能復合材料在世界汽車工業、航空工業的大量應用,推動汽車和飛機實現輕量化,對全社會節能降耗都有重要貢獻。通過合成材料的應用以節能降耗和減碳降碳的案例不勝枚舉。
以二氧化碳為原料合成高分子材料的創新,是全球高度重視、都在研發和技術攻關的一個熱點,國內多位科學家和不少研發機構都積累了很多階段性成果和寶貴的經驗。一條路線是二氧化碳與氫合成甲醇、經C?化工的路線,甲醇制烯烴到合成材料;另一條路線是以二氧化碳為原料直接合成高分子材料。
美國的Twelve公司已經實現了二氧化碳和水制得聚丙烯,其聚丙烯的功效和性能與石腦油聚丙烯一樣,已與奔馳合作生產出世界上第一個以二氧化碳為原料的汽車零件,并且已與汽車、家居、服裝等多個產品,以及寶潔和美國航空航天局達成合作。巴斯夫以二氧化碳為原料與乙烯合成了丙烯酸,進而生產出高吸水性樹脂用于嬰兒和老年用品。日本制鐵利用煉鐵高爐或電爐排放的二氧化碳與二元醇反應合成了聚碳酸酯二醇,作為下游聚氨酯的原料,這一創新不僅減少了二氧化碳排放,而且代替了以一氧化碳和光氣為原料先制得碳酸二甲酯、再與二元醇反應制取聚碳酸酯二醇的傳統工藝,消除了危險性極高的光氣法傳統工藝,預計2030年實用化。以二氧化碳為原料經生物催化制取丁二酸,獲得了生物可降解材料PBS的原料,已取得實驗室研究成果。
以上創新都是以二氧化碳為原料合成新的材料,以二氧化碳為原料合成有機化學品的創新,也得到同等重視,也在同步加快。這些創新成果大規模工業化推廣以后將直接減少二氧化碳排放。二氧化碳資源化利用綠色化學的創新正在穩步取得進展和突破,再過15年左右必將為碳中和做出重要貢獻。
創新無止境,材料科學的發展無止境。高分子材料自誕生以來為人類文明和社會進步做出了重要貢獻,未來將繼續為推動技術革命和產業變革作出新的貢獻!今天看起來因高分子材料使用過程中造成的問題,一定會隨著創新與技術的進步得到妥善解決,人類的未來一定會更加美好!
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