未來(lái)的展望科技論文(2)
未來(lái)的展望科技論文
未來(lái)的展望科技論文篇二
對(duì)生物基塑料的未來(lái)展望
摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，全球已經(jīng)面臨巨大的資源和環(huán)境壓力，各種資源匱乏、氣候變暖及環(huán)境污染問(wèn)題讓人們不得不探尋新的材料和能源，生物基塑料成為人們減輕環(huán)境污染、緩解資源矛盾的新方式，它也因此成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文分析了生物基塑料的概念、當(dāng)前生物基塑料發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，并對(duì)生物基塑料的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，從而為減輕資環(huán)環(huán)境壓力，促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)更好的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：生物基塑料 概念 存在問(wèn)題 未來(lái)展望
近年來(lái)隨著生物基塑料的研發(fā)和應(yīng)用，一些傳統(tǒng)的塑料制品已經(jīng)被其替代，生物基塑料已經(jīng)在解決資源和環(huán)境問(wèn)題上發(fā)揮了重要作用。本文分析了生物基塑料的研究狀況及當(dāng)前發(fā)展中遇到的主要問(wèn)題，并對(duì)生物基塑料的未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行展望，以期為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
一、生物基塑料的概念
1.生物基塑料的定義
2003年11月日本的生物塑料協(xié)會(huì)將生物塑料定義為生物分解塑料和生物基塑料。所謂生物分解塑料(BDP)是指，在一定環(huán)境條件下，這類(lèi)塑料能夠由細(xì)菌、藻類(lèi)、真菌等微生物的作用分解，而不會(huì)帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題，目前生物分解塑料既來(lái)源于石油又來(lái)自可再生資源。所謂的生物基塑料(BBP)是指可再生資源例如淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、木質(zhì)纖維素、生物聚合物及二氧化碳等，以這些材料為原料加工而成的塑料，就被稱為生物基塑料。所謂生物塑料就是指綠色的生物材料，它不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，或能夠減輕對(duì)環(huán)境的污染，是給空氣帶來(lái)二氧化碳負(fù)擔(dān)的“碳中性”材料。
2.具有代表性生物基塑料產(chǎn)品的特點(diǎn)比較
3.生物基塑料的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)生物基塑料的檢測(cè)方法主要是通過(guò)對(duì)其進(jìn)行C-14分子標(biāo)記，然后測(cè)量其產(chǎn)品中各組分的碳原子是生物碳或化石碳及含量在總有機(jī)碳中的百分比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。例如計(jì)算以淀粉為原料制造的淀粉基塑料的生物基含量：
50%淀粉與50%聚乙烯的淀粉基塑料，其中淀粉生物C含量為41%、聚乙烯生物C含量為82%，其生物基含量的計(jì)算方法為(50%×41%)÷(50%×82%+50%×41%)=33.3%。日本的生物含量的等級(jí)分為4個(gè)：25%～50%，50%～75%，75%～90%，>90%，其中25%～50%的產(chǎn)品所占的比例最大。
二、當(dāng)前生物基塑料發(fā)展?fàn)顩r
隨著，公眾環(huán)保意識(shí)的逐步增強(qiáng)，探尋資源的可再生方法已經(jīng)得到了越來(lái)越多人的關(guān)注，將一些常見(jiàn)的可再生資源例如谷物、木材、甜菜等制造成生物聚合物，實(shí)現(xiàn)資源的再生。目前，生物基塑料的研究已經(jīng)完成了由初級(jí)研究到商業(yè)化、規(guī)?；较虻陌l(fā)展，截止到2012年全球生產(chǎn)制造的生物基塑料產(chǎn)量達(dá)500Kt左右，其所能帶來(lái)的能量達(dá)1060kt，根據(jù)美國(guó)Fredonia集團(tuán)的研究報(bào)告表明，生物基塑料的需求量在未來(lái)的幾年里其增長(zhǎng)率仍會(huì)大幅度提高。歐洲的生物塑料協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)在未來(lái)的幾年里生物基塑料的生產(chǎn)規(guī)模仍然會(huì)擴(kuò)大，今后可被生物分解的生物基塑料中制造業(yè)產(chǎn)品如兒童玩具、汽車(chē)裝飾用品、汽車(chē)零件及家用電器等的需求量最大且增長(zhǎng)速度最快，預(yù)測(cè)增長(zhǎng)速度會(huì)超過(guò)20%。目前生物基塑料在我國(guó)的應(yīng)用主要是在以下5個(gè)行業(yè)：一包裝行業(yè);二制造業(yè);三紡織業(yè);四農(nóng)用地膜;五醫(yī)學(xué)業(yè)。
三、生物基塑料使用的主要技術(shù)
1.“生物成型”技術(shù)
作為世界知名的可口可樂(lè)公司承諾在2020年，本公司所使用的所有的PET容器都將使用生物材料，該產(chǎn)品主要是由美國(guó)著名的生物技術(shù)公司Virent、Gevo共同研發(fā)生物合成PX工藝，實(shí)現(xiàn)PTA的綠色化。Virent公司已經(jīng)成功的采用了“生物成型”技術(shù)，將玉米、甘蔗等含糖作物與糠醛生物共同轉(zhuǎn)化為PX，實(shí)現(xiàn)了完全由可再生材料合成生物基PET。
2.分子重組技術(shù)
目前，國(guó)際上知名的生物化工企業(yè)Virent、Gevo、Avantium等已經(jīng)成功的應(yīng)用生物技術(shù)從植物、農(nóng)作物的廢棄物等資源中進(jìn)行分子重組轉(zhuǎn)化為PX，并通過(guò)氧化技術(shù)生產(chǎn)出PTA，從而實(shí)現(xiàn)了100%的PET生物基產(chǎn)品。
3.“YXY”技術(shù)
美國(guó)生物化工Avantium公司與美國(guó)高校共同研發(fā)了“YXY”技術(shù)，該技術(shù)將植物源獲得的呋喃糖通過(guò)生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為2，5-呋喃羧酸，從而與MEG酯化聚合生成PEF，目前 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了PEF聚酯瓶的商業(yè)化生產(chǎn)。
四、幾類(lèi)生物基塑料的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
目前國(guó)內(nèi)外研究較多且開(kāi)發(fā)和技術(shù)相對(duì)成熟的生物基塑料主要有：淀粉基生物降解塑料、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等。
1.淀粉基生物降解塑料
淀粉基生物降解塑料是淀粉經(jīng)過(guò)改性、接枝反應(yīng)后與其他聚合物共混加工而成的一種塑料產(chǎn)品， 具有投資少、成本低、方便快捷、等特點(diǎn)。目前共研發(fā)出填充型、光-生物雙降解型、共混型及全淀粉型四種可降解塑料。經(jīng)過(guò)30年的研發(fā)歷史，淀粉生物降解塑料已廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)業(yè)以及化妝行業(yè)等。
2.聚乳酸生物降解塑料
聚乳酸是以乳酸為原料合成的材料，具有無(wú)毒、無(wú)害、高強(qiáng)度、易加工成型及可全降解性能等特點(diǎn)。因此，聚乳酸是一種能真正達(dá)到生態(tài)和經(jīng)濟(jì)雙重效應(yīng)的環(huán)保材料，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外著重研究和關(guān)注的生物降解塑料。但價(jià)格較高對(duì)其大規(guī)模應(yīng)用有一定的限制。
3.聚丁二酸丁二醇酯生物降解塑料
丁二酸和丁二醇經(jīng)縮聚形成聚丁二酸丁二醇酯， 其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐熱性，并且其加工定型和穩(wěn)定性方面也比其他生物基塑料好?？傮w而言，其綜合性能優(yōu)異， 性價(jià)比合理， 具有良好的應(yīng)用推廣前景，。
另外，國(guó)內(nèi)外正在研究開(kāi)發(fā)一些新型生物基塑料。例如：美國(guó)農(nóng)業(yè)部研究由檸檬酸和丙三醇制得的生物降解聚合物，美國(guó)加州大學(xué)正在推出的利用碳水化合物和肽合成生物材料以及國(guó)內(nèi)相關(guān)研究部門(mén)研究以農(nóng)產(chǎn)品為原料制造可塑淀粉生物降解材料，顯示出未來(lái)生物技術(shù)塑料發(fā)展的前景巨大。 五、生物基塑料發(fā)展中存在的主要問(wèn)題
1.生物基塑料的性能較石油基塑料有差距
目前形成產(chǎn)業(yè)的生物基塑料的性能(力學(xué)性能、穩(wěn)定性、耐熱性、燃燒性、阻隔性等)較石油基塑料的性能上還存在著一定的差距，在很多要求嚴(yán)格的領(lǐng)域中，生物基塑料不能夠替代石油基塑料，因此必須通過(guò)對(duì)其性能進(jìn)行改造的手段，盡量使其性能達(dá)到可利用的標(biāo)準(zhǔn)。
2.生物基塑料的生產(chǎn)投資大、成本高
相關(guān)國(guó)外《生物基生命周期對(duì)環(huán)境影響的全面分析》調(diào)查研究表明，生物基塑料的制造所使用的農(nóng)作物，較普通的農(nóng)作物而言使用的農(nóng)藥、化肥的量更大，其產(chǎn)品對(duì)環(huán)境污染的影響更大，因此在投資項(xiàng)目時(shí)一定要全面分析，慎重做決定。
六、展望生物基塑料的發(fā)展前景
1.生物基塑料替代傳統(tǒng)能源
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，全球面臨的資源和環(huán)境問(wèn)題日趨加劇，環(huán)境污染、資源匱乏、能源短缺都迫使人們急切探尋新能源來(lái)替代傳統(tǒng)的能源。用可再生資源替代石油資源已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，隨著人們生活水平的提高，對(duì)石油資源的需求量只會(huì)與日俱增。隨著全球氣候變暖問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，美國(guó)能源情報(bào)署2006年初預(yù)測(cè)，到2025年，世界的二氧化碳排放量將達(dá)3.88×107kt，而中國(guó)目前的二氧化碳排放量已經(jīng)達(dá)到3.8×106kt，因此中國(guó)面臨的減排工作還是十分嚴(yán)峻的，同時(shí)相關(guān)研究表明，生物基塑料的節(jié)能減排效果顯著，生物基塑料的二氧化碳排放量比石油基塑料的排放量少20%～30%。因此，生物基塑料的發(fā)展有巨大的市場(chǎng)潛力。
2.生物化學(xué)工藝技術(shù)發(fā)展為生物基塑料發(fā)展帶來(lái)新革命
生物化學(xué)工藝技術(shù)的發(fā)展為生物基塑料的性能、生產(chǎn)工序、生產(chǎn)成本等都有了突破性的改變，其不僅能夠使生物基塑料的性能達(dá)到最佳狀態(tài)，而且能夠大幅度的降低生產(chǎn)成本，提高淀粉及纖維素的含量，并且還能夠直接或間接的使用非糧食淀粉，節(jié)約糧食資源。
3.生物基塑料產(chǎn)品種類(lèi)不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大
隨著人們生活水平的提高對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，綠色食品、綠色包裝都是人們追求的新事物，而生物基塑料就是綠色包裝的典型資材。而且今后不會(huì)單單僅僅將生物基塑料的產(chǎn)品種類(lèi)局限于包裝上，會(huì)將生物基塑料的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域、紡織領(lǐng)域等，他們都將在各自領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用，實(shí)現(xiàn)資源替代和環(huán)境資源矛盾的緩解，更加有利于國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展。
七、結(jié)語(yǔ)
近年來(lái)，生物基塑料的生產(chǎn)技術(shù)體系目前已經(jīng)得到了確立，并且隨著生物材料和生物生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，其在節(jié)能減排和緩解資源環(huán)境壓力發(fā)揮著顯著的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)生物基塑料的研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，生物基塑料具有巨大的市場(chǎng)潛力。并且當(dāng)前生物基塑料作為石油基的替代品使著我國(guó)的資源利用正朝著綠色、高效、高附加值、規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，從而為我國(guó)走經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、能源可持續(xù)、資源可持續(xù)發(fā)展的道路奠定了基礎(chǔ)，因此生物基塑料具有十分美好的發(fā)展前景。
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作者簡(jiǎn)介：姓名：周毅;出生年：1976年10月;性別：男;籍貫：廣東省普寧市;工作單位：廣東楠洋職業(yè)安全事務(wù)有限公司;職務(wù)或職稱：工程師;學(xué)位：學(xué)士;研究方向：化工。
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