塑膠 極大地改變了我們的生活方式,使我們能夠製造新的創新工具、容器,甚至是可替換的身體部件,如髖關節和膝關節,同時也產生了一系列不良副產品,包括不可生物降解的垃圾和來自化石燃料(如煤、石油和天然氣)的汙染。現在,一個新興的行業正試圖透過使用二氧化碳和大腸桿菌等廢棄物來製造塑膠被環境汙染的形象,從而擦亮可生物降解和可再生的聚合物。
這種趨勢在週三得以延續,總部位於紐約州伊薩卡的Novomer公司宣佈,該公司利用二氧化碳生產環保塑膠和聚合物,已在一次融資活動中籌集了660萬美元(由舊金山的Physic Ventures和馬薩諸塞州劍橋的Flagship Ventures等風險投資公司領投)。該公司表示,計劃利用這筆新資金擴大其生產能力和開發力度。在此之前,該公司還獲得了國家科學基金會(50萬美元)和美國能源部(10萬美元)的小企業 grants,用於繼續開發其聚合催化劑系統。
Novomer公司聚合物製造過程中的關鍵成分是金屬催化劑,如β-二亞胺基乙酸鋅,它將導致溫室氣體的分子(如二氧化碳)以及一氧化碳和其他可再生材料與液態環氧化物結合。
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“塑膠現在比歷史上任何時候都更重要,”康奈爾大學化學教授 Geoffrey Coates 說,他是 Novomer 公司的聯合創始人兼首席科學官。他指出,在過去 50 年的每一年,工業界生產的塑膠都比以往更多。這不僅包括牛奶壺或 CD 盒等商品,還包括心臟支架等專用生物醫學裝置以及太陽能電池等新興技術。如今,外科醫生可能會用金屬螺釘將骨折的骨骼固定在一起,然後在骨折癒合後必須將其取出,而生物塑膠則有望成為外科手術材料,它具有相同的功能,但可以在體內安全降解,從而無需進一步手術。
技術商業化公司 KensaGroup, LLC 於 2004 年成立了 Novomer 公司,其基礎是康奈爾大學研究團隊進行的可再生聚合物研究。該團隊由 Coates 和前研究生 Scott Allen 領導,Scott Allen 是 Novomer 公司的聯合創始人,現在是該公司的研發主管。
在其工作之前,基於生物材料的聚合物是可能的,但它們更像是一種新奇事物,因為高昂的製造成本阻礙了大規模生產。Novomer 公司的工藝在幾個方面與其他生物塑膠製造努力不同,主要是因為它是在室溫下完成的,使用相對較少的能量,公司總裁 Charles Hamilton 說。這意味著在此過程中不會燃燒化石燃料。“我們在一個像高壓鍋一樣的反應器中將液態環氧化物與二氧化碳結合起來,”他說。“加入催化劑,這兩個部分就像拉鍊一樣結合在一起。你就創造了一個非常長的環氧化物與二氧化碳鍵合的鏈條。”
從反應器中出來的材料——其中最大的反應器大約是一個一加侖(四升)的金屬罐——是一種蜂蜜狀液體,含有少量催化劑材料,這些材料稍後會被過濾掉。Novomer 公司為生產塑膠產品的公司(包括柯達公司)開發這些聚合物。“它與其他用於製造電腦外殼、薄膜和瓶子的大規模聚合物非常相似,”Hamilton 說。Novomer 公司的計劃是,隨著公司擴大其生產系統,利用來自其他行業企業(如混凝土製造商和氫氣生產商)的二氧化碳。
總部位於馬薩諸塞州劍橋的 Metabolix 公司於 1992 年成立時,生物塑膠行業“更多地建立在希望之上,而不是其他任何東西,”聯合創始人兼首席科學官 Oliver Peoples 說。生物塑膠的商業化始於 2001 年,當時總部位於明尼阿波利斯的嘉吉公司(提供從農產品到風險管理服務的各種產品)成立了 NatureWorks, LLC,以開發完全從可再生資源中提取的生物聚合物,其成本與傳統塑膠相當。
Metabolix 公司使用大腸桿菌等微生物製造塑膠顆粒。“該生物體會吸收糖並將其分解,聚合物在生物體內部製成,”他說。Metabolix 公司提取聚合物並回收廢棄物。這些顆粒可以熔化並重新塑造成各種塑膠產品。
Peoples 認為其他生物塑膠生產商是“同行者”,對於為可生物降解和可再生資源製成的聚合物建立良好聲譽至關重要。這種團結非常重要,因為“在將石油基產品趕出市場之前,還有很長的路要走,”他說。“最重要的是,人們需要知道這些可生物降解的塑膠是可用的。”
即使公眾對塑膠材料的消費持續增長,繼續製造石油基塑膠的努力也可能受到石油價格上漲的阻礙。“未來對這些材料的需求是如此巨大,”Coates 說,“所有這些[生物塑膠]公司都有充足的發展空間。”