彻底突破：科学家将塑料转化为肥皂和洗涤剂

Josiah02 · 发表于昨天 16:00

作为中国东部浙江大学的一名本科生，刘先生和他的一些同学参加了学校赞助的一次旅行，参观了该地区的众多化学工业。
这次参观让攻读化学工程学位的学生有机会进一步了解当时中国化学品的制造和生产流程。刘先生那天意识到他真正想从事的职业是寻找减轻或阻止该行业污染环境的方法。
“我意识到这不是我们未来的可持续之路。污染无处不在：水、土壤、道路，你能想到的任何地方。工人们的工作条件令人难以忍受。我不想在这样的环境中工作，我们的后代也不想这样，”刘说。“这基本上促使我思考，‘好吧，我必须攻读高等学位，以改变我们在化学工业中的工作方式工作方式。’”
刘后来来到美国，在威斯康星大学麦迪逊分校获得博士学位。现在，他热衷于利用自己的化学工程知识创造一个更加可持续的世界，这促使他开发出一种革命性的方法来解决世界上最紧迫的问题之一——塑料污染。
经过五六年的长期研究项目终于取得了突破，弗吉尼亚理工大学理学院化学系的刘教授与他组成的本科生和研究生团队找到了将某些塑料转化为肥皂、洗涤剂、润滑剂和其他产品的方法。
刘先生撰写了一篇有关该工艺及其可行性和商业化的文章，发表在《自然可持续性》杂志上。
简单来说，刘的这个系统分为两个步骤。首先是利用热分解，即利用热量分解某种物质（在本例中是塑料）。塑料被放入刘团队建造的反应器中，加热到 650 到 750 华氏度，分解成化学化合物，留下油、气和残余固体的混合物。
第一步的关键是分解构成一定碳范围内塑料的聚丙烯和聚乙烯分子，刘和他的团队能够做到这一点。
留下的固体残余量很少，气体可以被收集起来用作燃料。不过，石油才是这里最令人感兴趣的产品。
在研究过程中，刘先生能够将油的功能化或化学性质改变为分子，从而转化为肥皂、洗涤剂、润滑剂和其他产品。
“这些材料很稳定，”刘先生举起一小瓶肥皂说道。“这小瓶肥皂已经在我的办公室里放了一年了。……你可以用它来洗手和洗碗。我们用它来清洗实验室里的玻璃器皿。”
这个过程用时不到一天，几乎不产生任何空气污染，为解决全球问题提供了迫切需要的线索。据联合国网站报道，全世界每年生产 4.3 亿吨塑料，相当于每天有 2000 辆装满塑料的垃圾车倾倒进海洋、河流和湖泊。
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塑料污染导致海洋生物窒息、土壤破坏、地下水污染，并对人类健康造成负面影响。此外，生产过程中还会向空气中排放温室气体。
联合国预计，如果不采取行动，到 2060 年塑料污染将增加两倍。不幸的是，根据联合国网站，只有不到 9% 的塑料真正被回收利用——尽管弗吉尼亚理工大学化学系主任阿曼达·莫里斯 (Amanda Morris) 表示，这是有原因的。
“我们制造塑料是为了持久耐用，因为许多塑料必须盛放液体，而这些液体又不希望从瓶子里流出来。所以它们必须是相对坚固的材料，”莫里斯说。
“将聚合物结合在一起并赋予我们强度和所用瓶子特性的键也很难被打破，因此我们只是试图找到一种节能的方式来获得清洁的产品。
“另一件事是这些聚合物可以降解成许多不同的东西。我们有没有办法把它变成一种特定的产品，然后可以再次用于下游？我想这些都是我们一直在努力解决的问题。”
刘先生和他的团队已经找到了一种打破这种束缚的方法，但现在可能遇到了困难的部分——扩大系统规模并使其成为一个连续的系统，同时更重要的是，使其具有成本效益。
很多研究人员都面临同样的困境。他们经常能找到问题的解决方案，但这些解决方案往往需要付出高昂的代价，结果往往被搁置一边。刘说，行业已经表达了对扩大这一过程的兴趣，但任何努力、精力和投资都需要带来盈利。
刘说，他正在寻求社区的帮助来测试一种商业模式。这包括确保在他的实验室中建造一个反应堆所需的资金，或者可能创建一个私人的场外初创公司来测试他的工艺的升级。是的，肥皂可以用几片塑料制成，但成吨的塑料能有利可图地生产肥皂和洗涤剂吗？
“我们这边会有很多需求来进一步降低这一流程的风险，”刘说。“我们必须降低风险，这样他们（企业）才能看到它的真正价值，并有可能采用它。”
“我估计测试这项技术需要花费数十万美元。好消息是，我们现在正在这个实验室里培养有才华的学生和博士后。他们将是未来可能继续进行这一过程的人。但我们肯定需要更多资源，尤其是资金，来建造和测试反应堆。”
抛开后端挑战，莫里斯对刘的研究成果及其未来影响仍持乐观态度。她欢迎有机会宣传刘在解决塑料问题方面所做的努力，并讨论化学系为应对这一挑战所做的努力，这是弗吉尼亚理工大学实现全球卓越目标的一部分。
“我认为，只要我们能够让广大公众（包括我们的校友和朋友）了解我们的科学成果，就会受益匪浅，”莫里斯说。“这不仅能让他们看到我们作为弗吉尼亚理工大学学生所产生的影响，还能让他们看到通过进一步投资弗吉尼亚理工大学使命所产生的影响。”
“我们的目标实际上是采用 Greg 的技术，根据我们对该工艺的基本理解进行修改，然后使其更加节能，对行业更有利。另一件事是，Greg 的技术适用于几种聚合物类别 [回收代码为 2、4 和 5]，那么我们可以将其应用于其他聚合物类别吗？我们有什么办法可以扩大该技术的覆盖范围？这也让我很兴奋。”
刘先生并不认为自己是先驱，尽管他确实是将塑料废物转化为肥皂的先驱。相反，他认为自己是为解决需要每个人努力的全球问题做出小小贡献的人。他说他欢迎科学界和工业界更多地参与其中。
换句话说，科学界需要更多合作来解决这一问题。否则风险太高了。
“现在，‘哦，我可以在实验室里玩弄一些很酷的化学反应，然后就能神奇地产生一些东西，然后我就足够好了’这种想法已经不够了，”刘说。“这当然很酷，但这并不是解决塑料危机这一紧迫问题的真正方法。
“我希望，我们能找到解决方案，我希望塑料不再是一个令人担忧的问题。我希望，随着时间的推移，社会将处理所有这些废弃物。我们可以从废物中生产出有用的化学品和材料，希望我们能够形成碳和塑料的闭环。这是我的梦想。我相信我们可以实现它，但这需要一段时间。凭借每个人的意愿，我们将解决这个问题。”

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