关闭循环:循环利用塑料废物进行碳捕获

我们这个时代最重要的两个环境问题是一氧化碳₂排放和塑料污染。高丽大学(首尔)化学与生物工程系研究教授袁香洲博士和天津大学(中国)机械工程学院副教授邓帅博士提出了一种用一个问题解决另一个问题的方法。他们将废弃的塑料瓶升级为能够吸收二氧化碳的材料₂和减少有限公司₂从大点源排放到大气中的气体。他们的方法被证明是碳负的，可以去除更多的CO₂比拟议系统的生产和运行所需的数量要多。

在过去几年中，塑料污染已成为家喻户晓的名词。从回收塑料物品的需要，到微塑料，到太平洋和其他地方的塑料垃圾岛，我们都意识到了这一威胁性的环境问题。另一个常见的担忧是温室气体排放的增加，特别是二氧化碳、二氧化碳和二氧化碳的排放₂，导致所谓的“全球变暖”或“气候变化”。这些问题已经引起了研究界的关注，关注的焦点是观察和解决由塑料污染和过量CO引起的问题₂，提出了可持续废物管理的建议。然而，尽管在实现这一目标方面取得了总体进展，但也出现了一些挫折，最近的一次是新冠病毒-19大流行。

尽管有人可能会说，在家工作、隔离和遵守封锁规则可能会减少一氧化碳的释放₂在大气中，塑料污染不是这样的:完全相反。塑料垃圾的生产大幅增加，手套、口罩、面罩、一次性塑料被用来减少污染，这只是导致塑料污染的众多物品清单上新增加的几个类别。此外，不仅仅是生产和运输对CO有贡献₂的水平。所有的活动都有碳足迹——它们释放一定数量的CO₂在它们生命周期的每个阶段。这也适用于塑料的生产，使得塑料垃圾成为二氧化碳的问题₂排放和污染:可以说是“双重问题”。

可持续的废物管理
在造成塑料污染的几种塑料中，最主要的是PET：聚对苯二甲酸乙二醇酯。PET是由水瓶、储物罐和保护性包装材料制成的一种塑料，它正在造成全球性的污染问题。仅根据水瓶指标，全世界约90%的水瓶被丢弃到垃圾填埋场或海洋中。在减少每年丢弃塑料的数量、加速PET降解（目前大约需要450年）以及从更可持续的来源生产各种类型的塑料方面，已经有了全球的努力和大量的研究。所有这些努力都显示出一些潜力，但不幸的是，这还不足以给塑料废物的完全可持续管理带来希望。同样，有大量的研究致力于CO₂捕获和储存，以及CO的降低₂产品生命周期内的排放。在这一领域的努力也很有希望，但我们还没有到那一步。

这种新的可持续废物管理方法显示出创造一个封闭的碳和塑料循环的巨大潜力。

韩国高丽大学(首尔)化学与生物工程系研究教授袁香洲博士，中国天津大学机械工程学院副教授邓帅博士，提出了一种新的可持续的废物管理方法，通过创建一个封闭的碳和塑料循环，显示出解决这两个问题的巨大潜力。然而，迄今为止的研究工作主要集中在污染和一氧化碳问题上₂这种方法将一个问题作为另一个问题的解决方案，利用塑料污染来增加CO₂通过工程塑料瓶储存以捕获CO₂．

闭合碳塑环
Yuan和Deng详细探讨了如何利用废弃PET生产可用于捕获CO的活性炭₂. 这一创新方法背后的主要思想是将塑料废物，特别是水瓶，转化为一种“海绵”，可以吸附和缓解CO₂从发电厂和水泥厂等行业排放，并帮助将其安全地储存起来。如果一个海绵瓶能够捕获相当于或高于其生产过程中释放的二氧化碳量的二氧化碳，那么就会形成一个封闭的碳和塑料循环。

产生活性碳或一氧化碳₂——从PET瓶子里吸附“海绵”——听起来可能有些牵强;但是，这不仅是可能的，而且塑料瓶的活性炭更接近原材料的状态，可以更好地处理塑料瓶。此外，它还可以进一步用作“海绵”，以便在受污染的土壤上进行种植。最终使用的活性炭可用于土壤修复，含或不含生物炭。这表明活性炭中的碳最终被固定在土壤中。因此，它对碳固存和土壤健康非常重要，从生命周期的角度来看，它不会产生固体废物。

Yuan和Deng在之前发表的作品中表示，要用PET瓶子创造这种富含碳的多孔(海绵)结构，首先要将瓶子置于非常高的温度下。由此产生的材料是一种活性炭，这意味着它具有吸附性能，因为在其他元素燃烧后，在原始结构上产生了空隙。这意味着在实践中，这种材料可以吸收气体，这些气体的分子比塑料中可用的气孔或空隙要小;有限公司₂就是这样一种分子。袁和邓进一步增强了这种PET衍生活性炭吸引和保留CO的能力₂通过引入微孔和功能基团，它们可以像胶水一样“粘住”一氧化碳₂到位-这是它的吸附能力。为了更好地理解吸附，想象一种食肉植物用它的花粉吸引昆虫;一旦昆虫进入植物内部，植物就会把它包围起来。在我们的例子中，塑料“海绵”是植物，引入的微孔和功能群是花粉，昆虫是CO₂分子;一旦公司₂当它与微孔和官能团足够接近时(被吸附在海绵的孔内)，它会通过范德华相互作用被吸引到海绵上，并被困住(被吸附)。在这个过程中使用的材料取决于这些步骤是一个接一个地发生还是同时发生，选择制造CO的实体的引入特性₂以及用来干燥最终产品的温度。研究人员测试了所有这些材料，以确定制作塑料“海绵”的最佳方法。

转向低碳技术
除了实验层面的工作，Yuan和Deng还对所提议的过程进行了全生命周期评估，从生产到浪费的每一步获取信息:或者从生产到浪费，通过检查碳捕获的潜力。这组作者将他们的发现与其他类似循环和程序的信息进行了比较，这些信息要么来自他们自己的研究，要么来自世界各地的其他组织，因此他们可以改进优化能源和水使用的方法，以及减缓全球变暖的潜力。这一阶段的关键是邓博士之前在可再生能源方面的工作，以及如何将它们整合起来协助一氧化碳的能源需求₂捕捉。利用几个灵敏度分析模型，研究人员证明，他们提出的将塑料垃圾转化为二氧化碳吸附剂的技术是碳负的。这意味着更多的一氧化碳₂被工程塑料吸附，而不是从水瓶生产、升级和替代使用的生命周期的每个步骤中集体释放。

提出将塑胶废物升级再造为一氧化碳的技术₂-吸附剂为负碳。

塑料污染管理的未来
这个创新方法的下一步将是使用捕获的一氧化碳₂从高档塑料垃圾。在最近发表的一篇文章中，袁博士提到了塑料垃圾升级回收和生物可降解塑料生产之间的协同作用，以支持低碳技术和塑料污染缓解。努力建立一个封闭的碳和塑料循环远不只是一个学术活动。它支持实现联合国可持续发展目标，如目标11:可持续城市和社区;目标12:负责任的生产和消费;目标13:气候变化;目标14:水下生活;目标15:陆地上的生命开发一个可持续的系统，以减轻塑料污染，开发一个升级的碳捕获车辆，同时缓解两个主要的环境问题，绝对是朝着正确的方向迈出的一步。