塑料的可持续解决方案。木质素的未来作用

塑料--朋友和敌人

如果你像我一样，你可能已经看到了大太平洋垃圾区所有漂浮塑料的图像，或者你可能已经看到了野生动物救援人员试图从海龟的鼻子里取出一根塑料吸管的图像。这些图像可能相当令人不安，并对塑料的声誉造成破坏。然而，塑料也是相当神奇和富有成效的。塑料以包装的形式帮助保持我们的食品卫生，它通过成为飞机、汽车和公共汽车的重要组成部分来促进我们的流动性，它被用于所有类型的医疗产品，从注射器到心脏支架到你药柜中的布洛芬瓶子。毫无疑问，塑料已经成为我们日常生活中必不可少的一部分，它具有讽刺性的矛盾性质，污染了我们的环境，并可能因进入我们的食物和水供应而对我们的健康产生负面影响。但我想这也引出了一个问题。有没有一种方法可以将塑料的不良影响降到最低，同时将它们提供的所有好处最大化？换句话说，我们能否以某种方式以更可持续的方式使用塑料？

挑战--从清洁到可再生资源

起初，以可持续的方式使用塑料的问题只是感觉到在一个规模上，坦率地说是难以承受的。例如，作为一个人，我在回收方面尽了自己的责任，但是，太平洋大垃圾场仍然存在并继续增长。因此，我必须假设某些系统在某处发生了故障。也许垃圾堆中的塑料来自于当代环境法律和法规之前的时代，也许塑料正从回收流中逃脱。也许我们在以更可持续的方式使用塑料方面有两个挑战。第一个挑战包括清理已经存在于环境中的塑料。第二，也许是最有效的解决方案，包括设计对环境更有利的新塑料，这样，如果它们碰巧逃脱了回收流，它们对环境的影响将被最小化或完全缓解。

在第一个挑战中，清理环境中的现有塑料是令人生畏的，而且相当复杂。首先，有回收塑料的物流问题，然后是将塑料机械地分拣成各种类型，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、高密度聚乙烯塑料（HDPE）、聚丙烯（PP）等。接下来，还有一个问题是试图将聚合物解压缩成其单体，以便将其重组为一种新的原始聚合物。在化学上，这是事情开始变得既有趣又复杂的地方。在工业上，有一些方法，如热解、化学和生物解聚，正被用来将塑料变成化学原料或燃料。从工业的角度来看，这个回收领域似乎越来越受到关注。然而，它也有一些可持续发展的挑战需要克服，如回收废旧塑料的物流，解聚过程中的能源消耗，以及评估解聚的聚合物在重新用于新产品之前是否没有降解的副产品和杂质。

以更可持续的方式使用塑料的第二个挑战领域是，首先要把塑料设计得对环境更有利。这个挑战有两个方面。首先，设计塑料，使其容易被降解。第二，用生物衍生的原料制造聚合物。生物衍生的原料有许多可持续发展的好处，如可再生，也需要较少的能源来开发成聚合物。例如，石油原料通常需要一个能源密集型和高污染的氧化步骤。相比之下，生物衍生原料的主要来源，即纤维素、半纤维素和木质素，本质上是高氧的。因此，有可能完全避免了能源消耗和污染产生的步骤。因此，我们问自己另一个问题。是否有更多的聚合物可以从生物衍生的原料中获得，并被设计成可降解的？

木质素--一种更可持续的石油替代品？

木质素（拉丁文lignum=木材）使植物具有形状和坚固性。从功能上讲，木质纤维素生物聚合物加强了植物的细胞壁，由三种主要成分组成，其中纤维素和半纤维素形成一个框架，第三种成分木质素作为一种粘合剂，导致细胞壁的固化（木质化）。木质化加强了植物木质部组织的细胞壁，为植物提供了防风、防虫的保护，并提供了抵御其他外部因素的能力。陆生植物从木质素中获得的所有这些结构和功能上的好处在工业上也很有用--你可以把木质素看作是一种可持续的精细化学品仓库。

木质素的魔力并不止于此，因为我们实际上拥有这个仓库的钥匙。而且，这把钥匙就是解聚。一旦木质素被解聚，其多芳烃原料往往可以代替石油衍生材料的基本原料。这些以木质素为基础的化学品可用于生产与传统石油制成的塑料、药品、油漆和电子产品相同的产品--只是其性质更可持续，结果更可生物降解。与石油衍生的聚合物不同，木质素可以从可再生资源中提取，包括木材、秸秆，甚至是Miscanthus，一种巨大的、坚韧的、快速生长的草，在营养贫瘠的土壤中生长旺盛--这可以最大限度地减少使用粮食作物作为木质素来源的竞争。甚至工业废品--如纸浆--也可以作为木质素的来源。

我想不言而喻，木质素作为一种可持续的原料具有巨大的市场潜力，但我们也必须承认，释放木质素的全部潜力是一个积极研究的领域。木质素如何在未来的化学工业中使用，取决于许多因素--包括科学研究的进步，使木质素加工成有用的化学原料的过程能够负责任地、有成本效益地放大。而且，我很高兴地说，分析化学将在全面描述木质素的许多应用和工业用途方面发挥重要作用。

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