2018年4月19日，吉林省“30萬噸/年二氧化碳基生物降解塑料”和“30萬噸/年納米級高活性硅土”項目在吉林化學工業循環經濟示范區正式啟動。
這一總投資30億元、占地面積18萬平方米的項目采用了中國科學院長春應用化學研究所（簡稱長春應化所）二氧化碳基生物降解塑料的第二代催化劑和最新合成技術。
“這項技術是我們生態環境高分子材料重點實驗室研究團隊20年攻堅克難的結晶！”面對這來之不易的成績，長春應化所研究員王獻紅感慨萬千。
二氧化碳需要大幅減排，大量一次性使用的塑料亟待盡快生物降解。這看似毫無關聯的兩個目標，讓長春應化所科研團隊在研究與開發道路上歷經曲折。
如今苦盡甘來，他們不僅開發出具有我國自主知識產權的完全生物降解塑料——二氧化碳基塑料，更是在全球產業化道路上率先崛起。
環保利器 優勢顯著
隨處可見的塑料包裝、鄉間農田的殘留地膜，人們早已司空見慣。
這些塑料垃圾大多是石油基化工原料制品，其壽命長達百年之久。無論挖土填埋還是高溫焚燒，不僅無法使塑料完全降解，還會給生態環境造成極大的危害，特別是過度使用一次性塑料引發的愈益嚴重的“白色污染”已席卷全球各地，令人觸目驚心。
為摘掉塑料這頂“白色污染”的帽子，讓塑料實現完全生物降解，科學家們可謂絞盡腦汁。在尋找“性價比最高的”可生物降解材料的過程中，二氧化碳作為一匹“黑馬”躍入科研人員的視線中。
眾所周知，二氧化碳是溫室效應的主要“元兇”。不過鮮為人知的是，它還是一種廉價的碳氧資源。
從結構上看，二氧化碳可視為碳酸的酸酐，且具有不飽和鍵，因此在合適的催化劑存在下，二氧化碳具有與其他單體合成高分子材料的可能性。
科研人員通過實驗發現，二氧化碳可以和數十種化合物反應制備成多種共聚物，但由于催化劑的活性較低、選擇性還不夠高等原因，絕大部分聚合物僅停留在實驗室的水平上。
“迄今為止，只有二氧化碳和環氧化物的共聚物，尤其是二氧化碳和環氧丙烷共聚物（PPC），也就是我們所說的二氧化碳基塑料，具備良好的生物降解性能、成本相對較低，而且還大量利用了二氧化碳（聚合物中二氧化碳的重量含量超過40％）。”王獻紅表示。
據王獻紅介紹，二氧化碳基塑料在實現二氧化碳再生利用和彰顯環保效應上確實“天賦異稟”。
與普通塑料一樣，二氧化碳基塑料制品一旦被廢棄，可通過回收利用、高溫焚燒和填埋等方式處理。不同的是，如果通過高溫焚燒處理，二氧化碳基塑料只會產生二氧化碳和水，不會產生有害煙霧；如果通過填埋處理，二氧化碳基塑料則在短短6個月內便能完全堆肥降解，不會對環境造成二次污染。
此外，二氧化碳基塑料還是生物降解塑料中氣體阻隔性最好的材料之一，可在薄膜包裝和農用地膜等方面大展拳腳。
而且，采用二氧化碳為主要原材料，其成本也大大低于其他生物降解材料。“二氧化碳成本低于800元/噸，而通常的高分子工業的單體成本超過5000元/噸，因此若能解決催化劑的活性和選擇性困局，二氧化碳就能成為高分子工業有競爭力的新單體。”王獻紅坦言。
顯然，與傳統的以石油為原料制成的塑料相比，二氧化碳基塑料既能減少二氧化碳排放，緩解溫室氣體效應，還能從根源上徹底解決全球性的“白色污染”問題，幾乎堪稱“完美材料”。
產業先鋒 厚積薄發
科學研究的最終目的是服務于社會。正是出于對這一真理的透徹理解，在技術開發碩果累累的同時，長春應化所團隊還在二氧化碳基塑料產業化的道路上風生水起，越走越遠。
事實上，早在1969年，日本便率先實現了二氧化碳與環氧化物的共聚。然而其合成過程中始終存在的催化劑效率低、聚合物加工性差、成本高等難題成為二氧化碳基塑料及其產業化的瓶頸。
為了打破這一技術瓶頸，科研團隊通過二十余年的技術積淀，厚積薄發，不僅在研發水平上躋身世界前列，還在產業化發展上處于國際領先地位。
1997年，科研團隊發展了第一代催化劑技術，即稀土三元催化劑技術。為讓技術更快落地生根，加快產業化進程，2001年，長春應化所與內蒙古蒙西集團合作，歷經3年的研發攻關，建成世界上首條千噸級二氧化碳共聚物中試線，完成了第一代催化劑的中試，實現了二氧化碳基塑料工業化從不可能到可能的突破，從而確立了我國在該領域的國際領導地位。
不滿足于已有成績，繼續迎接挑戰，一直是這支科研團隊的主旋律。2004年10月，長春應化所承擔并實施了吉林省科技發展計劃重大項目——二氧化碳共聚物及其產品產業化推進項目。歷時四年，團隊成員攻堅克難，開發了多元共聚新型稀土催化劑和強化交聯的新技術，在國際上首次解決了二氧化碳共聚物在30℃以上存在嚴重冷流現象這一難題，率先開發出具有生物可降解性能的高阻隔薄膜材料。
面對二氧化碳基塑料工業化面臨的一系列世界性難題的逐步解決，長春應化所團隊從未止步，因為他們深知，最大的難題永遠是下一個。
2007年，通過改進體系和工藝，科研團隊又與中國海洋石油集團有限公司合作，在海南建立了年產5000噸二氧化碳基塑料的現代化工業生產裝置，于2010年12月完成了全流程運轉。
對于二氧化碳基塑料產業化而言，2009年有著特別的意義。在這一年，長春應化所團隊開始與浙江邦豐塑料有限公司合作。正是這一次的合作讓整個團隊得到了前所未有的歷練。
從購買設備，到安裝、調試，直至最后生產，這個由20多人組成的科研團隊親歷了整個過程。“每個人都獲益頗豐，增長了許多‘實戰’經驗，最重要的是，我們對未來的工作充滿了信心。”王獻紅說。
功夫不負有心人。2013年，世界最大的年產3萬噸的二氧化碳基塑料生產裝置在浙江邦豐塑料有限公司建成，并生產出世界上第一個二氧化碳基塑料的成熟產品，二氧化碳基塑料樹脂和薄膜產品以“PCO2”的商標在美國以百噸級銷售。
創新遠遠沒有止境。2015年，在現有技術基礎之上，科研團隊再一次大膽創新，開發出了活性和選擇性更為優越的第二代催化劑技術—高熱穩定的鋅系催化體系，并在長春應化所高新北區（吉林省新材料孵化園區）的百噸級中試上完善了新工藝。
如今，該專利技術已轉讓給香港博大東方集團，其旗下的吉林萬泰環保科技有限公司與長春應化所創辦了博大東方新型化工（吉林）有限公司，專門從事二氧化碳基塑料研發、生產、銷售及應用技術開發。而由該技術生產的生物降解地膜目前也在多個省市進行多種作物田間試驗，取得了很好的效果。
“從內蒙到海南，到浙江，再回到吉林，我們繞了一大圈，又回到了這里。雖然一路走來很是艱辛，但是團隊的整個工程和設計的水平得到了極大的提高。這一次我們信心十足！”王獻紅表示。
如果將二氧化碳基塑料的研發攻關比作一場競賽，中國的起步顯然并不是最早的。但是，在長春應化所科研團隊數十年如一日，兢兢業業的創新探索下，如今中國已掌握具有自主知識產權的領先技術，更在綠色產業化道路上領跑世界。
這條征途沒有盡頭。“下一步主要圍繞高分子量二氧化碳基塑料的制備和規模應用為主線進行布局，利用吉林市30萬噸過氧化氫法環氧丙烷（HPPO）生產線的原料優勢，一方面是加快第三代催化劑—環保型鋁系催化劑的研發進度，另一方面是解決30萬噸高分子量二氧化碳基塑料（HMW-PPC）的工業化制備和生產技術，突破PPC基的超薄農用地膜、‘兩快’包裝的低成本包裝膜等三個專用料關鍵技術，在吉林省形成150~200億元的生物降解塑料產業鏈。”面對未來，王獻紅及其團隊早已在心中勾勒出了清晰的發展藍圖。■