塑料的回收与应用

塑料应用无处不在，但同时也产生了大量废弃物和排放，亟需回收利用。当前，可持续发展目标的收紧和新技术的引入正大力推动着塑料回收利用的发展向前，促使塑料回收品“变废为宝”。在新的商业机遇下，塑料行业企业如何有效把握新动向，分得一杯羹？

塑料每年排放约20亿吨二氧化碳当量（温室气体，GHG），约占全球碳排放总量的4%。欧盟作为主要的塑料生产和加工者，其排放量占到全球的9%。在整个塑料价值链，温室气体排放贯穿始终，而塑料废弃后，仅有10%被回收利用。与此同时，塑料需求预计保持强劲增势，塑料废弃物也随之增多。

近日，美国橡树岭国家实验室Bobby G. Sumpter和弗吉尼亚理工大学刘国良团队，以及美国威斯康星大学麦迪逊分校George W. Huber团队，在同期Science 杂志上分别发表论文，从不同角度讨论了塑料回收问题，实现塑料垃圾的再利用。比利时根特大学的Kevin M. Van Geem也在Science杂志上评论了上述两个工作，并提出了循环塑料经济的概念 [2]：原料从化石燃料中提取后，被不断生产和加工（橙色），使用、收集和分类（蓝色），再经过循环和再生（绿色），形成闭环，其中所谓的“废物”也被视为进一步生产化学品的资源。

循环塑料经济概念。图片来源：Science ^[2]

Bobby G. Sumpter和刘国良团队的研究思路，是将废弃的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）及其混合物升级回收为更高价值的表面活性剂 [3]。PE和PP共占全球塑料产量的近60%（约4亿吨），且生产能耗高。

自1950年开始大规模生产塑料（当时产量约为200万吨）以来，塑料产量的年复合增长率为8.4%，2017年产量达到3.48亿吨左右。据估计，现已生产83亿吨。其中可细分为73亿吨树脂和添加剂（树脂塑料平均含有7%的添加剂），以及10亿吨纤维，照此下去，蓝色地球可能变成“塑料星球”。目前全球每年产生约4亿吨塑料废物。但问题更严重的是，塑料已经渗透到地球上一些最偏远和最原始的地区。相关研究在2023年7月12日，同期登上Nature，并被选为封面论文。

因此，加强塑料的回收和升级利用研究成为目前高分子领域的重要命题。在此，编辑部整理了近一年发表在Nature、Science上的塑料升级回收新进展，以飨读者。

聚乙烯+乙烯→丙烯2022年9月22日，加州大学伯克利分校John F. Hartwig课题组开发了一种新聚乙烯降解工艺，他们通过一连串的催化过程，首先将不饱和性引入PE链，然后通过烯烃复分解和异构化的组合实现随后的C-C键裂解解开碳链以形成丙烯。该工艺使用催化剂将长聚乙烯聚合物成功分解成丙烯小分子。通过这一工艺将高密度（HDPE）或低密度（LDPE）的高分子量聚乙烯脱氢并与乙烯发生复分解反应形成丙烯，收率高达80%。结合聚乙烯材料应用的普遍性和该工艺的高效性，这种聚乙烯分解为丙烯的工艺具有十分广阔的应用前景。该工艺以题为“Catalytic deconstruction of waste polyethylene with ethylene to form propylene”的文章发表于Science上。

“双碳目标”及“禁塑令”之下，塑料升级回收，势在必行！而当前，越来越多的终端市场（汽车、消费电子、通讯行业）为了减免排放，降本增效，也开始使用回收塑料进行生产应用。

塑料法规：目标制定是推动塑料回收的有效途径

自20世纪90年代以来，全球范围内，尤其是欧洲，已陆续出台了针对塑料废弃物处理的相关强制性法规。目前约70%的塑料垃圾被纳入欧盟可持续法规的监管范围内，涵盖了消费品和运输货物包装、纺织品、电子产品等多种塑料应用场景。但这同时意味着，欧洲地区仍有30%的塑料垃圾未被纳入监管范围，主要来自建筑、汽车、制造业和农业部门。因此，全球离全面实现循环经济还有很长的路要走，而且目前的监管框架也存在诸多差距。

2020年，欧盟地区24%的塑料垃圾被回收利用，其余的塑料垃圾被填埋或焚烧。就塑料包装而言，回收的比率更高，为30%，因为欧盟目前几乎所有的塑料法规都集中在包装方面。然而，30%的回收比例与2018年出台的《包装和包装废弃物指令》中设定的目标仍有很大差距。目标规定到2025年回收比例达到50%，到2030年达到55%

塑料污染一直是当今世界面临的重要环境挑战之一，对海洋生态系统、野生动植物以及人类健康造成了严重影响。根据统计，全球每分钟销售超过100万瓶塑料装矿泉水或饮料，预计到2030年，销量将再翻一倍。有效的塑料回收可以在很大程度上减轻塑料污染的影响，从源头上解决污染问题，也因此吸引了众多科学家和学者的广泛研究。