将木材转化为塑料:一种可持续的解决方案

作者: 袁媛、胡良兵

来源: Nature Sustainability

发布日期: 2021-07-01

耶鲁环境学院和马里兰大学的研究人员开发了一种使用木材副产品制造高质量生物塑料的方法,这种塑料具有高机械强度、液体保持稳定性和紫外线抗性,且可以回收或生物降解,环境影响较低。

由耶鲁环境学院的袁媛教授和马里兰大学的胡良兵领导的科研团队,通过木材副产品创造了一种高质量的生物塑料,他们希望这能解决世界上一个最紧迫的环境问题。

从石化塑料转向可再生和可生物降解塑料的努力已被证明是棘手的——生产过程可能需要有毒化学品且成本高昂,机械强度和水稳定性往往不足。但研究人员使用木材副产品取得了突破,显示出生产更耐用和可持续生物塑料的潜力。

发表在《自然可持续发展》上的一项研究,由耶鲁环境学院(YSE)工业生态与可持续系统助理教授袁媛共同撰写,概述了将天然木材的多孔矩阵分解成浆液的过程。研究人员表示,由此产生的材料显示出高机械强度、液体保持稳定性以及紫外线抗性。它还可以在自然环境中回收或安全生物降解,与基于石油的塑料和其他可生物降解塑料相比,其生命周期环境影响较低。

为了创造浆液混合物,研究人员使用了木粉——一种通常在锯木厂作为废物丢弃的加工残留物——并通过可生物降解和可回收的深共晶溶剂(DES)分解了粉末的松散多孔结构。由此产生的混合物具有纳米尺度的缠结和再生木质素与纤维素微/纳米纤维之间的氢键,具有高固体含量和高粘度,可以铸造和滚动而不破裂。

袁媛随后领导了一项全面的生命周期评估,以测试生物塑料与常见塑料的环境影响。生物塑料片被埋在土壤中,两周后开始断裂,三个月后完全降解;此外,研究人员表示,生物塑料可以通过机械搅拌重新分解成浆液,这也允许DES的回收和再利用。

这种生物塑料有多种应用,马里兰大学材料创新中心教授、论文合著者胡良兵表示。它可以被模制成可用于塑料袋和包装的薄膜——这是塑料的主要用途之一,也是废物产生的主要原因。胡良兵还说,由于生物塑料可以被模制成不同的形状,它也有潜力用于汽车制造。

研究团队继续研究的一个领域是,如果这种生物塑料的制造规模扩大,对森林的潜在影响。虽然该过程目前使用制造中的木材副产品,但研究人员表示,他们敏锐地意识到大规模生产可能需要大量木材,这可能对森林、土地管理、生态系统和气候变化等方面产生深远影响。

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