Обзор в одном изображении | Технологические маршруты превращения диоксида углерода в высокооцененные полимеры 

I.Обзор основных маршрутов

1.Через катализ

●CO₂каталитически реагирует с экстрактами с образованием промежуточных продуктов, из которых в итоге получают полимеры, включая полиэфиры, полиуреты и неизоцианатные полиуреты (NIPU).

●CO₂вступает в полимеризационную реакцию с эпоксидами (например, этиленоксид, пропиленоксид и др.) в присутствии катализаторов, образуя алифатические поликарбонаты или полиалкиленкарбонаты (PAC).

●CO₂каталитически синтезирует полиолы с эпоксидами или спиртами, а полиолы далее сочетаются с изоцианатами для производства полиуретанов.

●CO₂и H₂ каталитически превращаются в синтез-газ, который дополнительно преобразуется в полиолефины через реакцию Ферто — Тропша. Полиолефины — это класс широко используемых полимеров, включая полиэтилен (ПЭ), полипропилен и др.

2.Через гидрирование

●CO₂реагирует с водородом (H₂) через серию гидрирования steps, образуя метанол, который затем через технологию производства олефинов из метанола (MTO) превращается в олефины (например, этилен, пропилен), а далее в полиолефины посредством полимеризации.

●CO₂и водород (H₂) через электрохимические реакции могут образовывать этиленгликоль (MEG), этилен, цианид водорода и др., которые могут быть дополнительно синтезированы в полиметилметакрилат (PMMA), полиэтилентерефталат (PET), полиэтиленфурановый дикарбоксилат (PEF), полиэтилен (ПЭ) и т.д. Этот маршрут обладает преимуществами высокой эффективности и экологичности, являясь одним из важных направлений превращения CO₂ в полимеры в будущем.

3.через ферментацию

●CO₂и зеленый водород через ферментацию могут производить промежуточные продукты, такие как молочная кислота, янтарная кислота, адипиновая кислота, этанол, бутанол, изобутанол и др., которые затем используются для синтеза биобазисных биоразлагаемых материалов, включая полигидроксиалканоаты (PHA), полилактид (PLA), полибутиленсукцинат (PBS) и т.д., обладающих широким перспективным применением.

Вышеописанные маршруты демонстрируют множество возможностей превращения CO₂ в полимеры. Эти маршруты имеют не только теоретическую жизнеспособность, но и достигнуты определенные успехи в экспериментальных исследованиях и промышленном применении. Однако при фактическом промышленном освоении необходимо комплексно учитывать такие факторы, как технологическая зрелость, экономическая эффективность, рыночный спрос, экологическое влияние и др. В будущем с постоянным прогрессом технологий и снижением затрат эти маршруты имеют все шансы стать важными путями ресурсного использования CO₂.

II.Технологическая зрелость основных маршрутов

Некоторые маршруты, такие как производство полиэфиров, полиуретанов и неизоцианатных полиуретанов (NIPU), уже обладают относительно зрелой технологией, но конверсия напрямую из CO₂ может оставаться ограниченной.

Технологии производства поликарбонатных полимеров (например, полипропиленкарбонат (PPC), полиэтиленкарбонат (PEC)) развиваются быстро, но требуют дальнейших исследований и оптимизации для повышения выхода продукции и снижения затрат.

Технологии, такие как электрохимические реакции и реакция Ферто — Тропша, несмотря на свой потенциал, в настоящее время находятся на лабораторной стадии или стадии мелкомасштабных промышленных испытаний, требующих дополнительных инвестиций в исследования и разработки, а также проверки.

В настоящее время технология производства полиолов из CO₂ достигла определенных результатов в промышленном применении. Например, некоторые предприятия успешно разработали полный ряд продукции полиолов на основе CO₂ с самостоятельным интеллектуальным правом собственности, от катализаторов и реакционных процессов до реакционного оборудования и нижнего звена приложений, которые широко используются в полиуретанах, искусственной коже, пенообразовании и других отраслях. В будущем с постоянным прогрессом и инновациями в технологиях маршрут производства полиолов из CO₂ имеет все шансы добиться более широкого применения и большего развития.

III. Стоимость сырья:

CO₂ как сырье обладает преимуществом низкой стоимости, так как CO₂ является массовым выбросом парниковых газов, который может быть использован после сбора. Однако стоимость других вспомогательных материалов (например, водород, катализаторы, растворители, биомасса и др.) может отличаться в зависимости от их источника, цены и рыночного предложения.

Для полимеров, требующих ферментационного производства (например, полилактид (PLA), полигидроксиалканоаты (PHA)), стоимость сырья (например, сахара, биомасса и др.) и эффективность ферментационного процесса также повлияют на их экономическую эффективность.

IV.Рыночный спрос:

Объем и скорость роста рыночного спроса напрямую повлияют на экономическую жизнеспособность этих технологий:

С ростом экологического осознания и спроса на устойчивое развитие растет потребность в биобазисных и биоразлагаемых полимерах, что способствует развитию технологий превращения CO₂ в полимеры.

С проявлением потенциала низкоуглеродных топлив и глобального стремления к устойчивому развитию рыночный спрос на зеленый метанол продолжает расти. Зеленый метанол имеет очень широкие области применения, включая автомобильное топливо, топливные элементы, судовое топливо, органические добавки и др. С постоянным прогрессом технологий превращения CO₂ и зеленого водорода и снижением затрат применение зеленого метанола в этих областях станет все шире, а рыночный спрос будет продолжать расти.

V.Экологическое влияние:

Технологии превращения CO₂ в полимеры помогают сократить выбросы парниковых газов, уменьшить пластиковое загрязнение, реализовать циклическое использование ресурсов и одновременно сократить образование отходов.

Однако некоторые маршруты могут генерировать другие загрязнители или оказывать потенциальное влияние на окружающую среду.

Необходимо проводить всестороннюю экологическую оценку и принимать соответствующие меры для смягчения негативного влияния.

Несмотря на многочисленные экологические преимущества технологий превращения CO₂ в полимеры, они все еще сталкиваются с рядом технических вызовов. Например, как повысить конверсию CO₂, как оптимизировать свойства полимерных материалов для удовлетворения различных требований к применению и т.д. Однако с постоянными усилиями научных организаций и предприятий эти технические проблемы постепенно решаются. В будущем с постоянным прогрессом технологий и расширением применения технологии превращения CO₂ в полимеры имеет все шансы сыграть более важную роль в охране окружающей среды и циклическом использовании ресурсов.

Заключение

Итак, выше предложенные маршруты превращения

CO₂ в полимеры имеют различные вызовы и возможности в плане технической жизнеспособности и экономической эффективности. Для реализации коммерческого применения этих технологий необходимо дальнейшее усиление научных исследований и разработок, оптимизация технологических условий, снижение производственных затрат, повышение энергетической эффективности, а также полное учет рыночного спроса и экологического влияния. В то же время внешние факторы, такие как государственная политика, финансовая поддержка, рыночный спрос и др., также будут оказывать важное влияние на развитие этих технологий.