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　　美國能源部太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）正在與輪胎巨頭普利司通合作，擴(kuò)大將乙醇轉(zhuǎn)化為丁二烯（合成橡膠的最重要成分）的化學(xué)工藝。

　　此次合作的核心是 PNNL 研究人員開發(fā)的一種催化劑，它可以消除對熱量的需求，并減少當(dāng)前丁二烯生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放。

　　PNNL 首席科學(xué)家兼項(xiàng)目經(jīng)理 Vanessa Dagle 表示：“雖然還存在其他乙醇制丁二烯催化劑，但這種催化劑在高轉(zhuǎn)化率下表現(xiàn)出高選擇性，這意味著它能產(chǎn)生大量丁二烯，且性能不會隨著時(shí)間的推移而下降。”

　　丁二烯需求正在上升

　　傳統(tǒng)上，丁二烯是蒸汽裂解工藝的副產(chǎn)品。在煉油廠中，原油（由長鏈碳?xì)浠衔锓肿咏M成）被加熱并與蒸汽結(jié)合，以破壞化學(xué)鍵并產(chǎn)生較小的碳?xì)浠衔铩＿M(jìn)一步精煉較小的碳?xì)浠衔锟缮a(chǎn)出塑料食品包裝、合成纖維、汽車、卡車、飛機(jī)燃料以及橡膠輪胎所需的成分。

　　但丁二烯的生產(chǎn)遇到了一些障礙。橡膠需求不斷上升，這意味著世界需要更多的丁二烯。與此同時(shí)，北美正轉(zhuǎn)向從頁巖而不是原油中提取天然氣。與蒸汽裂解天然氣相比，蒸汽裂解石腦油等原油產(chǎn)品會產(chǎn)生大量丁二烯，因此隨著各國轉(zhuǎn)向開采天然氣，丁二烯產(chǎn)量會減少。Dagle 稱，由于這種轉(zhuǎn)變，研究人員一直在尋找制造丁二烯的新方法。

　　普利司通核心聚合物科學(xué)執(zhí)行董事 Mark Smale 表示：“此類項(xiàng)目將有助于推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展所需的科學(xué)和技術(shù)，使我們的工程師和科學(xué)家處于革命性的前沿，以更有利于自然的方式徹底改變輪胎制造商獲取丁二烯的方式。我們對這個(gè)項(xiàng)目和創(chuàng)新的新工藝感到非常興奮，并非常感謝 PNNL 的合作。”

　　PNNL 的研究人員于2018年首次開發(fā)出這種催化劑，并通過美國能源部生物能源技術(shù)辦公室支持的技術(shù)商業(yè)化基金項(xiàng)目得到進(jìn)一步推進(jìn)。現(xiàn)在，在美國能源部工業(yè)效率和脫碳辦公室超過1000萬美元的資助下，普利司通和 PNNL 將花費(fèi)三年時(shí)間完善催化工藝。

　　可持續(xù)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)

　　通過使用乙醇，研究人員希望使丁二烯生產(chǎn)更加可持續(xù)。首先，生產(chǎn)乙醇不需要從原油開始。更重要的是，乙醇來自植物物質(zhì)，研究人員也在尋找從社會廢物中生產(chǎn)乙醇的方法。目前，該國幾乎所有的乙醇都來自玉米粒中的淀粉，但乙醇也可以從其他類型的生物質(zhì)中生產(chǎn)，如藻類和食物殘?jiān)Ｑ芯咳藛T還探索使用人類排泄物（以廢水處理污泥的形式）和工業(yè)廢料作為乙醇原料。甚至橡膠輪胎也可以回收利用來生產(chǎn)乙醇。

　　當(dāng)與乙醇混合時(shí)，催化劑首先會破壞乙醇的氫原子，生成乙醛（一種天然存在于咖啡、成熟水果和面包中的化合物）。進(jìn)一步的反應(yīng)會繼續(xù)重新排列原子和鍵，直到形成丁二烯。

　　Dagle 表示：“借助 PNNL 的催化劑，我們可以將社會垃圾轉(zhuǎn)化為日常使用的多種產(chǎn)品的寶貴原材料，同時(shí)減少溫室氣體排放。”

　　在為期三年的合作中，普利司通將向 PNNL 供應(yīng)由回收輪胎制成的乙醇。利用這些乙醇，PNNL 的研究人員將致力于開發(fā)一種可從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)大到商業(yè)規(guī)模的催化工藝。

　　PNNL 聯(lián)合首席研究員兼高級研究工程師 Rob Dagle 表示：“最終，我們將為他們的試驗(yàn)工廠準(zhǔn)備好催化劑和工藝。”普利司通計(jì)劃在俄亥俄州阿克倫建造試驗(yàn)工廠。

　　研究人員希望，在試點(diǎn)研究結(jié)束時(shí)，該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。Vanessa Dagle 說：“如果試點(diǎn)研究進(jìn)展順利，并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，我們將來就會擁有綠色輪胎。”