據外媒報道，一項新的環境和技術分析表明，一種革命性的環保塑料即將上市。塑料幾乎是我們日常使用的每一種產品的一部分。在美國，平均每人每年產生約100公斤塑料垃圾，其中大部分直接進入了垃圾填埋場。
現在，來自勞倫斯伯克利國家實驗室的Corinne Scown、Brett Helms、Jay Keasling和Kristin Persson領導的團隊着手改變這一現狀。
大概兩年不到以前，Helms宣布發明了一種新的塑料，它可以正面解決垃圾危機。這種材料被稱為poly(diketoenamine)（簡稱PDK），它具有傳統塑料的所有便利特性與此同時還避免了環境缺陷，因為跟傳統塑料不同，PDK可以無限回收且質量也不會有損失。
現在，該團隊發布的一項研究表明，如果製造商開始大規模使用PDK那麼可以實現什麼。據悉，基於PDK的塑料可以很快在商業上跟傳統塑料競爭，並且隨着時間的推移，這種產品將會變得更便宜、更可持續。
“塑料從未被設計成可回收的，”該報告的第一作者、曾與資深作者Corinne Scown共事的博士后Nemi Vora指出，“但推動可持續發展是這個項目的核心。PDK從一開始就被設計為可循環利用的材料，從一開始，該團隊就致力於改進PDK的生產和回收過程從而使這種材料能以低成本並容易地應用於從包裝到汽車的任何商業規模。”
該研究為年產2萬噸PDK的工廠提供了一個模擬，據悉，該工廠生產新的PDK並吸收使用過的PDK廢料進行回收利用。作者計算了所需的化學投入和技術以及成本和溫室氣體排放，然後將他們的發現跟生產傳統塑料的同等數字進行比較。
“如今，在行業中採用循環經濟的做法有着很大的推動作用。每個人都試圖回收他們在市場上推出的任何東西。我們開始跟工業界討論使用100%無限回收塑料並收到了很多興趣。”問題是它的成本是多少，對能源使用和排放的影響是什麼，以及如何實現我們今天的目標，”Helms補充道，“我們合作的下一個階段就是回答這些問題。”
截止到目前，已經生產了83多億公噸的塑料材料，其中絕大多數都被扔進了垃圾填埋場或垃圾焚燒廠。一小部分塑料則會被“機械”回收，這意味着它們會被熔化，然後重新塑造成新產品。然而，這種技術的好處有限。塑料樹脂本身是由許多相同的分子結合成長鏈組成的。然而為了使塑料具有多種質地、顏色和性能，顏料、熱穩定劑和阻燃劑等添加劑會被添加其中。當許多塑料一起熔化時，聚合物跟大量潛在不相容的添加劑混合，這會導致新材料的質量遠遠低於由原材料生產的新樹脂。因此，只有不到10%的塑料能夠被機械回收不止一次，而回收塑料通常也含有原始樹脂來彌補質量的下降。
PDK塑料則完全避開了這個問題–樹脂聚合物被設計成跟酸混合時很容易分解成單個單體。然後，這些單體可以從任何添加劑中分離出來，並在不降低質量的情況下合成新的塑料。該團隊早些時候的研究表明，這種“化學循環”過程對能源和二氧化碳排放都很輕且可以無限重複，並由此創造出一種完全循環的材料生命周期。
然而儘管有這些不可思議的特性，要想真正擊敗塑料PDK還需要方便。回收傳統的石油基塑料可能很難，但製造新塑料卻非常容易。
Scown表示：“我們說的是基本上不能回收的材料。因此，就吸引製造商而言，PDK並不是跟回收塑料競爭，而是跟原始樹脂競爭。我們很高興看到這種材料的循環利用既便宜又高效。”
Scown是伯克利實驗室能源技術和生物科學領域的一名專職科學家，專門研究新興技術對未來環境和金融影響的建模。她和她的團隊從一開始就致力於PDK項目，幫助Helms的化學家和製造科學家團隊選擇原材料、溶劑、設備和技術以此生產出最實惠和環保的產品。
她表示他們正在使用不同的投入和技術在採用早期的技術並設計它在商業規模運營時的樣子。這種獨特的協作建模過程使得伯克利實驗室的科學家能夠識別潛在的擴大挑戰，並在沒有昂貴的反覆試驗和錯誤的情況下進行流程改進。
由於工藝建模的優化，回收PDK已經吸引了需要塑料來源的公司的興趣。Helms和他的同事們一直着眼於未來，從項目初期開始就一直在進行市場調查，並跟商業人士會面。他們的調查顯示，PDK的最佳初始應用是製造商將在其使用壽命結束時收回產品的市場如汽車工業和消費電子產品。這些公司將能在他們的產品中獲得100%可回收PDK的好處：可持續的品牌和長期的節約。
“有了PDK，工業界的人們現在有了選擇，”Helms說道，“我們正在引入合作夥伴，讓他們在產品線和製造能力中構建循環並為他們提供符合未來最佳實踐的選擇。”
Scown則補充稱：“一些國家計劃對使用非回收材料的塑料產品收取高額費用。這一轉變將為放棄使用原始樹脂提供強大的財政激勵並將推動對再生塑料的大量需求。”
在滲透到汽車和電子產品等耐用產品市場后，該團隊希望將PDK擴展到壽命較短的一次性產品如包裝。
而在制定商業發射計劃的同時，科學家們也在繼續PDK生產過程的技術經濟合作。雖然回收PDK的成本已經被預測為較低，但科學家們正在研究進一步的改進以降低原始PDK的成本，這樣公司就不會被初始投資價格所阻礙。
與此同時，科學家們一如既往地領先了兩步。Scown還是聯合生物能源研究所(JBEI)Life-cycle, Economics & Agronomy的副總裁，Helms和Jay Keasling則正在合作，Jay Keasling是伯克利實驗室和加州大學伯克利分校的領先合成生物學家同時還是JBEI的CEO，這群人正在設計一種使用微生物製造的前體成分生產PDK聚合物的工藝。
“就在我們開始PDK項目前不久，我參加了一個研討會，在那裡Jay描述了JBEI用他們的工程微生物可以製造的所有分子。（對此）我非常興奮，因為我看到一些分子是我們放入PDK的東西。Jay和我聊了幾次，我們意識到幾乎整個聚合物都可以用經過工程微生物發酵的植物材料製成。未來，我們將引入生物成分，這意味着我們可以開始理解從傳統原料過渡到獨特的、可能具有優勢的生物原料的影響，包括能源、碳、或水的生產強度以及循環利用。所以，就我們現在所處的位置而言，這是很多事情的第一步，我認為我們還有很長的路要走，這很令人興奮，”Helms說道。