塑料对国民经济发展和人民幸福生活贡献巨大，但废弃塑料急剧增加，处置不规范，缺乏有效的回收利用技术。从100多年前被发明至今，已累计生产了92亿吨废塑料，仅9%被回收再利用，12%被焚烧处理，79%被填埋或积累在自然环境中，长期积累造成严重的环境污染，而且浪费资源，必须治理。废弃塑料是放错地方的资源，在各种固废中更具回收利用价值，更易回收利用。

废弃塑料污染治理是我国的国家战略，固废资源循环利用是实现碳减排和碳中和的重要内容。

近日，中国科学技术大学曾杰教授课题组在塑料循环升级领域取得突破性进展。研究人员设计出一种“氢呼吸”策略，在无需额外添加氢气或溶剂的情况下，将高密度聚乙烯塑料转化为高附加值的环状烃类，为废弃塑料的“人工碳循环”提供了新方法。

聚乙烯塑料是五大通用塑料之一，稳定性很高，难以自然降解。通过焚烧或填埋处理废弃的聚乙烯塑料会造成大气、土壤和水源污染。考虑到聚乙烯和石油具有相似的化学结构与组成，曾杰等人大胆猜想——能否直接把聚乙烯当成一种“固体石油”，借鉴石油化工的技术，用以合成石油的下游化学产品？

1、加氢裂化分解塑料

此次研究中，研究人员首先把目光聚焦到石油加工的一个重要过程——加氢裂化，它可以将长链段的重质油裂解，从而得到短链的油品，如汽油、煤油和柴油等。研究人员参照该方法，以聚乙烯为原料进行加氢裂化实验，并顺利转化为汽油馏分的链状烃产品，进一步证实聚乙烯就相当于“固体石油”。

“正如‘加氢裂化’字面上的意思，这个过程需要消耗大量氢气，而氢气本身非常昂贵。此外，现有的制氢工艺还会造成碳排放。”曾杰说，进一步地，他们从改进工艺着手，试图在不使用氢气的条件下，实现废弃聚乙烯塑料的循环升级。

催化重整是石油加工过程中另一种重要的手段，可以将轻汽油馏分转变成富含芳烃的高辛烷值汽油，或者苯、甲苯以及二甲苯等化工原料，并产生氢气。

催化重整过程中产生氢气，加氢裂化过程中消耗氢气。如果将这两个过程串联并应用于聚乙烯降解，就相当于一边让塑料成环脱氢变成环状烃“呼”出氢气，一边让塑料“吸”入氢气裂解变成短链。

曾杰介绍，“这一策略利用聚乙烯自身的氢原子替代外加的氢气，不仅降低成本，而且节能减排，从而实现氢元素的‘自产自销’”。最重要的是，在这个过程中还可以打破聚乙烯中稳定的碳骨架，使分子链段变短，而且得到的产物是环状烃，相比链状烃具有更高的价值。

要实现动态“氢呼吸”策略，寻找一种合适的催化剂是关键。曾杰提出“酸性位点可以促进烯烃环化成环状烃”。研究人员在原有的金属钌催化剂上引入了具有酸性位点的分子筛作为载体。他们发现，这种新型催化剂可以使聚乙烯顺利发生脱氢环化过程，并释放出氢气，顺利引发后续的加氢裂化过程。

在分子筛负载的钌催化剂作用下，废弃聚乙烯塑料逐渐被降解。最终，经过24小时的催化反应，高密度聚乙烯塑料的转化率达到69.6%，其中主要降解产物是液体环状烃。环状烃是高附加值的化工品之一，可以作为合成药物、染料、树脂和纤维的原材料，用途广泛。

2、我国废弃塑料处置的现状

●回收利用：2022年国内废塑料回收再生量达1800万吨，回收率约30%，回收利用产值超1000亿元。

● 焚烧：2022年全国城市生活垃圾清运量达2.45亿吨，废弃塑料焚烧量超1600万吨，约占废弃塑料总量31%。

●填埋及丢弃：近2000万吨废弃塑料被填埋或任意丢弃，大量积累在自然环造成严重“白色污染”。

当前约30%的回收利用率还不高，需加强政策支持和科技投入。

全方位全链条防治废弃塑料污染，将有力助推碳减排碳中和，发展绿色低碳循环经济。其原则是减量化、再利用、资源化。并采用更加资源高效的办法，从合成-加工-应用-废弃物处置多个环节对塑料进行全生命周期管理，提高使用效率，减少对环境的影响。

3、全链条处理废塑料

合成环节

● 发展节能减排聚合技术；

● 合成高性能、长寿命、易回收的高分子材料，减少废弃量；

● 发展PBAT、PLA、PPC等生物可降解高分子及前驱体的先进合成技术；

● 发展非石油路线环境友好高分子材料，如PVA等；

● 发展规模化利用生物质碳(纤维素、甲壳素、淀粉等)的化工技术；

● 发展高效化学裂解固定废弃塑料技术。

生物可降解塑料值得行业特别关注，这种材料在一定条件和时间内被微生物分解为二氧化碳和水，应用于需填埋处理的一次性包装材料。生物可降解塑料也面临着几个挑战，一是如何实现可控降解，即使用时不降解，废弃后完全降解；二是如何降低成本，目前它的成本为普通塑料的2-3倍以上；三是如何改进加工、力学性能。对于生物可降解塑料，应根据需求合理规划，避免投资过热和产能过剩。

加工环节

● 发展先进塑料加工技术，实现制品高性能化、长寿命、轻量化，减少废弃量；

●  设计、加工可多次循环使用的制品；

●  优化产品结构，实现同质异相增强，易回收利用；

● 发展生物可降解塑料和环境友好高分子材料的先进加工技术；

●  发展高值高效利用生物质材料加工技术；

● 发展高值高效回收利用废弃塑料的新装备新技术。

应用环节

塑料在结构件功能件的应用占塑料制品总量60%以上，实现了高性能、多功能、长寿命。但其存在的问题是难于分类，难于分离，难于回收利用。我们要提倡循环使用，物尽其用，为原生高分子材料和制品开辟合法、合适的应用途径，空如农田水利、道路材料、室外设施等。

塑料在包装的应用占塑料制品总量25%以上，其使用期较短，存在的问题是废弃后难于收集，对环境影响大。应根据包装应用场景，选择合适的包装材料；减少过度包装，合理适度使用；需填埋的一次性包装采用生物可降解塑料；方便收集的包装采用热塑性塑料，重复使用并回收利用；危废或没有回收价值的包装选用无有害元素塑料，保证安全焚烧。

废弃物处理环节

要做到高效合理分类，应回收尽回收。

● 可回收利用：大力发展环境友好回收利用技术，尤其是在高分子态回收利用技术，需大力发展高值高效回收利用废弃塑料的新装备新技术。

● 优先发展环境友好的物理回收利用技术，完善单材废塑料全回收再利用技术，突破混杂废塑料回收加工难题；

● 发展清洁高效规模化化学裂解回收方法；

●  厨余湿垃圾限用生物降解塑料包装，实现安全填埋；

● 危废及医疗塑料用焚烧处理，发展先进清洁环保焚烧装备和工艺以实现安全焚烧和能量回收，鼓励使用无害聚烯烃材料。

文章来源： 聚风塑料网，中科院之声