塑料瓶“第二生命”：科学家教会它们“吃”二氧化碳

随着全球气温不断上升，减少二氧化碳等温室气体的排放已变得愈发紧迫。这促使科学家们除了减少排放之外，还致力于开发主动去除大气中二氧化碳的方法。

与此同时，垃圾填埋场、海洋以及地球上几乎所有其他地方的塑料垃圾日益增多，导致了全球微塑料危机，威胁着人类和生态系统的健康。

其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 是生产最广泛的塑料之一，年产量达到7000万吨，它们中的大多数最终命运并不美好：只有不到15%被回收，其余则被焚烧或填埋。

垃圾焚烧会释放大量二氧化碳；而垃圾填埋则会导致塑料废弃物继续分解成污染性的微塑料，扩散到空气、土壤和地下水中，甚至大量流入海洋。

来源：Wikimedia Commons

那么，如果能有一种方法，不仅可让废弃塑料“变废为宝”，甚至有助于我们解决另一个环境难题——大气中过量的CO₂，岂不是两全其美？

近日，哥本哈根大学的研究团队开发出一项新技术，可将塑料废物转化为高效的二氧化碳吸附剂，同步应对塑料污染和气候危机两大挑战。

该技术基于一种称为“胺解”的化学反应，仅需使用常见且廉价的化学试剂——乙二胺，即可在温和条件下将PET塑料分解为高附加值产物：双氨基酰胺（BAETA）。

BAETA能够高效吸附大气中的二氧化碳，其捕获能力高达3.4摩尔/千克，性能可与现有碳捕获技术相媲美。

“这种方法的妙处在于，我们同时解决了两个问题。” 论文第一作者、哥本哈根大学化学系的玛格丽塔·波德瑞特（Margarita Poderyte）说道。

“废弃的瓶子和纺织品不再变成环境中的微塑料，而可以转化为应对气候变化的工具。”

图说：利用PET塑料废弃物升级改造制成的BAETA材料

来源：哥本哈根大学

在实验中，研究人员对1公斤经过简单清洗和切割的废弃PET进行了胺解处理。

通过添加乙二胺——一种以结合CO₂能力著称的化合物，他们将PET从聚合物分解为单体，即BAETA。

每个BAETA分子带有两个胺基，能够牢固捕获CO₂分子，形成稳定的化合物。

研究人员发现，CO₂与BAETA可以形成不对称氨基甲酸盐（carbamate），并通过氢键网络与周围的分子形成一个稳定的固态结构。

实验数据表明，BAETA可在150°C高温下稳定捕获自身重量15%的CO₂，与目前大多数商用系统相比，效率相当高。

当BAETA材料吸附饱和后，可通过加热释放CO₂，进而实现气体的浓缩、收集与储存，或转化为可持续资源。

释放CO₂后的BAETA仍可重复使用，实验证实其在40次吸附-解吸循环中性能未发生衰减。

在实际应用方面，该技术有望率先用于工业工厂，使烟囱排放的废气经BAETA装置净化，去除其中CO₂。

传统用于捕集CO₂的胺类液体（如MEA）在100°C左右就会分解或挥发，而BAETA在250°C以下都能保持结构完整。

这意味着它可以直接处理工厂烟囱的高温废气，而不需要先冷却气体——这一特性大大降低了实际应用的成本。

图说：a) BAETA-CO2加合物的热稳定性; b) 在不同温度下BAETA 的CO2吸收曲线

来源：DOI: 10.1126/sciadv.adv5906

同时，BAETA材料甚至还能在普通空气中捕捉微量的CO₂（仅占大气的0.04%），这使得它适用于“直接空气捕获”（DAC）技术——一种被认为是对抗气候变化的终极手段之一。

在空气中直接抓取CO₂，就像大海捞针。但研究人员发现，高湿度能够显著提升BAETA材料的CO₂吸附能力。水分子能够帮助BAETA材料降低捕捉CO₂的能量门槛。

在一个实验中，BAETA在75%湿度的空气中连续工作了13天，成功捕获了88%流经它的CO₂，处理了83升空气。

这意味着，未来我们或许可以在湿度较高的地区（如沿海或雨季地区）设置BAETA过滤装置，直接从大气中抽取CO₂，真正实现“负碳排放”。

值得一提的是，研究人员还发现，即使PET废料中混有其他垃圾（如食物残渣、铝箔、纸张等），胺解反应仍然能高效进行，这说明该方法具备处理真实垃圾流的潜力。

“我们看到这种材料的巨大潜力，不仅在实验室中，而且在现实生活中的工业碳捕获工厂中也同样如此。“波德瑞特说道。

她表示，研究团队下一步目标是实现吨级规模生产，并正积极吸引投资，推动该工艺走向商业化。

当前，人类制造了大量PET塑料垃圾，其中大部分堆积在海洋中。

研究人员最近在北大西洋发现了2700万吨漂浮的塑料颗粒，其对生态系统的影响目前仍不清楚。

“如果我们能够获得漂浮在世界海洋中高度分解的PET塑料，它将是我们宝贵的资源，因为它非常适合用我们的方法进行升级改造。” 波德瑞特说道。

她和她的同事希望BAETA能够帮助消除海洋塑料污染，同时应对气候危机。