双碳丨赋能催化，从废物到价值的转变

随着人类技术的不断进步，我们对环境的影响也越来越大。

气候变化、塑料污染和工业废物只是我们今天面临的众多问题中的一部分。在寻找解决方案的过程中，有一种方法脱颖而出：催化。

这种化学过程涉及使用催化剂来加速反应，有可能彻底改变我们减少对地球影响的努力。在本文中，我们探讨了催化如何帮助解决我们面临的一些最紧迫的环境问题。

塑料污染问题是当今时代最紧迫的环境问题之一。

数十亿吨塑料废物最终进入垃圾填埋场、海洋，甚至我们的食物。催化为这个问题提供了一个有前途的解决方案，有可能将塑料废物转化为有用的产品。一种方法是氢解，即向聚丙烯和聚乙烯等难以回收的塑料中添加氢气，将其分解成其组成部分。根据《科学日报》发表的一项研究，研究人员发现，向聚乙烯和聚丙烯中添加氢可以将高达 90% 的塑料转化为有用的化学品。

催化塑料废物转化的另一种方法是升级回收

这个过程涉及将塑料废物转化为新的、更高价值的材料。研究人员正在探索各种升级回收的催化方法，包括热催化、光催化和生物催化。《美国化学学会杂志》上发表的一项研究发现，由铜和铁组合制成的催化剂可以有效地将塑料废物转化为用于生产尼龙的化学品。

虽然催化在解决塑料污染问题方面显示出希望，但仍存在必须克服的挑战。一项挑战是开发可大规模运行的有效且可持续的催化剂。此外，催化过程的实施可能很昂贵并且需要大量的基础设施。然而，催化在解决塑料污染方面的潜在好处是巨大的。根据皮尤慈善信托基金会的一份报告，如果不采取行动，到 2040 年，进入地球生态系统的塑料垃圾数量可能会增加两倍，因此寻找可持续解决方案比以往任何时候都更加重要。

同样重要的是要注意，催化只是解决塑料污染问题的一小部分。至关重要的是，我们还应努力减少对一次性塑料的依赖并改善回收基础设施。根据《科学美国人》的一份报告，全球产生的塑料废物中只有 9% 得到回收，这凸显了改进回收方法和基础设施的必要性。最后，重要的是继续对催化和其他塑料污染创新解决方案进行研究和投资，以创造更加可持续的未来。

催化可以帮助减少温室气体排放并过渡到更可持续的能源系统，从而在应对气候变化方面发挥至关重要的作用。

催化的一个有前途的应用是碳捕获和利用，其中涉及捕获工业过程中排放的二氧化碳并将其用作化学品和燃料生产的原料。根据《科学日报》发表的一项研究，已经开发出一种使用金属有机框架的新催化工艺，可以高效捕获二氧化碳并将其转化为有用的化学品。

催化也可用于生产清洁能源。例如，催化过程可用于将生物质和其他可再生资源转化为生物燃料，这有助于减少对化石燃料的依赖。发表在《自然催化》上的一项研究发现，一种模仿二氧化碳和电子自然合成醋酸盐的装置可以帮助开发化石燃料的无碳替代品。

太阳能光催化能源转化

除了在能源和碳捕获方面的应用外，催化还有助于解决气候变化对健康的影响。根据《新英格兰医学杂志》的一份报告，空气污染和气候变化加剧了一系列健康状况，包括与高温相关的疾病、心血管和呼吸道疾病以及媒介传播的疾病。减少运输和工业过程排放的催化技术有助于减轻空气污染对健康的影响。

催化作用还有可能推动消费者行为向更可持续的产品转变。世界经济论坛的一份报告发现，大多数“气候催化剂”——积极减少碳足迹的消费者——优先考虑可持续产品，并愿意为此支付溢价。因此，能够生产可持续产品的催化过程有助于推动对更环保产品的需求。

总体而言，催化有可能通过促进清洁能源的生产、减少温室气体排放、减轻空气污染对健康的影响以及推动消费者行为向可持续发展方向转变，在应对气候变化方面发挥关键作用。然而，为了开发和扩大可持续催化技术，需要持续的研究和投资。

催化也是工业废物增值和管理的重要工具。

全球每年产生大量生物质和工业废物，其价值对于环境保护、可持续发展和能源危机管理至关重要。化学催化技术，如热催化、电催化和光催化，以及生物催化技术，可用于废物材料（包括塑料）的增值。工业催化在石化、化肥和炼油行业的发展中发挥着关键作用，并且在解决环境问题和能源领域也发挥了重要作用。

智能催化设计对于激励塑料的化学回收和减轻塑料废物的负担是必要的。非均相催化剂更适合废旧聚烯烃的工业回收，因为商用塑料中的各种添加剂和杂质会中毒或与催化剂发生反应，导致催化剂失活。此外，中毒或烧结的催化剂可以通过一些物理方法再生。根据所使用的原材料和制造工艺，不同的行业会产生不同类型的废物，例如固体、液体和气体。工业废物可以使用催化剂进行回收和再利用，有助于预防污染、节省企业资金并减轻监管负担。

机械回收是纯单一材料或单一塑料收集系统的流行选择，而混合塑料废物（例如消费后塑料废物）必须进行分类才能回收回收物。催化过程还显示出回收混合塑料废物的前景，并且使用实际废物馏分和催化过程（例如热解或气化）已被证明可以有效地实现废物增值。此外，塑料废物的回收可以带来经济效益，因为近 70% 的消费者愿意为可持续产品支付更多费用。催化剂在现代工业经济、环境管理和所有生物过程中发挥着重要作用，这使得催化成为管理工业废物的重要工具。