雙碳丨賦能催化，從廢物到價值的轉變

随着人類技術的不斷進步，我們對環境的影響也越來越大。

氣候變化、塑料污染和工業廢物隻是我們今天面臨的衆多問題中的一部分。在尋找解決方案的過程中，有一種方法脫穎而出：催化。

這種化學過程涉及使用催化劑來加速反應，有可能徹底改變我們減少對地球影響的努力。在本文中，我們探讨了催化如何幫助解決我們面臨的一些最緊迫的環境問題。

塑料污染問題是當今時代最緊迫的環境問題之一。

數十億噸塑料廢物最終進入垃圾填埋場、海洋，甚至我們的食物。催化為這個問題提供了一個有前途的解決方案，有可能将塑料廢物轉化為有用的産品。一種方法是氫解，即向聚丙烯和聚乙烯等難以回收的塑料中添加氫氣，将其分解成其組成部分。根據《科學日報》發表的一項研究，研究人員發現，向聚乙烯和聚丙烯中添加氫可以将高達 90% 的塑料轉化為有用的化學品。

催化塑料廢物轉化的另一種方法是升級回收

這個過程涉及将塑料廢物轉化為新的、更高價值的材料。研究人員正在探索各種升級回收的催化方法，包括熱催化、光催化和生物催化。《美國化學學會雜志》上發表的一項研究發現，由銅和鐵組合制成的催化劑可以有效地将塑料廢物轉化為用于生産尼龍的化學品。

雖然催化在解決塑料污染問題方面顯示出希望，但仍存在必須克服的挑戰。一項挑戰是開發可大規模運行的有效且可持續的催化劑。此外，催化過程的實施可能很昂貴并且需要大量的基礎設施。然而，催化在解決塑料污染方面的潛在好處是巨大的。根據皮尤慈善信托基金會的一份報告，如果不采取行動，到 2040 年，進入地球生态系統的塑料垃圾數量可能會增加兩倍，因此尋找可持續解決方案比以往任何時候都更加重要。

同樣重要的是要注意，催化隻是解決塑料污染問題的一小部分。至關重要的是，我們還應努力減少對一次性塑料的依賴并改善回收基礎設施。根據《科學美國人》的一份報告，全球産生的塑料廢物中隻有 9% 得到回收，這凸顯了改進回收方法和基礎設施的必要性。最後，重要的是繼續對催化和其他塑料污染創新解決方案進行研究和投資，以創造更加可持續的未來。

催化可以幫助減少溫室氣體排放并過渡到更可持續的能源系統，從而在應對氣候變化方面發揮至關重要的作用。

催化的一個有前途的應用是碳捕獲和利用，其中涉及捕獲工業過程中排放的二氧化碳并将其用作化學品和燃料生産的原料。根據《科學日報》發表的一項研究，已經開發出一種使用金屬有機框架的新催化工藝，可以高效捕獲二氧化碳并将其轉化為有用的化學品。

催化也可用于生産清潔能源。例如，催化過程可用于将生物質和其他可再生資源轉化為生物燃料，這有助于減少對化石燃料的依賴。發表在《自然催化》上的一項研究發現，一種模仿二氧化碳和電子自然合成醋酸鹽的裝置可以幫助開發化石燃料的無碳替代品。

太陽能光催化能源轉化

除了在能源和碳捕獲方面的應用外，催化還有助于解決氣候變化對健康的影響。根據《新英格蘭醫學雜志》的一份報告，空氣污染和氣候變化加劇了一系列健康狀況，包括與高溫相關的疾病、心血管和呼吸道疾病以及媒介傳播的疾病。減少運輸和工業過程排放的催化技術有助于減輕空氣污染對健康的影響。

催化作用還有可能推動消費者行為向更可持續的産品轉變。世界經濟論壇的一份報告發現，大多數“氣候催化劑”——積極減少碳足迹的消費者——優先考慮可持續産品，并願意為此支付溢價。因此，能夠生産可持續産品的催化過程有助于推動對更環保産品的需求。

總體而言，催化有可能通過促進清潔能源的生産、減少溫室氣體排放、減輕空氣污染對健康的影響以及推動消費者行為向可持續發展方向轉變，在應對氣候變化方面發揮關鍵作用。然而，為了開發和擴大可持續催化技術，需要持續的研究和投資。

催化也是工業廢物增值和管理的重要工具。

全球每年産生大量生物質和工業廢物，其價值對于環境保護、可持續發展和能源危機管理至關重要。化學催化技術，如熱催化、電催化和光催化，以及生物催化技術，可用于廢物材料（包括塑料）的增值。工業催化在石化、化肥和煉油行業的發展中發揮着關鍵作用，并且在解決環境問題和能源領域也發揮了重要作用。

智能催化設計對于激勵塑料的化學回收和減輕塑料廢物的負擔是必要的。非均相催化劑更适合廢舊聚烯烴的工業回收，因為商用塑料中的各種添加劑和雜質會中毒或與催化劑發生反應，導緻催化劑失活。此外，中毒或燒結的催化劑可以通過一些物理方法再生。根據所使用的原材料和制造工藝，不同的行業會産生不同類型的廢物，例如固體、液體和氣體。工業廢物可以使用催化劑進行回收和再利用，有助于預防污染、節省企業資金并減輕監管負擔。

機械回收是純單一材料或單一塑料收集系統的流行選擇，而混合塑料廢物（例如消費後塑料廢物）必須進行分類才能回收回收物。催化過程還顯示出回收混合塑料廢物的前景，并且使用實際廢物餾分和催化過程（例如熱解或氣化）已被證明可以有效地實現廢物增值。此外，塑料廢物的回收可以帶來經濟效益，因為近 70% 的消費者願意為可持續産品支付更多費用。催化劑在現代工業經濟、環境管理和所有生物過程中發揮着重要作用，這使得催化成為管理工業廢物的重要工具。