美国能源部太平洋西北国家实验室（PNNL）正在与轮胎巨头普利司通合作，扩大将乙醇转化为丁二烯（合成橡胶的最重要成分）的化学工艺。
此次合作的核心是 PNNL 研究人员开发的一种催化剂，它可以消除对热量的需求，并减少当前丁二烯生产过程中的二氧化碳排放。
PNNL 首席科学家兼项目经理 Vanessa Dagle 表示：“虽然还存在其他乙醇制丁二烯催化剂，但这种催化剂在高转化率下表现出高选择性，这意味着它能产生大量丁二烯，且性能不会随着时间的推移而下降。”
丁二烯需求正在上升
传统上，丁二烯是蒸汽裂解工艺的副产品。在炼油厂中，原油（由长链碳氢化合物分子组成）被加热并与蒸汽结合，以破坏化学键并产生较小的碳氢化合物。进一步精炼较小的碳氢化合物可生产出塑料食品包装、合成纤维、汽车、卡车、飞机燃料以及橡胶轮胎所需的成分。
但丁二烯的生产遇到了一些障碍。橡胶需求不断上升，这意味着世界需要更多的丁二烯。与此同时，北美正转向从页岩而不是原油中提取天然气。与蒸汽裂解天然气相比，蒸汽裂解石脑油等原油产品会产生大量丁二烯，因此随着各国转向开采天然气，丁二烯产量会减少。Dagle 称，由于这种转变，研究人员一直在寻找制造丁二烯的新方法。
普利司通核心聚合物科学执行董事 Mark Smale 表示：“此类项目将有助于推动行业可持续发展所需的科学和技术，使我们的工程师和科学家处于革命性的前沿，以更有利于自然的方式彻底改变轮胎制造商获取丁二烯的方式。我们对这个项目和创新的新工艺感到非常兴奋，并非常感谢 PNNL 的合作。”
PNNL 的研究人员于2018年首次开发出这种催化剂，并通过美国能源部生物能源技术办公室支持的技术商业化基金项目得到进一步推进。现在，在美国能源部工业效率和脱碳办公室超过1000万美元的资助下，普利司通和 PNNL 将花费三年时间完善催化工艺。
可持续的循环经济
通过使用乙醇，研究人员希望使丁二烯生产更加可持续。首先，生产乙醇不需要从原油开始。更重要的是，乙醇来自植物物质，研究人员也在寻找从社会废物中生产乙醇的方法。目前，该国几乎所有的乙醇都来自玉米粒中的淀粉，但乙醇也可以从其他类型的生物质中生产，如藻类和食物残渣。研究人员还探索使用人类排泄物（以废水处理污泥的形式）和工业废料作为乙醇原料。甚至橡胶轮胎也可以回收利用来生产乙醇。
当与乙醇混合时，催化剂首先会破坏乙醇的氢原子，生成乙醛（一种天然存在于咖啡、成熟水果和面包中的化合物）。进一步的反应会继续重新排列原子和键，直到形成丁二烯。
Dagle 表示：“借助 PNNL 的催化剂，我们可以将社会垃圾转化为日常使用的多种产品的宝贵原材料，同时减少温室气体排放。”
在为期三年的合作中，普利司通将向 PNNL 供应由回收轮胎制成的乙醇。利用这些乙醇，PNNL 的研究人员将致力于开发一种可从实验室规模扩大到商业规模的催化工艺。
PNNL 联合首席研究员兼高级研究工程师 Rob Dagle 表示：“最终，我们将为他们的试验工厂准备好催化剂和工艺。”普利司通计划在俄亥俄州阿克伦建造试验工厂。
研究人员希望，在试点研究结束时，该工艺能够实现商业化。Vanessa Dagle 说：“如果试点研究进展顺利，并实现商业化，我们将来就会拥有绿色轮胎。”
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