碳中和背景下生物基复合材料循环使用可行性探讨

近年来，随着气候危机的不断升级，碳中和已成为全球的紧迫任务。为了完成这一目标，推广可持续材料的应用已引起广泛关注。生物基复合材料作为一种具有可再生性和可降解性的材料，其循环使用具有显著的优势，受到越来越多的关注。本研究旨在探讨生物基复合材料循环使用的可行性，并分析其在碳中和中的应用前景 [1]。生物基复合材料作为一种绿色可循环利用的新型材料，相对于传统材料，在制造生产过程中可以减少二氧化碳的排放量，且能够可持续生产，因此具有广阔的发展前景[2]。然而，目前生物基复合材料在循环利用方面仍存在许多技术难点和实践问题，因此有必要对其循环利用的可行性进行探讨和研究。

1 绪论

1.1 国内外研究现状及发展趋势

目前，国内外学者对生物基复合材料的研究主要集中在材料的制备、性能表征、应用等方面。在循环利用方面，国外已经建立了完善的循环利用体系，积极推广生物基复合材料在各个领域的应用。而国内生物基复合材料在循环利用方面的研究还相对较少，需要进一步加强相关技术的研究和实践[3]。

国内：在中国，生物基复合材料的循环利用正在得到越来越多的关注。2018 年，中国塑料加工工业协会发布了《生物可降解塑料与生物基复合材料推广应用指南》，提倡使用生物可降解材料，并介绍了相关政策、技术和市场等信息。此外，最新相关信息如下表所示。

国外：在欧洲，生物基复合材料的循环利用也得到了广泛的关注。欧盟在 2020 年发布了《欧洲绿色协议》，提出了许多关于可持续发展的目标和计划，其中包括推广生物基材料和实现材料的循环利用 [4]。

此外，一些企业也在积极推广生物基复合材料的循环利用。美国可持续生物基塑料公司 TIPA 就推出了一系列可生物降解的包装材料，并通过回收和循环利用的方式减少废弃物的产生[5]。总之，生物基复合材料的循环利用在国内外的发展趋势是积极的，这不仅有助于减少环境污染和资源浪费，同时也促进了生物基材料的进一步发展和推广。

1.2 研究内容和目标

本文将以碳中和背景为背景，探讨生物基复合材料的循环利用可行性。具体研究内容包括生物基复合材料的概述、碳中和背景下生物基复合材料的循环利用、生物基复合材料循环利用的可行性分析和实践案例分析。旨在提供理论支持和实践经验，为生物基复合材料的循环利用提供技术支撑和指导。

2 生物基复合材料的概述

2.1 定义及分类

生物基复合材料是以生物质为主要原料，通过添加不同的功能性添加剂，采用一定的工艺方法制备而成的复合材料[6]。生物基复合材料可以根据生物质来源的不同，分为木质素基、淀粉基、纤维素基、蛋白质基等多种类型。它们具有良好的生物降解性、可再生性、可循环利用性等优点，被广泛应用于包装、餐饮、纺织、交通运输等领域[7]。

Proportion of global consumption of bio-based materials in 2022 2.2 特点和优势

（1）生物基复合材料具有优异的生物可降解性，可以在自然环境中快速分解为二氧化碳、水和无害物质，对环境的污染和危害极小 [8]；

（2）生物基复合材料具有良好的可再生性，可以通过循环利用减少对自然资源的依赖和破坏；（3）生物基复合材料具有良好的物理和化学性能，可以根据不同的需求设计制备出具有不同功能的复合材料，例如具有阻燃、耐水、耐热等性能 [9]；（4）生物基复合材料具有广泛的应用前景，可以在包装、建筑、医疗、汽车等领域替代传统材料，推动实现低碳环保生产模式。

2.3 生产和应用现状

生物基复合材料的制备方法多种多样，包括挤出法、压缩成型法、注塑法、层压法等。在应用方面，生物基复合材料已经广泛应用于包装、建筑、医疗、汽车等领域，例如木质素纤维板、淀粉包装材料、蛋白质生物医用材料等。同时，随着环保和循环利用理念的不断推广，生物基复合材料在未来的应用前景也越来越广阔。

3 碳中和背景下生物基复合材料的循环利用

3.1 碳中和背景的定义和意义

碳中和是指通过减少二氧化碳排放并通过吸收和储存二氧化碳等方法，将温室气体减排与吸收平衡，从而减缓全球气候变化的过程。碳中和是实现全球气候目标的关键措施之一，它可以促进能源转型，推动绿色经济发展，也有利于保护环境和提升生态系统服务功能 [10]。

3.2 生物基复合材料的循环利用方式和优势

生物基复合材料是以生物质资源为基础材料，经过物理、化学或生物学处理，与其他材料进行混合、复合后形成的一类具有多种性能的材料。其循环利用方式包括回收、再生和再利用，具有以下优势：1. 生物基材料本身来源于可再生资源，与传统材料相比在生产过程中可以减少二氧化碳的排放，从而减弱温室效应；

2. 生物基复合材料可通过生物降解等方式实现环境友好的废弃物处理

3. 生物基复合材料可以作为碳储存的一种方式，通过在材料中固定二氧化碳等温室气体，达到减排的目的。

在碳中和背景下，生物基复合材料的应用前景和挑战如

3.3 碳中和背景下生物基复合材料的应用前景和挑战

应用前景：碳中和目标的推进将进一步促进生物基复合材料的发展和应用，尤其是在包装、建筑、交通等领域。同时，生物基复合材料的低碳、环保、可降解等特点符合了消费者对可持续发展的追求，因此在市场上具有广阔的应用前景。

挑战：生物基复合材料在生产、回收、再生和再利用等方面仍存在诸多技术和经济上的挑战，例如生产成本高、回收再生技术不成熟等问题。此外，生物基材料的可持续性也存在争议，一些生物基材料生产可能会导致土地、水资源等方面的环境问题。因此，需要在生产、使用和废弃处理等方面进行全面评估和管理。

4 生物基复合材料循环利用的可行性分析

4.1 生物基复合材料循环利用的可行性分析指标体系针对生物基复合材料的循环利用，可行性分析的指标体系应包括以下方面：

（1）技术指标：包括复合材料的加工性能、物理力学性能、化学性能等方面，旨在评估其在循环利用过程中的稳定性和耐久性。（2）经济指标：包括成本、收益、资金回报、市场需求等方面，旨在评估其在商业应用中的可

行性和经济效益。

（3）环境指标：包括生产过程的碳排放、废弃物处理、循环利用对环境的影响等方面，旨在评估其对环境的影响和可持续性。

（4）社会指标：包括消费者需求、安全性、文化和社会接受度等方面，旨在评估其在社会层面的可行性和接受度。

4.2 生物基复合材料循环利用的可行性分析结果和评价通过对生物基复合材料循环利用的可行性分析，得出了以下的结果和评价：

（1）生物基复合材料循环利用具有可行性。通过对生物基复合材料的物性、化学性质等进行研究，发现其在循环利用方面具有很大的潜力。目前已有一些生物基复合材料的循环利用方案得到了成功实践，这为后续的推广应用提供了有益的经验。

（2）生物基复合材料循环利用还存在一些挑战和困难。生物基复合材料的循环利用需要实现各个环节的有机协同，包括原材料采集、加工制备、使用与回收等各个方面。同时，还需要解决生物基复合材料在回收过程中可能带来的二次污染和环境风险等问题[11]。

（3）应加强生物基复合材料循环利用的相关研究。目前，生物基复合材料循环利用研究仍处于起步阶段，需要加强原材料的筛选、回收技术的改进、循环利用方案的设计等方面的研究，以推动生物基复合材料的循环利用进程。

总之，生物基复合材料循环利用的可行性得到了初步验证，但需要在实践中不断探索和完善。只有通过不断的研究和创新，才能实现生物基复合材料在循环利用方面的最大化价值。

5 生物基复合材料循环利用的实践案例分析

生物基复合材料的循环利用已经成为了业界的热门话题。在实践中，也有一些企业和组织已经开始着手探索生物基复合材料的循环利用，下面介绍一些相关的实践案例。

5.1 实践案例介绍

华润松芝生物材料有限公司生产的生物基聚酯（PBS）是一种由淀粉和聚丁二酸通过微生物发酵制成的生物降解材料。该材料主要用于制造各种生物降解产品，如一次性餐具、垃圾袋、服装、塑料袋、包装材料等。

由于 PBS 是一种生物降解材料，可以被自然环境中的微生物分解为水和二氧化碳，因此它被认为是一种环保型材料。与传统塑料相比，PBS 具有较高的生物降解性、低的毒性、低的温室气体排放等优点 [12]。

传统塑料主要是由石油或天然气中提炼出来的烃类物质，通过聚合反应得到的合成高分子材料。以聚乙烯为例，其生成的化学方程式如下：

nCH =CH → (-CH -CH -)n （1）

这个反应是通过将乙烯单体分子中的双键开裂，然后连接成一个长链状的高分子结构。生成的聚乙烯材料是一种常见的塑料，广泛应用于包装、建筑、电子、汽车等领域。不过在聚乙烯的制造过程中，需要使用大量的石油或天然气等化石燃料，并产生大量的二氧化碳和其他污染物，对环境造成较大的压力 [13]。

但是 PBS 是一种生物降解材料，同时，PBS 还具有良好的物理性能，如优异的柔韧性、强度和耐热性能等，因此广泛应用于生物降解产品的制造领域。其循环利用方式主要是通过回收和再生利用。回收 PBS 材料的方法包括物理方法和化学方法。物理方法是指通过机械处理和物理分离的方式回收废弃 PBS 材料，例如破碎、磨粉、筛分等。化学方法是指通过化学处理将 PBS 材料分解为原材料，例如将 PBS 材料酸解为单体，再通过聚合反应重新制造成 PBS 材料。通过回收和再生利用，PBS 可以实现可持续的循环利用，减少对自然资源的消耗和环境污染[14]

华润松芝生物材料有限公司生产的生物基聚酯（PBS）是由淀粉和聚丁二酸发酵制成的。淀粉在发酵过程中被转化为丁二酸，与丙二酸或其他二元酸共聚合形成 PBS。PBS 可以降解为水和二氧化碳，在降解过程中释放二氧化碳，但由于它来源于可再生的生物质，因此减少了化石燃料的使用和二氧化碳的排放。

(C₄H₄O₄)n+(C₄H₆O₄)m⟶(C₄H₄O₄)n(C₄H₆O₄)m+nH₂O+mCO₂

在生产过程中，相对于传统的石化塑料，PBS 的制造过程可以减少约 50％的二氧化碳排放。这是因为 PBS 的原材料淀粉是由植物生长过程中吸收的二氧化碳和水生成的，而聚酸是由微生物在发酵过程中合成的，相比之下，传统塑料的原材料是从化石燃料中提炼出来的。因此，PBS 的生产过程可以减少对化石燃料的依赖和二氧化碳的排放，是一种比较环保的材料[15]。

然而，这个案例也揭示出了一些问题和挑战。首先，生物基复合材料的生产和循环利用技术仍处于发展初期，技术水平和生产成本都需要进一步提高和降低。最后，包装循环利用需要有完整的产业链和相关政策的支持，只有这样才能形成良性循环的产业生态。因此，未来的研究和实践应该集中在技术创新、碳中和理念的深入应用、 链建设和政策支持等方面，以推动生物基复合材料的循环利用和绿色包装的可持续发展。

6 结论与展望

本文基于碳中和背景下生物基复合材料循环利用的可行性探讨，对生物基复合材料的概念、制备方法、循环利用技术和实践案例进行了详细阐述。通过理论分析和实践案例分析，得出了以下结论：首先，生物基复合材料是一种具有广阔应用前景的环保材料，其制备过程和循环利用过程中相比传统材料可以有效减少二氧化碳排放量，符合可持续发展的理念。

其次，生物基复合材料循环利用的可行性得到了充分验证。从理论上分析，生物基复合材料的循环利用是可行的，可以通过多种技术手段实现。从实践案例分析来看，生物基复合材料的循环利用已经取得了一定的成果，但也面临着技术和经济上的一些问题，需要进一步解决。

最后，未来研究方向主要包括以下几个方面（1）生物基复合材料的制备技术和循环利用技（2）生物基复合材料循环利用的评价体系和标准化建设；

（3）生物基复合材料循环利用的产业化和商业化推广通过进一步研究和实践，生物基复合材料的循环利用将会得到更加广泛的应用和推广。

参考文献

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[10] 李淑华 .