不久的将来，橡胶轮胎可以由植物物质、废料和回收轮胎制成，用于汽车、卡车和飞机等。据外媒报道，美国能源部太平洋西北国家实验室（PNNL）与世界最大的轮胎制造商之一普利司通（Bridgestone）合作，以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。

（图片来源：太平洋西北国家实验室）

此次合作的核心在于PNNL研究人员开发的一种催化剂。这种催化剂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首席首席科学家和项目经理Vanessa Dagle表示，虽然还存在其他的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。这意味着它能够生成大量丁二烯，而且性能不会随着时间的推移而降低。”

对丁二烯的需求日益增长

传统上，丁二烯是蒸汽裂解工艺的副产物。在炼油厂中，原油（由长链烃分子组成）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所生产出的成分，可用于塑料食品包装、合成纤维、橡胶轮胎，以及汽车、卡车和飞机的燃料。

但丁二烯的生产遇到了一些障碍。随着橡胶需求不断上升，全球需要更多的丁二烯。与此同时，北美正转向从页岩中提取天然气，而不是原油。与蒸汽裂解天然气相比，蒸汽裂解原油产品（石脑油等）产生的丁二烯比例较大。因此，随着各国转向开采天然气，丁二烯产量会减少。Dagle表示，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进使行业更可持续的科技发展。这使我们的工程师和科学家处于前沿位置，有望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。”

PNNL研究人员于2018年首次开发出这种催化剂，并通过由美国能源部生物能源技术办公室（Bioenergy Technologies Office）支持的技术商业化基金项目（Technology Commercialization Fund Project）进一步推进该技术。现在，在美国能源部工业效率和脱碳办公室（Industrial Efficiency and Decarbonization Office）超过1000万美元的资助下，普利司通和PNNL将用三年的时间来完善该催化工艺。

（图片来源：太平洋西北国家实验室）

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具可持续性。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，研究人员也在寻找利用社会废弃物生产乙醇的方法。目前，美国几乎所有的乙醇都来自玉米粒中的淀粉，也可以利用其他类型的生物质进行生产，如藻类和食物残渣。研究人员还探索使用人类废弃物（以废水处理污泥的形式）和工业废料作为乙醇原料。甚至回收橡胶轮胎也可以用来生产乙醇。

当与乙醇混合时，该催化剂首先会破坏乙醇的氢原子，从而生成乙醛（一种天然存在于咖啡、成熟水果和面包中的化合物）。进一步的反应可以继续重新排列原子和键，直至形成丁二烯。Dagle表示：“利用PNNL的催化剂，我们可以将社会垃圾转化为多种日用产品的宝贵原材料，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研究人员将致力于开发催化工艺，使其可从实验室规模扩大到商业规模。而普利司通计划在俄亥俄州阿克伦（Akron）建造试点工厂。PNNL联合首席研究员兼高级研究工程师Rob Dagle表示，最终“我们将为他们的试点工厂准备好催化剂和工艺。”

研究人员希望，在试点研究结束时，该流程能够实现商业化。Vanessa Dagle表示：“如果该试点研究进展顺利，并实现商业化，将来我们就会拥有绿色轮胎。”