生物油催化热解转化生物塑料的创新路径及其在循环经济中的可持续发展意义

为应对化石燃料和石化塑料的环境挑战，研究人员系统综述了催化热解与共热解技术将生物质转化为生物油的创新路径，重点探讨了微波辅助热解、催化剂优化对提升生物油品质的作用，及其向聚羟基脂肪酸酯(PHAs)等生物塑料的转化机制。研究揭示了生物油分子特性与聚合策略的匹配关系，为循环经济下可持续材料开发提供了技术路线，同时指出规模化生产、成本控制等关键挑战需政策与市场协同解决。

　　

随着全球气温在2024-2025年间短暂突破《巴黎协定》设定的1.5^°C阈值，化石燃料依赖导致的CO₂排放问题日益严峻。传统塑料年产量超3.45亿吨，其不可降解特性与焚烧产生的氰化物等有毒气体，迫使人们寻找替代方案。生物塑料虽展现潜力，但原料成本高、性能不稳定等瓶颈制约其发展。在此背景下，研究人员聚焦生物质热解技术，探索将农业废弃物转化为生物油，并进一步合成可降解塑料的创新路径。

研究团队采用催化热解（zeolite催化剂）、微波辅助共热解（医疗塑料与废食用油混合处理）等关键技术，结合计算流体动力学(CFD)建模优化工艺。通过分析200-300 EJ生物质资源的转化潜力，系统评估了生物油中环状化合物通过开环聚合等途径合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的可行性。

生物质 feedstock与转化
研究指出，木质纤维素类农业残余物通过快速热解（停留时间<2秒）可最大化生物油产率（达74%），而慢速热解（20-30分钟）更利于生物炭生产。粒径、升温速率等参数显著影响产物分布，其中酸预处理可提升糖类转化效率。

催化与共热解创新
金属氧化物催化剂使含氧化合物选择性降低至19%，而HZSM-5沸石催化剂将芳烃产率提升至58%。共热解医疗塑料与废食用油时，微波辐射使生物油产率提高32%，且产物适用于PHA合成。

生物油向生物塑料转化
离子液体提取法从细菌生物质中获得60% PHA纯度，混合微生物培养优化后纯度达100%。废食用油与木薯皮共混制成的生物塑料薄膜在土壤中21天完全降解，展现优异环境适应性。

循环生物经济价值链
电催化加氢将生物油热值提升至42 MJ/kg，接近柴油标准。生命周期评估显示，该路径可减少67%的温室气体排放，但规模化需解决原料季节性波动问题。

结论与展望
该研究证实热解衍生生物油是合成PHAs的理想平台，其分子多样性可通过特定聚合路线定制材料性能。共热解技术同时解决塑料污染与生物油品质提升的双重挑战，但经济性（当前成本比石油塑料高38%）和连续化生产仍是产业化障碍。未来需通过政策激励与工艺集成（如联产氢能）推动技术落地，最终实现从"线性消耗"到"循环再生"的塑料经济转型。论文发表于《Biomass and Bioenergy》，为可持续材料开发提供了系统化的技术路线图。