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塑膠的大量生產與廢棄傷害環境和生態
塑膠自問世以來改變了我們的生活，讓生活變得更便利。時至今日放眼生活周遭，隨處都是塑膠製品。但這樣便利的背後帶來大量的環境汙染問題。自 1950 年，塑膠首次大量生產，那一年總共製造出 200 萬噸塑膠。2017 年總量來到 83 億噸，2050 年預估將達到 340 億噸。
source：publicdomainpictures
英國衛報的調查揭露，全世界每分鐘購買 100 萬個寶特瓶，2021 年將增加 20%。但美國學術機構領軍的全球性塑膠生產總量分析研究發現，有半數塑膠在四年內就變成垃圾；研究也指出，2015 年共生產了 70 億噸的塑膠垃圾，只有 9% 被回收，12% 被焚燒，剩餘的 79% 通通進入了掩埋場或環境中，汙染全球的陸地、海洋，嚴重傷害環境和生態。但每年仍然有大量新的塑膠被產出。
那麼廢棄的塑膠要如何回收處理呢？是否有機會再利用？科學家一直在思考這個問題。首先先來理解一些關於塑膠的基本知識。
塑膠是怎麼來的 ？
塑膠的原料是從石油當中提煉出來。石油如果利用分餾的方式，可以依沸點不同而分離加工得出煤油、苯、汽油、石蠟、瀝青等產品。石油主要是由碳原子與氫原子所構成的化合物，僅由碳原子與氫原子所組成的碳氫化合物又統稱為烴，而僅碳氫作簡單直鏈狀排列的稱之為烷。
以汽油成分之一的「辛烷」為例說明，如圖一所示，辛烷的主要骨架由 8 個碳原子排列而成，周圍與氫原子形成鍵結，這樣的簡單排列稱為「烷」類。因為有 8 個碳，分子以天干（甲、乙、丙、丁…….）命名，數字 8對應的字是「辛」，所以稱為辛烷。
圖一：8 個碳原子與 18 個氫原子作簡單直鏈狀排列組成的辛烷。source：wikimedia
從石油到塑膠
由於石油裡面成分混雜，若要生產塑膠，需要先將石油的分子切成較小的片段，再將它組裝成較大分子的塑膠。在學術專業領域中，將分子切割成小片段的過程稱為裂解（Pyrolysis），而重組後具有大分子量的化合物稱為聚合物（Polymer）。
將從石油中得出的輕油在 800℃～900℃ 的無氧狀態（有氧氣就變成燃燒反應）加熱，分子的鏈段會局部斷裂，被裁切成好幾段，以小分子的組成存在，這個過程稱為裂解。再經過一連串的分餾程序，將不同的化學成分利用沸點的差異分離後，取得氫氣、乙烯、丙烯、丁二烯、芳香烴等一系列石化基本原料。而主要產品是乙烯，是塑膠的重要原料。裂解的產物有多種成分，在此僅以最重要的成分來進行說明。
圖二：分子的高溫裂解。source：wikipedia
石油裂解後產生的乙烯分子（如圖三所示），可以經由化學反應讓彼此連結起來形成大的分子鏈（高分子聚合物），這樣的反應稱為聚合反應。
圖三：石油裂解後可得到乙烯
以乙烯為基本單元聚合而成的聚乙烯（如圖四所示），由於加熱為熔融狀態，就可將之擠壓成型，形成塑膠製品。所以我們使用的塑膠是經過石油裂解後再聚合所產生的。
圖四：乙烯分子經過聚合反應成為聚乙烯（塑膠）。source：newsmov
廢塑膠回收裂解煉油，怎麼來的怎麼去
讀到這裡讀者可能會想到，如果應用前面提到的熱裂解方法來處理（如圖二），是否就可以將已經聚合的高分子裂解成小分子烷類燃料？答案是肯定的。
為了提高分解聚乙烯分子的效率，科學家在裂解過程中加入催化劑來幫助裂解反應的進行，在 400℃～500℃ 的溫度下進行無氧裂解，使其回到原始的氫與碳原子狀態，接著再重新排列分子組成，就可將廢塑膠轉換成有用的燃料與蠟。
不過分解過程中所需用到的催化劑原料銥（Ir）與錸（Re）金屬，價格並不便宜。科學家的目標將致力於改善塑膠與催化劑間使用量的比例，將催化劑的比例降低，或提高催化劑回收率；除此之外也研究以更低價格的催化劑來取代昂貴的金屬，並期望未來若技術更成熟進步，可以處理未經分類、特殊分類或複合材質的塑膠。
廢塑膠回收裂解煉油，約 80～85% 可轉化為燃料油，其餘 5% 為天然氣，10% 則為碳黑。這項技術為塑膠垃圾的處理提供了一個可行的方法，讓危害環境和生態的塑膠垃圾有機會變成有價值的資源。
回收的廢塑膠轉化成汽油 [1] 。source：america.aljazeera.com
參考文獻
- Ostashevsky, L. (2014, November 11). The afterlife of plastic. Al Jazeera America.
- Taylor, M. (2017, July 19). Plastic pollution risks ‘near permanent contamination of natural environment’. The Guardian.
- 全球塑膠生產總量分析 揭83億噸的「重量級」傷害。環境資訊中心。
- 塑膠廢料萬年不滅？ 回收煉油再創資源價值。環境資訊中心。
