以植物取代石油為原料,有望降低碳纖維價格

碳纖維(圖:Jeremiah Wong )。

人類歷史上,每個時代的躍進都伴隨著一個新材料的誕生,而碳纖維被認為是下一代科技發展的重要材料,具有比鋼更輕盈、同時更堅韌的特性。近年,碳纖維已開始出現於我們周遭的產品中,用以製造腳踏車車架、高爾夫球具,高級跑車等等。但現在受限於其製程之原物料:聚丙烯腈( Polyacrylonitrile )的價格過高的因素,一直無法量產。但日前,一組團隊的研究成果,有望打破此項困境。

丙烯腈

目前合成丙烯腈的方法,通常是經由昂貴的觸媒,將丙烯經由氨氧化反應( Ammoxidation)生成。此反應會耗散掉許多廢熱,而且會生成有毒的副產物,如:乙腈( Acetonitrile )。同時,因為丙烯的主要來源為石油,而造成丙烯腈的價格高昂且波動不定,導致碳纖維成本也受到影響。

而研究團隊最近成功以植物,特別是人類無法使用的部分:玉米稈、麥稈等等部位,作為原料,先將其製成糖類後,再經由微生物合成為 3 – 羥基丙酸( 3 – Hydroxypropionic acid ),最後經觸媒反應生成丙烯腈。此合成方法,不僅提高產率,同時也解決了廢熱與有毒副產物的問題。更重要的是,這方法擺脫了受石油價格限制的問題。

未來發展

美國再生能源實驗室( National Renewable Energy Laboratory )的格雷克·貝克漢姆( Gregg Beckham ),同時也是此論文的共同作者之一,解釋:「如果能夠透過較佳的丙烯腈合成方法穩定其價格,碳纖維的價格也許能得以降低。」

而目前研究團隊正與多家企業合作,試圖將此製程方法應用到大量生產的工廠線上,合成出丙烯腈並後續製成碳纖維。也許有望突破當前碳纖維價格因素的困境。

 

參考資料:

  1. Karp, E. M., Eaton, T. R., Nogué, V. S., Vorotnikov, V., Biddy, M. J., Tan, E. C., . . . Beckham, G. T. (2017, December 08). Renewable acrylonitrile production. Retrieved January 16, 2018.
  2. Deaton, J. (2018, January 12). Scientists are making carbon fiber from plants instead of petroleum. Retrieved January 16, 2018.  POPSCI
Kyle
編輯,臺灣科技大學材料科學與工程系學生,平日喜歡閱讀、騎車,衝浪。

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