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
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