Best Paper Award
Green economy and waste management: An inevitable plan for materials science
绿色经济和废弃物管理：材料科学的必然计划
新里斯本大学
Rodrigo Martins
教授团队
研究背景
当前，生活和工业废弃物正在成为日益严重的环境问题。其中增长最为显著的是电子废弃物，其成分包括大于30%的陶瓷、40%的塑料和30%的金属。据报道，2019年产生了约5360万公吨的电子废弃物，而仅有17.4%被回收。此外，塑料、医疗等废弃物也是人类面临的巨大挑战。
在当前这种背景下，材料研究和工程学的重点是找到新的方法来彻底改革生态技术系统，同时使用尽可能多的生物兼容材料和采用循环经济。循环经济的新概念主要涉及限制原材料使用、最大化产品寿命和可回收性、以及将废物重新作为资源利用。全球范围内已经推广了多个生态工业园区（EIPs），通过循环经济和绿色技术促进可持续未来。2016年，中国的EIPs通过回收塑料节省了1400万吨的温室气体排放。通过循环经济的方式，到2040年，中国在高品质产品和服务上的家庭和企业支出预计可节省约70万亿人民币（约11.2万亿美元），相当于中国2040年预计GDP的16%。因此，全球采用循环经济和绿色技术对于我们地球的可持续未来至关重要。
研究内容
01. 生物塑料VS非生物降解塑料
塑料废弃物的可持续处理是巨大挑战。全球每年生产的塑料超过3.8亿吨，但只有16%的塑料废物被回收用于制造新的塑料。
为了解决这个问题，生物可降解的生物基聚合物，即绿色聚合物，成为有吸引力的替代品。绿色聚合物主要来源于生物质、微生物或合成聚合物。根据2019年欧洲生物塑料和Nova研究所的市场数据分析，全球生物塑料产量为211万吨，其中55.5%为生物降解生物聚合物，包括PLA、PHA、淀粉混合物等。
2.医疗废弃物
在医疗和生物领域，生物降解性合成聚合物，尤其是聚酯、聚酸酐、聚羟基酯和聚酮类，因其控制有效性和生物降解速率的关键特性而被广泛利用。例如，这些合成生物主要用于药物传递系统、外科植入物、隐形眼镜、缝合线、组织工程等多种医疗设备应用。
3. 电子垃圾
所有电子产品从外壳到内部组件，如半导体芯片、电路板、连接器、显示面板和存储设备等，都采用了包括黄金、铜、银在内的多种不同物质制成。塑料也是电子设备中常用的一种材料。此外，电子产品中还广泛使用了多种极具危害性的材料，如铅、汞、镉等。电子产品中的电池也是非常需要回收和绿色技术推荐的关键部件之一。大多数用于电池的重金属具有高度毒性，如果不正确处理或回收，对环境和人类都可能造成危害。
制造100%环境友好且绿色的电池是一个非常大的挑战。其中，钠离子电池（SIB）因其显著的发展进步，被视为对锂离子电池（Li-ion）的环境友好的替代品。铝离子电池（AIB）也因其天然丰富、高环境影响和低成本制造过程而在学术和商业领域受到越来越多的关注。目前，一些领先的电子制造商正积极推动循环经济和绿色未来，通过处理电子废物回收包括塑料在内的材料。
为了减少电子废物，纸张或纤维素基材已经显示出作为新型电子用途的有前景的基材料，其制作简单且易于回收。纤维素资源容易获取、可持续、便宜、轻便、可再生，并且是当前生态技术中极其重要的自然资源。最近，使用纤维素纳米颗粒与碳墨水在纸基材上印刷的完全可回收电路得到了发展。由于低成本技术，灵活且轻便的纤维素基材或纸张将成为不久的将来印刷电子介质中的关键材料。
图文解析
图1. 世界不同地区的废弃物年产生量及预测。
图4. 几种绿色塑料的化学配方、自然资源和消费市场示意图。
图6. 医疗废物处理的颜色编码:废物管理和处理规程。
图7. 电子废物管理流程图。
研究前瞻
绿色技术和循环经济是通过可持续设计实现的，旨在最小化废物和污染的制造概念。它整合了经济效益和生态影响，覆盖了从资源采集、设计、生产、组装、运输、回收到处置的消费品完整生命周期。另一方面，非法倾倒是日益增长的废物问题的另一个威胁。废弃物流和管理现在是维护我们的世界的主要关注点。不是承诺、不是重新思考、不是讨论——现在是采取行动实现可持续性的时候了。
引用此文章
https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2022.01.001
作者简介
Rodrigo Martins, i3N和CENIMAT的运营总监；欧洲科学院现任院长；葡萄牙工程院院士；欧洲学院成员；国际材料研究学会联合会前主席；EMIRI能源材料行业研究计划联合主席。CEMOP/UNINOVA董事兼创始人，在薄膜技术、电子和光电材料方面发表了1000多篇论文（h因子98，引用次数超过39000次）。
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2023年最新影响因子4.8，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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