工业生产工厂是2014年二氧化碳（CO2）排放的第三大来源。人们对将原材料从化石燃料转向生物燃料越来越感兴趣，例如生物塑料以减少温室气体排放。目前，对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶的全球产量可达每年15吨，约占全球一次能源消耗的0.2%。聚乙烯呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）高温条件下性能依旧保持优越，逐渐取代PET，占全球塑料产量的5.9%.因此PEF是其基于化石PET的可再生解决方案。然而，由于其冗长且耗能的生产过程，PEF尚未在商业规模上建立。英国杜伦大学A. J. Smallbone团队在Nature Sustainability期刊上发表PEF plastic synthesized from industrial carbon dioxide and biowaste，他们对由工业CO2排放和非食品来源的生物质为原材料产生的PEF进行新研究，并在工业规模上评估新的PEF生产途径，包括二氧化碳排放、能源消耗、环境影响和生产成本，从而弥补生物废料和碳利用方面的知识缺口。
要点：
1.新PEF途径的温室气体排放量和能耗在其他生物塑料的范围内。这在现在或将来缺乏初级食品的国家中具有很大的优势。
2.通过使用这种新途径，与PET生产相比，GHG排放和能源消耗最多可减少40.5％。
3.通过优化设计和成熟技术可以降低PEF生产成本，新的PEF生产途径不仅为工业区内的生物质再利用提供了可行的解决方案，而且能够减少温室气体排放及总体碳足迹。
1.PEF传统生产途径
生物基2,5-呋喃甲酸(FDCA)是生产PEF的重要组成部分。产生PEF和FDCA的各种途径如图1所示。一种传统的PEF生产方法是将从植物中提取的果糖转化为FDCA，随后与乙二醇（EG）发生反应。联合使用石油化工产品和生物基产品可节省约50%的能源并减少约14%的CO2排放，而生物塑料产品可减少约14%的能源和CO2排放。
2.PEF的新生产途径
图1中从工业CO2和生物废料生产PEF的新路线包括四个转换步骤：从木聚糖到糠醛，再到FC，再到FDCA，最后到PEF。前两个步骤已经非常完善，而最后两个步骤目前处在实验和试验工厂研究阶段。PEF的新生产途径是由工业排放的CO2和以糖和葡萄糖为原料的5-羟甲基糠醛（HMF）制成PEF，具有能耗低，转化效率高的优点。图2为从木聚糖到糠醛、FC、FDCA、PEF的新生产分步流程图。
3.新工艺可行性分析
温室气体排放量（GHG）和能源消耗
与其他生物塑料相比，新PEF生产途径每生产一吨PEF可减少高达1.86吨的温室气体排放。在能耗方面，利用乙二醇的玉米PEF生产途径能耗最低，改善最显著(与PTT相比，下降了40.5％）。使用石油化工生产的乙二醇的PEF生产途径能耗低（PEF生产为58 GJ 每吨）。此外，由于生产途径中消耗CO2，温室气体减排与能源消耗并不成正比。PEF生产还可以利用其他可再生能源(例如太阳能、风能和地热能)进一步减少温室气体排放，这些能源可以完全或部分替代研究中使用的热电联产。
环境影响
作者以非生物耗竭值(化石)、全球变暖潜力（GWP）和人类潜在毒值为指标评估生命周期影响评估（LCIA）结果以及各个生命周期阶段的贡献。这三个影响在很大程度上分别归因于运行PEF工厂所需的天然气生产过程、CHP系统的运行和维护以及生产PEF所需的乙二醇生产过程。结果证明，人类潜在毒值由PEF营阶段造成的。作者还在11种情况下进行敏感性分析，以评估LCIA结果的敏感性，表明由1 吨 PEF生产CHP, CO2和天然气消耗的变化(10％)对生物耗竭值(17％)和GWP(7％)的LCIA结果的影响显著。这种变化主要是非生物耗竭引起的。作者认为，热电联产对电力供应和天然气消耗的影响比再利用的CO2的影响要多；使用CO2生产过程中产生的污染物可以减少但不能完全抵消生产过程中消耗电力和天然气的环境影响。在整个生产中，二氧化碳的利用率是14.12%。
资本投资与回收
PEF的资本支出比例因子在0.5到0.9之间，资本投资范围为237.8-2.818亿美元。PEF市场价格越低，投资回收期就越长，但由于PEF生产途径没有商业化，且存在技术障碍，PEF市场价格不能与PET一样低，否则，投资回收期将变得无法接受。PEF市场价格对投资回收期的影响比资本支出比例因子的影响更大。此外，利用工厂产能可以缩短投资回收期，随着工厂产能的增加，投资回收期将显着缩短，但当价格处于高位时，工厂产能对投资回收期的影响有限。
一个PEF瓶的生产成本
图6显示了在各种条件下的PEF生产成本。通过新途径生产PEF的成本约为2435美元每吨，PET的生产成本是1800美元每吨。与新途径生产PEF相比，增加了50%的二氧化碳排放费用。新PEF生产途径使用99.5％的CO2作为原料。CO2可以从 PEF生产供应链和发电厂在内的各种来源捕获，也可以从工业废气中收集，两种方式都需要一定成本。尽管如此，图6b显示了CO2价格对PEF生产成本有边际影响，即CO2的价格对PEF的生产成本影响很小。新工艺采用抗冲改性的PLA，其刚度比高抗冲聚苯乙烯高，PEF瓶的厚度（0.66 mm）比传统的高抗冲聚苯乙烯杯的壁厚（0.89 mm）薄。从消费者角度上看，即使很薄的PEF瓶同样具有密封性好、抗甩耐用等优势。因此可以生产更薄的PEF瓶，从而导致相应的PEF瓶售价降低。通常情况下，1个237mL PET瓶的平均质量为9 g，生产成本为0.162美元，9 g PEF瓶的生产成本可能与之相同，而1个PEF瓶的质量可以降低至6.67 g 。
