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3D打印技術如何能徹底改變塑料的回收與利用?

2024-04-12 15:05

3D打印有潛力在很多方面改變世界，但最令人興奮和最直接的潛力之一是，它可能會如何徹底改變我們回收塑料的方式。塑料回收很重要，但存在嚴重缺陷——當我們看到世界上的塑料污染水平時，我們就看到了這一點，它正在達到流行病的水平。塑料污染目前是一個巨大的問題：每年有190億磅的塑料被傾倒進海洋中。大太平洋垃圾帶是太平洋中塑料濃度不斷增加的地區，據估計其面積在德克薩斯州和墨西哥之間。一些專家預測，到2050年，海洋中的塑料質量可能比魚還多。海洋中大量的塑料影響著海洋生物和海鳥，它們經常被塑料袋等物品纏住，或者被碎片窒息。塑料微粒被海洋生物消耗，這會導致更復雜和長期的健康問題。這也會影響到食用海洋動物的人類。淡水系統也被塑料堵塞，包括城市污水系統：2017年的一項研究發現，全球83%的自來水樣本中含有塑料。這對人類健康的影響非常負面，塑料尤其針對甲狀腺、內分泌和生殖系統。塑料污染也是旱地上的一個問題：氯化塑料的分解將有害化學物質釋放到土壤和地下水中，傷害當地動物，污染農業土壤。此外，隨著塑料的降解，它會向大氣中釋放有害的甲烷，從而惡化氣候變化。

塑料回收的過程不能完全歸咎于塑料污染的原因是多樣的，但可以分為兩類：塑料在可以回收的時候不能回收，以及即使在正確的地方回收塑料也很困難。3D打印技術有可能緩解這兩個問題。在我們進入細節之前，這將有助于了解一些塑料回收工作的背景。在傳統的回收利用中，塑料通常要經過強烈的熱和化學反應，以改變它們的形式和組成。一些塑料經過熱去極化過程將其轉化為廉價燃料。另一些則經過熱壓縮，未分類的塑料可以組合成可回收的形式。一些形式的塑料，如聚對苯二甲酸乙二醇酯，被大型機器分解成薄片，然后重新熔合在一起，形成不同的產品。一些塑料被用作鋼鐵回收利用過程中的碳源。這些方法都有優缺點，但3D打印有一些關鍵的優點。在3D打印的塑料回收利用中，塑料按類型分類，然后被拉成長長的塑料細絲——3D打印的“油墨”。這些3D燈絲可以輸入打印機，生產各種各樣的模型、形狀、產品或原型。研究表明，盡管自1990年以來，所有類別中的材料的回收水平都有所上升，但塑料相對于其他材料卻落后。其中一個原因是經濟原因；塑料是最昂貴、最不賺錢的回收材料之一。由于塑料回收的復雜性，它可能會混淆哪些塑料可以回收，哪些不能。當回收過程更直接、更有利可圖時，公司和個人可能會更有動力進行回收，就像金屬和玻璃一樣。對回收者本身也可能有一種阻礙：對于許多類型的塑料，回收成本和最終產品的市場價值之間的差距可能很小。3D打印有潛力通過使可回收的塑料更有價值來提高塑料的回收率。隨著塑料回收的一種全新的方法和應用——一種具有廣泛的應用——塑料的回收價值甚至可能比金屬和玻璃更有價值。而且，我們從基本經濟學中知道，讓人們做某件事的**方法是賦予它美元價值。

根據《衛報》的一篇文章，3D打印已經極大地改變了印度的拾荒者的生活——也就是那些靠堆積的垃圾為生的人。為3D打印網準備的塑料垃圾是為傳統回收準備的塑料垃圾的6到8倍。這些利潤率在未來幾年肯定會增加，因為預計到2012年，3D打印技術的市場份額將增加261%。與傳統方法相比，3D打印的另一個好處是，塑料可以廉價、容易地轉化成細絲，而且不需要高溫或昂貴的設備。不幸的是，與傳統的回收一樣，回收成細絲的塑料在每次循環中都會失去耐久性和質量。然而，當涉及到一些3D打印應用程序時，這可能并不是什么大問題。許多企業和發明家使用3D打印來生產短期使用的廉價模型——在這種情況下，低質量的燈絲可能不是什么問題。此外，似乎各種各樣的塑料可以作為3D打印細絲，同樣取決于預期的應用。隨著回收塑料進行3D打印的好處不斷增加，越來越多的人轉向這種方法，而不是傳統的回收，有些人在自己家里。英屬哥倫比亞大學的三名學生發明了一種名為“原循環器”的機器，它可以將塑料垃圾轉化成3D打印線軸。原型循環機售價100美元，雖然看起來很多，但比數百萬美元的回收設施要少得多。在未來，回收利用可能不再是一個制度性的過程，而是一個每個人都在自己家里做的事情，生產出他們可以制造新東西的原材料。想象一下這樣一個世界，你不是去商店買iPhone外殼，而是把一些塑料瓶放進機器里，然后在自己的客廳里打印出來。一些3D打印專家正在研究開發用于該行業的可生物降解塑料。當與塑料被回收成細絲時，我們可以完全消除生產新塑料的需要。這將對世界生態系統和人類健康產生巨大的好處。