灰藍色的海面上，一船船“洋垃圾”在汽笛聲中進入中國海域。海邊的小鎮(zhèn)上，紅色、藍色、綠色的塑料飲料瓶密密匝匝，像小山一樣堆起來。
從20世紀80年代起，中國曾有20年備受“洋垃圾”困擾。單是塑料垃圾，我國的輸入量就占全球的70%。廣東、浙江是接收“洋垃圾”的大省，當地許多居民靠拆解洋垃圾過活，鎮(zhèn)上的河水、井水也因此變成黑水。
在報紙上看到“洋垃圾”的新聞時，還在美國賓夕法尼亞大學從事生物物理與生物化學專業(yè)博士后工作的陳學思心痛不已，想通過自己的科研工作，為祖國消除“洋垃圾”中的“白色污染”盡一份力。
1999年，陳學思歸國加入中國科學院長春應用化學研究所（以下簡稱長春應化所）。通過20多年的不懈努力，他離自己當時設定的科研目標越來越近。
1一拍即合，做中國人自己的聚乳酸生產線
陳學思面前的白驊不太像“大老板”，身為浙江海正集團董事長的他背著一個小包，出差連助理都不帶。陳學思被他干事的魄力吸引了。
而白驊眼中的長春應化所研究員陳學思，思維活躍、衣著簡單，絲毫沒有“派頭”，與刻板印象里的科學家相去甚遠。
1999年10月，在時任長春應化所副所長董麗松的牽線下，兩人一見如故，聊了很久。他們聊的話題是一種“明星”環(huán)保材料——聚乳酸。它看起來就像一顆顆晶瑩、略發(fā)白的米粒，與普通的塑料顆粒并無二致?？删褪撬?，把“從自然中來，到自然中去”的特性發(fā)揮得淋漓盡致，從源頭上切斷了一次性包裝塑料帶來“白色污染”的可能性。
聚乳酸是一種綠色塑料，取材自玉米、木薯、纖維素等，在一定化學工藝下變?yōu)闃渲牧希芍瞥晌?、餐具、地膜、手術縫合線、骨釘、骨板等。將它們埋在土里或嵌入人體，經過幾個月到幾年時間，便會降解為小分子，最終成為水和二氧化碳，消失得無影無蹤。而且，其生產過程排放的二氧化碳量僅為傳統(tǒng)塑料的一半甚至更低，對環(huán)境、人體影響甚小。
這樣的“明星”環(huán)保材料誰不渴望得到？然而，在科技發(fā)展史上，科研人員竟一次次與它擦肩而過。
1913年，法國科學家通過縮聚方法首次合成聚乳酸，但其產量低、分子量小、力學性能差，幾乎沒有實用價值。
1932年，美國杜邦公司科學家卡羅瑟斯間接制備出高分子量的聚乳酸。然而，他想得到的是一種高熔點、具有出色耐久性的聚酯纖維材料，因此聚乳酸被過早放棄。
直到1962年，美國一家公司發(fā)現用聚乳酸做成的手術縫合線可被機體吸收，才正式打開了聚乳酸的醫(yī)用大門。
從此，聚乳酸就像一顆冉冉升起的新星，備受科研界、環(huán)保界、資本界矚目。這其中就包括一拍即合的陳學思、白驊。兩人志向不小，“我們要做中國人自己的聚乳酸生產線”。
白驊此前找過不少大學、研究機構，可幾乎每次都無功而返。問題的關鍵在于，聚乳酸的單體丙交酯當時在中國沒有人能做出來，更不用說下一步的聚合了。遇到陳學思，他算找對了人。
2000年，陳學思帶領課題組開始進行產業(yè)化技術開發(fā)。合成高分子量聚乳酸的關鍵是除去反應過程中的水分，而乳酸聚合過程卻會釋放出水分子。產業(yè)界的通行做法雖然可以徹底除去水分，但無法做到高效合成丙交酯，這一難題制約了整個聚乳酸產業(yè)鏈的發(fā)展。
低聚乳酸的分子量多少合適？裂解溫度多高？如何防止裂解結焦？能否把裂解產率提升至90%以上？裂解殘渣如何高效回收利用？這些問題始終困擾著研發(fā)人員。
經過3年摸索，陳學思帶領團隊篩選百余種催化劑、探索上千種實驗條件，提出了具有工業(yè)化前景的技術總體方案，使丙交酯的產量從幾克達到幾十克、幾百克，產率達到95%以上，實現了百克級丙交酯的穩(wěn)定制備。這是中國在生物可降解塑料領域邁出的關鍵一步，為生物可降解塑料的產業(yè)化奠定了堅實的基礎。
21世紀初，丙交酯1公斤市場售價為1萬元左右，即便如此高價，市場上依然供不應求。長春應化所實現了丙交酯國產化、填補國內空白后，丙交酯的價格一下子“被打了下來”，如今1公斤僅售15元左右，與當初的萬元天價相差數百倍。
2允許失敗，挑戰(zhàn)“不可能完成的任務”
邊新超是陳學思團隊的第一名成員。2000年，陳學思推著自行車把他接到了所里。
邊新超回憶說，21世紀初，化工界的口號是，石油只能再用50年，煤炭只能再用100年，急需生物基材料、生物降解材料進行替代。但當時市場對這類材料的接受度仍然不高，大多數企業(yè)持觀望態(tài)度。
陳學思最初瞄準的是文具市場。邊新超扛著一個裝著原材料的麻袋，去了浙江寧海一家知名文具廠。他當場用注塑機做了一把聚乳酸尺子，老板夸了一句“東西真好”，就再也沒有下文了。
2003年，把實驗室內的工藝條件基本摸索清楚后，陳學思又派邊新超到浙江省臺州市建設30噸中試生產線。那一年是邊新超工作的第三年，他帶領的8人團隊中，部分同事比他還要年長、有經驗。
從實驗室技術到產業(yè)化技術，中間過程絕不是簡單放大。在很多科研人眼中，這一環(huán)節(jié)最艱難。當時的臺州天氣悶熱，車間溫度達50℃，技術人員極度疲勞。為了激勵自己，邊新超把手機鈴聲設置成了電影《碟中諜》的主題曲《不可能完成的任務》。
陳學思的父親陳文啟是長春應化所的研究員，也是搞合成研究的能手，退休后返聘加入聚乳酸研發(fā)團隊。為了順利完成中試，當時年近80歲的“老陳老師”特地去臺州指導生產，一待就是半個多月。
邊新超最擔心的是示范生產線出問題，可是怕什么來什么。2007年2月，示范生產線突然因不明原因停工，管路堵塞、找不到堵點。“每天相當于燒掉一輛帕薩特”，這樣的狀況整整持續(xù)了3個月。
“快倒閉了吧？”在食堂吃飯時，有人揶揄道。
雖然陳學思、白驊一次次鼓勵自己“不要退縮”，可眼看真金白銀不斷往里投，邊新超的內心久久不能平靜。將所有設備檢查了一遍又一遍后，他發(fā)現真空度下降得厲害，懷疑是齒輪泵漏氣導致了失敗。來不及多想，他和同事趕緊把重約300斤的齒輪泵拆下來抬上了大巴。邊新超獨自一人坐了一天一夜的長途車來到河北滄州，找到廠家，終于發(fā)現了問題所在，并快速拿出了解決方案。
那陣子，大家都覺得邊新超的舉止有些怪異，總是用手捂著臉。原來在一次試車中，邊新超發(fā)現工人排料操作不當存在生產風險，于是搶先一步關閉閥門，可是部分高溫熔體還是噴濺出來，落到地面又彈起來，把他的臉和手都燙傷了。彼時，邊新超剛結婚4個月，他不敢告訴妻子，怕她擔心，更怕她把自己叫回去。
就是通過這樣忘我的努力，長春應化所與企業(yè)終于在2007年建成了5000噸/年產能的示范線。這是國內第一條聚乳酸示范線，也是全球第二條聚乳酸生產線。
其間還有一個小插曲：原本對我國技術保密的日本帝仁株式會社，看到陳學思團隊的成熟樣品后，徹底公開了中試生產線的工藝。
2015年，陳學思團隊在進行技術改進的同時，把這條生產線擴產至1.5萬噸/年，使得這項技術真正成熟。
至此，長春應化所幫助企業(yè)首次在國內實現了萬噸級聚乳酸穩(wěn)定生產，2004年到2015年累計產值超過10億元。隨著中國的加入，美國、中國、歐洲在全球聚乳酸行業(yè)形成了三足鼎立的態(tài)勢。
3迭代升級，拿捏聚乳酸的“小脾氣”
用聚乳酸制作的杯子一般用手掰不斷，但從桌面掉到地面卻極有可能被摔碎。用聚乳酸制作的運動T恤，抑菌、抑制汗臭的效果好，但由于可降解性強，腋下總是最先破口……早期的聚乳酸產品的確存在各種問題。
面對方方面面的挑戰(zhàn)，團隊始終堅持工程化與基礎研究“兩條腿走路”。
化學制品的生成離不開催化劑。之前設計催化劑的思路是，讓它擁有所需要的所有活性位點，但這樣往往導致活性位點數量不夠多，催化效率很低。
有一天，團隊成員、長春應化所研究員龐烜突然從電視劇中的狙擊小分隊獲得科研靈感，激動得直拍大腿：“狙擊小分隊由一名狙擊手、一名觀察手、一名隨隊負責警戒保衛(wèi)的步槍手組成，大家各司其職。借用到催化劑活性位點上，就是把1個活性位點變成3個，一個負責把單體吸引過來，一個負責把環(huán)打開，一個負責把它接上鏈，這樣效率一下子就上去了?！?/p>
陳學思向來鼓勵有科學依據的奇思妙想，這一次也不例外。大家說干就干。
一開始合成確實困難，龐烜反復試驗，不僅要使3個活性位點之間的距離合適，而且要證明它們確實能按照預期各司其職、分工協(xié)作。隨著問題被逐一破解，實驗結果讓龐烜十分驚訝——效率提升遠不止之前估計的3倍，而是200倍！
改進催化劑的直觀效果就是，將聚乳酸的熔點做到全球最高，可達179℃，這非常接近理論上的最高溫度。過去聚乳酸制造的嬰兒奶瓶，連一次蒸汽消毒都扛不過去；改進催化劑后生產的聚乳酸耐熱溫度升至120℃以上，制成奶瓶后進行蒸汽消毒完全不在話下。
針對聚乳酸產品不耐摔的問題，團隊通過提升缺口沖擊強度，把聚乳酸杯子的韌性提升了30倍，穩(wěn)穩(wěn)當當通過了1.5米跌落試驗。
“在聚乳酸使用壽命方面，通過加入抗水解劑，我們做到了聚乳酸壽命長短可控。”團隊成員、長春應化所研究員劉焱龍表示。
地膜保水、增溫、除草，在我國大面積推廣使用。過去6微米以下的超薄地膜被疾風一吹便成了白條條，回收難度極大。通過控制可降解的速度，聚乳酸地膜3到6個月內便會自動消失，無須動用大型拖拉機專門回收。汽車后視鏡等塑料配件的使用周期一般是15年，聚乳酸原本達不到這么長的壽命，但團隊經過努力，將這一不可能完成的任務變?yōu)楝F實，有望減少大量汽車報廢后的污染。
2019年1月，中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的專家組鑒定認為，長春應化所團隊研發(fā)的“萬噸級聚乳酸產業(yè)化成套技術及系列產品開發(fā)”整體技術處于國際領先水平。
該團隊突破了聚乳酸產業(yè)化過程中的系列關鍵技術，獲授權中國發(fā)明專利46件，開發(fā)了乳酸低聚、裂解、丙交酯聚合3種高效催化劑，研制了導流筒臥式乳酸脫水、低聚乳酸膜式裂解、塔式丙交酯聚合反應器等關鍵設備，開發(fā)了高效的聚乳酸成核劑、增容劑、擴鏈劑等助劑，突破了系列改性和加工關鍵技術，產品具有優(yōu)異的耐熱和力學性能。
4不惜代價，一定要做好產業(yè)化
作為一個強政策驅動的產業(yè)，究竟政策頒布與聚乳酸產業(yè)發(fā)展是“先有雞后有蛋”，還是“先有蛋后有雞”？
2015年，吉林省在全國范圍內率先頒布禁塑令。隨后，海南、河南等多個省份紛紛頒布禁塑令。2018年，我國全面禁止進口固體廢物，國外向我國傾銷“洋垃圾”的時代徹底結束。
禁塑令、“洋垃圾”禁令執(zhí)行后，“可消失的塑料”——聚乳酸一度供不應求，單價從每噸1.8萬元飆升至4萬元。找邊新超要材料的廠商，可謂絡繹不絕。有人羨慕他們，“不用干別的，光倒騰原材料就可以實現財富自由”。陳學思聽了，只是笑笑：“這種事情，我們不會去做，也不能做?！?/p>
隨著碳減排、碳中和等理念和政策的提出、實施，陳學思篤信綠色環(huán)保是大勢所趨，同時也對團隊的科技創(chuàng)新成果非常有信心：“這一次，我們一定不能受制于他國?！?/p>
2021年，邊新超再次領命，去安徽蕪湖創(chuàng)辦普立思生物科技有限公司，一期項目7.5萬噸乳酸和5萬噸聚乳酸連續(xù)生產線已穩(wěn)定投產，產品應用于一次性吸管、一次性紙杯、生物降解膠帶、無紡布等領域，下一步將朝著國家制定的30萬噸聚乳酸目標進發(fā)。
在聚乳酸的高端應用上，在長春蓮花山產業(yè)園，陳學思一口氣布局了可吸收敷料、鼻腔止血材料、可吸收縫合線等六七個醫(yī)用產品，一期廠房建設已完成、設備正在安裝，預計2024年內陸續(xù)投產。
一步步走來并不容易?！爱a業(yè)化驗證階段最需要經費支持，可此時外界對項目往往有諸多質疑，導致最需要經費時卻拿不到，讓人很頭疼?！标悓W思說。
陳學思為在中國科學院工作而感到幸運。在聚乳酸順利產業(yè)化過程中，長春應化所每年持續(xù)提供的項目經費、中國科學院“科技服務網絡計劃”以及科技部、吉林省多個專項的支持，都為成果轉化提供了堅強保障。
“一定要做好產業(yè)化?！标悓W思內心篤定。從小目睹父親為顯影劑、合成橡膠、尼龍-11等項目產業(yè)化不斷忙碌的陳學思，決心繼承包括父親在內的老一輩科學家的優(yōu)良傳統(tǒng)，懷著家國情懷帶領團隊接續(xù)奮斗，為中國創(chuàng)造一個更加綠色的未來。
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