寻找可持续材料

材料科学的未来还会发生什么?随着世界人口的增长对我们的资源造成越来越大的压力，一个主要的优先事项是可持续地生产材料，并尽可能最有效地利用我们已经拥有的资源。这被称为循环经济，这是Alysia Garmulewicz一直在详细研究的一个概念。她来自智利圣地亚哥大学，目前是圣地亚哥大学的主任Materiom是一个开放的知识平台，利用当地丰富的生物原料制作材料。

但是，什么是材料方面的循环经济呢?Alysia和Chris Smith一起在演播室给出了一些例子。

Alysia -它通常被认为有两个主要的周期。一个是生物循环，因此，一方面，我们正在研究可以真正进入生物圈的材料，并在自然系统的基础上被返回和再生。另一个循环是技术材料，所以这些材料不会很好地回到生物圈中，但我们需要设计出一些方法，让它们回到对人类工业有用的地方。就物质循环而言，它通常分为这两个部分。

克里斯:那么现在，举个例子，我从地下挖出一些石油，把它变成一个塑料袋。这是循环经济的一个非常糟糕的例子，因为它是一条单行道。我做的袋子，会在垃圾填埋场里躺上几千年吗?

阿莉西亚-没错。是的，这是我们现在的线性经济的一个很好的例子以及支撑它的问题。

克里斯:所以你在提倡某种合理的设计——如果你喜欢的话，一个更好的袋子——这意味着我们从不同的原料开始，或者我们从一开始就设计出某种可回收性?

Alysia -没错。我们需要把再生作为一种指导原则，我的工作重点之一是重新想象再生发生的地方，范围和规模。因此，目前循环经济中讨论的一个话题就是循环的概念，这是一个隐含的概念。但我认为，这一领域的下一代工作是寻找合适的规模，我们可以制造这些材料，并将它们回收。所以如果你观察自然生态系统，你会看到物质，实际的分子是如何被生物体吸收的，然后建立栖息地等等，但这通常是在嵌套的地方，在循环方面是相当局部和区域的尺度。

我们现在所做的是，我们从矿山中挖掘矿物，或者从巨大的矿床中开采石化产品，然后建立巨大的全球供应链，以便将这些材料运往世界各地。问题是，这样一来，材料生产就集中起来了，废物就分散了。当你把它想象成一个试图把所有分散的废物重新输送回集中生产系统的问题时，这是非常不经济的，而且非常困难。所以其中一个想法是将这种材料供应链分散到更嵌套的营养网络中。

克里斯:世界各地的经济和工业都是如此，不是吗?因为几年前，当我得知我做晚餐的对虾是在大西洋的一边捕获的，一路运到泰国，在船上去壳，在那里煮熟，然后带回来给我吃的时候，我很震惊。这些对虾一生中环游地球的距离可能比我还远，你想想这其中的碳成本。但这并不是微不足道的，因为整个世界经济都在围绕着大规模生产产品，然后向最终用户转移。所以你提倡的是对我们制造和使用东西的方式进行大规模的彻底改革?

阿莉西亚-没错。我认为这是一个很好的类比，看看粮食系统，有很好的逻辑，更多的区域本地供应的原因和能源。所以现在正在发生的可再生能源革命是从你周围的东西开始的，在我们生活的这个地方，什么是有意义的。下一步是材料，你非常正确地指出，这是一场巨大的革命，改变了人们做事的方式。然而，现在已经有了改变的种子;例如，在数字制造领域，工厂实验室、创客空间和本地生产社区随处可见。可以说，这给目前正在酝酿的更加分散或分布式的制造业格局带来了希望，但从这个意义上讲，这可能是未来更大转型的预兆。

克里斯-但我明白你的意思。问题是，如果你看看电脑、移动设备，它们都是在中国大规模生产的，而且它们要走很远的路。有些材料需要长途跋涉，但它们也是在这些材料丰富的地方制造的。现在我们不会在一夜之间让整个世界不再拥有笔记本电脑和iPhone，对吧?所以会有一些事情是不适合这样做的——会有例外吗?

Alysia:我认为这是真的，我认为你必须看看我们想要关注的材料的数量，从做出改变开始。我们非常关注塑料，我们非常关注可以从丰富的生物质营养来源中获取的材料，例如，木质纤维素材料，它们是树木和所有植物的基本组成部分，在世界各地分布广泛。此外，例如，我们在制造藻类生物塑料方面做了很多工作。琼脂是一种生物聚合物，你可以从藻类中提取，但这实际上是一种叫做红藻的生物聚合物，红藻大约有4000多种，分布在世界各地。所以你可以在地球上的任何地方制造和制造功能性塑料的想法是我们认为完全可能的。

另一个方面是，当你把它与绿色化学方法的高度参与性技术结合起来——即低热低压——基本上我们制造的塑料可以在你的厨房里或至少在一个小实验室里制造。这种技术可以让更多地方的更多的人参与到这种新的材料经济中来。

Chris:我们把所有的历史都花在了扩大规模上，研究如何制造更大的东西，更快地把它们运到不同的地方，现在我们把它们都带回家，让它再次本土化，让它几乎成为工匠。这是非凡的!

我认为这是一个有趣的趋势。我认为，一方面你会有大规模的东西，而另一方面你会有小规模的东西，更多的问题是，对于我们想要的材料类型和生产类型来说，什么是合适的规模。