《化学，为了可持续发展的全球社会》白皮书指出，现代社会依赖于碳基燃料提供的电力、动力、热能，并将其作为化工原料来生产原材料和各种商品。人们需要寻找降低化石燃料依赖性的方法和商品原料多元化的途径，并通过实施过渡性策略以确保人们生活水平不受影响。那么，如何寻找可替代化石燃料的新碳源？实现这一目标又需要开发哪些化学新技术？
寻找新碳源分三步走
完全不使用石油作为聚合物和其他化学品的原料,是科学家们的终极目标。白皮书提出，从这个角度来看，以CO2作为原料需要很长的开发周期，但这又是高度可持续的方案。
化学家们认为，新的碳源应该是可再生的，并且不会增加CO2的排放。短期内，应优先发展从低质量原料提取石化产品的可持续方法；中期内，合成气和甲烷是很有潜力的石油和煤炭替代品；长期目标则是使用生物质原料，由此提供了利用自然界的分子多样性,探索新材料与聚合物的机会。
首先，低质原料加工面临突破。眼下，需要研究利用低品质原油中高硫和低硫原料的技术。白皮书预计，十年内这一领域将取得根本性的进展。而材料化学的任务是开发新的催化工艺，减少低质量碳氢化合物使用时对环境造成的影响；设计并改进工程材料和反应器材料；开发新的化学分离技术，提纯低质量的化石燃料原料。
作为未来的可持续化工原料，用合成气来生产复杂的化合物，往往需要复杂的、甚至高耗能的生产过程，因此需要设计新的工艺过程和催化剂。为此，材料化学家将设计和优化具有选择性、耐用性的催化剂，从而以较小的能源投入，用合成气高效、选择性地生产新的高值、功能化产品。
其次，甲烷作为天然气的主要成分，可以用作燃料和化工原料，也可以由合成气制备，或者从垃圾填埋场收集得到。眼下，需要开发将甲烷制成高值产品的可持续利用技术。这就要借助材料化学的研究，设计新的高效、选择性催化剂，把甲烷转化成可用作燃料的汽油、甲醇等；通过高效、高选择性的催化过程，把甲烷直接转化为高级烃。
再者，生物资源开发应着眼未来。从长期来看，以生物质作为燃料和化工原料，可以减少对化石燃料的依赖。专家们强调，其关键是在商业开发之前，要对生物质生产化学品或燃料的过程进行全生命周期分析。以生物质为原料的多样化选择，可大大提高从生物质获取化工产品的实用性。随着高效催化工艺的开发，这些产品的生产要比由石油合成更具可持续性。
在这一过程中，材料化学研究将提供把极难处理的木质纤维素和其他原料选择性分离和转化为化学品、聚合物和燃料的新方法；设计能从生物质得到保留纳米结构，并具有更高功能性的化合物方案；研究更高活性和选择性的催化或化学方法，分离并有效地利用整个生物基材料。
白皮书还指出，生物基聚合物的性能往往略逊于石化基聚合物，需要大量的研究来改进当前已有的材料。通过材料化学家、生物技术专家和工程师的合作，有望为现有生物原料设计新的高价值产品，并开发新的改良作物。人们希望新的生物基聚合物应该可生物降解，并具有堪比传统化石基塑料的热稳定性和力学性能。
在这一领域，材料化学家们的任务是，设计用生物原料生产聚合物的高效、高选择性催化剂；开发新的共聚物、改性生物高分子材料等新材料，并通过改良作物得到新的生物基聚合物；同时，深入理解化合物构效关系，以根据不同目的对塑料结构进行剪裁。 （责任编辑：杨莹莹）