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清華大學加快生物煉制產業化，塑造世界一流

文章來源：PUWORLD 更新時間：2023-10-24 15:47:26

碳是生命演化的物質基礎，除了石油和煤炭等化石資源作為碳載體外，生物質是唯一蘊含碳的可再生資源。人類衣食住行高度依賴石油、天然氣、煤炭等化石資源，而這些化石資源來自于億萬年前的生物質，理論上講，生物質完全可以替代這些化石資源來支撐人類的衣食住行，因此“生物煉制”這個概念應運而生。

生物煉制

生物煉制以可再生的生物質為原料，經過生物、化學、物理的方法，或者這幾門方法集成的方法，來生產一系列的化學品、材料、能源的新型工業模式。以碳來計算大概在950億噸到1000億噸的規模。而現在工業上采用的化石資源，以碳來計算只有100億噸左右，只要有十分之一的生物質資源流入到工業中就能滿足我們的需求。

生物質按大類來分，最大的一類是纖維秸稈類，包括森林、牧草、農作物秸稈等；第二類就是淀粉、糖、糧食這類；第三類是油脂類。油脂是重要的一大類生物質，油脂的工業應用非常廣泛，如用于生產表面活性劑、生物柴油等。

關于油脂類生物質原料生產化工產品，清華大學劉德華教授團隊從30年前開始就帶領團隊開始做大量研究，與企業合作先后建成多套（含全球首套）酶法生物柴油的產業化裝置，實現了技術對巴西、馬來西亞等國的出口。同時還研究利用生物柴油副產物甘油發酵生產1,3-丙二醇（高端化纖的核心原料）技術，相繼建成了多條1,3-丙二醇發酵生產線，打破了國外企業巨頭對此長達20年的壟斷。

生物柴油

全球目前的生物柴油年產銷量已經快接近五千萬噸，主流工藝采用的是化學法，化學法雖然成熟，規模也大，但在工藝上的弊端也很明顯，生產過程中會產生很多含酸或含堿的廢水。

相對來說，生物法能夠在常溫常壓下進行反應，能耗還低，是真正綠色高效的方法，但是由于成本問題，沒能成為生物柴油生產的主流工藝。為了攻克生物柴油成本問題，推動生物柴油產業化，劉教授團隊從工藝開始突破，做到了同樣的條件下只能用幾次的脂肪酶現在用到了300次以上，在保留生物法原有優點的同時，提高了生物法的經濟競爭力。該技術目前在20多個國家申請了專利，同步跟國內外相關單位合作建成了多套生產裝置。

全球第一套酶法生物柴油裝置于2006年的12月18號建成投產，產品銷往歐洲，目前的產能是5萬噸每年，隨后國內其他廠家也開始營業，目前已經有另外兩條生產線在運行，還有幾條生產線在建設之中。

基于馬來西亞的生物質資源優勢，清華大學也積極與其開展技術交流與合作。前不久，清華大學—馬來西亞棕櫚油總署（MPOB）生物能源及生物基材料項目合作交流會在清華大學化工系舉辦，在海外實施酶法生物柴油技術的產業化項目馬上開啟，屆時可用豐富的棕櫚油資源生產生物柴油。

1,3-丙二醇（PDO）

在三十年前，甘油是供不應求的，劉教授團隊當時使用生物發酵的方法生產甘油。然而因為生物柴油的快速發展導致甘油的價格一落千丈，劉教授團隊開始將甘油生物轉化可以做成1,3-丙二醇作為PTT的主要化學品單體。中國的PET產能超過七千萬噸，PTT的規模生產有望部分替代PET減少紡織工業對化石能源的依賴。

第一代生物法煉制1,3-丙二醇的技術最后授權給全球500強公司江蘇盛虹集團，建成了兩萬噸的1,3-丙二醇生產裝置，隨后盛虹又配套建設了五萬噸的PTT裝置產業鏈從煉油一直到最后的紡絲印染，成為了中國第一個具備全產業鏈的企業，打破了杜邦公司對此的壟斷。

第二代生物法煉制1,3-丙二醇的技術技術仍然以甘油為原料，在工藝參數與菌種改進后清華大學跟廣東清大智興公司合作，實現了1.5萬噸/年PDO的生產，產品已經銷到歐美、日韓，也包括國內的聚酯和化妝品行業。此后，劉教授團隊繼續開發了以各種糖為原料發酵生產PDO的技術，也已相繼實現產業化。

生物煉制與碳中和

2015年中國各類廢棄生物質資源能源化利用所帶來的減碳潛力，大概接近4億噸二氧化碳，預計到2030年，中國廢棄生物質資源化能源化利用對減碳的效果相當于全國碳排放總量的4.87%-7.18%。從礦物煉制轉向生物煉制是人類社會發展的新里程碑，這會對經濟、社會、科技、文化帶來深遠的影響。這種轉變是經濟從不可持續發展向可持續發展的物質和能量基礎，是把農業和工業緊密連接的紐帶，是碳中和與鄉村振興的重要抓手。碳中和既是我國應對氣候變化行動的莊嚴承諾，也是實現我國經濟社會環境根本性變革的重要國策，更是我國探索人類新文明之路、實現和平發展的一大創舉。

我國制造業的供熱需求完全可以采用生物質能來滿足，分布式供熱需求可以通過成型燃料配套專業生物質熱能裝備實現。當然，以我國能源消耗的體量，僅靠自身資源難以滿足需求。因此，可以建立以生物質可再生燃料為核心、“一帶一路”可再生能源合作為目標的架構。對我國而言，大量進口可再生燃料取代化石燃料，既可維持制造業競爭力，又能解決碳排放的約束難題，并有利于推動能源裝備與服務出口。同時，幫助“一帶一路”國家和地區建立綠色能源基礎設施，實現互利共贏，構建綠色發展的命運共同體。

生物質能有望成為碳中和利器，石油煉制創造了上世紀化工學科和產業的輝煌，生物煉制能不能在新世紀繼續輝煌要靠大家共同努力。

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