生物化工：綠色低碳的希望

○ 文／姚耀富

生物化工：綠色低碳的希望

○ 文／姚耀富

用生物質原料生產生物化工產品來替代石化產品，近年來已成為一條希望之路。

農作物秸稈、林木剩余物等這些生物質材料，也能成為化工原料嗎？現在，這已經成為現實，以生物質為基本原料的生物化工在世界范圍方興未艾，被稱為21世紀最有生命力的技術。我國《石化和化學工業“十二五”發展規劃》中，已將生物化工作為重要內容。在中國石化，生物化工已成為需要重點創新突破的戰略性新技術之一。

能源危機的必然選擇

●生物能源，異軍突起。 供圖/CFP

面對傳統能源走向枯竭的危機，生物能源卻顯示出獨特的優越性—不含硫，且碳循環是動態的。近年來,用生物質原料生產生物化工產品來替代石化產品已成為石化業綠色低碳發展的希望之路。到2020年,世界化學工業將進入以生物科學快速發展為特征的第三輪創新高潮。美國杜邦公司將石油化工作為20世紀的主旋律，進入21世紀,就宣布將以生物業務作為公司第三個一百年的指導思想。2004 年初,杜邦公司進行了600多億美元的業務剝離和大規模重組,毅然賣掉了仍能獲取巨大利潤的石油業務,宣布將加大其生物化工技術領域的投資。

據中投顧問化工研究員常軼智介紹，目前生物能源居于世界能源消費總量的第四位，僅次于煤炭、石油和天然氣。世界各國日益關注生物能源的開發和研究。美國的“能源農場計劃”，預計到2016和2017年度生產酒精的玉米使用量將超過玉米總產量的30%。生物柴油中大豆油使用量將占到大豆油產量的2／3，從纖維中提煉油料也將逐步進入能源更新計劃。巴西的“酒精能源計劃”，南部地區一些原本種植谷物和油料作物的土地將被改種甘蔗，中西部地區原本生產大豆的土地也將被改種甘蔗。這樣生物燃料總生產量將從目前的大約5200萬加侖增長到2016年的9200萬加侖。此外，還有日本的“陽光計劃”、印度的“綠色能源工程”等 。

我國政府也十分重視生物能源的開發，早在上世紀50年代就在農村推廣沼氣，并收到良好的效果。本世紀初國家又決定發展燃料乙醇，先后在東北、華中和華東建立了大規模的燃料乙醇生產企業，目前已有部分省市的汽車在使用乙醇汽油。近年來我國還投入了相當的力量組織生物能源的研究與攻關，在產能微生物研究、生物轉化研究、過程與設備研究等方面都取得了可喜成果。

生物化工已經成為世界著名化學公司爭奪的熱點。生物技術從醫藥領域逐漸向化工領域轉移，使傳統的以石油為原料的化學工業發生變化。如傳統化學法合成的丙烯酰胺已在日本實現了生物法合成工業化，成本和產品純度都優于化學法合成的丙烯酰胺。又如杜邦公司開發的生物法合成乙醛酸的轉化率和選擇性都達到100%，明顯優于化學合成法。美國從事生物化工的企業大大小小已有1000多家。

化腐朽為神奇

作為參與生物化工的起步，揚子石化研究院對生物法制丁二酸進行了大量的研究工作。其成果已經應用到該公司正在建設的以薯類為原料的千噸級生物法制丁二酸中試裝置上。據該院生物化工博士馬江鋒介紹，生物化工與石油化工和煤化工的主要區別，是后兩者在反應中要有催化劑，而生物化工則是在微生物的作用下產生化學反應，也就是要進行發酵。實際上發酵技術在我國早就有了，傳統的釀酒、制醬、釀醋都需要發酵。而工業生物技術與傳統發酵的區別，在于原料從糧食直接發酵過渡到分離后的單糖、多糖，發酵過程從多菌共存發酵過渡到純菌種發酵，同時在整個工業生物技術中引入了先進的定向進化、代謝工程、蛋白質工程、多參數發酵過程調控等技術。通過工業生物技術轉化，可以制成各種各樣的化工產品，目前世界上采用生物制造的丁醇、丙烯酸、乙醇、丙烯酰胺等大宗化學品年產量已達1100多萬噸，每年可節省原油1100余萬噸，減排二氧化碳近3300萬噸。

我國若能將城市生活垃圾、農產品加工剩余物、水生植物低劣生物質資源等通過生物煉制生產生物能源等，則一年約可產生1800億立方米生物甲烷，相當于節省1.4億噸標煤，減排約5億噸二氧化碳。如果能將城市生活污水也通過生物的方法善加利用，可節水182億噸。生物化工，真是“化腐朽為神奇”！

綠色化工的“酵母”

生物化工對于促進工業技術進步和產業調整、促進綠色化學工業的發展起著至關重要的作用，可以說是綠色化工的“酵母”。另外，生物技術不僅可提供大量廉價的化工原料和產品，而且還將改變某些化工產品的傳統工藝，甚至一些性能優異的化合物也將通過生物催化合成。現代生物技術引入化工行業，既可改造傳統化工產品及工藝，又有研制新型化工產品的巨大潛力。生物化工的發展將有力地推動生物技術和化工生產技術的變革和進步，產生巨大的經濟效益和社會效益。有專家預見，將來在化工領域20%~30%的化學工藝過程會被生物技術過程所取代，生物技術產業將成為21世紀的主導產業之一，生物化工將成為21世紀的重要化工產業。

●用生物化工制成的固氮菌劑，可減少化學氮肥的應用，實現農業綠色革命。 供圖/CFP

生物化工應用已涉及人民生活的方方面面，包括農業生產、化輕原料生產、醫藥衛生、食品、資源和能源的開發等各領域。如生物化工開發生物固氮領域，研制高效優質生物固氮菌劑，并探究糧食作物自主固氮功能，為減少化學氮肥，實現農業綠色革命做出貢獻，同時探索高等動物及人體腸道內固氮菌及其功能，為人類制造食用固氮菌劑，改變現有食品結構，為藥膳結合開辟途徑。提高微生物生產丙烯酰胺、聚-β-羥丁酸工業化生產水平，既有利于生物可降解塑料產業化，又有益于保護生態環境。發展再生資源，通過細菌合成纖維素等工程，開辟化工新原料源，使廢棄的有機物等通過現代微生物技術手段獲取更多的化工產品，實現廢物資源化。

發展生物化工時不我待

面對生物化工已經展現出的逐漸取代石油化工的歷史趨勢,發展生物化工對于我國石油和化工企業已是時不我待。目前，我國生物化工已經形成了新的發展特點：以仿照跟蹤為主向自主創新轉變、以實驗室研究為主向模式化生產轉變、以國內市場為主向開拓國外市場轉變，并逐漸形成了獨立自主開發生物化工的初步能力。但是與發達國家相比，尤其是美國、日本，我國在生物化工研發和應用上仍然存在差距，技術力量還是相對薄弱，產品種類有待于進一步拓展，生物化工產業化的關鍵技術和設備也需要不斷發展。

在中國石化企業建設世界一流企業的進程中，生物化工是不可缺少的一環。我國目前從事生物化工生產的大多是傳統化工行業的從業人員，操作水平還比較低。積極培養一批具有生物、化工和機電等綜合能力的新型生物技術研究和開發人才，將自主研究和引進先進技術相結合，優先支持和鼓勵研究開發具有自主知識產權的新產品、新材料、新工藝、新設備，逐步形成一批中國生物化工的優勢產品，為生物化工技術產業增長方式的轉變和可持續發展服務，用生物技術改造傳統的化工技術，建立新型生物化工產業，讓生物化工為中國石油和化學工業的發展增翅添翼。