生物化工：绿色低碳的希望

○ 文／姚耀富

生物化工：绿色低碳的希望

○ 文／姚耀富

用生物质原料生产生物化工产品来替代石化产品，近年来已成为一条希望之路。

农作物秸秆、林木剩余物等这些生物质材料，也能成为化工原料吗？现在，这已经成为现实，以生物质为基本原料的生物化工在世界范围方兴未艾，被称为21世纪最有生命力的技术。我国《石化和化学工业“十二五”发展规划》中，已将生物化工作为重要内容。在中国石化，生物化工已成为需要重点创新突破的战略性新技术之一。

能源危机的必然选择

●生物能源，异军突起。 供图/CFP

面对传统能源走向枯竭的危机，生物能源却显示出独特的优越性—不含硫，且碳循环是动态的。近年来,用生物质原料生产生物化工产品来替代石化产品已成为石化业绿色低碳发展的希望之路。到2020年,世界化学工业将进入以生物科学快速发展为特征的第三轮创新高潮。美国杜邦公司将石油化工作为20世纪的主旋律，进入21世纪,就宣布将以生物业务作为公司第三个一百年的指导思想。2004 年初,杜邦公司进行了600多亿美元的业务剥离和大规模重组,毅然卖掉了仍能获取巨大利润的石油业务,宣布将加大其生物化工技术领域的投资。

据中投顾问化工研究员常轶智介绍，目前生物能源居于世界能源消费总量的第四位，仅次于煤炭、石油和天然气。世界各国日益关注生物能源的开发和研究。美国的“能源农场计划”，预计到2016和2017年度生产酒精的玉米使用量将超过玉米总产量的30%。生物柴油中大豆油使用量将占到大豆油产量的2／3，从纤维中提炼油料也将逐步进入能源更新计划。巴西的“酒精能源计划”，南部地区一些原本种植谷物和油料作物的土地将被改种甘蔗，中西部地区原本生产大豆的土地也将被改种甘蔗。这样生物燃料总生产量将从目前的大约5200万加仑增长到2016年的9200万加仑。此外，还有日本的“阳光计划”、印度的“绿色能源工程”等 。

我国政府也十分重视生物能源的开发，早在上世纪50年代就在农村推广沼气，并收到良好的效果。本世纪初国家又决定发展燃料乙醇，先后在东北、华中和华东建立了大规模的燃料乙醇生产企业，目前已有部分省市的汽车在使用乙醇汽油。近年来我国还投入了相当的力量组织生物能源的研究与攻关，在产能微生物研究、生物转化研究、过程与设备研究等方面都取得了可喜成果。

生物化工已经成为世界著名化学公司争夺的热点。生物技术从医药领域逐渐向化工领域转移，使传统的以石油为原料的化学工业发生变化。如传统化学法合成的丙烯酰胺已在日本实现了生物法合成工业化，成本和产品纯度都优于化学法合成的丙烯酰胺。又如杜邦公司开发的生物法合成乙醛酸的转化率和选择性都达到100%，明显优于化学合成法。美国从事生物化工的企业大大小小已有1000多家。

化腐朽为神奇

作为参与生物化工的起步，扬子石化研究院对生物法制丁二酸进行了大量的研究工作。其成果已经应用到该公司正在建设的以薯类为原料的千吨级生物法制丁二酸中试装置上。据该院生物化工博士马江锋介绍，生物化工与石油化工和煤化工的主要区别，是后两者在反应中要有催化剂，而生物化工则是在微生物的作用下产生化学反应，也就是要进行发酵。实际上发酵技术在我国早就有了，传统的酿酒、制酱、酿醋都需要发酵。而工业生物技术与传统发酵的区别，在于原料从粮食直接发酵过渡到分离后的单糖、多糖，发酵过程从多菌共存发酵过渡到纯菌种发酵，同时在整个工业生物技术中引入了先进的定向进化、代谢工程、蛋白质工程、多参数发酵过程调控等技术。通过工业生物技术转化，可以制成各种各样的化工产品，目前世界上采用生物制造的丁醇、丙烯酸、乙醇、丙烯酰胺等大宗化学品年产量已达1100多万吨，每年可节省原油1100余万吨，减排二氧化碳近3300万吨。

我国若能将城市生活垃圾、农产品加工剩余物、水生植物低劣生物质资源等通过生物炼制生产生物能源等，则一年约可产生1800亿立方米生物甲烷，相当于节省1.4亿吨标煤，减排约5亿吨二氧化碳。如果能将城市生活污水也通过生物的方法善加利用，可节水182亿吨。生物化工，真是“化腐朽为神奇”！

绿色化工的“酵母”

生物化工对于促进工业技术进步和产业调整、促进绿色化学工业的发展起着至关重要的作用，可以说是绿色化工的“酵母”。另外，生物技术不仅可提供大量廉价的化工原料和产品，而且还将改变某些化工产品的传统工艺，甚至一些性能优异的化合物也将通过生物催化合成。现代生物技术引入化工行业，既可改造传统化工产品及工艺，又有研制新型化工产品的巨大潜力。生物化工的发展将有力地推动生物技术和化工生产技术的变革和进步，产生巨大的经济效益和社会效益。有专家预见，将来在化工领域20%~30%的化学工艺过程会被生物技术过程所取代，生物技术产业将成为21世纪的主导产业之一，生物化工将成为21世纪的重要化工产业。

●用生物化工制成的固氮菌剂，可减少化学氮肥的应用，实现农业绿色革命。 供图/CFP

生物化工应用已涉及人民生活的方方面面，包括农业生产、化轻原料生产、医药卫生、食品、资源和能源的开发等各领域。如生物化工开发生物固氮领域，研制高效优质生物固氮菌剂，并探究粮食作物自主固氮功能，为减少化学氮肥，实现农业绿色革命做出贡献，同时探索高等动物及人体肠道内固氮菌及其功能，为人类制造食用固氮菌剂，改变现有食品结构，为药膳结合开辟途径。提高微生物生产丙烯酰胺、聚-β-羟丁酸工业化生产水平，既有利于生物可降解塑料产业化，又有益于保护生态环境。发展再生资源，通过细菌合成纤维素等工程，开辟化工新原料源，使废弃的有机物等通过现代微生物技术手段获取更多的化工产品，实现废物资源化。

发展生物化工时不我待

面对生物化工已经展现出的逐渐取代石油化工的历史趋势,发展生物化工对于我国石油和化工企业已是时不我待。目前，我国生物化工已经形成了新的发展特点：以仿照跟踪为主向自主创新转变、以实验室研究为主向模式化生产转变、以国内市场为主向开拓国外市场转变，并逐渐形成了独立自主开发生物化工的初步能力。但是与发达国家相比，尤其是美国、日本，我国在生物化工研发和应用上仍然存在差距，技术力量还是相对薄弱，产品种类有待于进一步拓展，生物化工产业化的关键技术和设备也需要不断发展。

在中国石化企业建设世界一流企业的进程中，生物化工是不可缺少的一环。我国目前从事生物化工生产的大多是传统化工行业的从业人员，操作水平还比较低。积极培养一批具有生物、化工和机电等综合能力的新型生物技术研究和开发人才，将自主研究和引进先进技术相结合，优先支持和鼓励研究开发具有自主知识产权的新产品、新材料、新工艺、新设备，逐步形成一批中国生物化工的优势产品，为生物化工技术产业增长方式的转变和可持续发展服务，用生物技术改造传统的化工技术，建立新型生物化工产业，让生物化工为中国石油和化学工业的发展增翅添翼。