生物技术在复合固体推进剂中的应用研究进展及展望

吴世曦，姚 南，桂 恒，梁凤兵，魏曼曼，庞爱民

(1.航天化学动力技术重点实验室，湖北 襄阳 441003；2.湖北航天化学技术研究所，湖北 襄阳 441003；3.中国科学院昆明植物研究所，云南 昆明 650201；4.中国科学院青岛生物能源与过程研究所，山东 青岛 266101；5.青岛科技大学，山东 青岛 266042)

引 言

固体推进剂是一种具有特定性能的含能复合材料，是导弹、空间飞行器的各类固体发动机的动力源。固体推进剂技术是武器装备的共用技术、支撑技术和制约技术[1]，其性能优劣直接影响战略和战术导弹的生存能力和作战效能[2]。固体推进剂的主要组分包括端羟基聚丁二烯(HTPB)、聚乙二醇(PEG)等高分子黏合剂，高氯酸铵(AP)、黑索金(RDX)、奥克托金(HMX)等含能材料，铝粉等金属燃料及Fe2O3等燃烧功能助剂。作为组分的新材料创新和相关工艺进步是固体推进剂技术进步的基础[3]。

从20世纪中期开始，美国和前苏联等世界主要军事大国为发展推进剂，先后投入大量人力和物力进行各类黏合剂、增塑剂、高能氧化剂、功能助剂的合成研究，并在20世纪60至70年代达到高潮，诞生了众多含能材料为核心的新型材料[4]。但受限于材料危险性大、稳定性差、成本高或污染大等原因，大部分新型材料都无法获得后续应用。此外，随着大量导弹的列装和换装，大量废弃的固体推进剂需被销毁，传统的水切割和露天焚烧处理方法并不安全且污染极大，针对固体推进剂的绿色安全销毁成为一项艰巨的挑战。无论是固体推进剂材料合成，还是废弃固体推进剂销毁，传统的化工和机械方法都存在弊端，难以同时满足安全性、经济性和环保性的要求。这成为限制固体推进剂进一步发展的瓶颈。进入21世纪以后，生物技术的快速发展为突破固体推进剂的发展瓶颈提供了新的可能性。

目前，以基因调控和工程设计为特征的合成生物学技术为材料科学的发展注入了新的思路和活力[5]。通过对生物分子和细胞层面的研究，目前先进医用新材料的合成技术已开始实现绿色可持续、低耗高产出、精细可调控、高效多功能的特点。而以菌种筛选改造和定向培养为特征的生物降解技术也开始在环境保护领域发挥重要作用。研究表明[6]，通过绿色安全的微生物降解来解决有机废物和废水的污染问题，具有显著社会和经济效益。然而,生物技术与固体推进剂技术的结合仍然非常薄弱。绝大多数生物技术专家并不了解固体推进剂领域的相关需求，而固体推进剂技术人员也很少有机会能够接触到生物技术方面的最新成果。这种现状造成当前生物技术与固体推进剂技术交叉融合的真空地带，亟需大量有价值的研究探索来补充和完善。本文旨在抛砖引玉，介绍了目前可能应用于推进剂主要组分和功能性无机材料的生物合成技术，以及推进剂交联网络和主要含能材料绿色安全处理的生物技术。通过对这些在固体推进剂中有应用前景的合成生物技术和生物降解技术成果进行简要归纳，探讨和展望生物技术在固体推进剂领域的应用前景，从而呼吁更多的生物界学者和固体推进剂研究人员进行交流，推动两个领域的深度合作，为提升我国固体推进剂技术水平贡献力量。

1 利用生物技术合成推进剂的关键材料

1.1 主要组分的生物合成

传统化学合成技术在为固体推进剂生产出大批量价格低廉和质量可靠的原材料同时，也带来了一系列问题[7]。目前推进剂许多主要分子的合成依赖不可再生的石油资源。然而，我国石油资源储量有限；同时，在使用化学方法生产推进剂原材料时，各种有毒催化剂和副反应产物也会对环境造成污染[8]。因此使用生物合成推进剂原材料，不仅可以避免推进剂关键原材料对石油资源的过度依赖，还可以有效减少传统化学合成所导致的环境问题。

含能材料及其黏合剂都是生产固体推进剂不可缺少的关键组分。当前生物合成技术既可以应用于含能材料的生产，也可以用于黏合剂的生产。咸漠等[9]对从生物质到火炸药的含能材料生物合成技术进行了综述。以生物合成的多元醇为底物，可以通过硝化制备出相应的硝酸酯。除常见的甘油三硝酸酯和季戊四醇四硝酸酯以外，乙二醇可以制备常用的胶质炸药乙二醇二硝酸酯；1,2-丙二醇可以制备奥托燃料Ⅱ的主要组分1,2-丙二醇二硝酸酯；1,2,4-丁三醇可以制备含能增塑剂丁三醇三硝酸酯；赤藓醇可以制备典型固态结晶炸药赤藓醇四硝酸酯；木糖醇可以制备具有高黏度、高稳定性的含能材料木糖醇五硝酸酯；甘露醇可以制备炸药甘露醇六硝酸酯。而生物合成的芳香族化合物在苯环上氢原子被硝基取代后所形成的衍生物通常是性能优异的含能材料，如间苯三酚是合成钝感单质炸药三氨基三硝基苯的前驱体，苔黑酚是高能钝感炸药3,5-二氨基-2,4,6-三硝基甲苯(DATNT)的前驱体，以苔黑酚为原料，经过硝化、烷基化和氨解三步反应就可以得到高纯度DATNT。这些生物合成的多元醇和芳香族类都以葡萄糖、木糖等碳水化合物作为原料，是生物质可再生资源；所用的生物催化剂产生自生命体，对环境污染低；而生物催化过程选择性高，减少了杂质带入含能材料终产品的可能性，因此会对含能材料制备技术发展产生重要影响。

除含能材料外，生物质材料还可作为制备推进剂中黏合剂的前体[10]。主要是利用生物基的单体化合物作为前体，通过聚合反应制备成高分子黏合剂[11]。因为生物基前体的生产原料来源广泛，并可选择携带多种活性基团，所以由其聚合的高分子黏合剂可实现更多样的固化交联反应，同时还易于被微生物降解。这既拓展了推进剂中高分子交联网络的调控手段，又改善了传统推进剂难以进行生物降解的问题。可以预见，随着发酵技术的快速发展，将出现越来越多的生物基材料可供选择和使用[12]，为固体推进剂带来全新的发展前景。

以目前技术最为成熟的各类生物基多元醇合成为例，通过将生物基多元醇制备成聚氨酯的预聚体，就可以作为黏合剂使用[13]。由于大量采用了生物基多元醇，这种预聚体所形成的交联网络更容易被微生物所降解[14]，可以显著降低废弃固体推进剂的处理难度，对固体推进剂整体发展将有革命性的影响[15]。得宜于多元醇的功能可调性[16]，目前由生物合成的甘油[17]、赤藓糖醇[18]、木糖醇[19]、山梨糖醇[20]，甘露醇[21]、半乳糖醇[22]、麦芽糖醇[23]等所制备的生物可降解聚氨酯材料在生物医学领域体现出了巨大的应用价值。然而，生物基聚酯材料的性能仍难以满足推进剂的应用需求，以赤藓糖醇基聚酯为例[24]，通过与碳链长度为5～14的α，β-二酸的缩聚，可以得到不同相对分子质量的预聚体，通过调节二元酸的链长，固化产物的Tg为-7.0～-47℃，杨氏模量、拉伸应力和断裂伸长率分别为0.08～80.37 MPa、0.14～16.65 MPa和22%～466%。而对于常规推进剂黏合剂固化形成的纯胶片来说，其玻璃化温度低于-30℃，拉伸应力大约在0.2～1.0 MPa，断裂伸长率约为400%～800%。由此可见，生物基多元醇固化产物的性能可以基本满足推进剂的需求。为进一步提升和稳定生物基多元醇固化产物的力学性能，必须要分析多元醇中不同羟基的反应活性差异对固化网络形成的影响机制[25]。同时挑选合适的聚合单体和聚合方法[26]，控制固化反应体系的黏度和交联密度，使之适应固体推进剂装药混合和固化成型的要求。综合来看，为了寻找可用于固体推进剂黏合剂的理想生物基材料，有必要建立一支跨学科的研究团队，同时需要对多元醇单体反应与聚氨酯性能之间的关系进行深入剖析[27]。预计随着多元醇聚氨酯合成理论和技术的发展进步，应出现一大批可供推进剂应用的生物基黏合剂[28]，这将彻底改变现有固体推进剂的技术体系。

1.2 功能性无机材料的生物合成

除含能材料和黏合剂等主要组分以外，推进剂配方中还要有调控燃烧的功能组分，其中以各类无机纳米金属氧化物颗粒最为常见。这些纳米颗粒中金属原子的空电子轨道可以催化推进剂燃烧表面的各种反应过程，从而改变推进剂的燃烧性能。从反应动力学的角度分析，纳米颗粒更精准的粒径控制和更丰富的元素组合可以为推进剂燃烧性能调控带来更多可能。目前无机纳米颗粒制备方法不仅包括机械研磨、微波辐射和超声处理等物理过程，还包括共沉淀、溶胶-凝胶合成和水热过程等化学过程[29]。总的来说，无机纳米颗粒物理和化学合成的主要缺点是它们可能需要相当苛刻的条件(120～600℃和约100 MPa)和高能量，并且可能会涉及使用有毒的有机溶剂[30]，如甲苯和正己烷。尽管已有研究表明[31]，TiO2等金属氧化物同样对推进剂燃烧有重要影响，但在实际应用中除氧化铁等少数纳米无机材料以外，其他元素或元素组合的纳米无机材料由于难以合成而无法用于推进剂研究，极大限制了推进剂燃烧调控的研究范围。

从目前常用的燃速催化剂来看，铁系化合物和铜系化合物的应用最为广泛。如质量分数2%的纳米Fe2O3可将高氯酸铵(AP)的高温热分解峰温降低67.3℃，表观分解放热提高785 J/g[40]。质量分数2%的纳米CuO可将AP的高温分解峰温降低83%，加速AP的热分解过程[41]。质量分数2%的纳米CoFe2O4可使AP的高温分解峰降低120.1℃，体现出良好的催化作用[42]。目前，细菌、真菌、微藻和噬菌体都可以合成相应的无机纳米颗粒。比如，趋磁细菌(MTB)通过独特的无机离子还原途径合成Fe2O3、Fe3O4、FeS和FeS2等磁性纳米晶体[43]。F.oxysporum用硝酸还原酶和亚硝酸还原酶还原无机离子合成CuS等[44]。微藻以其独特形态作为无机纳米复合材料的生物模板，制备CuO等金属氧化物[45]。噬菌体凭借对无机离子的高耐受性和高化学稳定性，制备FeO、CoFe2O4等金属氧化物[46]。

根据推进剂的燃烧控制机理，其他金属也完全可能凭借某种特殊的核外电子效应和纳米尺度效应对推进剂燃烧产生重要影响，如SrCO3可以降低固体推进剂的燃速，TiO2可以调节推进剂的压强指数。目前，真菌也可以制备TiO2、BaTiO3等氧化物[47]和SrCO3等碳酸盐[48]。微藻可以制备Zn3(PO4)等金属磷酸盐[49]。噬菌体可以制备Rh、Pd、Pt、Au、FePt、CoPt等金属或合金[50]，以及ZnS、CdS和PbS等硫化物[51]。受限于传统无机纳米材料制备方法的缺陷，许多材料还无法在推进剂中广泛应用，甚至没有机会进行评估。如果通过生物合成技术可以稳定制备出这些无机纳米材料，则可以为推进剂燃烧性能调控带来更多样化的调控手段，进一步提升推进剂燃烧性能。

2 生物技术在复合推进剂降解中的应用

2.1 高分子网络的生物降解

当前复合固体推进剂的固化过程主要是依靠黏合剂高分子的端羟基与异氰酸酯基团进行反应。由此所形成高分子固化网络化学稳定性好，可以满足推进剂贮存和使用的要求。但这同时也导致固体推进剂很难被快速降解，给后续废旧推进剂处理带来了巨大困难。从生物降解策略来分析，复合固体推进剂的降解首先要从推进剂高分子网络中比较活跃的异氰酸酯键降解开始，因为一般认为酯键比较活跃，较易被微生物酶解[52]，见图1。

图1 推进剂网络结构及主要成分示意图Fig.1 Schematic diagram of propellant network structure and main components

在异氰酸酯键降解方面，现有聚氨酯材料(PU)的生物降解技术进展具有启示作用。彭瑞婷[53]对近70年来有关微生物降解PU的研究进行了全面综述，文章列举了从垃圾场、土壤、植物和空气等媒介中分离出具有降解PU能力的真菌包含15个属约37个种，细菌12个属约31个种。近几年，学者从海岸边上的塑料碎片和垃圾场中分离出具有PU降解能力真菌Agaricusbisporus，Marasmiusoreades，Pseudallesscheriabaydii和细菌Bacilluschitinolyticus[54]。这些降解PU的微生物主要通过平板培养法、液体培养法和土壤掩埋法进行筛选,其中平板培养法对PU的生物降解率最高[55]。在这些研究中，大多数分离出具有降解能力的真菌比细菌多，真菌是主要的降解微生物[56]。

不同类型PU化学基团的结构、类型和位置、交联剂和分子取向决定了它们被真菌降解的程度。真菌和细菌降解聚酯型PU被认为是由真菌和细菌产生的酶作用引起的，如葡萄糖苷酶、角质酶、淀粉酶、脂肪酶、酯酶、纤维素酶、果胶酶和半纤维素酶等[57]，这些酶可以通过水解酯键来实现PU的降解[58]，是内聚脲酶和外聚脲酶协同作用的结果[59]，也有报道称聚氨酯的降解是由微生物细胞与聚合物结合，随后形成絮凝物而降解基质[60]。此外，在研究PU降解的试验中，pH值、温度、重金属、降解时间、碳源有效性和组成也影响真菌降解PU的速率[61]。如Khan等[62]的研究指出在塔宾曲霉菌降解PU薄膜过程中，37℃是其降解效率最高的适宜温度，而ph值为8时，是降解酯酶的最适宜温度。相关研究工作可以直接迁移至推进剂降解的研究中，然而由于异氰酸酯键降解的实际机制尚不清楚，降解因素优化研究不够深入，对推进剂所用HTPB、PEG等高分子材料降解效率仍然较低，今后还需要相关高分子降解菌株的筛选，并利用有效的降解技术对其进行评价，继续探索其降解机制，从而打破推进剂交联网络生物降解的瓶颈。

由于大量复合固体推进剂使用含有烯烃结构的HTPB作为黏合剂，针对碳碳键进行降解的生物技术也具有应用于复合固体推进剂降解的可能性。在针对碳碳键的生物降解中，石油烃类和橡胶类是研究的热点。

根据已有报道显示，部分细菌、真菌、藻类和某些植物均可以降解石油烃类物质，早在2002年就已发现100多种可降解石油烃的微生物，这些微生物主要来自假单胞菌属(Pseudomonas)、诺卡菌属(Nocardia)、短杆菌属(Brevibacterium)等30多个微生物菌属[63]，截止2019年这一数字已累计到100多个属200多种微生物。以与推进剂黏合剂最为相似的链烷烃为例[64]，链烷烃在耗氧降解途径中主要经历了末端氧化、次末端氧化和ω氧化，虽然不同氧化降解途径之间存在一定的差异，但大致上链烷烃都将首先被氧化成醇，随后继续被氧化生成脂肪酸或醛，最终醛和脂肪酸经三羧酸循环生成CO2和H2O，实现链烷烃的降解[65]。当前针对石油烃微生物降解的研究已经不再局限于新降解种属的发现和降解条件的优化层面，近年来测序技术的飞速进步使测序成本逐年下降，从分子层面对降解微生物进行研究已成为新的研究热点[66]。从分子水平入手，筛选与石油烃降解相关的功能基因能帮助科研人员进一步了解石油烃的生物降解途径同时还能对降解菌进行基因工程改造[67]，并进一步提升其降解效率和降解过程的环境友好性。

此外，对于另外一种以碳碳键为主的橡胶来说，目前科研工作者们已成功从土壤中分离筛选得到很多可降解橡胶的微生物。早在一百年前人们就已经对橡胶的生物降解展开研究，但直到最近10年科学家们才在该领域获得较大进展[68]。近年来相关研究指出链球菌属(Streptococcus)、诺卡菌属(Nocardia)和戈登菌属(Gordonia)为橡胶降解的优势细菌，已报道的可降解橡胶细菌多数来自上述3个属，此外在黄单胞菌属(Xanthomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、不动细菌属(Acinetobacter)中也发现了可降解天然橡胶及合成橡胶的菌株[69]。除细菌外真菌中的部分种属也可以分解橡胶烃。目前已发现的橡胶降解真菌多属于放线菌属(Actinomycetes)、链霉菌属(Streptomyces)及曲霉属(Aspergillus)。并且有研究表明相较于细菌真菌对橡胶的降解效果更好，Sanjeev Singh等[70]在MSM培养基中对天然橡胶的微生物降解进行了研究，结果显示接种了黑曲霉的橡胶在培养90 d后失重率可达27.27%，其余样品的失重率也在20%以上均高于细菌降解组，且样品的主要官能团组成亦出现较大改变。同时，橡胶生物降解机制的研究也是当下的研究热点之一。Tsuchii等[71]对橡胶的降解机制做了较为系统的阐述说明，首先橡胶聚合物最初通过氧化裂解双键来分解，产生乙酰基二戊烯基乙醛。醛基被氧化成羧酸，β-氧化羧酸被激活为辅酶A酯，β-酮酸脱羧以C12H20O2和C17H28O2的形式存在，分子质量较低的化合物被细菌吸收，其中双键氧化断裂生成丙酮基二戊基乙醛，乙醛则氧化形成羧酸。

目前关于聚氨酯、石油烃和橡胶生物降解已经具有多年研究积累，其中相关的对酸酯键及碳碳键研究为降解推进剂网络提供了理论和实验依据。虽然目前对于推进剂网络特别是HTPB的生物降解还欠缺，并且对生物降解的内在机制仍然不清晰，综合降解效率不高。但是复合固体推进剂的生物降解过程中，引入与可以降解酸酯键及碳碳键的微生物菌株，并对推进剂网络特别是HTPB开展相关的微生物降解等前沿研究，将会为推进剂生物降解的工程化应用提供更多的理论和菌种资源支撑。

2.2 含能材料的生物降解

各类含能材料占据了枪炮弹药和导弹武器总质量的很大比例。目前复合固体推进剂中常用的含能材料主要有AP、RDX、HMX。经过多年的生产、制造、使用和销毁，这些材料所带来的环境污染问题已引起广泛关注。

对含能材料废液的处理方法主要包括物理法、化学法和生物法。物理法主要有活性炭吸附法、萃取法、膜分离法、絮凝法等。此类方法操作简单，但费用较高，且处理后的残留物仍为污染物或危险物，需做进一步处理。目前，含能材料废液处理方法主要集中在高级氧化技术和微生物降解方面。常用的高级氧化技术(如Fenton试剂氧化法、超临界水氧化法、臭氧法、电解法等)处理含能废液，成本高、治理不彻底。生物降解法主要利用生物的天然代谢作用对废弃含能材料进行生物转化和降解，生成对环境无害的代谢物。因其处理过程具有耗能低、无污染、操作费用低等优点，生物降解法已经成为对含能废液极有前景的无害化处理的方法。

2.2.1 AP降解的最新进展

高氯酸铵(AP)因其强烈的氧化性，常作为氧化剂被广泛应用于军工制造和工业生产中。在军事和航空航天领域，AP作为一种优良的固体推进剂，常被用于火箭和导弹发射上，以及炸药、信号弹等其他军事用品的制造上。在工业领域，AP被广泛应用在焰火制作、润滑油添加剂、印染、造纸及汽车安全气囊等[72]。AP是一种有毒的无机化合物，分子质量较小。AP化学稳定性较高，很难自然降解，对大多数土壤和矿物质的吸附能力也较弱，很容易随着水的流动而扩散，进而形成大范围污染。AP的吸收会抑制甲状腺对碘的吸收，从而影响人体正常的新陈代谢。随着我国工业的快速发展和军事化的不断推进，AP的污染问题日益严重，对环境、食品安全、人体健康构成了巨大威胁[73]。

图2 微生物还原高氯酸盐的分子机制Fig.2 The molecular mechanism of microbial reduction of perchlorate

2.2.2 RDX和HMX降解的最新进展

随着大量固体推进剂的退役，氮杂环硝胺化合物如RDX、HMX等废弃含能材料的处理问题日益凸显。RDX、HMX属于毒性较大的含环状硝基化合物，具有极大的安全与环境隐患。

生物降解法是一种国内外较新的含能材料无害化处理方法，主要利用许多环境微生物的天然代谢作用对废弃含能材料进行生物转化和降解，生成对环境无害的代谢物。因其处理过程具有耗能低、无污染、操作费用低等优点。生物降解技术的关键是获得能够以RDX、HMX作为氮源进行生长繁殖的微生物。

与AP易溶于水的特性不同，RDX/HMX只微溶于水。目前，已经报道的RDX/HMX降解微生物菌株主要有：厌氧菌株(硫酸盐还原细菌Desulfovibriosp.、摩氏摩根菌Morganellamorganii、雷氏普罗威登斯菌Providenciarettgeri、弗氏柠檬酸杆菌Citrobacterfreundii、沼泽红假单胞菌等Rhodopseudomonaspalustris)和好氧菌株(恶臭假单胞菌PseudomonasputidaHK-6、红球菌属Rhodococcussp.strain DN22、嗜麦芽寡养单胞菌StenotrophomonasmaltophiliaPB1、黄孢原毛平革菌Phanerochaetechrysosporium等)。这些微生物高效菌株只能在好氧或严格厌氧条件下进行降解RDX/HMX。单微生物菌株降解RDX/HMX的降解效率低、降解时间长，而且还会引起其他物质的积累，这限制了它们进一步应用。

目前，许多研究表明RDX/HMX在好氧条件下可以被微生物降解。Cho等[90]用PseudomonasputidaHK-6同时处理TNT、RDX、农药阿特拉津和西玛津，为降解废水中的RDX提供技术支撑。Coleman等[91]利用好氧菌Rhodococcussp.strain DN22处理废水中的RDX，培养21d发现RDX的降解率达到90%，同时证明了将RDX作为唯一氮源，其在好氧条件下的降解效果要优于厌氧条件。Binks等[92]从含混合菌种的培养基中，筛选出了一种能够以RDX作为唯一氮源进行生长代谢的细菌StenotrophomonasmaltophiliaPB1，好氧条件下，培养180 h后，该菌株对废水中的RDX降解菌高达99%以上。Sheremata等[93]以RDX为主要氮源在液体培养基中培养黄孢原毛平革菌Phanerochaetechrysosporium，培养25d后发现，初始浓度为62 mg/L的RDX下降至5 mg/L，经过测定RDX的降解主要产物是CO2和N2O，说明该菌对RDX的降解具有明显的效果。Fournier等[94]将黄孢原毛平革菌Phanerochaetechrysosporium接种到含HMX的液体培养基中，培养25d后，HMX的降解率达75%，同时生成了单亚硝基衍生物。白红娟等[95]通过降解动力学实验发现，在RDX初始浓度为20 mg/L的培养基中，5d后球形红细菌对RDX的降解率为88.6%，分析发现硝基还原酶在该降解过程中发挥重要作用。赵婷婷等[96]通过探究供氧光照、HMX初始浓度、温度、pH值、接种量对Rhodobactersphaeroides降解HMX能力的影响发现，pH值为7.0、接种量15%、温度30℃条件下，培养96 h，该菌株对初始质量浓度为100 mg/L的HMX降解率最高为88.9%。

表1 已报道的RDX/HMX降解菌株Table 1 Reported RDX/HMX degrading strains

到目前为止，微生物法降解RDX/HMX主要集中于对野生菌株的分离筛选及降解性能研究，而对于RDX/HMX生物降解机理和代谢途径仍不明确。不同的微生物降解RDX/HMX时所生成的中间产物及最终产物不同，因其降解途径不同。硝胺含能材料降解代谢途径研究多集中在基因组、转录组水平展开，并只对关键代谢步骤进行了验证。国外科研工作者对RDX的生物降解机制进行了研究，认为RDX 经过还原脱硝、开环等步骤将RDX 降解为亚硝酸盐，甲醛，二氧化碳等终产物[97]，并且在好氧、缺氮条件下红球菌的RDX 降解效率最高[98]。国内学者对微生物降解RDX/HMX 还处于对其降解特性的研究阶段，有关降解途径及产酶特性研究较少。

3 展 望

生物技术与复合固体推进剂传统技术领域有着巨大差异，这使得两种技术体系长期以来都缺少交集。如今急需解决的问题是如何在当前复合固体推进剂关切的重点问题上实现生物技术应用的突破。在这方面，国内已有研究人员进行了有益的尝试，比如在生物质材料合成火炸药领域就取得了令人振奋的成果。然而生物基高分子材料和生物基无机纳米材料仍未用于推进剂研究。这主要有两方面的原因：一是生物基材料通常带有活泼氢的活性基团，会影响推进剂的传统固化反应，需要推进剂研究人员进行有针对性的调整；二是目前生物基材料的生产成本还高于传统化工产品，限制了在推进剂中的广泛应用。而在生物降解固体推进剂方面，生物技术可以充分发挥自身安全环保的特性，具有非常广泛的应用前景。当前的重点是要筛选和培养出对高浓度固体推进剂组分环境具有耐受力的降解菌株，减少固体推进剂预处理步骤，同时构建出降解效率更高的复合降解菌种，为固体推进剂生物降解技术工程化奠定基础。

目前促使复合推进剂与生物技术交叉融合的动力来自两个方面：一是复合固体推进剂技术突破自身瓶颈的需要；二是生物技术近十余年来的飞速发展。复合固体推进剂本身就是各种基础学科交叉融合的产物，每一次对新学科知识的吸收融合都会带来巨大进步。而生物技术也已走出了实验室，开始对人类社会产生方方面面的影响。所以从技术发展逻辑上看，不仅复合固体推进剂与生物技术的融合是大势所趋，两者融合的前景也充满吸引力。