清华大学加快生物炼制产业化，塑造世界一流
文章来源：PUWORLD 更新时间：2023-10-24 15:47:26
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碳是生命演化的物质基础，除了石油和煤炭等化石资源作为碳载体外，生物质是唯一蕴含碳的可再生资源。人类衣食住行高度依赖石油、天然气、煤炭等化石资源，而这些化石资源来自于亿万年前的生物质，理论上讲，生物质完全可以替代这些化石资源来支撑人类的衣食住行，因此“生物炼制”这个概念应运而生。
生物炼制
生物炼制以可再生的生物质为原料，经过生物、化学、物理的方法，或者这几门方法集成的方法，来生产一系列的化学品、材料、能源的新型工业模式。以碳来计算大概在950亿吨到1000亿吨的规模。而现在工业上采用的化石资源，以碳来计算只有100亿吨左右，只要有十分之一的生物质资源流入到工业中就能满足我们的需求。
生物质按大类来分，最大的一类是纤维秸秆类，包括森林、牧草、农作物秸秆等；第二类就是淀粉、糖、粮食这类；第三类是油脂类。油脂是重要的一大类生物质，油脂的工业应用非常广泛，如用于生产表面活性剂、生物柴油等。
关于油脂类生物质原料生产化工产品，清华大学刘德华教授团队从30年前开始就带领团队开始做大量研究，与企业合作先后建成多套（含全球首套）酶法生物柴油的产业化装置，实现了技术对巴西、马来西亚等国的出口。同时还研究利用生物柴油副产物甘油发酵生产1,3-丙二醇（高端化纤的核心原料）技术，相继建成了多条1,3-丙二醇发酵生产线，打破了国外企业巨头对此长达20年的垄断。
生物柴油
全球目前的生物柴油年产销量已经快接近五千万吨，主流工艺采用的是化学法，化学法虽然成熟，规模也大，但在工艺上的弊端也很明显，生产过程中会产生很多含酸或含碱的废水。
相对来说，生物法能够在常温常压下进行反应，能耗还低，是真正绿色高效的方法，但是由于成本问题，没能成为生物柴油生产的主流工艺。为了攻克生物柴油成本问题， 推动生物柴油产业化，刘教授团队从工艺开始突破，做到了同样的条件下只能用几次的脂肪酶现在用到了300次以上，在保留生物法原有优点的同时，提高了生物法的经济竞争力。该技术目前在20多个国家申请了专利，同步跟国内外相关单位合作建成了多套生产装置。
全球第一套酶法生物柴油装置于2006年的12月18号建成投产，产品销往欧洲，目前的产能是5万吨每年，随后国内其他厂家也开始营业，目前已经有另外两条生产线在运行，还有几条生产线在建设之中。
基于马来西亚的生物质资源优势，清华大学也积极与其开展技术交流与合作。前不久，清华大学—马来西亚棕榈油总署（MPOB）生物能源及生物基材料项目合作交流会在清华大学化工系举办，在海外实施酶法生物柴油技术的产业化项目马上开启，届时可用丰富的棕榈油资源生产生物柴油。
1,3-丙二醇（PDO）
在三十年前，甘油是供不应求的，刘教授团队当时使用生物发酵的方法生产甘油。然而因为生物柴油的快速发展导致甘油的价格一落千丈，刘教授团队开始将甘油生物转化可以做成1,3-丙二醇作为PTT的主要化学品单体。中国的PET产能超过七千万吨，PTT的规模生产有望部分替代PET减少纺织工业对化石能源的依赖。
第一代生物法炼制1,3-丙二醇的技术最后授权给全球500强公司江苏盛虹集团，建成了两万吨的1,3-丙二醇生产装置，随后盛虹又配套建设了五万吨的PTT装置产业链从炼油一直到最后的纺丝印染，成为了中国第一个具备全产业链的企业，打破了杜邦公司对此的垄断。
第二代生物法炼制1,3-丙二醇的技术技术仍然以甘油为原料，在工艺参数与菌种改进后清华大学跟广东清大智兴公司合作，实现了1.5万吨/年PDO的生产，产品已经销到欧美、日韩，也包括国内的聚酯和化妆品行业。此后，刘教授团队继续开发了以各种糖为原料发酵生产PDO的技术，也已相继实现产业化。
生物炼制与碳中和
2015年中国各类废弃生物质资源能源化利用所带来的减碳潜力，大概接近4亿吨二氧化碳，预计到2030年，中国废弃生物质资源化能源化利用对减碳的效果相当于全国碳排放总量的4.87%-7.18%。从矿物炼制转向生物炼制是人类社会发展的新里程碑，这会对经济、社会、科技、文化带来深远的影响。这种转变是经济从不可持续发展向可持续发展的物质和能量基础，是把农业和工业紧密连接的纽带，是碳中和与乡村振兴的重要抓手。碳中和既是我国应对气候变化行动的庄严承诺，也是实现我国经济社会环境根本性变革的重要国策，更是我国探索人类新文明之路、实现和平发展的一大创举。
我国制造业的供热需求完全可以采用生物质能来满足，分布式供热需求可以通过成型燃料配套专业生物质热能装备实现。当然，以我国能源消耗的体量，仅靠自身资源难以满足需求。因此，可以建立以生物质可再生燃料为核心、“一带一路”可再生能源合作为目标的架构。对我国而言，大量进口可再生燃料取代化石燃料，既可维持制造业竞争力，又能解决碳排放的约束难题，并有利于推动能源装备与服务出口。同时，帮助“一带一路”国家和地区建立绿色能源基础设施，实现互利共赢，构建绿色发展的命运共同体。
生物质能有望成为碳中和利器，石油炼制创造了上世纪化工学科和产业的辉煌，生物炼制能不能在新世纪继续辉煌要靠大家共同努力。
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