重視可再生資源的開發(fā)和利用 關于美國可再生資源的長遠戰(zhàn)略

1、重視可再生資源的開發(fā)和利用 ?關于美國可再生資源的長遠戰(zhàn)略20世紀已經過去。在過去100年中，科學技術、社會結構、全球人口都發(fā)生了很大變化。可以預見，21世紀這些變化仍將對社會各方面產生巨大影響。20世紀世界經濟雖然經歷了多次蕭條、景氣、危機、復蘇的反復，但是世界經濟有了很大的發(fā)展。發(fā)達國家經濟繼續(xù)發(fā)展，許多新工業(yè)化國家和地區(qū)，特別是發(fā)展中國家的經濟呈持續(xù)快速發(fā)展勢頭。21世紀的世界經濟，特別是未來的20?25年中世界經濟仍將保持高速發(fā)展。在未來經濟的發(fā)展中，人類將面臨有限的資源和保護生態(tài)環(huán)境的嚴峻挑戰(zhàn)。在今后25年內，世界人口可能達到100億，需要滿足如此大量人口的食物和必要的物資。同時，需

2、要供應相應能源、交通、住房、學校以及各種機器等需求。呈指數(shù)增長的需求和有限的資源形成了尖銳的矛盾。回顧20世紀的發(fā)展，特別是20世紀30年代以來，正是烴類經濟發(fā)展的歷史，主要資源來自于化石資源（煤、石油和天燃氣），許多國家都認為化石資源是保證能源和原材料供應的基礎。從20年代以來的靠其提供經濟發(fā)展的需要，以至于達到今日的生活水準。據統(tǒng)計，生物基資源所占份額很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。盡管烴類對經濟發(fā)展的貢獻呈強勁勢頭，但是有限的資源令人擔憂，而各種化工產品帶來的生態(tài)和環(huán)境問題也日益嚴重，因此可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球共識，并且已被廣泛接受和推行。在可持續(xù)發(fā)展的施行中，要使經

3、濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保持平衡，經濟持續(xù)增長、生活健康標準不斷提高、國家安全與穩(wěn)定，保證資源供應具有重要的作用。因此，許多國家政府的產業(yè)界都呼吁開發(fā)和利用可再生資源來補充和取代目前過于依賴的非再生并日益減少的化石燃料資源。早在1996年，美國政府就組織有關行業(yè)協(xié)會、學術團體、產業(yè)界和教育科研部門專家講座可再生資源開發(fā)利用問題，并于1998年后提出題為2020植物/農作物為基礎的可再生資源?通過可再生植物/農作物資源利用加強美國經濟安全性的設想（以下簡稱“設想”）。該設想公開發(fā)表后，美國農業(yè)部和能源部支持全國玉米種植者協(xié)會組織跨產業(yè)部門研究講座設想的實施問題。經過長時間講座產業(yè)界、深信界和政府部門對設

4、想目標的實現(xiàn)、存在問題和實施步驟取得共識，并提出了題為實施植物/農作物為基礎的可再生資源2020年設想的技術指南（以下簡稱“技術指南”）。這兩份報告內容詳實、焦點明確、邏輯性強、實施步驟清晰，許多觀點和技術課題及措施具有啟迪性。從該兩份報告中，不僅可以弄清可再生資源和內涵、開發(fā)利用的必要性和可能性，而且對如何開展和促進可再生資源的開發(fā)利用提供了實施途徑。對目前可再生資源開發(fā)利用的經濟技術狀況、存在的障礙和誤區(qū)也都作了明確的闡述。雖然兩份報告都是針對美國情況提出的，但是其科學性和前瞻性以及許多技術內涵對我們仍不乏借鑒參考價值?！霸O想”是有關于發(fā)展以植物/農作物為基礎的可再生資源產業(yè)的戰(zhàn)略，是由美

5、國農業(yè)、林業(yè)和化學工業(yè)部門（其中有各類美國公司企業(yè)）、非盈利組織、商貿協(xié)會和學術部門、各行各業(yè)的專家學者共63人經過講座研究，首先提出對此新興產業(yè)未來發(fā)展的設想。1996年12月美國全國玉米種植者協(xié)會組織戰(zhàn)略設想研討會，目的是草擬一個產業(yè)設想，使植物/農作物為基礎的的可再生物質可以作為當前慣用的原料的補充來源以滿足人們對化學品、材料和其他產品不斷增長的需要。本“設想”廣泛地規(guī)劃了此產業(yè)如何從目前家庭式的產業(yè)走向全國規(guī)模的核心制造產業(yè)的道路。公開此“設想”的目的是為了吸引更多讀者關注，出謀劃策，共同開發(fā)，使其能成為現(xiàn)實的技術實施方案。對于世界資源能否足夠支持當前已經發(fā)生的急劇經濟膨脹，社會上歷來

6、存在兩種不同觀點：一種是悲觀的認為，世界資源難以滿足呈指數(shù)的經濟增長。如果現(xiàn)有技術不能進一步發(fā)展，而非再生資源又有限，這種悲觀看法確實是現(xiàn)實的評價；另一方面，當前的技術正在突破，并有無限潛力，因此對未來產生樂觀看法。歷史教育人們，只有通過協(xié)調提出明確設想，才能引導人們去解決關于未來發(fā)展的重大問題。過去一直談如何解決未來25年世界超過100億人口的食品問題。獲得食物只是人類生存的一種需要，其他還有呈指數(shù)增長的對能源、運輸、住宅、學校、機械以及計算機等的需要，而滿足這些需求的資源從何而來是應當考慮的問題。鉆探更多、更深的油氣井可以供應更多的烴類原料，但是油氣儲量畢竟有限。對現(xiàn)有烴類的有效利用率將會

7、不斷提高，但是效果不大。納米技術可能會促進小型化從而節(jié)省材料，但是有些物件不能縮小。問題是資源正在耗盡，何時耗盡并不重要，重要的是探求一種新的資源模式，使之逐步轉化?！霸O想”序言稱，不論適用性技術應用如何，凡將現(xiàn)有資源轉化為可再生資源，都是符合可持續(xù)發(fā)展的方向，也適應環(huán)境和生態(tài)要求。因此，應用植物/農作物資源的設想是樂觀的。隨著適用性研究和開發(fā)的進展，人們可以發(fā)現(xiàn)許多經濟上可行的方案來滿足整個地球的需求。該設想確定了方向和相應的規(guī)劃，采取措施建立利用植物系統(tǒng)中能源和碳源的可再生資源基礎。面臨的挑戰(zhàn)是嚴重的，但機遇也是難以衡量的。人類可以適應變化，但必須接受所面臨的挑戰(zhàn)。序言中從兩方面進一步闡明

8、“設想”提出的背景：1、界定植物/農作物基資源植物/農作物基(有時用生物基bio-based)資源是指來自于一定范圍的植物系統(tǒng)，主要是農作物、林產品和食品、飼料和纖維工業(yè)加工過程中的副產物。它們可以通過一年生的作物和樹種，多年生植物和短期輪作樹種等途徑在一個較短的時間內再生。石油化學品原本也是以植物為基礎，其基本分子為烴類。植物/農作物基可再生資源當前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質素和植物油。也有一些量少高值的分子是來自二級植物新陳代謝。另一個主要區(qū)別是烴類及其提取系統(tǒng)已經開發(fā)并加工處理其所需要的原料型產品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認定，但某種植物會含有某種資源，加工后會留

9、下什么，尚未完全搞清。最近生物技術進展可以改變植物成分和酶提取系統(tǒng)，這就為現(xiàn)在需要的化學產品和新型中間人體及產品制造提供了新的經濟機遇。據統(tǒng)計，美國的森林、耕地、牧場等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產大量植物/農作物基資源。過去50年，這類資源的重點主要是面向食物、飼料和纖維生產。2、烴類經濟20世紀后期，世界經濟發(fā)展很快，生產增長率有很大提高，尤其是各發(fā)達國家，一些發(fā)展中國家也不斷增長。成功的增長和發(fā)展過程中起主要作用的是烴類經濟。自20年代以來，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當前所享受的經濟效益和生活水準。許多國

10、家都依靠這種資源來滿足能源和原材料的需要。在過去50年中，大量的研究開發(fā)在能源生產和基礎產品制造方面創(chuàng)造了許多可以大量增值的工藝過程。市場經濟明顯地受人們提高生活水準的意愿所驅動，以創(chuàng)造各種產品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據統(tǒng)計，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國1996年玉米、黃豆和小米等生產用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經濟角度看還不能趕上工業(yè)原料，而以烴類為基礎的經濟卻繁榮昌盛。烴類雖然將繼續(xù)起到非常有效的經濟發(fā)展平臺作用，但是在其未來應用中卻有若干問題有待解決。首先是對石油化學產品的應用環(huán)境問題日益受到關注，隨著又產

11、生了許多相關的問題。化石燃料是一類正在減少的原料資源。應用植物/農作物基資源作為一種補充，由于它們是可再生的，所以為經濟有序地向可持續(xù)發(fā)展轉變創(chuàng)造了機會。通過對能源狀態(tài)的審視就可看到可再生資源作為一種補充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲量，如按現(xiàn)在消費水平計算只能提供50-100年，此處的一個重要假設是“現(xiàn)在消費水平”是保持不變，但是從全世界人口增長和生活水準變化來考慮，此假設是不合理的。當前世界上按人口平均的能源消費水平差距很大，詳見表1，許多發(fā)展中國家都將增加能源消費。未來的能源供應問題是多方面的，因為發(fā)展中國家人口眾多。例如，中國按人口平均能源消費相當于美國水平的1/

12、3，其需要增加的能量數(shù)量約相當于美國現(xiàn)在全年能源使用總量。表1當前按人口平均能源消費水平 KWh/人 美國 法國 日本 巴西 泰國 中國12200 7500 7000 1500 1200 900一些有效利用烴類的開發(fā)將有助于需要增長問題的解決，但是對烴類找到補充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)基礎。新技術開發(fā)和應用需要時間。石油化學工業(yè)本身的發(fā)展就是一個事例。1920年烴類原材料經濟并不像今天這樣具有吸引力，過了50年，開始適應化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農作物基系統(tǒng)達到同樣現(xiàn)代化水平也需要時間。當前正是開展大量研究開發(fā)工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開始在各

13、種可供選擇的途徑中提出選擇標準的時候?，F(xiàn)在進行研究并不意味系統(tǒng)要立即改變，但是，烴類經濟的經濟學未來將出現(xiàn)問題：要支付高額環(huán)境費用，或是由于原料缺少而價格上揚。投資適用性研究可以在未來能源和原材料間進行相關的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長期，選擇植物/農作物基可再生資源可能是要兼顧環(huán)境方面容許和經濟方面具有吸引力。而在近期，研究和開發(fā)可能只在一些領域內進行，使植物/農作物可再生資源能開始進入基本化學原料市場，從而擴大資源基礎，延長有價值的化石燃料儲備的應用壽命。在上述背景環(huán)境下，通過研究討論，提出了2020年開發(fā)利用植物/農作物可再生資源的設想的目標；“設想”是要通過植物/農作物基可再生

14、資源的開發(fā)來提供經濟繼續(xù)發(fā)展、生活的健康標準和強大的國家安全。植物/農作物基可再生資源可以改變當前對日益減少的非再生資源的依賴。本“設想”的內涵重點是建立新的觀念，即植物基資源是越來越重要的工業(yè)原料資源。非再生資源可能因經濟和環(huán)境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設想”反對等到危機發(fā)生時現(xiàn)開始啟動替代。展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無的，它對滿足未來的需求非常迫切。當然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現(xiàn)在就要開始，為經濟發(fā)展有足夠的時間，保證解決環(huán)境而進行良好的合作。要取得有成效的進展，應當確定以下的方向性目標：1、2020年

15、化學基礎產品中至少有10%來自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。2、建立植物基(農作物，林產，加工業(yè))系統(tǒng)，用有效的轉化加工工藝生產可再生原料，為2020年選中的產品提供經濟合理、對環(huán)境瓜敏感的制造平臺。用此生產鏈來示范一個綜合的植物/農作物基原料系統(tǒng)的經濟合理性和潛在效益，顯示工業(yè)應用機遇的新領域，為2020年以后國內和出口的需求做出貢獻。3、在工業(yè)投資者、植物商、生產者、學術界和各級政府之間建立合作伙伴關系，開發(fā)從小范圍到大規(guī)模的工業(yè)應用，重新激活農村經濟，改進增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業(yè)與基礎材料制造業(yè)之間的差別。“設想”中提出，科研與開發(fā)方面要制定有

16、詳細目的和要求的相應計劃，支持上述方向性目標的實現(xiàn)，從而也可取得投資的優(yōu)勢。植物/農作物基資源利用現(xiàn)狀和前景一、現(xiàn)狀烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎原料，已經成為現(xiàn)代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農作物基資源目前尚未有效利用，主要是因為可用性差、質量不高、供應不穩(wěn)或是價格高。要推動和提高植物/農作物可再生資源應用的興趣，需要從以下幾個方面來分析。1、實用性盡管消費總量不高，但是植物基原料當前在化學品方面應用面很廣，如用于油漆、粘合劑及潤滑劑等。黃豆是植物袖的傳統(tǒng)原料，隨著基因工程進展，可以生產滿足

17、特殊潤滑劑市場需要的專門潤滑油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數(shù)氨基酸以及各種蛋白質等化學品生產中，植物基資源是主要原料，詳見表2。表2、美國植物基資源用量 萬t/a 類別 用量 用途木材 8090 紙，紙板，木質素纖維復合材料工業(yè)淀粉 300 粘合劑，聚合物，樹脂植物油 100 表面活性劑，油墨，油漆，樹脂天然橡膠 100 輪胎，家用品木材提取物 90 油料，膠纖維素 50 紡織纖維，聚合物木質素 20 粘合劑，丹寧，vanillin在多數(shù)情況下，應用的植物基材料主要是原始狀態(tài)分子。如木質素纖維、植物油和橡膠等復雜分子的應用也只有有限的改性。這就與

18、石油化學工業(yè)構成明顯的反差，石油化工則是用化學方法按需要將烴類裂解成幾種簡單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎原料進行化學合成，制造所需要的復雜的分子。在少數(shù)情況下，植物/農作物原料進行裂解成為不同的基礎分子，例如高果糖的玉米生產糖漿和玉米淀粉發(fā)酵生產燃料乙醇。1996年美國用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發(fā)酵方法生產9億加侖(1加侖=4.546L,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實例看，植物基原料有一定實用性，雖還未生產像藥物那樣的高度專業(yè)化的分子，但卻包括了大量生產的中間體及產品。2、供應及質量植物系統(tǒng)地區(qū)分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導致供應和質

19、量的差異。森林和農業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展已經縮小了天然野生植物的供應差異。生物質的總產量雖然很大，但是由于沒有經濟的轉化技術而使其應用受限制。一些新進展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產品的機會，如果能在分離技術上進一步創(chuàng)新，就可以推動此應用。生物質資源可以來自快速增長木材、田邊作物以及其他專門培植的植物物種。另一潛在的生物質資源是當前為食用和飼料種植的農作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應用其產量的一半。此4種作物估計每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質計,下同)遺留在田地中，總計約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結構，但大部分運出去，作為原料應用

20、。因此要求有適當?shù)?、成本低的儲運系統(tǒng)和加工技術。供應方面的主要問題是對原始生產的管理。當前，樹木可作木材和紙漿，種植農作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒有在綜合利用上進行優(yōu)化。對植物/農作物投入的成本評價基礎是未經優(yōu)化的植物生產系統(tǒng)，因此經濟性不佳。一些邊際土地的利用可以擴大植物基可再生資源原料基地。但是從經濟上比較，其很難達到經濟可行目標。在估算其經濟回報時，要考慮化肥、農藥等化學品的使用費用。要增加可再生資源來源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應是如何對良田建立優(yōu)化種植生產系統(tǒng)。當前低投入、低產出的植物生產對農民難以盈利，并不利于農村發(fā)展，也不能為加工業(yè)提供低價原料。但是在產出方面，數(shù)量

21、和質量相差甚大，從此系統(tǒng)得到的產品必然價格較高，嚴重地限制了經濟上的可行性。而且，由于低產出生產就需要更多的土地，其對環(huán)境的單位影響常常大于更為強化、密集的系統(tǒng)。因此要優(yōu)化生產系統(tǒng)，同時改善邊際土地的利用。此外利用生產率高的土地作為植物/農作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數(shù)量和質量上的波動變化。農村根據市場需求規(guī)劃種植計劃，如根據乙醇市場還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進行第2輪對品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對產出經濟效益有很大影響。面對“設想”需要擴大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥

22、品或聚合物等等選擇范圍。要根據供應或需求來決策，就需要進一步仔細研究有關課題。3、植物/農作物基原料成本利用植物/農作物基可再生資源主要是成本問題，它與烴類相比是不經濟的。工業(yè)生產要求大量的便宜原料。植物原料價格便宜，如果能開發(fā)適當?shù)南到y(tǒng)將極具競爭能力。利用植物/農作物基原料生產化學品的成本比較，詳見表3。表3、植物/農作物基化學品生產成本 類別 生產量 萬噸 通常方法 美元/1b 植物衍生 美元/1b 植物衍生占總產量%糠醛 30 0.75 0.78 97.0粘合劑 500 1.65 1.40 40.0脂肪酸 250 0.46 0.33 40.0表面活性劑 350 0.45 0.45 35.

23、0醋酸 230 0.33 0.35 17.5增塑劑 80 1.50 2.50 15.0炭黑 150 0.50 0.45 12.0洗滌劑 1260 1.10 1.75 11.0顏料 1550 2.00 5.80 6.0染料 450 12.00 21.00 6.0墻涂料 780 0.50 1.20 3.5油墨 350 2.00 2.50 3.5專用涂料 240 0.80 1.75 2.0塑料 3000 0.50 2.00 1.8實際上,在制造業(yè)中選用不同的化學加工工藝對其成本影響很大。植物/農作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業(yè)原料提供的補充資源。成本問題并非只限于原料,而且與加工過程有

24、關，因此要進一步開發(fā)新的化學和生物加工工藝，才能擴大植物基可再生資源應用范圍，使之成為經濟可行系統(tǒng)。二、前景由于植物/農作物基可再生資源的來源不同，每種來源的原料又可以利用不同的加工工藝，構成了一種多維的發(fā)展前景。本“設想”運用矩陣分析方法進行探討。不同投人的植物原料，可以運用不同的加工系統(tǒng)，并取得各種不同的開發(fā)效果。1、廢料和副產物利用從當前看，利用機會多，但需要有新的加工技術才能使其成為更重要的資源。(1)現(xiàn)代化學森林工業(yè)已經將副產物利用發(fā)展成為一個較大的行業(yè)，如紙漿副產液轉化為磺酸木質素表面活性劑CH3SOCH3以及用樹皮制丹寧。農作物的磨榨工業(yè)開發(fā)了許多應用副產物進行加工的工藝，如從燕

25、麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業(yè)，如蔬菜和水果卻沒有開發(fā)相應的副產利用加工工藝，經常將副產淀粉和糖排放入周圍環(huán)境。副產物的利用具有許多發(fā)展機遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產物成本的手段，而且從戰(zhàn)略上看是擴大利用植物基資源。(2)改進化學木本植物和有些農作物加工中有較高的木質纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業(yè)一樣，可以將復雜分子轉變?yōu)檩^小分子技術。便宜的植物衍生發(fā)酵制糖的開發(fā)已在進行。用金屬有機物化學將碳水化合物轉變?yōu)樵鲋祷瘜W品是擴大利用植物基原料的又一技術途徑。改進化學方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經濟回報率。(

26、3)生物加工在比較復雜的料漿中用微生物發(fā)酵法生產某種分子，再將其分離出來成為需要的產物。生物轉化是應用微生物、細胞或不含細胞的酶系統(tǒng)的一步法工藝，它提供了改進廢物料和副產物利用機會，隨著分離技術的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應用。(4)新分子在此方面似乎不太重要，從廢料中生產新分子不是一條最佳途徑。2、現(xiàn)有農作物從近期看擴大應用具有最佳機會。(1)現(xiàn)代化學從化學工業(yè)整體看，并沒有|認為植物衍生材料具有較高的經濟價值，但是具體|問題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。(2)改進化學如果植物衍生原料是結構型的生物質，含有木質素和纖維素等成分，其具有一定優(yōu)勢。一些新

27、技術，如綜合燃燒或金屬有機化學等都能提供更好地利用此類資源的機會。除林產資源外，約有5200億磅的生物質資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現(xiàn)有資源的效益。新的工藝開發(fā)可以提供利用糖和淀粉的機會。植物淀粉有不同來源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質、用途都不同，因此需要改進其化學方法，發(fā)揮其潛能。新化學工藝與生物加工及先進的分離技術綜合起來可產生很大效益。(3)生物加工工藝植物作為生物加工原料量大而多樣，從結構型生物質到一些專門的植物組分，在生物加工方面潛在優(yōu)勢很大：用酶轉換玉米衍生的葡萄糖生產高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經過發(fā)酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一

28、些化學產品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進一步加工制成許多種產品。當前，用10億磅這種原料可得到價值13億美元產品，現(xiàn)在正在中試。多種學科進行合作就可取得良好的效果，這是短期內取得成效的一種良好運行模式。(4)新分子植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是專用酶，可產生新分子。此工作目前只在很小的市場中進行。當市場對具有特殊性能的新產品需求增加，投入產出可能會促使其發(fā)展，技術和經濟的綜合研究要沿著產品開發(fā)鏈進行，從界定所需要的產品?需要的特性?分子結構?中間體?酶技術?蛋白質/基因工程?投入植物的最佳原料?生產優(yōu)化等。3、新鮮農作物此項作為中期發(fā)展機遇。(l)現(xiàn)代化學因為化學工業(yè)一般

29、不認為農作物的利用能獲得較高的經濟價值，因此新鮮農作物并無吸引力。過去曾認為可以降低成本，但是實際上的技術限制否定了其經濟性。(2)改進化學從投入產出看，存在類似問題，如果改進的化學工藝需要專門的農作物，-新鮮農作物可能會有優(yōu)勢。另一優(yōu)勢是在物流方面。按照改進工藝實施和運作規(guī)模，所需原料只能就近供應新鮮農作物。因此改進工藝應當與供應系統(tǒng)平行進行才能互相支持共同發(fā)展。植物作為原料補充資源時，困難在于許多烴類加工裝置不位于農作物和森林種植地區(qū)，而植物基原料運輸費用很高。(3)生物加工工藝與改性化學類似,區(qū)別在于如何將原料加工成中間體和最終產品。在技術上要考慮農作物品種的適用性，一種生物工藝可以對多

30、種品種進行加工。優(yōu)化工藝是影響運作經濟很重要的因素。4、改性基因類植物這是中長期發(fā)展機遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現(xiàn)碳水化合物經濟，或是其他經濟，這要看建立在生物工程基礎上的新工業(yè)平臺所能發(fā)揮的作用。(1)現(xiàn)代化學基因改性植物基原料可能成為現(xiàn)有的烴類加工系統(tǒng)原料。但是，改性植物分子在烴類系統(tǒng)中降解所花代價太高。因此投入技術要能跨越加工技術，或者是較復雜的分子能直接得到并進入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應用此改性原料。當然這些變革都要從經濟和環(huán)境兩方面來評價其效益。(2)改性化學對優(yōu)化植物/農作物基原料投入和加工有好處，應當進行此方面研究。至于何時見效則要根據基因技術進展及其

31、達到工業(yè)化時間來確定。(3)生物加工工藝微生物或酶進行基因改變達到強化工藝過程目的。生物工程具有長期潛力，在原料投入和生物技術本身之間創(chuàng)優(yōu)，有時所需要的可作基礎原料的分子可以部分在植物原料內進行合成，用生物轉化或高度專門化的生物/化學工藝進行分離。為了繼續(xù)應用化石燃料生產專門產品，需要進行研究開發(fā)，使有限資源能取得最大的價值。(4)新分子過去20年中，塑料已成為最大的工業(yè)部門，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場將會根據消費者的意愿和需求發(fā)生變化。材料科學將繼續(xù)發(fā)展，市場銷售者將繼續(xù)設計新的消費品，塑料的未來變化難以預料。能作為新工業(yè)發(fā)展平臺基礎的新分子將會很多，物理與化學科學與生物

32、工程材料結合將產生新的領域。植物基可再生資源將是未來的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎原料的渠道，支持社會基礎設施。開發(fā)和拓寬其可能性，需要先進的技術，這將是未來新領域。生物技術的潛在影響及實施“設想”的工作途徑生物技術的潛在影響對一個新的技術領域進行評價，可以從如下幾個方面來分析：近來變化的速度和引入的速度、量度及其帶來利益的水平及公共公司投資、評價專利活動和有關協(xié)會的活動、觀察開發(fā)進程、審視所取得的成功進展。90年代初期，許多人對生物技術將對農作物帶來很大變化是持懷疑態(tài)度的。到1996年，轉基因作物在產業(yè)化方面取得成功，明確地澄清了這個問題。這些早期的成效是關于新的作物保護

33、途徑，對保護植物生產免受病蟲害起了重要作用，對進一步了解和掌握如何改進植物組分也很重要。由于管理方面的需要，轉基因大田試驗記錄由美國動物和植物健康監(jiān)測服務中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉基因改變植物組分的工作正在進行之中，試驗范圍也在不斷擴大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和Pioneer Hi-Bred等都在進行。為了改變植物組分以提高營養(yǎng)價值，改善加工性能，或是為了某些工業(yè)和制藥的應用，一些轉基因改性品種已經進行了評價，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質形態(tài)操作(type monipulation)、纖維特性改性、產生抗體、工業(yè)酶生產、二級化合物操作(甾醇

34、，earotenoids等)、新型聚合物生產。轉基因技術發(fā)展非常迅速，為植物基材料擴大應用開辟了新的途徑，使其可以為工業(yè)生產提供分子基礎原料和更為復雜的分子原料。用植物基原料主產聚合物，制造塑料就是一個成功事例。從A1-coligenen entrophus細菌的3種基因已經能轉入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進一步開發(fā)，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。在過去50年內，通常用的植物培植產率已經提高了3倍，根據農作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產物。高級植物

35、種植要用基因圖譜和轉基因技術，進一步提高食物和飼料生產需要供應的植物基原料。生物技術對植物基原料已經產生革命性的影響。但是，用生物技術來改變植物，使之適合烴類經濟需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進一步弄清什么是工業(yè)鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來轉基因植物基可再生資源中具有最大的優(yōu)勢。實施“設想”的工作途徑要成功實施美國可再生資源開發(fā)利用的戰(zhàn)略設想(以下簡稱“設想”)中所提出的大綱，需要將研究、開發(fā)、工業(yè)過程工程以及對未來的市場了解等項工作有效地集成起來。適應“設想”的多學科計劃以及各個項目的協(xié)作都要求有一共同的目標，向前沿技術邁進。應用改進的化學工藝加工現(xiàn)有的農作物，包括集成運用生物工

36、藝，可以納入短期計劃之內，從當前到今后10年可以著手實施。這是研究中的一個熱點。另一個熱點是觀念上的飛躍，超越當前的烴類化學，結合基因改性植物，運用新的工藝，這可以納人中長期計劃中，在10到20年甚至更長時期內實施并產生影響。上述兩個熱點都是當前在研究中進行投資，在不同期限內可以取得回報。如果在這些領域內取得成功，在工業(yè)應用上就可以有了一個可行的堅實科學基礎。新鮮作物應用開發(fā)將被看作是一個降低這些系統(tǒng)成本的一種機制，或是改善供應狀況(數(shù)量和質量)，滿足工業(yè)發(fā)展需要。當審視植物基可再生資源的前景時，可以看到供應鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發(fā)展有各自的地理優(yōu)勢，可以形成專門原料的加工中心，包

37、括進入國內和國外兩個市場。對轉基因作物的鑒別保護機制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統(tǒng)都需要進一步研究。本“設想”并非要給各種問題以答案，而是指出未來潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實現(xiàn)。下一階段就要進行各方的協(xié)調工作，使多方面的投資者能有一個投入的基礎，針對“設想”提出的目標進行開發(fā)工作。該規(guī)劃要訂出各項目計劃，通過研究和開發(fā)來支持“設想”中提出的方向性指標。各計劃項目要符合下列一個或幾個方面的要求。優(yōu)化生物質和農作物基原料生產，達到計劃應用要求狀況。為植物基原料的供應鏈提出裝置、地點、貯運和分銷措施，包括加強農村經濟的機制。加速發(fā)展基于改性化學和生物工藝的新工藝，同時考慮利

38、用植物/農作物基可再生資源原料。對多類投資者支持的項目，對上述三個方面中一個或一個以上將產生影響的項目，或是多學科項目等將給以優(yōu)先和優(yōu)惠待遇。投資項目選擇標準應考慮時間要求和潛在影響的大小來確定。植物/農作物基可再生資源對工業(yè)基礎原產的需求增長是一個戰(zhàn)略性措施，也是使美國在21世紀繼續(xù)保持領先地位的戰(zhàn)略性選擇。開發(fā)基礎資源具有經濟、環(huán)境和社會方面的好處。機遇是明確的，考慮未來的設想是需要的，要聯(lián)合投資者對新途徑進行投資，才能創(chuàng)造一個安全的未來?！霸O想”文本中不止一處引用達爾文的名言“能夠幸存下來的物種，不是最強的，也不是最聰明的，而是能適應變化的”。2020年可再生資源應用將增加五倍植物/農作

39、物基可再生資源2020年設想實施的技術指南(以下簡稱“技術指南”)，是植物/農作物基可再生資源2020年設想(以下簡稱“設想”)的補充，提出的目的是：支持“設想”方向，確定發(fā)展中的主要障礙和問題，確定優(yōu)先的研究領域。要達到上述目的需要進行協(xié)調觀念開發(fā)，收集專家證明，組織多學科研討會、聽證會，優(yōu)勢排隊試驗和團隊行動計劃等多項工作。在“技術指南”編制過程中吸收了各方面人士的意見，參加研討的共有66名有關部門不同行業(yè)的專家。專家們就全球性問題提出“設想”，針對“設想”結合現(xiàn)實狀況提出存在的主要障礙與問題，再確定研究與開發(fā)領域，從而找出優(yōu)先研究開發(fā)的課題。這些課題所屬領域都是能為利用可再生資源實現(xiàn)可持

40、續(xù)發(fā)展起最大杠桿作用的研究領域。通過參加“技術指南”研究和編制的專家的專業(yè)情況反映出在化工制造中應用生物基原料需要涉及多門學科。但是有3個產業(yè)是中心，即化學、生物和農業(yè)，每個產業(yè)都涉及幾門不同的學科，如農業(yè)，林業(yè)和石油化學。1、農業(yè)和林業(yè)農業(yè)：是一個廣泛的概念，包括谷物生產、林地和牧場等。這些土地上生產的農產品和林產品一起構成生物基材料，它們通過太陽能，大氣中的CO2和土壤中養(yǎng)分進行原始生產而成為可再生資源。美國擁有大量優(yōu)良土地，豐富的自然水資源和先進的技術基礎，通過資源保護和利用，每年可產生可再生資源的巨大財富。 林業(yè)：在美國有超過6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業(yè)人口

41、140萬，每年生產價值2000億美元產品。過去10年內，紙張部門的增長比木材業(yè)快。木材和紙產品回收循環(huán)利用率高，每年有約4000萬t紙再生利用。美國的林業(yè)已經制定出2020年發(fā)展設想以及相應的研究計劃。該設想呼吁進行研究，用先進的生物和遙感技術以及樹木生理學和土壤科學等理論。農業(yè)和林業(yè)通過應用基因學技術和轉基因植物等新手段將會出現(xiàn)大的躍進。在不久的將來，可生產出大數(shù)量和高質量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業(yè)部門提供原材料。而且還可以引入某些酶標記基因，可能會在植物體內制造完全新型的聚合物，并可大量生產，成為經濟的消費用品。美國將技術進展應用于植物和農作物的調整，使其在農業(yè)、林業(yè)和制造業(yè)中保

42、持可持續(xù)發(fā)展的領先地位起著主要作用。國家的未來明顯地要依靠近期開發(fā)可再生資源基礎的研究來支持。2、石油化工業(yè)化學、工程學、物理學和地理學等幾門學科在石油化學工業(yè)中的應用，對人們生活產生的影響是50年前難以想像的。石油化學工業(yè)成功地創(chuàng)造了眾多產品，從高性能的噴氣發(fā)動機燃料到基礎化學品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。石油化學工業(yè)：是資本密集型工業(yè)，已經建立了可觀的基礎設施來處理和加工化石燃料。美國每天要用1390萬桶烴類原料，多數(shù)是作為燃料型產品，用于化工及其他工業(yè)基礎原料生產，每天約為260萬桶油短類原料。近年來，工業(yè)化學品和塑料生產都有巨大的增長。塑料工業(yè)

43、從業(yè)人員120萬人，有20000套生產加工裝置，過去在研究開發(fā)上花費以10億美元數(shù)計的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒有可再生資源，遲早有一天會變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬億桶的石油開采量，原油價格能否在每桶10美元以內。世界原油生產已經變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無可爭議的事實。重要的是考慮當供應呈峰值時未來價格的敏感度，而不是去爭論何時是油將用盡的理論時間。最近由于幾處新資源的發(fā)現(xiàn)及應用，在20年內原油產量可能會有所增加。但是，必須注意美國一直是原油進口國，50%原油靠進口。如果原油進口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲量按目前消費

44、水平只能維持約14年。如果保持目前進口水平而不增加，也只能使用28年。當然，將會有新的改進的抽提技術，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。用可再生資源補充石油化學品，要從現(xiàn)在開始，由少量到大量逐步進行，有關研究工作要立即開始。不考慮化石原料供應衰退時間表的爭論，由于人口增長以及一些新興國家人們生活水平提高，需求將繼續(xù)增長。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補充資源。因此，無論如何在美國開發(fā)可再生資源作為工業(yè)原料都是十分重要的?！霸O想”中提出的指標是“2020年基礎化學品至少有10%來自植物衍生可再生資源，隨著發(fā)展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意

45、無論是美國還是全世界總消費量的增加是很快的，因為即使2020年的10%目標是按當時的生產總量計算，也比當前消費水平要提高4?5倍，絕對的增加更大。如果2020年消費水平本身提高1倍，可再生資源的絕對指標也要翻番。換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環(huán)境下能完全取代烴類資源，而只有當消費產品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時間框架中，指標可以是：可再生資源應用使化石燃料能穩(wěn)定地維持現(xiàn)在的消費水平。按此指標可以形成以下的觀念：由于不是一個競爭替代戰(zhàn)略，可再生資源并不與非再生資源直接競爭。需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來滿足未來20年的需要。30年以后，可能要

46、更多依靠可再生資源，因為那時的化石燃料將會很貴而且有限。滿足近期指標的支持和研究完全與長期目標保持一致，這些方向性指標，非常清楚地表明面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，需要從現(xiàn)在就采取行動，應當開始建立通向擴大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎指標外，其他一些相關的指標也是很重要的，包括：建立系統(tǒng)，通過加強經濟可靠性的基礎設施支持，將供應、制造和分銷等活動集成起來。通過功能基因學來提高對植物新陳代謝的理解，優(yōu)化對專門的增值加工工藝的設計和應用，除應用現(xiàn)有的組分外，要開拓新型聚合物生產和應用。要保證開發(fā)的新工藝過程的效率高于95%，同時應用伴生工藝，應用所有副產物，消除廢料，保證新的平臺能在

47、特殊的環(huán)境條件下堅持目標方向對確定目標與研究指標要反復交叉檢驗，使其能堅持可再生燃料/能源需要的目標。在生產和分銷中要開發(fā)保持穩(wěn)定供應的途徑，在年生產一定范圍基礎上控制一些因素，如價格、數(shù)量、性能、地區(qū)分布、質量等。同時要制定提出這些因素的標準。建立進一步合作伙伴關系，改進綜合集成，通過加強農村發(fā)展來支持取得成功?！霸O想”的目標要實現(xiàn)，主要要使本“技術指南”中所列出的目的大綱都能達到?；蚋男灾参锷a專門的代謝產品和開發(fā)補充性的化學改性產品取得成效就可以達到2020年可再生資源應用增加5倍的目標。這些進展也將為2020年以后的進一步發(fā)展奠定基礎。可再生資源應用技術和市場的障礙及問題將可再生資源制成消費產品的整個系統(tǒng)中有許多障礙和問題，其中關鍵性障礙和問題是：植物科學方面：基因學、酶、新陳代謝和組分。生產方面：單位成本、收率、持續(xù)性