低碳經(jīng)濟(jì)下生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

低碳經(jīng)濟(jì)下生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

劉雯雯201522162060

低碳經(jīng)濟(jì)是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，通過技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能地減少煤炭、石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達(dá)到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏的一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展形態(tài)。生物產(chǎn)業(yè)作為低碳經(jīng)濟(jì)典型的代表，是平衡氣候環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略選擇，低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來臨，生物產(chǎn)業(yè)被全球越來越多的國家關(guān)注和重視。低碳經(jīng)濟(jì)的概念生物能源生物材料生物農(nóng)業(yè)生物環(huán)保低碳經(jīng)濟(jì)下生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

生物質(zhì)能具有資源量大、相對(duì)集中、能量品位較高的特點(diǎn)，在未來低碳經(jīng)濟(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將發(fā)揮根本性的作用。目前，生物能源的主要形式有燃料酒精、丁醇、生物柴油、沼氣、生物制氫等。目前工業(yè)生物技術(shù)最為卓越的成就在于開發(fā)了一定范圍內(nèi)的生物燃料，并建立了較為完善的理論體系。生物能源

燃料酒精是應(yīng)用最廣泛的生物燃料，是較為理想的汽油替代品，已在一些國家和地區(qū)得到廣泛使用。例如巴西是世界上用甘蔗生產(chǎn)乙醇燃料最成功的國家，生產(chǎn)能力和出口量均位居世界第一。2006年乙醇總產(chǎn)量1400萬噸，乙醇燃料占76%，2012年乙醇總產(chǎn)量將達(dá)到2900萬噸，其中約800萬噸將用于出口。目前的工業(yè)化生產(chǎn)的燃料乙醇絕大多數(shù)是以糧食作物為原料的，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看具有規(guī)模限制和不可持續(xù)性。以木質(zhì)纖維素為原料的第二代生物燃料乙醇是決定未來大規(guī)模替代石油的關(guān)鍵。中國在纖維素酶生產(chǎn)技術(shù)、戊糖發(fā)酵菌株構(gòu)建等方面還沒有取得根本性突破，目前各單位中試研究的每噸纖維素乙醇的原料消耗都在6噸以上，生產(chǎn)成本估算都在5000-6500元/噸乙醇以上，還不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。理性估算，中國的纖維素乙醇形成規(guī)?；a(chǎn)至少還要3-4年以上研究。河南天冠、安徽豐原等公司的纖維素燃料乙醇的研發(fā)和示范走在全國前列。生物乙醇

2008年2月中旬，在德國漢堡舉行的生物燃料研討會(huì)上，美國杜邦公司和英國石油公司聯(lián)合宣布，經(jīng)過12個(gè)月的測(cè)試，生物丁醇已被證明具有優(yōu)越的性能，比乙醇有著更好的應(yīng)用前景。美國ButylFuel公司生產(chǎn)的生物丁醇，每噸玉米可產(chǎn)丁醇300kg，且無乙醇或丙酮產(chǎn)生，據(jù)初步成本估算，用石油生產(chǎn)丁醇的成本為1.67美元/千克，用玉米生產(chǎn)丁醇的成本為0.39美元/千克(不包括所產(chǎn)氫氣)，而用谷物加工廢棄物代替玉米時(shí)，丁醇成本可降至0.28美元/千克，具有突出的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。國內(nèi)的科研院所以及一些發(fā)酵企業(yè)也都開始著手丁醇的研究開發(fā)，包括纖維質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇、溶劑抽提耦聯(lián)發(fā)酵技術(shù)以及研究先進(jìn)的發(fā)酵過程裝備等。生物丁醇世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家，都在致力于開發(fā)高效、無污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)。歐洲已成為全球生化柴油的主要生產(chǎn)地。美國、意大利、法國已相繼建成生物柴油生產(chǎn)裝置數(shù)十座。我國2010年生物柴油產(chǎn)能約300萬t/a，產(chǎn)量約20萬t，主要原料為餐飲廢油、榨油廢渣等，產(chǎn)品主要用于農(nóng)用動(dòng)力機(jī)械及公路、水路和鐵路運(yùn)輸動(dòng)力機(jī)械方面。與發(fā)達(dá)國家相比，我國生物柴油產(chǎn)業(yè)起步較晚，發(fā)展進(jìn)程也比較緩慢。2008年7月，國家發(fā)改委正式批準(zhǔn)了中國石油、中國石化、中國海油三大公司以麻風(fēng)樹為原料的示范裝置建設(shè)。其中，中國海油在海南的6萬t/a裝置于2010年底建成投產(chǎn)，是目前已建成的我國最大的生物柴油示范項(xiàng)目。生物柴油生物燃?xì)饪梢苑浅７奖愕奶娲鷤鹘y(tǒng)化石能源來作為常規(guī)燃料,在發(fā)達(dá)國家廣泛使用。瑞典使用沼氣提純的生物天然氣作為車用燃料,可減排90%的尾氣顆粒物和二氧化碳。在所有能源中，唯獨(dú)生物質(zhì)燃?xì)庾瞵F(xiàn)實(shí)、最經(jīng)濟(jì)、最方便、最節(jié)能、最適用，它不僅使用安全，而且清潔衛(wèi)生。歐洲和美國是生物燃?xì)猱a(chǎn)能排名最靠前的地區(qū)和國家,2011年生物燃?xì)猱a(chǎn)量分別為201.7億m3和126億m3。歐洲是生物燃?xì)饧夹g(shù)最成熟,產(chǎn)業(yè)發(fā)展最迅速,推廣程度最高的地區(qū),代表了世界先進(jìn)發(fā)展水平和商業(yè)模式。我國是世界上沼氣利用開展得最好的國家，沼氣技術(shù)相當(dāng)成熟，目前已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。主要有農(nóng)村家用沼氣池、大中型沼氣工程和生活污水凈化沼氣池等。生物燃?xì)馍镔|(zhì)能源企業(yè)生存現(xiàn)狀普遍盈利下的隱憂缺乏龍頭企業(yè)優(yōu)化扶持方向

低碳經(jīng)濟(jì)下的材料應(yīng)改用含碳量很少甚至不含碳的、并且是可再生的原料。其中可再生的生物材料由于具有環(huán)保性和功能性，其應(yīng)用受到高度重視，已被列為“十一五”期間我國生物產(chǎn)業(yè)五大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。一般而言，生物材料也叫生物基材料，是指用可再生原料如農(nóng)作物、樹木、其他植物及其殘?bào)w和內(nèi)含物等通過生物轉(zhuǎn)化獲得生物高分子材料或單體，然后進(jìn)一步聚合形成的高分子材料。生物高分子應(yīng)用很廣泛，可以用來制作醫(yī)藥用材料、包裝材料、食品添加劑、纖維、工業(yè)塑料、生物傳感器以及微電子領(lǐng)域的電子元件。生物材料

20世紀(jì)70年代，由于塑料制品已被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，“白色污染”對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅，為了緩解日用品塑料造成的環(huán)境污染，研究可降解高分子材料成為了重要課題。上世紀(jì)七十年代末，聚酯需求量快速增加，石油資源的稀缺和石油價(jià)格的波動(dòng)引起很大重視。美國杜邦公司從聚酯纖維原料的非石油替代品入手，發(fā)明生物法合成丙二醇技術(shù)，并開發(fā)出聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維。源于非石油天然資源的合成纖維也應(yīng)運(yùn)而生，可歸類于聚酯系列的聚羥基脂肪酸酯(PHA)、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二酯(PBS)也從研究階段發(fā)展到規(guī)?；a(chǎn)。

聚乳酸是由生物發(fā)酵生產(chǎn)的乳酸經(jīng)人工化學(xué)合成而得的聚合物,但仍保持著良好的生物相容性和生物可降解性。聚乳酸可以被加工成各種包裝用材料,像農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)用的塑料型薄膜,以及化工、紡織業(yè)用的無紡布、纖維等。而PLA的生產(chǎn)耗能只相當(dāng)于傳統(tǒng)石油化工產(chǎn)品的20%～50%,產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w則只為相應(yīng)的50%。我國目前產(chǎn)業(yè)化的有浙江海生生物降解塑料股份有限公司(規(guī)模5kt/a生產(chǎn)線),正在中試的單位有上海同杰良生物材料有限公司、江蘇九鼎集團(tuán)等。世界上聚乳酸主要生產(chǎn)國家有美國、日本、德國等國家,美國是最大的聚乳酸生產(chǎn)國。2002年,美國Natureworks公司建成14萬t/a的PLA生產(chǎn)線,2009年該公司擴(kuò)產(chǎn)至45萬t/a。在PLA作為塑料產(chǎn)品方面,美國的Chronopol公司將PLA的生產(chǎn)成本降低到原先的30%～50%,而通用塑料,例如聚丙烯價(jià)格僅為PLA成本的1/7左右。因此,要使聚乳酸大量用作包裝材料和一次性用品,降低生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格,才有可能被市場(chǎng)所接受。聚乳酸(PLA)

PBS于20世紀(jì)90年代進(jìn)入材料研究領(lǐng)域,并迅速成為可廣泛推廣應(yīng)用的通用型生物降解塑料研究熱點(diǎn)材料之一。20世紀(jì)90年代中期,日本昭和高分子公司采用異氰酸酯作為擴(kuò)鏈劑,與傳統(tǒng)縮聚合成的低相對(duì)分子質(zhì)量PBS反應(yīng),制備出高相對(duì)分子質(zhì)量PBS。目前,國際上已有日本昭和高分子和美國伊士曼等公司進(jìn)行了PBS的工業(yè)化生產(chǎn),其年產(chǎn)規(guī)模分別為5kt和1.5萬t。2005年,中科院理化技術(shù)研究所工程塑料國家工程研究中心和揚(yáng)州市邗江佳美高分子材料有限公司,合資組建揚(yáng)州市邗江格雷絲高分子材料有限公司,投資5000萬元建設(shè)世界最大規(guī)模的2萬t/aPBS生產(chǎn)線。上海申花集團(tuán)、福建恒安集團(tuán)等企業(yè)對(duì)PBS在一次性包裝用品、衛(wèi)生用品、餐具等領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣進(jìn)行了開拓,并形成商品。部分改性材料、擠出片材已經(jīng)小批量出口韓國。從而形成了聚酯、改性、制品上下游完整的產(chǎn)業(yè)鏈。聚丁二酸丁二酯(PBS)

近20多年迅速發(fā)展起來的生物高分子材料——聚羥基脂肪酸酯(PHA)，是很多微生物合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，是一種天然的高分子生物材料。PHA在包裝材料?粘合材料?噴涂材料和衣料?器具類材料?電子產(chǎn)品?耐用消費(fèi)品?農(nóng)業(yè)產(chǎn)品?自動(dòng)化產(chǎn)品?化學(xué)介質(zhì)和溶劑等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。PHA作為生物材料應(yīng)用，已日趨成熟，并形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。國內(nèi)外相繼建立了與PHA大規(guī)模生產(chǎn)相關(guān)的二十幾家公司。PHA和相關(guān)技術(shù)正在形成一個(gè)從發(fā)酵、材料、能源到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的工業(yè)價(jià)值鏈。聚羥基脂肪酸酯(PHA)

聯(lián)合國糧農(nóng)組織估計(jì)，生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可以抵消掉80%的因農(nóng)業(yè)導(dǎo)致的全球溫室氣體排放量，無需生產(chǎn)工業(yè)化肥每年可為世界節(jié)省1%的石油能源，不再把這些化肥用在土地上還能降低30%的農(nóng)業(yè)排放。所以，在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)方面，農(nóng)業(yè)潛力巨大。生物農(nóng)業(yè)節(jié)約資源能源的耕作技術(shù)農(nóng)用化學(xué)品的合理投入趨勢(shì)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研發(fā)能力大幅提升農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用技術(shù)普遍采用

生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)是將生物技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境污染治理中，最大限度地消除生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與隱患，促進(jìn)自然資源的可持續(xù)利用，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展以及人與自然的和諧相處。生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)主要領(lǐng)域范圍包括：生物環(huán)保技術(shù)和包括產(chǎn)品、裝備及服務(wù)等的生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)。我國2013-2015年，生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年均增長(zhǎng)15%以上，到2015年，生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到1500億元。生物環(huán)保環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工業(yè)污水和生活廢水的處理與凈化白色污染的處理和消除微生物脫硫治理空氣污染世界生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：直接市場(chǎng)規(guī)模不大，發(fā)展預(yù)期相當(dāng)樂觀生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)至2014年規(guī)模不大，環(huán)保生物技術(shù)企業(yè)的營業(yè)額僅占整體生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的2.2%.雖然企業(yè)數(shù)量、規(guī)模、資金、人員、產(chǎn)品都遠(yuǎn)不如制藥產(chǎn)業(yè)，但是在2015年環(huán)保生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的投入各領(lǐng)域研發(fā)的比例相當(dāng)積極。以2002年為例，產(chǎn)業(yè)界投入研發(fā)的經(jīng)費(fèi)占營業(yè)額的21%,研發(fā)方向上，45%的為基因探針和DNA-標(biāo)記技術(shù)在環(huán)保方面的應(yīng)用開發(fā)，40%的為生物恢復(fù)和生物過濾、生物材料、萃取和發(fā)酵等傳統(tǒng)生化制程和微生物、病毒學(xué)/微生物生態(tài)。業(yè)者應(yīng)用生物技術(shù)工具（遺傳因子、Proteomics、Geneshuffling）到傳統(tǒng)制造業(yè)和合成制程和給料中，以研發(fā)出新的或是改良生產(chǎn)方法以制造工業(yè)原料、中間體和消費(fèi)物品為主。2002年在生物恢復(fù)和生物過濾的產(chǎn)品和生產(chǎn)過程最多，其次為發(fā)酵，生物加工，生物轉(zhuǎn)換等傳統(tǒng)生化生產(chǎn)過程。2.美國的全球主導(dǎo)地位已經(jīng)確立

全球環(huán)保市場(chǎng)以美國（37.4%）、歐洲（31.6%）及日本（17.7%）市場(chǎng)最具規(guī)模。美國的生物技術(shù)環(huán)保產(chǎn)業(yè)起步較早，也比較發(fā)達(dá)。我國2013-2015年，生物環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年均增長(zhǎng)15%以上