秸稈,看起來很土,卻是生物基材料的傳統(tǒng)原料。當我們對生物材料的概念還停留在編織產品、紙漿加工的記憶里時,河南作為農業(yè)秸稈產生大省,有這樣一組數(shù)字是否讓你感到驚嘆:我國每年秸稈產生總量9億噸,河南省秸稈總量為8600萬噸。每年國產秸稈總量的30%用于生物基材料制造,全國可利用秸稈便達到2.7億噸,其中河南省可達2600萬噸。由此全國可減少糧食工業(yè)消耗9500萬噸。生物基材料制造產業(yè)每年可減少二氧化碳排放量約2.9億噸,減少化石燃料使用量約(折標煤)1.08億噸。
到底是什么樣的技術,會產生如此驚人的數(shù)字,生物基材料和我們的生活有哪些關聯(lián)?近日,記者走進位于濮陽市的河南省生物基材料產業(yè)創(chuàng)新中心,探尋河南生物基材料產業(yè),從重污染遭關停的“滅頂之災”中尋求技術突破,匯聚行業(yè)內一流創(chuàng)新資源和創(chuàng)新人才走向創(chuàng)新高地。
濮陽生物基材料產業(yè)獲重點扶持
8月8日,河南省發(fā)展和改革委員會印發(fā)《河南省促進生物經濟發(fā)展實施方案》(以下簡稱《方案》)。《方案》提到,河南將著力構建“一核、五基地”為主體的生物經濟產業(yè)布局,濮陽被列為“五基地”之一?!斗桨浮分忻鞔_指出,“支持濮陽依托生物基材料國家級示范集群,完善可降解材料產業(yè)布局,建設全國一流的生物基材料產業(yè)基地”。9月1日,河南省發(fā)改委公布的首批省級產業(yè)創(chuàng)新中心中,河南省生物基材料產業(yè)創(chuàng)新中心(以下簡稱中心)位列其中。
中心由宏業(yè)生物科技股份有限公司作為牽頭組建單位,聯(lián)合鄭州大學、河南省科學院、河南農業(yè)大學、鄭州輕工業(yè)大學、河南省生物基材料產業(yè)研究院、河南龍都天仁生物、河南星漢生物、河南省曦江生物、河南青源天仁生物、濮陽市義達塑料化工、濮陽華樂、濮陽市東寶科技、濮陽玉潤新材料、濮陽宏業(yè)生物質能源等單位共同組建。
濮陽市發(fā)展和改革委員會副主任鮑慧華在接受大河報·豫視頻記者采訪時說,在濮陽,像宏業(yè)生物科技股份有限公司這樣的生物基材料企業(yè),走的是綠色轉型高質量發(fā)展之路。早在2014年,南樂縣生物基材料產業(yè)集群被國家發(fā)改委、財政部批復為全國兩家之一、全省唯一重點扶持的示范性產業(yè)集群,列入國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展專項資金計劃。
鮑慧華說,截至2021年底,濮陽市共有生物基材料企業(yè)19家、項目23個,產能58萬噸,總產值12億元,利稅1.5億元。已形成從玉米秸稈提純到關鍵單體物質,從生物基材料再到可降解購物袋、一次性餐盒、生物基服裝等生物基終端制品的完整產業(yè)鏈。
二十余年礪劍,靠技術創(chuàng)新破局求生
54歲的陳志勇是宏業(yè)控股集團創(chuàng)始人,化工專業(yè)的他21歲大學畢業(yè),從那年起33年來一直致力于生物基材料的研發(fā)創(chuàng)新。在宏業(yè)控股集團有限公司的展廳里,他端起一筐秸稈樣品告訴記者:“1996年,因為當時技術的落后,生物基材料只是單方面的利用,尤其是造紙的污水處理技術達不到環(huán)保要求,全國范圍內集中關停了大批的小造紙廠。這對秸稈深加工企業(yè)來說,無疑是滅頂之災。”
1998年開始,以低碳和生物質的高效利用為出發(fā)點,陳志勇開始投身于數(shù)不清的技術研發(fā)迭代。他告訴記者:“我們尤其注重和科研院校的合作,比如東華大學、華南理工大學、陜西科技大學等,合作已有十幾年。僅上海交大我們就合作了10年,這10年陸續(xù)投入了2000多萬研發(fā)資金。當時這些實驗沉淀都是科技研發(fā)的投入,不是說馬上就能見效,也有很多資金投進去了沒有收益,是失敗的,打了水漂。我是技術出身,我堅信選擇技術這個方向尋求破局突圍不會有錯,從實驗室到真正的工業(yè)化生產,能夠產生社會效益,這個不是說一天兩天就能解決,需要很多時間和工業(yè)生產的驗證。”
宏業(yè)生物科技股份有限公司歷經24年的技術迭代后,建有年產15萬噸呋喃甲醇、5萬噸呋喃甲醛、5000噸2-甲基呋喃生產裝置及2×15MW生物質熱電聯(lián)產裝置,自主研發(fā)的農業(yè)生物質“三素”綠色分離技術,解決了行業(yè)“卡脖子”難題,開發(fā)的生物基纖維素轉化糖深度利用技術,中試打通了生物基呋喃、生物基四氫呋喃、生物基甲醇和生物基乙二醇產業(yè)化通道,形成了生物基化學品綠色制備產業(yè)鏈。
無獨有偶,河南省生物基材料產業(yè)研究院是河南省生物基材料產業(yè)創(chuàng)新中心組建單位之一,也是基于和高等科研院校緊密合作而成立。成立于2008年的研究院,是一個技術創(chuàng)新體,圍繞農業(yè)剩余物資源綜合利用,開展生物質組分離、生物基化學品及生物基材料的綠色高效制備,關鍵共性技術的基礎研究、創(chuàng)新研究和產業(yè)化應用研究。重點圍繞生物基PET、PTT、PEF、生物基氨綸、PA、PA56、PBS/PBAT、PLA、生物基聚酯、生物基纖維、呋喃樹脂、電子化學品、綠色溶劑產業(yè)鏈上下游開展產業(yè)化創(chuàng)新研究,以實現(xiàn)低成本、低能耗、低污染的生物基材料綠色制造技術推廣和產業(yè)應用。
截至目前,產研院共開發(fā)新技術“農業(yè)剩余物綜合利用新工藝”、纖維素水解生產乙酰丙酸、2-甲基四氫呋喃固體催化劑液相催化技術、自動連續(xù)化生產糠醇的方法和制備等18項,授權發(fā)明專利186件,SCI論文28篇,EI論文33篇,中文核心19篇。先后承擔完成國家“863”計劃1項、國家重點新產品計劃2項、國家發(fā)改委示范化高技術專項1項、工信部綠色制造系統(tǒng)集成項目1項,獲河南省科技進步獎一等獎1項。
市場需求“倒逼”產業(yè)鏈抱團共建
當市場規(guī)模近8000億美元生物基產業(yè)成為了新藍海,賽道中各個國家競相投入資金加大研發(fā)。據經合組織(OECD)預計,全球有超過4萬億美元的產品由化工過程而來,在未來的10年,至少有20%的石化產品、約8000億美元的石化產品可由生物基產品替代,目前替代率不到5%,缺口近6000億美元。
陳志勇告訴記者,在2000年左右,全國氨綸市場需求才10萬噸左右,到了今年,市場需求量在100萬噸左右,而且每年還有30%的速度在增長,但這些增長數(shù)字,都是來自于石化產品。目前市場對生物基來源的氨綸需求非常緊迫,低碳環(huán)保又能降低成本的生物基原料,在市場上供不應求。“這幾年的快速增長,也是人們對消費水準的提升,像國內比較受歡迎的天絲、萊賽爾、莫代爾等高檔面料,都是源自于生物基材料,僅僅是中國市場就有500萬噸需求量。這些布料主要的原料是纖維素,然而目前85%都是從北歐和南美進口原材料。”
記者觀察到,巨大的市場缺口,嚴重依賴進口的現(xiàn)狀,讓企業(yè)自發(fā)成立的技術研究院已無法應對解決。
記者注意到,中心的15家共建單位當中,不同的單位,在產業(yè)鏈條中承載著不同的任務,它更像一個分工明確的強強聯(lián)合。整個產業(yè)的發(fā)展需要不同專業(yè)的科研方向,多家共建高校針對纖維素、半纖維素、納米纖維素等研究方向各有特長。產業(yè)中心整合了省內做生物基材料的上下游產業(yè),合力后的創(chuàng)新力、實用性將更為突出。
創(chuàng)新中心的成立,為河南的生物基材料企業(yè)搭建了“抱團”共進的平臺。中心以生物基材料行業(yè)重大、關鍵、共性、前沿技術研發(fā)與應用為核心任務,擔負攻克制約行業(yè)發(fā)展關鍵技術的使命,為河南省生物基材料產業(yè)發(fā)展和升級提供持續(xù)技術創(chuàng)新供給,在推動高質量發(fā)展過程中發(fā)揮戰(zhàn)略引領作用。
數(shù)據共享、信息共享,工程共享,甚至研發(fā)設備也在共享,上下游從研發(fā)直面對接市場需求,讓科研人員少走了成果轉化的彎路,市場也能以最快的速度上新,滿足市場需求。陳志勇有些激動地說:“這個產業(yè)創(chuàng)新中心是一個法人主體,就是說這15家單位是一家,市場需求在一起溝通,選擇共同的研發(fā)方向。因為上下游企業(yè)各自分工不同,我們能夠及時了解應用需求。比如做乳酸,現(xiàn)在都是用玉米淀粉做了,我們給下游企業(yè)提供什么樣的纖維素能變成葡萄糖?怎樣直接用秸稈制作乳酸?乳酸的下游就是生產聚乳酸,我們研發(fā)出什么樣的生物基原料可以制作乳酸?這樣,上下游企業(yè)協(xié)同面對市場,不僅利于整個產業(yè)鏈的發(fā)展,對整個生物基材料產業(yè)的復制,也是一個好的對接平臺。”
攻關生物基材料領域“卡脖子”技術
秸稈的最大化綜合利用是什么?技術人員提煉出高純度α纖維素,代替木漿里面的纖維素,提煉出的半纖維素、纖維素和木質素,替代煤和石油的提煉物,當秸稈最終變成了沒有任何利用價值的秸稈渣后,被輸送到發(fā)電廠進行發(fā)電,從而完成了生物材料利用價值最大化。
然而說起來簡單的綜合利用,依然有著“卡脖子”的技術難題,如何降低成本提高純度,如何才能把生物質變成更高效的物質,從而替代不可再生資源?
首先的難關就是纖維素的提純。陳志勇告訴記者,目前世界上用的高檔面料纖維是使用木漿制造,而河南是利用秸稈,用草漿直接做,不過純度還需進一步提高。高純度這個技術就很難,現(xiàn)在實驗室已經在進行高純度小試和中試,已在逐步提高純度。
我們當前的工業(yè)生產中,依然在大量使用煤制合成氣。如何用生物質、木質素替代煤制成合成氣,制成乙二醇或生物基滌綸,這都是“卡脖子”的難題。比如木質素的利用,在宏業(yè)控股集團,已經能替代50%的苯酚做聚氨酯,但是還不能達到100%的替代,陳志勇告訴記者,如果用木質素100%代替苯酚,這就是天然的苯酚。當前聚氨酯都是從煤和石油里提煉出來,能把這樣一個大宗的化學品完全替代,其意義可想而知。
市場需求的信息共享,技術的互相支持,15家單位共建群聊也就具有了市場前瞻性,科研院所在中間的技術嫁接,從根源上激發(fā)著全產業(yè)鏈的發(fā)展。市場供給原來是“我有什么產品,你要什么產品,你能不能用?”,現(xiàn)在是“你要什么產品,我造什么產品,我怎樣讓你用得最好”。
記者了解到,創(chuàng)新中心規(guī)劃三到五年內,首要解決產業(yè)的基礎的共性問題,比如說纖維素、半纖維素和木質素類精細化加工,做到高純度加工,能夠把纖維素、半纖維素和木質素這三種元素低耗、高效、高純度分離。
人才輸血是攻克科研高地的有力支撐
產學研用的結合,由原來單一產品的結合,變成了產品深加工上下游的結合,產業(yè)創(chuàng)新平臺的高站位,更渴求專業(yè)和高層次人才。9月1日實施的《河南省科學院發(fā)展促進條例》,不僅給省科學院注入了新的活力,也讓求賢若渴的科技型企業(yè)對發(fā)展藍圖充滿了信心和期望。
記者了解到,河南省生物基產業(yè)創(chuàng)新中心與河南省科學院共建產業(yè)研究院和中試基地,科研院所和高等院校在人才輸血供血上提供了強有力的支撐。
中心研發(fā)人員由牽頭單位宏業(yè)生物科技股份有限公司和鄭州大學、河南省科學院、河南農業(yè)大學、鄭州輕工業(yè)大學、河南龍都天仁生物材料有限公司、河南星漢生物科技有限公司等15家單位研發(fā)人員組成。研發(fā)人員研究方向涵蓋生物基材料產業(yè)鏈開發(fā)的各個階段,中心研發(fā)人員在技術創(chuàng)新研究方面起示范作用,在中心共建單位與中心的聯(lián)絡交流中起骨干作用。
中心首次就向河南省科學院申請了18個博士,每一位博士都要進到合作單位的一線工廠或者中試基地,了解生產的實際需求,把理論研究融入真正的工業(yè)化轉化、工程轉化中,讓實驗應用于現(xiàn)場生產。
陳志勇說:“科學院不僅僅是人才的輸出方,他們這次還將建一個投資平臺,入股產業(yè)研究院,下一步我們合作的方向就是以撥代補,以撥代投,將來整體產業(yè)的發(fā)展方向,雙方共同選擇研究課題,雙方共同出經費,研發(fā)成果成熟以后,轉讓所得到的資金進一步投資到產業(yè)研究院中。所以這樣是有利于從實驗室到小試、中試、成果轉化一條龍。”
替代糧食和化石燃料的未來不是夢
經合組織(OECD)報告曾預測,至2030年,OECD國家將形成基于可再生資源的生物經濟形態(tài),生物制造的經濟和環(huán)境效益將超過生物農業(yè)和生物醫(yī)藥,在生物經濟中的貢獻率達到39%。預計未來十年,石油化工、煤化工產品的35%可被生物制造產品替代,成為可再生產品,對能源、材料、化工等領域產生廣泛影響。
在宏業(yè)控股集團的企業(yè)展廳,記者看到了生物基材料從秸稈到布料、生活用品、能源材料的轉換展示。陳志勇向記者介紹,材料的發(fā)展,就是材料的創(chuàng)新,也是品種和功能性的創(chuàng)新。未來升級的生物基材料,就是綜合利用它的高分子結構,優(yōu)于單一類化學品,從而逐步替代煤基和石油基。
記者了解到,河南省生物基材料產業(yè)創(chuàng)新中心將同時引入社會資本,形成“政產學研資”深度融合的技術創(chuàng)新體系。建設期內計劃投資5000萬元,擴建中心實驗室面積達到4000平方米,建設生物基材料合成、綠色催化等5個研究室,建成生物基材料制備中試試驗線10條,使中心具備生物基材料開發(fā)、中試及成果轉化等公共服務能力。
鮑慧華說,為加快推動生物基材料產業(yè)發(fā)展壯大,濮陽市制定了《濮陽市生物降解材料產業(yè)培育提升方案》,提出了“332432”產業(yè)發(fā)展工作思路,即:制定三個政策、建設三大園區(qū)、聚焦兩個鏈條、緊盯四個圖譜、落實三項推進機制、實現(xiàn)兩大目標。未來堅持以高質量發(fā)展為根本,以提升產業(yè)綜合競爭力為核心,以轉型升級、創(chuàng)新發(fā)展為驅動,力爭突破生物基材料“卡脖子”核心技術,打通多條“生物基原料—關鍵單體—生物基材料”產業(yè)鏈,培育百億級龍頭企業(yè),不斷擴鏈延鏈增鏈,建成全國一流的生物基材料產業(yè)基地。
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