生物制造，正在成為推動第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵力量。

　　有研究稱，未來約70%的產(chǎn)品可以用生物法生產(chǎn)，有望創(chuàng)造30萬億美元的經(jīng)濟(jì)價值。

　　這里面重要一步，就是替代石油原料的平臺型化合物。

　　什么是平臺型化合物？

　　平臺型化合物是指從生物質(zhì)中提取的、具有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)的生物基化工原料，可能夠通過多種化學(xué)反應(yīng)路徑轉(zhuǎn)化為多種最終產(chǎn)品的基礎(chǔ)化學(xué)物質(zhì)。

　　簡單來說，它們就像一個“中轉(zhuǎn)站”，連接著原料和下游最終產(chǎn)品，輻射下游多個行業(yè)。

　　例如我們熟悉的乳酸、糠醛、二元醇類等基礎(chǔ)化工產(chǎn)品，都是貫穿化工產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵樞紐。

　　一旦核心生物基物質(zhì)獲得突破，將帶動多個細(xì)分行業(yè)迅猛發(fā)展。因此，篩選和開發(fā)平臺化合物的技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

　　而能否以低成本，轉(zhuǎn)化路徑多樣性和可持續(xù)來源制備這些大宗產(chǎn)品，將是實(shí)現(xiàn)從石油基經(jīng)濟(jì)向可持續(xù)生物基經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

　　綠色分子：乳酸

　　乳酸憑借可再生來源、可降解特性及化學(xué)轉(zhuǎn)化靈活性，成為化工產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵載體。

　　例如，乳酸是制備聚乳酸（PLA）的重要原料之一。

　　聚乳酸(PLA)是一種可生物降解的熱塑性聚酯，以其出色的性能和較低的價格使得PLA成為全球范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)化最成熟、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的生物基塑料。

　　據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會（EUBP）的數(shù)據(jù)，PLA占全球生物基塑料市場規(guī)模的37.1%，未來有望進(jìn)一步提升至42.3%。

　　美國Natureworks和荷蘭TCP均布局大規(guī)模產(chǎn)能，中國包括海正生物、豐原集團(tuán)、長春高新均加大對乳酸的產(chǎn)能布局。

　　除此之外，乳酸還可以制成乳酸酯類（乳酸乙酯類、乳酸甲酯等）產(chǎn)品，這種綠色環(huán)保溶劑，用于涂料、油墨、電鍍、化妝品等行業(yè)。還可應(yīng)用于食品和醫(yī)藥領(lǐng)域，充當(dāng)酸味劑和防腐劑等。

　　然而，制備乳酸的過程中碳源的成本最高，主流還是運(yùn)用玉米、秸稈等作為糧食作為生物制造的底料。PLA的生產(chǎn)中，制造所用底料占總成本約50%。

　　這不僅推高了PLA的制造成本，還出現(xiàn)了與“人畜爭糧”的爭議，最終導(dǎo)致聚乳酸的推廣主要靠國家政策推動。

　　如果要進(jìn)一步提升生物基塑料市場比例，則需要依賴成本的降低，尤其是非糧原料的拓展。

　　高分子材料核心原料：1,4-丁二醇

　　1,4-丁二醇（BDO）是一種非常重要有機(jī)化工和精細(xì)化工原料，其下游應(yīng)用非常廣泛，涵蓋了多個行業(yè)，包括紡織、醫(yī)藥、香料以及生物基可降解塑料等。

　　BDO的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其可通過酯化、醚化等反應(yīng)生成多種高附加值衍生物，產(chǎn)業(yè)鏈延伸能力極強(qiáng)，因此被視作化工行業(yè)的“樞紐型產(chǎn)品”。

　　例如，BDO可以制備聚四氫呋喃（PTMEG），可廣泛用于生產(chǎn)氨綸纖維和聚醚型彈性體；

　　BDO還能合成聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT），這是一種重要的工程塑料廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電、輕工及工業(yè)部件等領(lǐng)域；

　　BDO脫水還可制備四氫呋喃（THF），這種有機(jī)合成原料可以制備彈性纖維氨綸，以及氯乙烯材料，以及藥物原料中。

　　此外，BDO還是生產(chǎn)熱塑性生物降解塑料的重要原料，如聚己二酸丁二醇酯（PBAT），這些材料在環(huán)保替代塑料方面具有重要意義，廣泛應(yīng)用于包裝、農(nóng)業(yè)薄膜、醫(yī)療用品等領(lǐng)域。

　　目前主流得到生物基1,4-丁二醇（BDO）的方法是，通過如淀粉、糖作為原料，通過微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化為琥珀酸，再通過脫氧和氫化反應(yīng)生成1,4-丁二醇。

　　海內(nèi)外已經(jīng)有多家公司布局生物基BDO，海外有意大利公司Novamont、美國Genomatica、德國化工巨頭BASF，國內(nèi)則有金發(fā)科技、元利化學(xué)等，均布局了萬噸級產(chǎn)線。

　　黃金中間體：5-羥甲基糠醛（5-HMF）

　　
5-羥甲基糠醛（5-HMF）是一種重要的平臺化合物 ，分子式為C6H6O3。

　　
早在70多年前，美國一科學(xué)家從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，5-HMF可以從淀粉、蔗糖、木質(zhì)纖維素等生物質(zhì)原料中提取。

　　
由于其無毒且生物來源，因此可用于替代來自石油或其他有害來源的傳統(tǒng)物質(zhì)。

　　
5-HMF在生物質(zhì)衍生中間體中占有舉足輕重的地位，可以通過各種反應(yīng)轉(zhuǎn)化為多種高附加值化合物。

　　HMF在食品工業(yè)中可用作香料和色素，用于改善食品的色澤和口感；在醫(yī)藥領(lǐng)域中，可用作醫(yī)藥中間體，開發(fā)多種藥物；還可以合成生物燃料等。

　　
因此，5-HMF將成為少數(shù)幾種生物來源、無毒、工業(yè)化可獲得數(shù)千噸產(chǎn)能、且在歐洲使用歐洲原材料生產(chǎn)的單體之一。

　　
目前，歐盟法規(guī)已經(jīng)將5-HMF列入食用香料清單，未來在香料領(lǐng)域前景可期。

　　石油基PTA最佳替代：FDCA

　　2,5-呋喃二甲酸（FDCA）目前被認(rèn)為是最重要的生物基化合物之一。

　　FDCA的呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)與石油基對苯二甲酸（PTA）的苯環(huán)高度相似，因此可替代PTA用于合成聚酯。

　　2024年P(guān)TA國內(nèi)年產(chǎn)能8602.5萬噸，絕大部分用于合成聚酯PET。而根據(jù)FDCA合成的呋喃二甲酸乙二醇聚酯（PEF），這種生物基聚酯材料被認(rèn)為是塑料的替代產(chǎn)品，具備巨大的經(jīng)濟(jì)價值。

　　因此FDCA作為美國能源部選定的12種最具潛力的生物基平臺化合物之一。

　　此外，另外在聚酰胺及增塑劑替代傳統(tǒng)產(chǎn)品，也存在十分廣闊的市場空間，如下游的聚酰胺領(lǐng)域，下游產(chǎn)品呋喃二甲酸酯，是目前行業(yè)內(nèi)所公認(rèn)的替代DOP的最主要增塑劑產(chǎn)品。

　　FDCA可以從玉米、甜菜等糧食或稻草、秸稈等木質(zhì)生物質(zhì)材料中提取，主流的技術(shù)是通過5-羥甲基糠醛（5-HMF）制備而成。

　　目前，F(xiàn)DCA主要正在綠色包裝、新型纖維、工業(yè)薄膜等高性能領(lǐng)域的商業(yè)化落地。

　　海外公司中，荷蘭可再生聚合材料公司Avantium已布局全球首座商業(yè)化FDCA生產(chǎn)設(shè)施，年產(chǎn)量為5000噸，預(yù)計(jì)將于2025年下半年投產(chǎn)。

　　此外，多家中國公司正在布局大規(guī)模產(chǎn)線，通過大規(guī)模降低成本，擴(kuò)展下游市場規(guī)模，包括糖能科技、中國國生等多家公司，打造了FDCA為核心的生物基聚酯材料方案。

　　工業(yè)血液：乙二醇

　　乙二醇是重要的有機(jī)化工原料和精細(xì)化工產(chǎn)品，是生產(chǎn)多種重要化學(xué)品的基礎(chǔ)原料。

　　其在合成聚酯、聚氨酯、聚醚多元醇、增塑劑、化妝品、藥物及多種產(chǎn)品中都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

　　乙二醇的生產(chǎn)和消費(fèi)量是衡量一個國家化工業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，我國是生產(chǎn)和消費(fèi)大國，每年的消費(fèi)量超過2000萬噸。

　　
過去幾十年，乙二醇的生產(chǎn)高度依賴石油乙烯和煤炭兩大化石資源路線，與此同時，中國“富煤缺油少氣”的資源狀況下，普遍使用煤制乙二醇法，會造成大量碳排放。

　　目前，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所張濤院士團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“生物質(zhì)糖一步催化轉(zhuǎn)化制乙二醇”技術(shù)，以秸稈等非糧生物質(zhì)為原料，通過高選擇性催化劑直接合成乙二醇，還有路線短、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。

　　
該中試項(xiàng)目于2019年啟動，于2022年初在河南濮陽建成了國際首套千噸級生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制乙二醇裝置。同年6月首次投料，一次性打通了工藝流程，獲得了工業(yè)級的生物質(zhì)乙二醇產(chǎn)品。

　　2024年10月，生物基乙二醇技術(shù)中試成功，實(shí)現(xiàn)了千噸級規(guī)模應(yīng)用的跨越，為萬噸級產(chǎn)線奠定基礎(chǔ)。

　　
據(jù)悉，該技術(shù)生產(chǎn)出的乙二醇產(chǎn)品已經(jīng)推向市場，用于生產(chǎn)生物基滌綸（PET）、全生物基呋喃塑料（PEF）、香精香料等。

　　—The End—