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  • 第二代生物制造技術

    生物制造技術關乎技術主導權與產業鏈安全,決定未來全球綠色低碳發展格局,將是大國博弈的戰略重點。

    第一代生物制造技術是以玉米淀粉糖等糧食資源為原料,通過生物發酵技術生產單分子、小分子的有機酸、氨基酸、維生素、醫藥中間體等生物化學品,主要用于食品添加劑、飼料添加劑、醫藥化工原料等,全球每年的消費量不超過1500萬噸,其中:1、有機酸、氨基酸系列產品年消費量約1100萬噸(其中味精、賴氨酸、檸檬酸合計年消費量約1000萬噸,其他有機酸、氨基酸年消費量約100萬噸);2、維生素系列產品年消費量約60萬噸(其中維生素C年消費量約25萬噸,采用發酵工藝生產);3、原料藥(主要包括解熱鎮痛類、抗生素類、抗病毒類、抗癌類、心腦血管類藥物,其中頭孢及大環內酯類抗生素采用生物發酵工藝生產),年消費量約300萬噸。

    上述有機酸、氨基酸、維生素、醫藥中間體等生物化學品約90%的產能都集中在中國。由于內卷嚴重,發展空間有限,不值得企業再以生物合成技術的名義進入競爭。

    第二代生物制造技術是以非糧生物質(各種作物秸稈、竹子、樹枝條、蘆竹、巨菌草等)為原料,利用生物酶制劑將秸稈中的纖維素、半纖維素水解成秸稈混合糖,替代玉米淀粉糖用于加工生產有機酸、氨基酸、小分子醇類以及生物材料、生物能源等產品,實現化學品、材料與能源生產的地下、地表循環轉向“地表大循環”(由“黑金經濟”轉向“綠金經濟”),減少環境污染,推動碳中和的實現,真正實現綠色低碳發展、可持續發展、生態文明發展。

    安徽豐原歷經20多年持續創新,在全球范圍內率先開發出以秸稈等非糧生物質為原料的第二代生物制造技術——秸稈制糖聯產植物源黃腐酸、木質素、木聚糖等高值化利用技術,已于2022年獲得安徽省創新成果鑒定,并于2023年、2024年分別獲得農業農村部科技發展中心以及生態環境部固廢中心創新成果鑒定,定性為國際領先技術。2024年年初,在國家重大創新工程專項支持下,建成4萬噸/年秸稈制糖聯產黃腐酸、木質素、低聚糖等產品生產線,以及5000噸生物酶制劑、萬噸級秸稈基聚乳酸等生產線,并于2025年4月通過主管部門組織的專家現場驗收,標志著我國以秸稈等非糧生物質為原料的第二代生物制造技術已經成熟。

    通過上述生產線運行顯示,利用3噸秸稈可生產1噸秸稈混合糖,聯產2噸植物源黃腐酸、木質素、有機菌肥、低聚糖等高附加值產品,秸稈收購價按500元/噸,通過聯產的副產品銷售沖抵制糖成本后,秸稈混合糖的生產成本較玉米葡萄糖生產成本具有非常大的競爭優勢。秸稈混合糖可完全替代玉米淀粉糖作為我國發展生物制造產業的主要原料。

    1、利用秸稈混合糖生產聚乳酸、生物基聚氨酯、生物基聚碳酸酯、生物基聚酰胺尼龍等生物基高分子材料,解決可持續發展及環境污染問題。

    利用上述秸稈混合糖為原料生產聚乳酸,其生產成本比目前玉米為原料生產聚乳酸成本低約4000-5000元/噸。如果考慮聚乳酸制品回收利用,以及聚乳酸生物塑料較傳統石油基塑料減排二氧化碳4-5噸所獲得的碳排放收益,聚乳酸的生產成本將與60美元/桶的石油所對應的化工材料生產成本相當,將為經濟社會全面綠色轉型以及推進生物制造全面綠色替代創造條件。

    2、利用秸稈混合糖為原料,生產生物能源,解決能源安全問題。

    利用上述秸稈混合糖為原料生產酒精,生產成本比玉米、木薯等糧食原料生產酒精成本低1500-2000元/噸;比新型煤化工酒精成本以及秸稈氣化制甲醇、電解水制氫制甲醇更具優勢(甲醇熱值為4650大卡,酒精熱值為7000大卡,1.5噸甲醇燃燒的熱值與1噸酒精燃燒的熱值相當)。

    生物酒精可以在不改變汽、柴油站及車輛發動機結構的情況下,供應汽車、卡車、貨車、輪船、拖拉機使用,也可進一步加工生產生物柴油、生物航煤,為飛機、貨輪等提供綠色燃料,有效減緩汽、柴油生產所需的原油進口,保障國家能源安全,而且是永久綠色、可持續環保低碳能源。

    3、利用秸稈制糖聯產黃腐酸技術,實現有機生態農業種植,從根本上保障我國糧食安全與食品安全。

    我國連年使用農藥、除草劑,雖然保證了農業種植的產量,但化學農藥殘留和除草劑殘留超標,農產品的質量和食品安全無法得到保證。通過秸稈離田加工,將大量附著于秸稈表面或內部孔隙的蟲卵、病菌帶走,再通過工業加工過程中破碎、高溫蒸煮等過程直接滅活,實現田間地頭蟲卵、病菌的物理自然分離,可大幅減少化學農藥的使用。秸稈制糖聯產的植物源黃腐酸富含苯環類黃腐酸、低聚寡糖等活性物質,使用后具有很好的減化肥效果,可促使土壤微生物大量增殖,通過小分子模塊化堆積,加快植物根莖生長,同時可使生物體內抗氧化防御系統的三大核心酶(SOD、CAT、POD)提升50%-80%,作物葉綠素增長15%-80%,光合作用的效果增強,農產品產量、質量大幅提升(中國農科院環發所、區劃所三年一百多次的種植試驗結果驗證)。秸稈離田加工生產的聚乳酸環保降解地膜,可在作為合攏前有效地阻隔陽光,抑制雜草生長,作物合攏后能自然降解,不污染環境,連年使用可以逐步消滅除草劑。

    植物源黃腐酸和聚乳酸環保地膜同時使用于玉米、水稻、辣椒、土豆、瓜果蔬菜等,除了收獲有機農產品外,還會增產15-20%,真正實現了減肥、減藥、增產、增質、增收的目標,從根本上保障我國的糧食安全和食品安全,真正做到了“讓人民吃得飽、吃得好、吃得放心”。

    我國擁有約20億畝可耕地和20億畝邊際性土地,每年產生秸稈約8-9億噸、農林廢棄物約10-11億噸。若再改良利用5-6億畝邊際性土地種植巨菌草、蘆竹等高產抗逆植物,可新增約15億噸非糧生物質,使我國每年的非糧生物質總量達到約35億噸。利用第二代生物制造技術,每年轉化其中的25億噸非糧生物質,不僅可生產超過2億噸的聚乳酸、生物基聚氨酯、生物基聚碳酸酯等生物材料,以及超過2億噸的生物乙醇、生物航煤等生物能源,還可聯產2億噸木質素、2億噸膳食纖維、低聚糖類以及10-12億噸植物源黃腐酸、有機菌肥等產品。

    過推廣應用第二代生物制造技術,可將秸稈等農林廢棄物轉化為地上的“綠色石油”,實現“綠金經濟”替代“黑金經濟”的地表大循環,真正擺脫對化石資源的依賴,找回農業的另一半,變廢為寶,點草成金,實現綠色低碳發展、高質量發展。