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加大创新投入 河南整队进击生物基产业新蓝海

日期:2022-09-22    来源:大河报·豫视频  作者:黄婷

国际新能源网

2022
09/22
10:51
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关键词: 生物质燃料 生物基材料 秸秆利用


玉米芯(生物基原料)料场

利用糠醛渣进行生物质发电

河南省生物基化学品绿色制造重点实验室

5万吨呋喃甲醛和2×15MW生物质热电联产装置

秸秆,看起来很土,却是生物基材料的传统原料。当我们对生物材料的概念还停留在编织产品、纸浆加工的记忆里时,河南作为农业秸秆产生大省,有这样一组数字是否让你感到惊叹:我国每年秸秆产生总量9亿吨,河南省秸秆总量为8600万吨。每年国产秸秆总量的30%用于生物基材料制造,全国可利用秸秆便达到2.7亿吨,其中河南省可达2600万吨。由此全国可减少粮食工业消耗9500万吨。生物基材料制造产业每年可减少二氧化碳排放量约2.9亿吨,减少化石燃料使用量约(折标煤)1.08亿吨。

到底是什么样的技术,会产生如此惊人的数字,生物基材料和我们的生活有哪些关联?近日,记者走进位于濮阳市的河南省生物基材料产业创新中心,探寻河南生物基材料产业,从重污染遭关停的“灭顶之灾”中寻求技术突破,汇聚行业内一流创新资源和创新人才走向创新高地。

濮阳生物基材料产业获重点扶持

8月8日,河南省发展和改革委员会印发《河南省促进生物经济发展实施方案》(以下简称《方案》)。《方案》提到,河南将着力构建“一核、五基地”为主体的生物经济产业布局,濮阳被列为“五基地”之一。《方案》中明确指出,“支持濮阳依托生物基材料国家级示范集群,完善可降解材料产业布局,建设全国一流的生物基材料产业基地”。9月1日,河南省发改委公布的首批省级产业创新中心中,河南省生物基材料产业创新中心(以下简称中心)位列其中。

中心由宏业生物科技股份有限公司作为牵头组建单位,联合郑州大学、河南省科学院、河南农业大学、郑州轻工业大学、河南省生物基材料产业研究院、河南龙都天仁生物、河南星汉生物、河南省曦江生物、河南青源天仁生物、濮阳市义达塑料化工、濮阳华乐、濮阳市东宝科技、濮阳玉润新材料、濮阳宏业生物质能源等单位共同组建。

濮阳市发展和改革委员会副主任鲍慧华在接受大河报·豫视频记者采访时说,在濮阳,像宏业生物科技股份有限公司这样的生物基材料企业,走的是绿色转型高质量发展之路。早在2014年,南乐县生物基材料产业集群被国家发改委、财政部批复为全国两家之一、全省唯一重点扶持的示范性产业集群,列入国家战略性新兴产业发展专项资金计划。

鲍慧华说,截至2021年底,濮阳市共有生物基材料企业19家、项目23个,产能58万吨,总产值12亿元,利税1.5亿元。已形成从玉米秸秆提纯到关键单体物质,从生物基材料再到可降解购物袋、一次性餐盒、生物基服装等生物基终端制品的完整产业链。

二十余年砺剑,靠技术创新破局求生

54岁的陈志勇是宏业控股集团创始人,化工专业的他21岁大学毕业,从那年起33年来一直致力于生物基材料的研发创新。在宏业控股集团有限公司的展厅里,他端起一筐秸秆样品告诉记者:“1996年,因为当时技术的落后,生物基材料只是单方面的利用,尤其是造纸的污水处理技术达不到环保要求,全国范围内集中关停了大批的小造纸厂。这对秸秆深加工企业来说,无疑是灭顶之灾。”

1998年开始,以低碳和生物质的高效利用为出发点,陈志勇开始投身于数不清的技术研发迭代。他告诉记者:“我们尤其注重和科研院校的合作,比如东华大学、华南理工大学、陕西科技大学等,合作已有十几年。仅上海交大我们就合作了10年,这10年陆续投入了2000多万研发资金。当时这些实验沉淀都是科技研发的投入,不是说马上就能见效,也有很多资金投进去了没有收益,是失败的,打了水漂。我是技术出身,我坚信选择技术这个方向寻求破局突围不会有错,从实验室到真正的工业化生产,能够产生社会效益,这个不是说一天两天就能解决,需要很多时间和工业生产的验证。”

宏业生物科技股份有限公司历经24年的技术迭代后,建有年产15万吨呋喃甲醇、5万吨呋喃甲醛、5000吨2-甲基呋喃生产装置及2×15MW生物质热电联产装置,自主研发的农业生物质“三素”绿色分离技术,解决了行业“卡脖子”难题,开发的生物基纤维素转化糖深度利用技术,中试打通了生物基呋喃、生物基四氢呋喃、生物基甲醇和生物基乙二醇产业化通道,形成了生物基化学品绿色制备产业链。

无独有偶,河南省生物基材料产业研究院是河南省生物基材料产业创新中心组建单位之一,也是基于和高等科研院校紧密合作而成立。成立于2008年的研究院,是一个技术创新体,围绕农业剩余物资源综合利用,开展生物质组分离、生物基化学品及生物基材料的绿色高效制备,关键共性技术的基础研究、创新研究和产业化应用研究。重点围绕生物基PET、PTT、PEF、生物基氨纶、PA、PA56、PBS/PBAT、PLA、生物基聚酯、生物基纤维、呋喃树脂、电子化学品、绿色溶剂产业链上下游开展产业化创新研究,以实现低成本、低能耗、低污染的生物基材料绿色制造技术推广和产业应用。

截至目前,产研院共开发新技术“农业剩余物综合利用新工艺”、纤维素水解生产乙酰丙酸、2-甲基四氢呋喃固体催化剂液相催化技术、自动连续化生产糠醇的方法和制备等18项,授权发明专利186件,SCI论文28篇,EI论文33篇,中文核心19篇。先后承担完成国家“863”计划1项、国家重点新产品计划2项、国家发改委示范化高技术专项1项、工信部绿色制造系统集成项目1项,获河南省科技进步奖一等奖1项。

市场需求“倒逼”产业链抱团共建

当市场规模近8000亿美元生物基产业成为了新蓝海,赛道中各个国家竞相投入资金加大研发。据经合组织(OECD)预计,全球有超过4万亿美元的产品由化工过程而来,在未来的10年,至少有20%的石化产品、约8000亿美元的石化产品可由生物基产品替代,目前替代率不到5%,缺口近6000亿美元。

陈志勇告诉记者,在2000年左右,全国氨纶市场需求才10万吨左右,到了今年,市场需求量在100万吨左右,而且每年还有30%的速度在增长,但这些增长数字,都是来自于石化产品。目前市场对生物基来源的氨纶需求非常紧迫,低碳环保又能降低成本的生物基原料,在市场上供不应求。“这几年的快速增长,也是人们对消费水准的提升,像国内比较受欢迎的天丝、莱赛尔、莫代尔等高档面料,都是源自于生物基材料,仅仅是中国市场就有500万吨需求量。这些布料主要的原料是纤维素,然而目前85%都是从北欧和南美进口原材料。”

记者观察到,巨大的市场缺口,严重依赖进口的现状,让企业自发成立的技术研究院已无法应对解决。

记者注意到,中心的15家共建单位当中,不同的单位,在产业链条中承载着不同的任务,它更像一个分工明确的强强联合。整个产业的发展需要不同专业的科研方向,多家共建高校针对纤维素、半纤维素、纳米纤维素等研究方向各有特长。产业中心整合了省内做生物基材料的上下游产业,合力后的创新力、实用性将更为突出。

创新中心的成立,为河南的生物基材料企业搭建了“抱团”共进的平台。中心以生物基材料行业重大、关键、共性、前沿技术研发与应用为核心任务,担负攻克制约行业发展关键技术的使命,为河南省生物基材料产业发展和升级提供持续技术创新供给,在推动高质量发展过程中发挥战略引领作用。

数据共享、信息共享,工程共享,甚至研发设备也在共享,上下游从研发直面对接市场需求,让科研人员少走了成果转化的弯路,市场也能以最快的速度上新,满足市场需求。陈志勇有些激动地说:“这个产业创新中心是一个法人主体,就是说这15家单位是一家,市场需求在一起沟通,选择共同的研发方向。因为上下游企业各自分工不同,我们能够及时了解应用需求。比如做乳酸,现在都是用玉米淀粉做了,我们给下游企业提供什么样的纤维素能变成葡萄糖?怎样直接用秸秆制作乳酸?乳酸的下游就是生产聚乳酸,我们研发出什么样的生物基原料可以制作乳酸?这样,上下游企业协同面对市场,不仅利于整个产业链的发展,对整个生物基材料产业的复制,也是一个好的对接平台。”

攻关生物基材料领域“卡脖子”技术

秸秆的最大化综合利用是什么?技术人员提炼出高纯度α纤维素,代替木浆里面的纤维素,提炼出的半纤维素、纤维素和木质素,替代煤和石油的提炼物,当秸秆最终变成了没有任何利用价值的秸秆渣后,被输送到发电厂进行发电,从而完成了生物材料利用价值最大化。

然而说起来简单的综合利用,依然有着“卡脖子”的技术难题,如何降低成本提高纯度,如何才能把生物质变成更高效的物质,从而替代不可再生资源?

首先的难关就是纤维素的提纯。陈志勇告诉记者,目前世界上用的高档面料纤维是使用木浆制造,而河南是利用秸秆,用草浆直接做,不过纯度还需进一步提高。高纯度这个技术就很难,现在实验室已经在进行高纯度小试和中试,已在逐步提高纯度。

我们当前的工业生产中,依然在大量使用煤制合成气。如何用生物质、木质素替代煤制成合成气,制成乙二醇或生物基涤纶,这都是“卡脖子”的难题。比如木质素的利用,在宏业控股集团,已经能替代50%的苯酚做聚氨酯,但是还不能达到100%的替代,陈志勇告诉记者,如果用木质素100%代替苯酚,这就是天然的苯酚。当前聚氨酯都是从煤和石油里提炼出来,能把这样一个大宗的化学品完全替代,其意义可想而知。

市场需求的信息共享,技术的互相支持,15家单位共建群聊也就具有了市场前瞻性,科研院所在中间的技术嫁接,从根源上激发着全产业链的发展。市场供给原来是“我有什么产品,你要什么产品,你能不能用?”,现在是“你要什么产品,我造什么产品,我怎样让你用得最好”。

记者了解到,创新中心规划三到五年内,首要解决产业的基础的共性问题,比如说纤维素、半纤维素和木质素类精细化加工,做到高纯度加工,能够把纤维素、半纤维素和木质素这三种元素低耗、高效、高纯度分离。

人才输血是攻克科研高地的有力支撑

产学研用的结合,由原来单一产品的结合,变成了产品深加工上下游的结合,产业创新平台的高站位,更渴求专业和高层次人才。9月1日实施的《河南省科学院发展促进条例》,不仅给省科学院注入了新的活力,也让求贤若渴的科技型企业对发展蓝图充满了信心和期望。

记者了解到,河南省生物基产业创新中心与河南省科学院共建产业研究院和中试基地,科研院所和高等院校在人才输血供血上提供了强有力的支撑。

中心研发人员由牵头单位宏业生物科技股份有限公司和郑州大学、河南省科学院、河南农业大学、郑州轻工业大学、河南龙都天仁生物材料有限公司、河南星汉生物科技有限公司等15家单位研发人员组成。研发人员研究方向涵盖生物基材料产业链开发的各个阶段,中心研发人员在技术创新研究方面起示范作用,在中心共建单位与中心的联络交流中起骨干作用。

中心首次就向河南省科学院申请了18个博士,每一位博士都要进到合作单位的一线工厂或者中试基地,了解生产的实际需求,把理论研究融入真正的工业化转化、工程转化中,让实验应用于现场生产。

陈志勇说:“科学院不仅仅是人才的输出方,他们这次还将建一个投资平台,入股产业研究院,下一步我们合作的方向就是以拨代补,以拨代投,将来整体产业的发展方向,双方共同选择研究课题,双方共同出经费,研发成果成熟以后,转让所得到的资金进一步投资到产业研究院中。所以这样是有利于从实验室到小试、中试、成果转化一条龙。”

替代粮食和化石燃料的未来不是梦

经合组织(OECD)报告曾预测,至2030年,OECD国家将形成基于可再生资源的生物经济形态,生物制造的经济和环境效益将超过生物农业和生物医药,在生物经济中的贡献率达到39%。预计未来十年,石油化工、煤化工产品的35%可被生物制造产品替代,成为可再生产品,对能源、材料、化工等领域产生广泛影响。

在宏业控股集团的企业展厅,记者看到了生物基材料从秸秆到布料、生活用品、能源材料的转换展示。陈志勇向记者介绍,材料的发展,就是材料的创新,也是品种和功能性的创新。未来升级的生物基材料,就是综合利用它的高分子结构,优于单一类化学品,从而逐步替代煤基和石油基。

记者了解到,河南省生物基材料产业创新中心将同时引入社会资本,形成“政产学研资”深度融合的技术创新体系。建设期内计划投资5000万元,扩建中心实验室面积达到4000平方米,建设生物基材料合成、绿色催化等5个研究室,建成生物基材料制备中试试验线10条,使中心具备生物基材料开发、中试及成果转化等公共服务能力。

鲍慧华说,为加快推动生物基材料产业发展壮大,濮阳市制定了《濮阳市生物降解材料产业培育提升方案》,提出了“332432”产业发展工作思路,即:制定三个政策、建设三大园区、聚焦两个链条、紧盯四个图谱、落实三项推进机制、实现两大目标。未来坚持以高质量发展为根本,以提升产业综合竞争力为核心,以转型升级、创新发展为驱动,力争突破生物基材料“卡脖子”核心技术,打通多条“生物基原料—关键单体—生物基材料”产业链,培育百亿级龙头企业,不断扩链延链增链,建成全国一流的生物基材料产业基地。

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