低碳经济下生物产业的发展

低碳经济下生物产业的发展

刘雯雯201522162060

低碳经济是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。生物产业作为低碳经济典型的代表，是平衡气候环境与经济发展的重要战略选择，低碳经济时代的来临，生物产业被全球越来越多的国家关注和重视。低碳经济的概念生物能源生物材料生物农业生物环保低碳经济下生物产业的发展

生物质能具有资源量大、相对集中、能量品位较高的特点，在未来低碳经济的运转过程中将发挥根本性的作用。目前，生物能源的主要形式有燃料酒精、丁醇、生物柴油、沼气、生物制氢等。目前工业生物技术最为卓越的成就在于开发了一定范围内的生物燃料，并建立了较为完善的理论体系。生物能源

燃料酒精是应用最广泛的生物燃料，是较为理想的汽油替代品，已在一些国家和地区得到广泛使用。例如巴西是世界上用甘蔗生产乙醇燃料最成功的国家，生产能力和出口量均位居世界第一。2006年乙醇总产量1400万吨，乙醇燃料占76%，2012年乙醇总产量将达到2900万吨，其中约800万吨将用于出口。目前的工业化生产的燃料乙醇绝大多数是以粮食作物为原料的，从长远来看具有规模限制和不可持续性。以木质纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇是决定未来大规模替代石油的关键。中国在纤维素酶生产技术、戊糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性突破，目前各单位中试研究的每吨纤维素乙醇的原料消耗都在6吨以上，生产成本估算都在5000-6500元/吨乙醇以上，还不适合于工业化生产。理性估算，中国的纤维素乙醇形成规模化生产至少还要3-4年以上研究。河南天冠、安徽丰原等公司的纤维素燃料乙醇的研发和示范走在全国前列。生物乙醇

2008年2月中旬，在德国汉堡举行的生物燃料研讨会上，美国杜邦公司和英国石油公司联合宣布，经过12个月的测试，生物丁醇已被证明具有优越的性能，比乙醇有着更好的应用前景。美国ButylFuel公司生产的生物丁醇，每吨玉米可产丁醇300kg，且无乙醇或丙酮产生，据初步成本估算，用石油生产丁醇的成本为1.67美元/千克，用玉米生产丁醇的成本为0.39美元/千克(不包括所产氢气)，而用谷物加工废弃物代替玉米时，丁醇成本可降至0.28美元/千克，具有突出的价格优势。国内的科研院所以及一些发酵企业也都开始着手丁醇的研究开发，包括纤维质原料发酵生产丙酮丁醇、溶剂抽提耦联发酵技术以及研究先进的发酵过程装备等。生物丁醇世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术。欧洲已成为全球生化柴油的主要生产地。美国、意大利、法国已相继建成生物柴油生产装置数十座。我国2010年生物柴油产能约300万t/a，产量约20万t，主要原料为餐饮废油、榨油废渣等，产品主要用于农用动力机械及公路、水路和铁路运输动力机械方面。与发达国家相比，我国生物柴油产业起步较晚，发展进程也比较缓慢。2008年7月，国家发改委正式批准了中国石油、中国石化、中国海油三大公司以麻风树为原料的示范装置建设。其中，中国海油在海南的6万t/a装置于2010年底建成投产，是目前已建成的我国最大的生物柴油示范项目。生物柴油生物燃气可以非常方便的替代传统化石能源来作为常规燃料,在发达国家广泛使用。瑞典使用沼气提纯的生物天然气作为车用燃料,可减排90%的尾气颗粒物和二氧化碳。在所有能源中，唯独生物质燃气最现实、最经济、最方便、最节能、最适用，它不仅使用安全，而且清洁卫生。欧洲和美国是生物燃气产能排名最靠前的地区和国家,2011年生物燃气产量分别为201.7亿m³和126亿m³。欧洲是生物燃气技术最成熟,产业发展最迅速,推广程度最高的地区,代表了世界先进发展水平和商业模式。我国是世界上沼气利用开展得最好的国家，沼气技术相当成熟，目前已进入商业化应用阶段。主要有农村家用沼气池、大中型沼气工程和生活污水净化沼气池等。生物燃气生物质能源企业生存现状普遍盈利下的隐忧缺乏龙头企业优化扶持方向

低碳经济下的材料应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环保性和功能性，其应用受到高度重视，已被列为“十一五”期间我国生物产业五大重点发展领域之一。一般而言，生物材料也叫生物基材料，是指用可再生原料如农作物、树木、其他植物及其残体和内含物等通过生物转化获得生物高分子材料或单体，然后进一步聚合形成的高分子材料。生物高分子应用很广泛，可以用来制作医药用材料、包装材料、食品添加剂、纤维、工业塑料、生物传感器以及微电子领域的电子元件。生物材料

20世纪70年代，由于塑料制品已被广泛地应用于各个领域，“白色污染”对生态环境造成了严重的威胁，为了缓解日用品塑料造成的环境污染，研究可降解高分子材料成为了重要课题。上世纪七十年代末，聚酯需求量快速增加，石油资源的稀缺和石油价格的波动引起很大重视。美国杜邦公司从聚酯纤维原料的非石油替代品入手，发明生物法合成丙二醇技术，并开发出聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维。源于非石油天然资源的合成纤维也应运而生，可归类于聚酯系列的聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二酯(PBS)也从研究阶段发展到规模化生产。

聚乳酸是由生物发酵生产的乳酸经人工化学合成而得的聚合物,但仍保持着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种包装用材料,像农业、建筑业用的塑料型薄膜,以及化工、纺织业用的无纺布、纤维等。而PLA的生产耗能只相当于传统石油化工产品的20%～50%,产生的二氧化碳气体则只为相应的50%。我国目前产业化的有浙江海生生物降解塑料股份有限公司(规模5kt/a生产线),正在中试的单位有上海同杰良生物材料有限公司、江苏九鼎集团等。世界上聚乳酸主要生产国家有美国、日本、德国等国家,美国是最大的聚乳酸生产国。2002年,美国Natureworks公司建成14万t/a的PLA生产线,2009年该公司扩产至45万t/a。在PLA作为塑料产品方面,美国的Chronopol公司将PLA的生产成本降低到原先的30%～50%,而通用塑料,例如聚丙烯价格仅为PLA成本的1/7左右。因此,要使聚乳酸大量用作包装材料和一次性用品,降低生产成本和销售价格,才有可能被市场所接受。聚乳酸(PLA)

PBS于20世纪90年代进入材料研究领域,并迅速成为可广泛推广应用的通用型生物降解塑料研究热点材料之一。20世纪90年代中期,日本昭和高分子公司采用异氰酸酯作为扩链剂,与传统缩聚合成的低相对分子质量PBS反应,制备出高相对分子质量PBS。目前,国际上已有日本昭和高分子和美国伊士曼等公司进行了PBS的工业化生产,其年产规模分别为5kt和1.5万t。2005年,中科院理化技术研究所工程塑料国家工程研究中心和扬州市邗江佳美高分子材料有限公司,合资组建扬州市邗江格雷丝高分子材料有限公司,投资5000万元建设世界最大规模的2万t/aPBS生产线。上海申花集团、福建恒安集团等企业对PBS在一次性包装用品、卫生用品、餐具等领域的应用和推广进行了开拓,并形成商品。部分改性材料、挤出片材已经小批量出口韩国。从而形成了聚酯、改性、制品上下游完整的产业链。聚丁二酸丁二酯(PBS)

近20多年迅速发展起来的生物高分子材料——聚羟基脂肪酸酯(PHA)，是很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料。PHA在包装材料､粘合材料､喷涂材料和衣料､器具类材料､电子产品､耐用消费品､农业产品､自动化产品､化学介质和溶剂等领域中得到应用。PHA作为生物材料应用，已日趋成熟，并形成了一个产业链。国内外相继建立了与PHA大规模生产相关的二十几家公司。PHA和相关技术正在形成一个从发酵、材料、能源到医学领域的工业价值链。聚羟基脂肪酸酯(PHA)

联合国粮农组织估计，生态农业系统可以抵消掉80%的因农业导致的全球温室气体排放量，无需生产工业化肥每年可为世界节省1%的石油能源，不再把这些化肥用在土地上还能降低30%的农业排放。所以，在发展低碳经济方面，农业潜力巨大。生物农业节约资源能源的耕作技术农用化学品的合理投入趋势农业生物技术研发能力大幅提升农业废弃物综合利用技术普遍采用

生物环保产业是将生物技术应用于环境污染治理中，最大限度地消除生态风险与隐患，促进自然资源的可持续利用，达到经济、社会与环境的协调发展以及人与自然的和谐相处。生物环保产业主要领域范围包括：生物环保技术和包括产品、装备及服务等的生物环保产业。我国2013-2015年，生物环保产业产值年均增长15%以上，到2015年，生物环保产业年产值达到1500亿元。生物环保环境监测与评价工业污水和生活废水的处理与净化白色污染的处理和消除微生物脱硫治理空气污染世界生物环保产业特点：直接市场规模不大，发展预期相当乐观生物环保产业至2014年规模不大，环保生物技术企业的营业额仅占整体生物技术产业的2.2%.虽然企业数量、规模、资金、人员、产品都远不如制药产业，但是在2015年环保生物技术产业的投入各领域研发的比例相当积极。以2002年为例，产业界投入研发的经费占营业额的21%,研发方向上，45%的为基因探针和DNA-标记技术在环保方面的应用开发，40%的为生物恢复和生物过滤、生物材料、萃取和发酵等传统生化制程和微生物、病毒学/微生物生态。业者应用生物技术工具（遗传因子、Proteomics、Geneshuffling）到传统制造业和合成制程和给料中，以研发出新的或是改良生产方法以制造工业原料、中间体和消费物品为主。2002年在生物恢复和生物过滤的产品和生产过程最多，其次为发酵，生物加工，生物转换等传统生化生产过程。2.美国的全球主导地位已经确立

全球环保市场以美国（37.4%）、欧洲（31.6%）及日本（17.7%）市场最具规模。美国的生物技术环保产业起步较早，也比较发达。我国2013-2015年，生物环保产业产值年均增长15%以上