摘要：隨著農(nóng)作物秸稈為原料生產(chǎn)秸稈混合糖技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化突破，標(biāo)志著中國(guó)已經(jīng)具備了秸稈替代糧食生產(chǎn)聚乳酸的能力。發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)非糧可再生資源的利用與轉(zhuǎn)化，可以變石油煤炭的“黑金經(jīng)濟(jì)”為生物質(zhì)加工的“綠金經(jīng)濟(jì)”，以工業(yè)的方式推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展，替代石油和煤炭化石資源，改善大氣環(huán)境，保障國(guó)家能源和糧食安全，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，原材料的非糧化也使其有望成為推動(dòng)中國(guó)生物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“換道超車(chē)”的下一個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
化石資源的大量使用產(chǎn)生了溫室效應(yīng)、微塑料顆粒、釋放有毒氣體、土壤污染、江河湖海污染等問(wèn)題，對(duì)生態(tài)和人類(lèi)的影響已凸顯，因此使用生物質(zhì)可再生資源替代化石資源，發(fā)展綠色低碳產(chǎn)業(yè)成為必然。為實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展，全球范圍內(nèi)掀起了一場(chǎng)用生物可再生資源替代化石資源的大變革，生物基材料替代石油基材料、生物能源替代化石能源是后石油時(shí)代變革的必然，生物產(chǎn)業(yè)將是這場(chǎng)變革的重要引領(lǐng)者。
“綠水青山既是自然財(cái)富、生態(tài)財(cái)富，又是社會(huì)財(cái)富、經(jīng)濟(jì)財(cái)富?！本廴樗峋哂械吞?、環(huán)保、無(wú)毒、可降解的特性，兼具經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，被認(rèn)為是未來(lái)最有希望撼動(dòng)石油基塑料和石油基化纖傳統(tǒng)地位的生物新材料?，F(xiàn)有聚乳酸生產(chǎn)多以玉米等糧食為原料，如何在確保糧食安全的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)聚乳酸生產(chǎn)成為產(chǎn)業(yè)變革的又一關(guān)鍵。隨著安徽豐原集團(tuán)農(nóng)作物秸稈為原料生產(chǎn)秸稈混合糖聯(lián)產(chǎn)黃腐酸高效有機(jī)肥技術(shù)的突破性進(jìn)展，以該技術(shù)為核心的非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)開(kāi)始起步，并將引領(lǐng)后石油時(shí)代的產(chǎn)業(yè)變革。
非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)強(qiáng)勁起步
秸稈歸“塑”代替石油，助力綠色低碳發(fā)展。以安徽豐原集團(tuán)技術(shù)為核心的非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)使用秸稈、蘆葦和枝丫柴等農(nóng)林廢棄物作為原材料，首先經(jīng)過(guò)酶解產(chǎn)出混合糖以及副產(chǎn)品黃腐酸。其中黃腐酸是高效有機(jī)肥之一，可用于改善農(nóng)田；混合糖既可繼續(xù)加工成乳酸，進(jìn)而生產(chǎn)丙交酯，而后聚合為聚乳酸，產(chǎn)業(yè)下游對(duì)聚乳酸改性后可生產(chǎn)食品包裝、纖維織物、工程塑料等，幾乎涵蓋所有石油基塑料制品，最終達(dá)成秸稈歸“塑”；混合糖也可加工為生物乙醇，進(jìn)而用于生物航煤等領(lǐng)域，在一定程度上代替石油能源。非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)一方面實(shí)現(xiàn)了秸稈完全無(wú)害化零碳處理，另一方面也實(shí)現(xiàn)了農(nóng)林廢棄物的高價(jià)值利用，解決了秸稈回收難、利用價(jià)值低等問(wèn)題。
圖1非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D
技術(shù)領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)起步，推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前，絕大部分聚乳酸企業(yè)均采用“乳酸—丙交酯—聚乳酸”的“兩步法”工藝進(jìn)行聚乳酸的工業(yè)化生產(chǎn)。在該工藝路徑下，我國(guó)于2020年完全打通“乳酸—丙交酯—聚乳酸”技術(shù)，成為世界上掌握核心技術(shù)的三個(gè)國(guó)家之一。安徽豐原集團(tuán)攻克了糖生產(chǎn)聚乳酸的“卡脖子”技術(shù)，不僅從根本上解決了聚乳酸從菌種到生產(chǎn)工藝、成本及性能問(wèn)題，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)聚乳酸生產(chǎn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代，打破了國(guó)外30年來(lái)對(duì)核心裝備的技術(shù)壟斷。同時(shí)，在非糧生物基新材料聚乳酸生產(chǎn)過(guò)程中，安徽豐原集團(tuán)掌握全世界唯一的秸稈生產(chǎn)混合糖核心技術(shù)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技發(fā)展中心組織專(zhuān)家對(duì)安徽豐原集團(tuán)有限公司完成的“農(nóng)作物秸稈高效制糖聯(lián)產(chǎn)黃腐酸關(guān)鍵技術(shù)與裝備”成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，認(rèn)為該成果整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中木質(zhì)纖維素復(fù)合酶生產(chǎn)技術(shù)、兩步法綜纖維素酶解糖化技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。目前，豐原年處理1.5萬(wàn)噸級(jí)秸稈制糖聯(lián)產(chǎn)有機(jī)肥項(xiàng)目已在安徽省固鎮(zhèn)縣全線(xiàn)貫通并正式投產(chǎn)，據(jù)測(cè)算項(xiàng)目整體年產(chǎn)值將突破7000萬(wàn)元。
政策支持需求旺盛，全球市場(chǎng)前景廣闊。非糧生物基新材料聚乳酸與石化合成塑料的基本物性類(lèi)似，能廣泛地用來(lái)制造各種應(yīng)用產(chǎn)品，具備廣闊的市場(chǎng)前景。目前全球塑料和化纖產(chǎn)量5億多噸/年，中國(guó)消耗量約2億多噸/年，預(yù)計(jì)2030年全球塑料和化纖產(chǎn)量將達(dá)到6億噸左右，中國(guó)消耗量將達(dá)到約2.2億噸。為實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展，全球范圍內(nèi)掀起了一場(chǎng)用生物可再生資源替代化石資源的大變革。2020年，國(guó)家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》，禁止、限制部分塑料制品的銷(xiāo)售和使用，隨即國(guó)內(nèi)各省、直轄市相繼出臺(tái)限塑、禁塑令，為可降解材料作為可替代產(chǎn)品提供了巨大市場(chǎng)容量。據(jù)美國(guó)《生物質(zhì)技術(shù)路線(xiàn)圖》規(guī)劃，2030年生物基化學(xué)品將替代25%有機(jī)化學(xué)品和20%的石油燃料；《工業(yè)生物技術(shù)遠(yuǎn)景規(guī)劃》規(guī)劃，2030年生物基原料將替代6%-12%化工原料30%-60%精細(xì)化學(xué)品；世界經(jīng)合組織(OECD)預(yù)測(cè)，未來(lái)十年至少有30%的石化產(chǎn)品可由生物基產(chǎn)品替代，而目前替代率不到5%，存在巨大的市場(chǎng)缺口。我國(guó)規(guī)劃未來(lái)現(xiàn)代生物制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超1萬(wàn)億元，生物基產(chǎn)品在全部化學(xué)品產(chǎn)量中的比重達(dá)到25%。生物基材料替代石油基材料、生物能源替代化石能源是后石油時(shí)代變革的必然，生物產(chǎn)業(yè)將是這場(chǎng)變革的重要引領(lǐng)者。
非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)具有重大意義
從推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展來(lái)看，發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)能夠推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展作為推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展的典范，通過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、農(nóng)林廢棄物收儲(chǔ)運(yùn)體系等的建設(shè)和完善，一方面構(gòu)建優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)業(yè)新體系，推動(dòng)現(xiàn)代服務(wù)業(yè)同先進(jìn)制造業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)深度融合；另一方面可優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施布局、結(jié)構(gòu)、功能和系統(tǒng)集成，構(gòu)建現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系。另外，產(chǎn)業(yè)發(fā)展可加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，建設(shè)高效順暢的流通體系，降低物流成本，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。
從實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略來(lái)看，發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)有利于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興。利用農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)聚乳酸可變廢為寶，在降低產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)成本的同時(shí)帶動(dòng)農(nóng)民增收致富，并減少秸稈不恰當(dāng)處置帶來(lái)的環(huán)境污染。聯(lián)產(chǎn)的植物源黃腐酸高效有機(jī)肥可用于改善土壤，保護(hù)土壤微生物并減少化肥使用，變黃土地為黑土地，同時(shí)有效提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，助力實(shí)現(xiàn)既要“吃得飽”又要“吃得好”。每2.5噸農(nóng)作物秸稈作為原料，可以生產(chǎn)1噸混合糖（聚乳酸發(fā)酵原料），同時(shí)聯(lián)產(chǎn)1.5噸黃腐酸高效有機(jī)肥，若以每噸600元從農(nóng)民手中收購(gòu)秸稈，與玉米生產(chǎn)聚乳酸相比秸稈生產(chǎn)聚乳酸還可節(jié)約成本約3000元/噸。同時(shí)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要在鄉(xiāng)村建立分布式糖廠(chǎng)，可以有效拉動(dòng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工作，并帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和促進(jìn)就業(yè)，通過(guò)推動(dòng)一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善，共同助力鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興。
從推動(dòng)綠色低碳發(fā)展來(lái)看，發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)可以推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和加快國(guó)內(nèi)低碳發(fā)展，并改善生態(tài)環(huán)境。第一，石油等不可再生能源難以被替代的因素之一就是缺乏低成本、高產(chǎn)能的可再生替代品，隨著聚乳酸尤其是非糧生物基制聚乳酸技術(shù)的不斷發(fā)展，可以在低成本下實(shí)現(xiàn)燃料乙醇和聚乳酸的規(guī)模產(chǎn)能，在能源和材料兩方面可以滿(mǎn)足替代石油基材料的部分需求，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。第二，以農(nóng)林廢棄物為原料的生產(chǎn)過(guò)程可以大量減少二氧化碳排放；同時(shí)，聚乳酸企業(yè)發(fā)展能夠發(fā)揮碳固定碳消納優(yōu)勢(shì)，協(xié)同推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈碳減排，培育壯大生物化工，構(gòu)建全生命周期綠色制造體系，從源頭促進(jìn)廢物“減量化”。第三，聚乳酸產(chǎn)品本身的環(huán)保、無(wú)毒、可降解的特性，且對(duì)人體有高度安全性并可被組織吸收，能夠有效避免化工塑料、化纖制品在使用過(guò)程中導(dǎo)致的微塑料顆粒污染、垃圾填埋釋放有毒氣體等環(huán)境危害，有助于改善生態(tài)環(huán)境。
從國(guó)家安全來(lái)看，發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)能夠助力確保能源安全和糧食安全。一方面，目前中國(guó)每年消耗石油約7億噸，約有5億噸需要進(jìn)口，其中大部分是通過(guò)馬六甲海峽進(jìn)口，一旦外部環(huán)境發(fā)生變化，能源供應(yīng)會(huì)受到威脅；同時(shí)，若用秸稈等生物可再生資源代替石油材料，可降低我國(guó)對(duì)石油進(jìn)口的依賴(lài)，助力能源安全。另一方面，非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)使用秸稈等農(nóng)林廢棄物為原材料，有效減少了糧食消耗；同時(shí)，我國(guó)有20億畝邊際性土地，不宜種植糧食作物。如果用于種植蘆竹、甜高梁、苜蓿草等農(nóng)作物，可在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)土壤進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，同時(shí)為聚乳酸材料產(chǎn)業(yè)提供原材料，減少對(duì)玉米和薯類(lèi)等淀粉質(zhì)原料的消耗，緩解我國(guó)糧食安全問(wèn)題。
非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)未來(lái)可期
在未來(lái)，非糧生物基新材料聚乳酸產(chǎn)業(yè)通過(guò)打造產(chǎn)業(yè)集群、人才高地和生態(tài)系統(tǒng)，以工業(yè)的方式推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展，替代石油和煤炭化石資源，有望成為推動(dòng)中國(guó)生物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“換道超車(chē)”的下一個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
打造產(chǎn)業(yè)集群，以產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)綠色低碳新模式。未來(lái)隨著下游應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)不斷開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化示范，在農(nóng)作物秸稈資源豐富地區(qū)逐步形成塑料加工、紡織、工業(yè)及家用裝飾材料、生物化學(xué)品、生物燃料和生物肥料六大產(chǎn)業(yè)集群。預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)2025年覆蓋全國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田七個(gè)區(qū)域，包括山東、河南、黑龍江等省份，農(nóng)田整合規(guī)模不低于1000萬(wàn)畝，六大產(chǎn)業(yè)集群均可形成萬(wàn)億產(chǎn)值，形成自主創(chuàng)新能力強(qiáng)、產(chǎn)品體系不斷豐富、綠色循環(huán)低碳的創(chuàng)新發(fā)展模式，并推動(dòng)高質(zhì)量、可持續(xù)的供給和消費(fèi)體系建立，以產(chǎn)業(yè)化助力中國(guó)式現(xiàn)代化。
打造人才高地，以人才優(yōu)勢(shì)確保核心技術(shù)持續(xù)領(lǐng)先。未來(lái)隨著非糧生物基制聚乳酸產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于人才尤其是高端人才的需求會(huì)越來(lái)越大，只有抓住了人才這個(gè)“牛鼻子”，產(chǎn)業(yè)才能更好的實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。因此未來(lái)該產(chǎn)業(yè)將深入實(shí)施人才優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略，以深化產(chǎn)學(xué)研合作為抓手，全面提升產(chǎn)業(yè)與人才融合效能，全面深化創(chuàng)新鏈和人才鏈深度耦合。預(yù)計(jì)2030年打造出北上廣為核心的研發(fā)人才高地和以合肥為核心的產(chǎn)業(yè)化人才高地，加速“高精尖”人才聚集，以人才的高精尖發(fā)展推動(dòng)我國(guó)聚乳酸產(chǎn)業(yè)技術(shù)持續(xù)領(lǐng)先。
打造生態(tài)系統(tǒng)，以市場(chǎng)化形成產(chǎn)業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)力。充分發(fā)揮資本在產(chǎn)業(yè)集聚中的紐帶作用，鼓勵(lì)社會(huì)資本與政府、金融機(jī)構(gòu)開(kāi)展合作，發(fā)揮社會(huì)資本市場(chǎng)化、專(zhuān)業(yè)化優(yōu)勢(shì)，加快投融資模式創(chuàng)新應(yīng)用，探索典型模式，通過(guò)資本緊密聯(lián)結(jié)上下游企業(yè)，形成產(chǎn)業(yè)鏈利益共同體。同時(shí)推動(dòng)與其他產(chǎn)業(yè)的交叉融合，推動(dòng)共性技術(shù)攻關(guān)與技術(shù)交叉融合，有效促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈整合和協(xié)同，打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)2035年在全球范圍內(nèi)形成較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
來(lái)源：北京理工大學(xué) 綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心