秸秆变废为宝？中科大20年的坚守，攻克全生物可降解塑料的商业化

2021年10月04日16:58:06 科学 1280

编者按：近期多次介绍欧美在全生物可降解塑料PEF的产业化工作，很多朋友关心国内的技术进展，其实我也一直在关注。今天就给大家介绍中科大在这一项技术的产业化的尝试和进展。

“产业化分为两种，一种是变革性的，如中科大在量子信息等方面做的产业化尝试。而另一种则是渐进式的，只是解决产业化中的某一个技术难题，却可以把一个痛点解决到极致。”

--中科大先进技术研究院许扬

中科大先进技术研究院

二十年秸秆变废为宝核心技术积累：中科大获得3000万资助

2018年度国家重点研发计划中，我们看到中科大名列其中：

木质纤维素转化制备戊酸酯类燃料联产化学品研究

这是一项为期4年的产业化项目，资助金额2457万元。

而早先，中科大已经获得中国科学院战略重点研究项目的511万元资助，课题名称是：
木质纤维素水相解聚关键技术及5-羟甲基糠醛的高效制备

2018年度国家重点研发计划给与中科大的资助

2001年，生物质洁净能源实验室主任：朱清时院士

故事回到20年前。

2001年，中科大成立了“生物质洁净能源实验室”，由时任中科大校长的朱清时院士任实验室主任。

朱清时院士考察生物质洁净能源实验室

我记得中科大当年有一座3层小楼，便是这个新成立的生物质洁净能源实验室。

中科大“生物质洁净能源实验室”，主要从事把快速生长的树木和农业废弃的麦秸稻草等生物质转化为液体燃料的研究。

生物质洁净能源实验室早期发展了一些生物质热解（Biomass Pyrolysis）制备生物油、有机废弃物生物制氢、生物油重整制合成气与液体燃料合成等方面的基础研究和应用技术开发。该实验室的生物油生产技术从实验室走进产业化；生物质制氢、制甲醇、乙醇、汽油、柴油等课题完成小试，部分进入中试。

关于早期的项目，已经有大量的产业化研究和报道，本文不予赘述。

2021年：中科大先进技术研究院许扬博士

中科大先进技术研究院

中国科大先研院副研究员许杨在中科大读博期间，承担了一项关于生物质农林废弃物综合利用的研究课题。在他的导师傅尧教授的带领下，以许杨为骨干的课题组研究出一种全新的化学工艺：

他们利用水相解聚、分子蒸馏和超临界萃取技术将秸秆转化成可利用的小分子化合物，如糖、5-羟甲基糠醛，进而可以生产乙醇、可降解呋喃聚酯等化工产品。

水相解聚，也就是前文提到的中科院先导项目的课题，这是一个比早期的秸秆裂解更高效和先进的工艺。

中科大先进技术研究院许扬博士

稻草秸秆水解技术的商业化：全生物可降解塑料PEF

我此前多次介绍过全生物可降解塑料呋喃聚酯PEF的技术，欧美已经在如火如荼的采用PEF生产包装盒。这又是一个千亿规模的巨大市场，我们怎可落后呢？

可口可乐的PEF全生物可降解塑料瓶

嘉士伯的PEF全生物可降解塑料啤酒瓶

当然，目前已经有很多商业化的可降解塑料，比如大家熟悉的聚乳酸PLA，但是这些可降解塑料都是有各自的应用场景。目前可降解塑料PEF的最大商业化应用场景，是完全替代传统石油化工产品、现今世界五大工程塑料之一的PET塑料。相比较PET，PEF不仅可降解，还具有气密性、热塑性、拉伸性更好等优点，已通过欧盟食品安全认证，是2023年欧盟“禁塑令”的主要替代品。

而中科大的技术以果糖或农林废弃物为原料，通过运用绿色化学合成新反应，生产PEF，其产业化项目的三大目标是：

建成千吨级呋喃基新材料单体FDCA产业化示范工程，单体FDCA纯度达到聚合级，生产成本控制在15万/吨以内；
建立呋喃基新材料产品质量标准和性能评价标准，对比传统聚酯材料隔水性能提高2倍，隔氧性能提高10倍；
进行呋喃聚酯、聚酰胺材料工程应用实验，完成1-2项终端应用产品设计开发。

我此前也多次介绍过欧美的PEF产业化工作，早期已经和许多世界500强工业巨头展开合作，比如和BASF、TOYOBO的工艺合作，和可口可乐、嘉士伯等开展应用工艺研究。这些都是值得中科大的产业化学习的宝贵经验。

当然，我也很高兴地看到，中科大此项技术的目标，指出合成FDCA单体的成本控制在15万/吨以内，之后我会介绍荷兰Avantium的技术和成本，我们可以再做比较。

中科大先进技术研究院的全生物可降解塑料单体和原料

中科大的商业化模式

目前，中科大的生物基呋喃聚酯(PEF)正与合肥利夫生物科技有限公司合作项目产业化开发。资金方面主要是700万国家项目支持、100万安徽省攻关项目支持及1900万合作企业投入。

合肥利夫生物科技有限公司

目前已经进行部分关键中间体的百吨级中试，预期千吨级产业化示范平台建设、实验原料及耗材费用仍需约5000万。

合肥利夫研发实验室

据许扬介绍，目前已经通过猎头公司聘请了专业市场推广人员。

据合肥利夫生物科技有限公司资料报道：

这项产业化成果将确立我国在呋喃基新材料的国际领先地位，实现杂环芳香烃类聚合材料领域的重要突破，使我国拥有完全自主知识产权并取得领先，打破国际材料巨头巴斯夫、杜邦的垄断。目前聚酯原料需求量为2.4千万吨，进口1.3千万吨，呋喃聚酯的规模化生产可以部分替代该原料的进口。此外国内改性聚酰胺年需求量300万吨，聚酰胺切片进口量为65万吨，呋喃聚酰胺的规模化制备可以部分替代该关键材料的进口。

合肥利夫生物科技有限公司产线

2016年，习近平主席在合肥调研安徽科技创新成果时，该公司作为合肥市高新技术代表单位之一参与现场项目汇报。

合肥利夫生物科技有限公司大事记

先进设备开发也是一门生意

据许扬博士介绍：

我们在科研项目的推进过程中发现，市面上能买到的仪器设备不能满足我们的需求，于是我们只能自己设计加工，对仪器设备进行了创新。

我们跟同行的科研人员交流，发现他们其实很需要我们的仪器设备。我们在后来推广的过程中发现我们的反应设备和分离设备在生物医药领域也有广泛的应用前景。

我在很多先进技术产业化的时候，都提到产业链和研发、生产设备的事情。我们往往由于技术上一直在模仿欧美，导致我们在先进设备上过度依赖西方。因此当我看到许扬博士介绍到中科大这个项目产业化，不仅自行设计了生产设备，而且可以将其生产设备应用于其他先进制造领域，这是非常值得夸赞的事情!

结语

我早先看到中科大的PEF产业化项目，并没有介绍，主要是因为：第一，我没有能了解到水相解聚技术的详细资料以及专利信息，这使得我对这些技术的认识完全基于对这个实验室的信任；第二，我此前了解过许多的国家重大项目，最后的产业化草草收场，并没有能形成实际的产业价值（当然新技术产业化本身就是有风险的，可以理解）。

但是我看了许扬博士的介绍，尤其是关于PEF产业化过程遇到的问题、以及在产业化活动时挖掘到自研仪器设备的商业价值，这是我非常欣喜的和大家分享这个产业化故事的原因。

希望中科大20年的研究，将促成中国在全生物可降解塑料PEF项目上，一举领先欧美！加油！