秸稈變廢為寶？中科大20年的堅守，攻克全生物可降解塑料的商業化

2021年10月04日16:58:06 科學 1280

編者按：近期多次介紹歐美在全生物可降解塑料PEF的產業化工作，很多朋友關心國內的技術進展，其實我也一直在關注。今天就給大家介紹中科大在這一項技術的產業化的嘗試和進展。

「產業化分為兩種，一種是變革性的，如中科大在量子信息等方面做的產業化嘗試。而另一種則是漸進式的，只是解決產業化中的某一個技術難題，卻可以把一個痛點解決到極致。」

--中科大先進技術研究院許揚

中科大先進技術研究院

二十年秸稈變廢為寶核心技術積累：中科大獲得3000萬資助

2018年度國家重點研發計劃中，我們看到中科大名列其中：

木質纖維素轉化製備戊酸酯類燃料聯產化學品研究

這是一項為期4年的產業化項目，資助金額2457萬元。

而早先，中科大已經獲得中國科學院戰略重點研究項目的511萬元資助，課題名稱是：
木質纖維素水相解聚關鍵技術及5-羥甲基糠醛的高效製備

2018年度國家重點研發計劃給與中科大的資助

2001年，生物質潔凈能源實驗室主任：朱清時院士

故事回到20年前。

2001年，中科大成立了「生物質潔凈能源實驗室」，由時任中科大校長的朱清時院士任實驗室主任。

朱清時院士考察生物質潔凈能源實驗室

我記得中科大當年有一座3層小樓，便是這個新成立的生物質潔凈能源實驗室。

中科大「生物質潔凈能源實驗室」，主要從事把快速生長的樹木和農業廢棄的麥秸稻草等生物質轉化為液體燃料的研究。

生物質潔凈能源實驗室早期發展了一些生物質熱解（Biomass Pyrolysis）製備生物油、有機廢棄物生物制氫、生物油重整制合成氣與液體燃料合成等方面的基礎研究和應用技術開發。該實驗室的生物油生產技術從實驗室走進產業化；生物質制氫、制甲醇、乙醇、汽油、柴油等課題完成小試，部分進入中試。

關於早期的項目，已經有大量的產業化研究和報道，本文不予贅述。

2021年：中科大先進技術研究院許揚博士

中科大先進技術研究院

中國科大先研院副研究員許楊在中科大讀博期間，承擔了一項關於生物質農林廢棄物綜合利用的研究課題。在他的導師傅堯教授的帶領下，以許楊為骨幹的課題組研究出一種全新的化學工藝：

他們利用水相解聚、分子蒸餾和超臨界萃取技術將秸稈轉化成可利用的小分子化合物，如糖、5-羥甲基糠醛，進而可以生產乙醇、可降解呋喃聚酯等化工產品。

水相解聚，也就是前文提到的中科院先導項目的課題，這是一個比早期的秸稈裂解更高效和先進的工藝。

中科大先進技術研究院許揚博士

稻草秸稈水解技術的商業化：全生物可降解塑料PEF

我此前多次介紹過全生物可降解塑料呋喃聚酯PEF的技術，歐美已經在如火如荼的採用PEF生產包裝盒。這又是一個千億規模的巨大市場，我們怎可落後呢？

可口可樂的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

當然，目前已經有很多商業化的可降解塑料，比如大家熟悉的聚乳酸PLA，但是這些可降解塑料都是有各自的應用場景。目前可降解塑料PEF的最大商業化應用場景，是完全替代傳統石油化工產品、現今世界五大工程塑料之一的PET塑料。相比較PET，PEF不僅可降解，還具有氣密性、熱塑性、拉伸性更好等優點，已通過歐盟食品安全認證，是2023年歐盟「禁塑令」的主要替代品。

而中科大的技術以果糖或農林廢棄物為原料，通過運用綠色化學合成新反應，生產PEF，其產業化項目的三大目標是：

建成千噸級呋喃基新材料單體FDCA產業化示範工程，單體FDCA純度達到聚合級，生產成本控制在15萬/噸以內；
建立呋喃基新材料產品質量標準和性能評價標準，對比傳統聚酯材料隔水性能提高2倍，隔氧性能提高10倍；
進行呋喃聚酯、聚酰胺材料工程應用實驗，完成1-2項終端應用產品設計開發。

我此前也多次介紹過歐美的PEF產業化工作，早期已經和許多世界500強工業巨頭展開合作，比如和BASF、TOYOBO的工藝合作，和可口可樂、嘉士伯等開展應用工藝研究。這些都是值得中科大的產業化學習的寶貴經驗。

當然，我也很高興地看到，中科大此項技術的目標，指出合成FDCA單體的成本控制在15萬/噸以內，之後我會介紹荷蘭Avantium的技術和成本，我們可以再做比較。

中科大先進技術研究院的全生物可降解塑料單體和原料

中科大的商業化模式

目前，中科大的生物基呋喃聚酯(PEF)正與合肥利夫生物科技有限公司合作項目產業化開發。資金方面主要是700萬國家項目支持、100萬安徽省攻關項目支持及1900萬合作企業投入。

合肥利夫生物科技有限公司

目前已經進行部分關鍵中間體的百噸級中試，預期千噸級產業化示範平台建設、實驗原料及耗材費用仍需約5000萬。

合肥利夫研發實驗室

據許揚介紹，目前已經通過獵頭公司聘請了專業市場推廣人員。

據合肥利夫生物科技有限公司資料報道：

這項產業化成果將確立我國在呋喃基新材料的國際領先地位，實現雜環芳香烴類聚合材料領域的重要突破，使我國擁有完全自主知識產權並取得領先，打破國際材料巨頭巴斯夫、杜邦的壟斷。目前聚酯原料需求量為2.4千萬噸，進口1.3千萬噸，呋喃聚酯的規模化生產可以部分替代該原料的進口。此外國內改性聚酰胺年需求量300萬噸，聚酰胺切片進口量為65萬噸，呋喃聚酰胺的規模化製備可以部分替代該關鍵材料的進口。

合肥利夫生物科技有限公司產線

2016年，習近平主席在合肥調研安徽科技創新成果時，該公司作為合肥市高新技術代表單位之一參與現場項目彙報。

合肥利夫生物科技有限公司大事記

先進設備開發也是一門生意

據許揚博士介紹：

我們在科研項目的推進過程中發現，市面上能買到的儀器設備不能滿足我們的需求，於是我們只能自己設計加工，對儀器設備進行了創新。

我們跟同行的科研人員交流，發現他們其實很需要我們的儀器設備。我們在後來推廣的過程中發現我們的反應設備和分離設備在生物醫藥領域也有廣泛的應用前景。

我在很多先進技術產業化的時候，都提到產業鏈和研發、生產設備的事情。我們往往由於技術上一直在模仿歐美，導致我們在先進設備上過度依賴西方。因此當我看到許揚博士介紹到中科大這個項目產業化，不僅自行設計了生產設備，而且可以將其生產設備應用於其他先進制造領域，這是非常值得誇讚的事情!

結語

我早先看到中科大的PEF產業化項目，並沒有介紹，主要是因為：第一，我沒有能了解到水相解聚技術的詳細資料以及專利信息，這使得我對這些技術的認識完全基於對這個實驗室的信任；第二，我此前了解過許多的國家重大項目，最後的產業化草草收場，並沒有能形成實際的產業價值（當然新技術產業化本身就是有風險的，可以理解）。

但是我看了許揚博士的介紹，尤其是關於PEF產業化過程遇到的問題、以及在產業化活動時挖掘到自研儀器設備的商業價值，這是我非常欣喜的和大家分享這個產業化故事的原因。

希望中科大20年的研究，將促成中國在全生物可降解塑料PEF項目上，一舉領先歐美！加油！