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生物制造:迎来发展关键期


发布时间:2009/9/25 10:25:25

生物制造:迎来发展关键期

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2010年世博会大幕正徐徐拉开,各个参展国更是努力要将“城市,让生活更美好”的主题贯彻在建设理念中。2009年4月奠基的上海世博会芬兰国家馆“冰壶”便是其中一例,芬兰馆建筑外部将采用由创新型木塑复合材料制成的富有现代气息的鳞状装饰材料,该材料的主要原料便是废纸和塑料。

  虽然对人们而言,木塑复合材料复杂的概念尚显陌生,其实它已经悄然走进我们的生活中。雄伟壮观的国家奥林匹克运动员村大门、奥林匹克森林公园中的园林景观、上海城隍庙附近的城市小品,浙江杭州桂花城小区的阳台遮阳板等等,它们都是木塑复合制品。

  在中国林科院木材工业研究所木材性质研究室主任秦特夫教授看来,木塑复合材料作为材料界的一匹黑马,在建筑用材、户外设施、物流运输、交通设施、家具用品等领域正将面临大规模拓展,作为一个新的朝阳产业,中国木塑产业具有强劲生命力,正在迎来展示才能的黄金发展期。

  木塑材料的兴起,从一个侧面反映了规模庞大的生物基材料行业繁荣时代的来临。作为生物制造业的重要组成部分,生物基材料中包含了淀粉基塑料、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等多种已在我国取得初步成绩的材料界“新贵”。而生物制造行业中另一大重点——微生物制造,涵盖了工业、食品、环保等领域多种工业酶制剂,也正在迅猛发展。

  生物材料三大亮点

  在记者采访中,中国塑协降解塑料专委会副理事长、清华大学生物系教授陈国强为生物材料给出了这样一个定义:用可再生原料,通过生物转化获得生物高分子材料或者单体,然后进一步聚合成高分子材料。

  随着石油的日益枯竭和石化树脂对环境造成危害的日益凸现,科技界和产业界都在寻找一种解决的方法:如何不以石油为原料而代之于可再生的生物质原料如淀粉、纤维素等来生产可完全生物降解的塑料,既能节约石油又能保护环境,同时也不会改变人们几十年来已经形成的大量使用塑料的生活习惯。

  其实我国从“九五”开始,就不断加大对生物材料方面的投入。除了低附加值的环保包装材料之外,我国在聚羟基脂肪酸酯(PHA)和聚乳酸(PLA)等被国内外的公司开发成高附加值的医用植入材料,我国在这个领域也产生了许多学术、应用和专利成果。陈国强教授认为:“在生物材料制造领域,我国与世界先进水平的差距不大,在一些方面,我们甚至是领先的。”

  目前业内专家一致认为,PHA已经成为我国生物材料产业中发展最为成熟的领域。PHA已经被世界各国科学界和产业界认为是一种“绿色塑料”“环境友好塑料”,可以替代传统不可降解塑料。

  陈国强告诉《中国投资》:“世界上进行生物材料PHA研究最活跃的十大机构中中国就占了两个席位,分别是第一位的清华大学及第六位的中国科学院。”正是由于国内PHA基础研究的活跃开展,极大地促进了我国PHA产业的发展,目前我国近10家生产和研发企业已经为国内PHA产业发展打下了坚实的基础,这个数字已经接近国际上所有的生产厂家总数。

  其中,浙江宁波天安生物材料有限公司作为国内外最大的生产厂商,从1999年开始即与中科院微生物所合作,现年产PHA(3-羟基丁酸和3-羟基戊酸共聚物PHBV)2000吨。宁波天安生物公司副总经理陈学军在接受《中国投资》专访时表示:“我们只做PHBV一种产品,一做就是10年。目前,我们思考的问题就在于如何降低材料生产成本。”

  另一种应用前景广阔的生物材料是PLA,正处于亟待规模化生产的阶段。

  浙江海正集团朱康勤博士告诉记者:“我国PLA产业与国外相比起步较晚,但发展节奏较快,目前面临的问题主要在于规模化放大、产业升级与成本控制方面”。

  中科院微生物所马延和研究员表示,我国PLA相关的研究和产业化基本上处于世界前列。他说:“全球研究PLA最活跃的国家是美国、中国、日本,我国PLA应用开发目前大都集中于医用材料,但更应重视PLA在包装、纤维与工程塑料方面的应用。推广绿色包装,发展全降解包装制品是全球包装工业的未来趋势。目前,美国、日本、德国等发达国家正大力发展新型可降解包装材料,我国在这方面的研制还仅仅是一个起步阶段,同国外技术相比还有很大的差距”。

  目前国内从事PLA产业主要有浙江海正和上海同杰良生物材料两家企业。记者了解到,海正集团从2000年开始与中国科学院长春应用化学所进行合作,目前已成为国际上第二家能够达到5000吨级以上的生产厂家。朱康勤说:“我们正在开发耐高温纤维复合材料,其长期使用温度可达120℃以上,将在汽车仪表盘、面板,电器外壳等领域具有广泛的应用。”

  此外,PBS(聚丁二酸丁二酯及其共聚物)具有优异的生物降解性,在自然条件下可100%分解成H2O和CO2,是国际上公认的可完全生物降解聚合物。

  陈国强告诉记者,PBS的国内外研究热潮开始于上个世纪90年代。PBS不仅有着良好的耐水性和综合力学性能,其加工性能也是目前通用型降解塑料中加工性能最好的,这一点对降解塑料应用至关重要。另外,PBS系列聚酯在完全可生物降解聚酯中耐热性能最好,可用于制备冷热饮包装和餐盒。而对于产业化来讲最重要的一点在于通过共聚改性和共混改性,PBS可以形成系列化产品,使制品的价格接近现有通用塑料的水平。

  目前,我国在PBS的生产技术和生产能力上,已处于国际先进行列。只是在专利数量上,我国和日本还有较大差距。我国PBS合成专利10项,而日本高达61项。陈国强教授认为,如果国家对PBS项目给予稳定的支持,相关产学研机构有可能在这场技术和市场的竞争中后来居上。

  工业酶制剂发展正当其时

  酶处于生物工业的核心地位。理论上,酶蛋白可以降解和合成几乎所有的有机化合物。工业酶制剂本身作为一种重要生物工业产品广泛应用到各个重大工业领域,同时利用酶或酶系作为催化剂所开发的技术,越来越多地用于精细化学品与大宗化学品的合成。

  目前全世界单纯的酶制剂市场规模虽然只有20多亿美元,但其支撑着其下游数十倍甚至数百倍的工业。例如,以碱性蛋白酶为代表的洗涤剂用酶得到大规模使用,使洗涤过程更加经济环保,还显着改善了纺织品洗涤的质量。通过淀粉酶和糖化酶组合的“双酶法”淀粉制糖技术,完全取代了传统的高污染、低得率的酸法水解工艺,成为目前淀粉糖、玉米燃料乙醇、大宗发酵等工业的支撑技术。在饲料应用中,水解释放植物磷的植酸酶近年来迅速发展为第一大饲料酶,大大提高了植物磷的利用率,使畜禽粪便中磷的排出量减少40%以上,极大减轻了江河、水域等环境的磷污染。

  这些新形势下的技术和酶制剂产品需求,为酶制剂的新一轮发展高潮提供了技术支撑。与生物质利用、生物炼制等密切相关的酶种,如纤维素酶、半纤维素酶、脂肪酶以及淀粉水解酶类等,已被认为是新一代工业生物技术领域最重要的工业酶制剂,成为各大公司的研发热点。

  马延和向记者介绍说,目前我国酶制剂研发涉及的领域比较广,包括食品、饲料、纺织、材料、发酵、能源、精细化学品和化学药品制造等主要行业。酶制剂的主要应用领域包括淀粉糖、酿酒、洗涤剂、纺织、皮革、饲料等。

  我国现已有实现工业化生产的酶种30种之多,总产量超过32万吨,产值6亿多元,只占全球3.8%,而且主要集中于糖化酶、淀粉酶、蛋白酶等少数产品。我国高转化率的糖化酶产品质量达到国际水平,在国内外市场上有一定的竞争力。此外,植酸酶也进入了工业化生产,而且不同用途的新品种在开发过程中。一些脂肪酶品种的生产开始起步,并在精细化学品合成和造纸脱墨工艺上得到应用。半纤维素酶开始规模化应用到草浆造纸工艺,已累计生产纸浆100余万吨。部分抗生素生产所需要的固定化酶开始国产化。
 
 
   
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