网络知识 娱乐 百年未有之大变局:生物质化工产业将迎来战略发展机遇

百年未有之大变局:生物质化工产业将迎来战略发展机遇

一、发展绿色可再生能源,替代化石能源的战略意义又一次凸显出来,不仅仅是环保和生态价值,更重要的是能源安全和经济安全。

俄乌冲突引发的“经济战”,让世界重新评估和认识了能源和粮食等基础性供给的重要地位,虽然芯片等高科技产品和金融霸权能够掐住一个国家或地区经济发展的脖子,但若能源和粮食等基础性供给的安全出了问题,却可以给国家经济和民众生活带来毁灭性影响。经济战的结果显而易见,欧盟和北约想利用经济制裁和金融霸权围剿、封锁困死俄罗斯,俄罗斯一方面亮出核武重器,让西方冷静下来不敢越过红线;另一方面打出一套能源和粮食反制的组合拳,不但让对其的制裁和封锁基本失效,还让欧盟和北约搬起的石头砸到了自己的脚上,至此,手握能源和粮食两张王牌的俄罗斯胜局已定。

此役过后,一向心高气傲的欧盟一定会反思,为什么经济实力让美国都颇为忌惮的欧洲经济共同体,居然被经济上一直捉襟见肘的俄罗斯轻易“制服”?归根结底,还是欧盟无法摆脱对化石能源的依赖,无法实现能源供给自主就不能确保能源安全自主,也就不能确保经济安全自主。

二、生物质化工可作为石油化工的替代

(木质纤维素)生物质化工的概念是由石油化工的概念演化来的。生物质化工与石油化工非常类似,生物质和石油其实是衍生关系,石油是埋于地下的生物质经历漫长的过程转化而来的,在自然状态中,这个转化过程通常需要数百万年。而借助目前的研究成果,这个转化时间可被缩短至几天、甚至几十分钟。目前的问题是这个人工转化过程的成本较高,因此生物质化工的成本一般要高于石油化工的成本。但是,随着研究的深入,成本差距在不断缩小;加上绿色环保的优势,生物质化工必将成为未来发展的趋势,参见《生物质现代 – 可持续生产和利用》,第14章,“生物质化工可做为石油化工的替代”,程洪斌,王蕾,(合著)InTech 2013年出版 (“Biomass Now - Sustainable Growth and Use” / Book chapter (14). InTech)

百年未有之大变局:生物质化工产业将迎来战略发展机遇

生物质领域的科学家已经普遍认识到,从可再生的(木质纤维素)生物质原料生产燃料乙醇产业化技术的发展,将会导致一个新的工业革命:从“不可再生的化石燃料为基础的石油化工时代”变革为“以可再生的生物质能源为基础的可持续发展的生物质化工时代”。

三、生物质化工技术有望突破发展瓶颈(维素科技的探索为例)

绍兴维素科技有限公司是一家致力于生物质绿色化工技术开发的科技型中小企业,擅长生物质废弃物资源化产业化技术的孵化。 核心技术是生物质化工(生物制造),目标是从低附加值生物质原料生产高附加值产品。低附加值生物质原料主要包括各类秸秆、谷物的茎叶、食品加工中产生的残渣和边角料、造纸厂和棉纺织厂的废渣废液、畜牧类废弃物、生活垃圾中的各类生物质等。通过绿色化学工艺能够生产出高附加值的生物燃料和化学品,比如:车用燃油、溶剂、染料、塑料、杀虫剂、纺织品、防冻剂和化妆品等。

百年未有之大变局:生物质化工产业将迎来战略发展机遇

代表性产品:绿色有机杀虫剂和蔬果保鲜剂,这些环境友好的生物制剂是由可完全生物降解的天然植物成分构成,对人体完全无害,能够有效防治各类微生物、病毒和细菌等。2018年进入非盟和欧盟市场,2019年在黑龙江开展寒地绿米项目,2021年初测试海南热带水果。

代表性产品:二代生物乙醇和可降解生物塑料,原料是城市固废中的生物质废弃物,生物乙醇可用于车用燃油,也可以用于消毒酒精等产品,2021年生物乙醇消毒液防疫产品开始小规模量产。一代生物乙醇以粮食为原料,二代生物乙醇以非粮食的木质纤维素为原料。类似的,一代生物乳酸用粮食(淀粉)为原料,二代生物乳酸用非粮食的木质纤维素为原料,技术的关键是用“预处理技术”把木质纤维素降解成葡萄糖,然后就可以生产乳酸了,这个技术路线前段跟二代生物乙醇的工艺是一样的,只是到了葡萄糖后既可以发酵生产乙醇也可以选择发酵生产乳酸。以二代乳酸为原料生产的二代聚乳酸(可降解生物塑料)可替代石油化工生产的普通塑料,同时又不会像生产一代乳酸那样需要消耗大量粮食,因而不会影响到国家的粮食安全

四、纤维素乙醇(二代生物乙醇)产业的重要意义

1. 生活垃圾制乙醇

垃圾围城问题已成为我国可持续发展的重大障碍,全国2/3城市处于垃圾包围之中,同时生活垃圾的数量仍在以每年9%的速度在增长。我国不同地区人均产生垃圾量1.2-1.5公斤/天,按14亿人口计算,目前我国生活垃圾年产约6.1-7.6亿吨/年,生活垃圾中含有各类有机质(占比约50%),可以用来生产生物乙醇(绿色可再生能源),若按收集清运率90%、含水率30-50%、生物质转化率80%计算,保守估计每年可生产生物乙醇3000-5000万吨,年产值可达1.5-2.5万亿元,若计入废塑料等副产品回收,产值还有望大幅增加。

应用举例:发达地区,大型垃圾填埋场的日处理垃圾量可达2000-3000吨,如能把日处理1000吨生活垃圾的填埋场,改造成生物乙醇厂,保守估计可日产50吨生物乙醇,年产1.825万吨生物乙醇,年产值九千万元以上(不计副产品)。

2. 秸秆等农业废弃物资源化利用

我国农林生物质资源丰富,每年可利用总量达22亿余吨。其中,农作物秸秆资源量约11亿余吨,农作物初加工剩余物1亿余吨,林业生物质废弃物资源量10亿余吨。除肥料化、饲料化、基料化等利用方式外,可能源化利用潜力超过5亿吨。理论上,每年能生产1亿吨二代生物乙醇(绿色可再生能源)或1亿吨生物可降解塑料(PLA),目前市场上可降解塑料(PLA)主要以玉米淀粉等粮食为原料,如用秸秆等生物质废弃物为原料,每年可节约1亿吨粮食。

五、技术突破和技术成熟并不是一个概念

纤维素乙醇商业化,意味着生物质化工产业化技术的突破。石油化工技术的突破是以石油从劣质燃料“变身”为汽柴油原料后,身价倍增开始的,之后数十年市场和相关技术日新月异的高速发展开启了人类的石油化工时代。技术突破的一个重要标志是能商业化(或有商业化潜力),而实现大规模产业化往往意味着能实现标准化,标准化是技术发展的必然趋势,也是一项技术走向完全成熟的一个重要标志。

1. 技术起源到实现产业化往往是一个漫长的过程。1)技术的起源,是用自然规律等基本逻辑推导出技术原理(大科学家主导,比如爱因斯坦)—→2)用既有理论或实验证明该“原理”的正确性或可行性(院士、教授、学者等主导)—→3)利用现有的客观实际条件实现该“技术”的商业化(工程师主导,最著名的超级工程师:乔布斯、马斯克。*中国拥有世界最庞大的合格工程师群体,但没有超级工程师)—→4)该技术经过市场自由竞争后,技术不断优化、整合升级(垄断追求高利润)—→5)标准化(领军企业的实战参数为依托)。

2. 真实案例:卡脖子技术之“高端芯片”。1)芯片技术:理论上已经没有什么秘密,基本的物理原理,绝大多数理工科的人,都能搞懂。2)可行性:中国的很多高校和科研机构都知道该用什么材料、大致用什么工艺来制造芯片。只要提供足够的经费都差不多能生产出合格的芯片。3)商业化:目前中国还没有任何一家机构或企业能够真正实现高端芯片的商业化(不然就不会被掐脖子了)。等中国突破了这个技术,那芯片市场才能进入自由竞争时代,最终走向行业完全成熟的标准化。4)深刻教训:技术的发展是有基本科学规律的,最近两年国内顶级高校研究机构都夸下海口要立项突破卡脖子技术,尤其是芯片攻关项目不少都获得了巨额经费支持,相关行业资本大佬也在芯片攻关领域悬赏重金,甚至有人说2021年底就要做出光刻机(无论砸多少钱都行),还不到一年时间,几乎所有人都闭嘴不提芯片技术突破了。5)还是那句话:用钱能解决的问题都不是问题。关键核心技术方面,如果是国家用钱就能解决的,还会存在卡脖子问题吗?

3. 技术本质举例:如何掌握关键核心技术?

1)滑冰技术,大家都明白滑冰技术水平的高低在于平衡的控制能力,无论多么高难的动作,重心都必须在彻底失去平衡前回到两脚之间(或支撑脚上)。教练讲解起来很简单,真的要做到就必须要去冰场上千锤百炼才可能实现,当然良好的场地、合格的冰刀和防护装备都是非常重要的,但更重要的还是选手经过长期努力自己练就的基本功和平衡能力。

2)照相技术,尽管照相机已经实现了标准化,傻瓜相机可以一键实现几乎所有的功能,但专业人士肯定不会用傻瓜相机,一定会用专业相机配专业镜头,利用好各种时机抢拍抓拍,通过艰苦卓绝的努力、甚至冒着生命危险创作出伟大的摄影作品。

3)请小伙伴们头脑风暴一下:技术的核心要素有哪些,如何才能掌握关键核心技术?

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