第二代生物制造技术
生物制造技术关乎技术主导权与产业链安全,决定未来全球绿色低碳发展格局,将是大国博弈的战略重点。
第一代生物制造技术是以玉米淀粉糖等粮食资源为原料,通过生物发酵技术生产单分子、小分子的有机酸、氨基酸、维生素、医药中间体等生物化学品,主要用于食品添加剂、饲料添加剂、医药化工原料等,全球每年的消费量不超过1500万吨,其中:1、有机酸、氨基酸系列产品年消费量约1100万吨(其中味精、赖氨酸、柠檬酸合计年消费量约1000万吨,其他有机酸、氨基酸年消费量约100万吨);2、维生素系列产品年消费量约60万吨(其中维生素C年消费量约25万吨,采用发酵工艺生产);3、原料药(主要包括解热镇痛类、抗生素类、抗病毒类、抗癌类、心脑血管类药物,其中头孢及大环内酯类抗生素采用生物发酵工艺生产),年消费量约300万吨。
上述有机酸、氨基酸、维生素、医药中间体等生物化学品约90%的产能都集中在中国。由于内卷严重,发展空间有限,不值得企业再以生物合成技术的名义进入竞争。

第二代生物制造技术是以非粮生物质(各种作物秸秆、竹子、树枝条、芦竹、巨菌草等)为原料,利用生物酶制剂将秸秆中的纤维素、半纤维素水解成秸秆混合糖,替代玉米淀粉糖用于加工生产有机酸、氨基酸、小分子醇类以及生物材料、生物能源等产品,实现化学品、材料与能源生产的地下、地表循环转向“地表大循环”(由“黑金经济”转向“绿金经济”),减少环境污染,推动碳中和的实现,真正实现绿色低碳发展、可持续发展、生态文明发展。
安徽丰原历经20多年持续创新,在全球范围内率先开发出以秸秆等非粮生物质为原料的第二代生物制造技术——秸秆制糖联产植物源黄腐酸、木质素、木聚糖等高值化利用技术,已于2022年获得安徽省创新成果鉴定,并于2023年、2024年分别获得农业农村部科技发展中心以及生态环境部固废中心创新成果鉴定,定性为国际领先技术。2024年年初,在国家重大创新工程专项支持下,建成4万吨/年秸秆制糖联产黄腐酸、木质素、低聚糖等产品生产线,以及5000吨生物酶制剂、万吨级秸秆基聚乳酸等生产线,并于2025年4月通过主管部门组织的专家现场验收,标志着我国以秸秆等非粮生物质为原料的第二代生物制造技术已经成熟。
通过上述生产线运行显示,利用3吨秸秆可生产1吨秸秆混合糖,联产2吨植物源黄腐酸、木质素、有机菌肥、低聚糖等高附加值产品,秸秆收购价按500元/吨,通过联产的副产品销售冲抵制糖成本后,秸秆混合糖的生产成本较玉米葡萄糖生产成本具有非常大的竞争优势。秸秆混合糖可完全替代玉米淀粉糖作为我国发展生物制造产业的主要原料。
1、利用秸秆混合糖生产聚乳酸、生物基聚氨酯、生物基聚碳酸酯、生物基聚酰胺尼龙等生物基高分子材料,解决可持续发展及环境污染问题。
利用上述秸秆混合糖为原料生产聚乳酸,其生产成本比目前玉米为原料生产聚乳酸成本低约4000-5000元/吨。如果考虑聚乳酸制品回收利用,以及聚乳酸生物塑料较传统石油基塑料减排二氧化碳4-5吨所获得的碳排放收益,聚乳酸的生产成本将与60美元/桶的石油所对应的化工材料生产成本相当,将为经济社会全面绿色转型以及推进生物制造全面绿色替代创造条件。
2、利用秸秆混合糖为原料,生产生物能源,解决能源安全问题。
利用上述秸秆混合糖为原料生产酒精,生产成本比玉米、木薯等粮食原料生产酒精成本低1500-2000元/吨;比新型煤化工酒精成本以及秸秆气化制甲醇、电解水制氢制甲醇更具优势(甲醇热值为4650大卡,酒精热值为7000大卡,1.5吨甲醇燃烧的热值与1吨酒精燃烧的热值相当)。
生物酒精可以在不改变汽、柴油站及车辆发动机结构的情况下,供应汽车、卡车、货车、轮船、拖拉机使用,也可进一步加工生产生物柴油、生物航煤,为飞机、货轮等提供绿色燃料,有效减缓汽、柴油生产所需的原油进口,保障国家能源安全,而且是永久绿色、可持续环保低碳能源。
3、利用秸秆制糖联产黄腐酸技术,实现有机生态农业种植,从根本上保障我国粮食安全与食品安全。
我国连年使用农药、除草剂,虽然保证了农业种植的产量,但化学农药残留和除草剂残留超标,农产品的质量和食品安全无法得到保证。通过秸秆离田加工,将大量附着于秸秆表面或内部孔隙的虫卵、病菌带走,再通过工业加工过程中破碎、高温蒸煮等过程直接灭活,实现田间地头虫卵、病菌的物理自然分离,可大幅减少化学农药的使用。秸秆制糖联产的植物源黄腐酸富含苯环类黄腐酸、低聚寡糖等活性物质,使用后具有很好的减化肥效果,可促使土壤微生物大量增殖,通过小分子模块化堆积,加快植物根茎生长,同时可使生物体内抗氧化防御系统的三大核心酶(SOD、CAT、POD)提升50%-80%,作物叶绿素增长15%-80%,光合作用的效果增强,农产品产量、质量大幅提升(中国农科院环发所、区划所三年一百多次的种植试验结果验证)。秸秆离田加工生产的聚乳酸环保降解地膜,可在作为合拢前有效地阻隔阳光,抑制杂草生长,作物合拢后能自然降解,不污染环境,连年使用可以逐步消灭除草剂。
植物源黄腐酸和聚乳酸环保地膜同时使用于玉米、水稻、辣椒、土豆、瓜果蔬菜等,除了收获有机农产品外,还会增产15-20%,真正实现了减肥、减药、增产、增质、增收的目标,从根本上保障我国的粮食安全和食品安全,真正做到了“让人民吃得饱、吃得好、吃得放心”。

我国拥有约20亿亩可耕地和20亿亩边际性土地,每年产生秸秆约8-9亿吨、农林废弃物约10-11亿吨。若再改良利用5-6亿亩边际性土地种植巨菌草、芦竹等高产抗逆植物,可新增约15亿吨非粮生物质,使我国每年的非粮生物质总量达到约35亿吨。利用第二代生物制造技术,每年转化其中的25亿吨非粮生物质,不仅可生产超过2亿吨的聚乳酸、生物基聚氨酯、生物基聚碳酸酯等生物材料,以及超过2亿吨的生物乙醇、生物航煤等生物能源,还可联产2亿吨木质素、2亿吨膳食纤维、低聚糖类以及10-12亿吨植物源黄腐酸、有机菌肥等产品。
通过推广应用第二代生物制造技术,可将秸秆等农林废弃物转化为地上的“绿色石油”,实现“绿金经济”替代“黑金经济”的地表大循环,真正摆脱对化石资源的依赖,找回农业的另一半,变废为宝,点草成金,实现绿色低碳发展、高质量发展。
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