秸稈，看起來很土，卻是生物基材料的傳統(tǒng)原料。當我們對生物材料的概念還停留在編織產(chǎn)品、紙漿加工的記憶里時，河南作為農(nóng)業(yè)秸稈產(chǎn)生大省，有這樣一組數(shù)字是否讓你感到驚嘆：我國每年秸稈產(chǎn)生總量9億噸，河南省秸稈總量為8600萬噸。每年國產(chǎn)秸稈總量的30%用于生物基材料制造，全國可利用秸稈便達到2.7億噸，其中河南省可達2600萬噸。由此全國可減少糧食工業(yè)消耗9500萬噸。生物基材料制造產(chǎn)業(yè)每年可減少二氧化碳排放量約2.9億噸，減少化石燃料使用量約(折標煤)1.08億噸。

到底是什么樣的技術(shù)，會產(chǎn)生如此驚人的數(shù)字，生物基材料和我們的生活有哪些關(guān)聯(lián)?近日，記者走進位于濮陽市的河南省生物基材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，探尋河南生物基材料產(chǎn)業(yè)，從重污染遭關(guān)停的“滅頂之災(zāi)”中尋求技術(shù)突破，匯聚行業(yè)內(nèi)一流創(chuàng)新資源和創(chuàng)新人才走向創(chuàng)新高地。

濮陽生物基材料產(chǎn)業(yè)獲重點扶持

8月8日，河南省發(fā)展和改革委員會印發(fā)《河南省促進生物經(jīng)濟發(fā)展實施方案》(以下簡稱《方案》)?！斗桨浮诽岬剑幽蠈⒅?gòu)建“一核、五基地”為主體的生物經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)布局，濮陽被列為“五基地”之一?！斗桨浮分忻鞔_指出，“支持濮陽依托生物基材料國家級示范集群，完善可降解材料產(chǎn)業(yè)布局，建設(shè)全國一流的生物基材料產(chǎn)業(yè)基地”。9月1日，河南省發(fā)改委公布的首批省級產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心中，河南省生物基材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心(以下簡稱中心)位列其中。

中心由宏業(yè)生物科技股份有限公司作為牽頭組建單位，聯(lián)合鄭州大學(xué)、河南省科學(xué)院、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、鄭州輕工業(yè)大學(xué)、河南省生物基材料產(chǎn)業(yè)研究院、河南龍都天仁生物、河南星漢生物、河南省曦江生物、河南青源天仁生物、濮陽市義達塑料化工、濮陽華樂、濮陽市東寶科技、濮陽玉潤新材料、濮陽宏業(yè)生物質(zhì)能源等單位共同組建。

濮陽市發(fā)展和改革委員會副主任鮑慧華在接受大河報·豫視頻記者采訪時說，在濮陽，像宏業(yè)生物科技股份有限公司這樣的生物基材料企業(yè)，走的是綠色轉(zhuǎn)型高質(zhì)量發(fā)展之路。早在2014年，南樂縣生物基材料產(chǎn)業(yè)集群被國家發(fā)改委、財政部批復(fù)為全國兩家之一、全省唯一重點扶持的示范性產(chǎn)業(yè)集群，列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金計劃。

鮑慧華說，截至2021年底，濮陽市共有生物基材料企業(yè)19家、項目23個，產(chǎn)能58萬噸，總產(chǎn)值12億元，利稅1.5億元。已形成從玉米秸稈提純到關(guān)鍵單體物質(zhì)，從生物基材料再到可降解購物袋、一次性餐盒、生物基服裝等生物基終端制品的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

二十余年礪劍，靠技術(shù)創(chuàng)新破局求生

54歲的陳志勇是宏業(yè)控股集團創(chuàng)始人，化工專業(yè)的他21歲大學(xué)畢業(yè)，從那年起33年來一直致力于生物基材料的研發(fā)創(chuàng)新。在宏業(yè)控股集團有限公司的展廳里，他端起一筐秸稈樣品告訴記者：“1996年，因為當時技術(shù)的落后，生物基材料只是單方面的利用，尤其是造紙的污水處理技術(shù)達不到環(huán)保要求，全國范圍內(nèi)集中關(guān)停了大批的小造紙廠。這對秸稈深加工企業(yè)來說，無疑是滅頂之災(zāi)。”

1998年開始，以低碳和生物質(zhì)的高效利用為出發(fā)點，陳志勇開始投身于數(shù)不清的技術(shù)研發(fā)迭代。他告訴記者：“我們尤其注重和科研院校的合作，比如東華大學(xué)、華南理工大學(xué)、陜西科技大學(xué)等，合作已有十幾年。僅上海交大我們就合作了10年，這10年陸續(xù)投入了2000多萬研發(fā)資金。當時這些實驗沉淀都是科技研發(fā)的投入，不是說馬上就能見效，也有很多資金投進去了沒有收益，是失敗的，打了水漂。我是技術(shù)出身，我堅信選擇技術(shù)這個方向?qū)で笃凭滞粐粫绣e，從實驗室到真正的工業(yè)化生產(chǎn)，能夠產(chǎn)生社會效益，這個不是說一天兩天就能解決，需要很多時間和工業(yè)生產(chǎn)的驗證。”

宏業(yè)生物科技股份有限公司歷經(jīng)24年的技術(shù)迭代后，建有年產(chǎn)15萬噸呋喃甲醇、5萬噸呋喃甲醛、5000噸2-甲基呋喃生產(chǎn)裝置及2×15MW生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)“三素”綠色分離技術(shù)，解決了行業(yè)“卡脖子”難題，開發(fā)的生物基纖維素轉(zhuǎn)化糖深度利用技術(shù)，中試打通了生物基呋喃、生物基四氫呋喃、生物基甲醇和生物基乙二醇產(chǎn)業(yè)化通道，形成了生物基化學(xué)品綠色制備產(chǎn)業(yè)鏈。

無獨有偶，河南省生物基材料產(chǎn)業(yè)研究院是河南省生物基材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心組建單位之一，也是基于和高等科研院校緊密合作而成立。成立于2008年的研究院，是一個技術(shù)創(chuàng)新體，圍繞農(nóng)業(yè)剩余物資源綜合利用，開展生物質(zhì)組分離、生物基化學(xué)品及生物基材料的綠色高效制備，關(guān)鍵共性技術(shù)的基礎(chǔ)研究、創(chuàng)新研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究。重點圍繞生物基PET、PTT、PEF、生物基氨綸、PA、PA56、PBS/PBAT、PLA、生物基聚酯、生物基纖維、呋喃樹脂、電子化學(xué)品、綠色溶劑產(chǎn)業(yè)鏈上下游開展產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新研究，以實現(xiàn)低成本、低能耗、低污染的生物基材料綠色制造技術(shù)推廣和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

截至目前，產(chǎn)研院共開發(fā)新技術(shù)“農(nóng)業(yè)剩余物綜合利用新工藝”、纖維素水解生產(chǎn)乙酰丙酸、2-甲基四氫呋喃固體催化劑液相催化技術(shù)、自動連續(xù)化生產(chǎn)糠醇的方法和制備等18項，授權(quán)發(fā)明專利186件，SCI論文28篇，EI論文33篇，中文核心19篇。先后承擔完成國家“863”計劃1項、國家重點新產(chǎn)品計劃2項、國家發(fā)改委示范化高技術(shù)專項1項、工信部綠色制造系統(tǒng)集成項目1項，獲河南省科技進步獎一等獎1項。

市場需求“倒逼”產(chǎn)業(yè)鏈抱團共建

當市場規(guī)模近8000億美元生物基產(chǎn)業(yè)成為了新藍海，賽道中各個國家競相投入資金加大研發(fā)。據(jù)經(jīng)合組織(OECD)預(yù)計，全球有超過4萬億美元的產(chǎn)品由化工過程而來，在未來的10年，至少有20%的石化產(chǎn)品、約8000億美元的石化產(chǎn)品可由生物基產(chǎn)品替代，目前替代率不到5%，缺口近6000億美元。

陳志勇告訴記者，在2000年左右，全國氨綸市場需求才10萬噸左右，到了今年，市場需求量在100萬噸左右，而且每年還有30%的速度在增長，但這些增長數(shù)字，都是來自于石化產(chǎn)品。目前市場對生物基來源的氨綸需求非常緊迫，低碳環(huán)保又能降低成本的生物基原料，在市場上供不應(yīng)求。“這幾年的快速增長，也是人們對消費水準的提升，像國內(nèi)比較受歡迎的天絲、萊賽爾、莫代爾等高檔面料，都是源自于生物基材料，僅僅是中國市場就有500萬噸需求量。這些布料主要的原料是纖維素，然而目前85%都是從北歐和南美進口原材料。”

記者觀察到，巨大的市場缺口，嚴重依賴進口的現(xiàn)狀，讓企業(yè)自發(fā)成立的技術(shù)研究院已無法應(yīng)對解決。

記者注意到，中心的15家共建單位當中，不同的單位，在產(chǎn)業(yè)鏈條中承載著不同的任務(wù)，它更像一個分工明確的強強聯(lián)合。整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要不同專業(yè)的科研方向，多家共建高校針對纖維素、半纖維素、納米纖維素等研究方向各有特長。產(chǎn)業(yè)中心整合了省內(nèi)做生物基材料的上下游產(chǎn)業(yè)，合力后的創(chuàng)新力、實用性將更為突出。

創(chuàng)新中心的成立，為河南的生物基材料企業(yè)搭建了“抱團”共進的平臺。中心以生物基材料行業(yè)重大、關(guān)鍵、共性、前沿技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用為核心任務(wù)，擔負攻克制約行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)的使命，為河南省生物基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級提供持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新供給，在推動高質(zhì)量發(fā)展過程中發(fā)揮戰(zhàn)略引領(lǐng)作用。

數(shù)據(jù)共享、信息共享，工程共享，甚至研發(fā)設(shè)備也在共享，上下游從研發(fā)直面對接市場需求，讓科研人員少走了成果轉(zhuǎn)化的彎路，市場也能以最快的速度上新，滿足市場需求。陳志勇有些激動地說：“這個產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心是一個法人主體，就是說這15家單位是一家，市場需求在一起溝通，選擇共同的研發(fā)方向。因為上下游企業(yè)各自分工不同，我們能夠及時了解應(yīng)用需求。比如做乳酸，現(xiàn)在都是用玉米淀粉做了，我們給下游企業(yè)提供什么樣的纖維素能變成葡萄糖?怎樣直接用秸稈制作乳酸?乳酸的下游就是生產(chǎn)聚乳酸，我們研發(fā)出什么樣的生物基原料可以制作乳酸?這樣，上下游企業(yè)協(xié)同面對市場，不僅利于整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，對整個生物基材料產(chǎn)業(yè)的復(fù)制，也是一個好的對接平臺。”

攻關(guān)生物基材料領(lǐng)域“卡脖子”技術(shù)

秸稈的最大化綜合利用是什么?技術(shù)人員提煉出高純度α纖維素，代替木漿里面的纖維素，提煉出的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素，替代煤和石油的提煉物，當秸稈最終變成了沒有任何利用價值的秸稈渣后，被輸送到發(fā)電廠進行發(fā)電，從而完成了生物材料利用價值最大化。

然而說起來簡單的綜合利用，依然有著“卡脖子”的技術(shù)難題，如何降低成本提高純度，如何才能把生物質(zhì)變成更高效的物質(zhì)，從而替代不可再生資源?

首先的難關(guān)就是纖維素的提純。陳志勇告訴記者，目前世界上用的高檔面料纖維是使用木漿制造，而河南是利用秸稈，用草漿直接做，不過純度還需進一步提高。高純度這個技術(shù)就很難，現(xiàn)在實驗室已經(jīng)在進行高純度小試和中試，已在逐步提高純度。

我們當前的工業(yè)生產(chǎn)中，依然在大量使用煤制合成氣。如何用生物質(zhì)、木質(zhì)素替代煤制成合成氣，制成乙二醇或生物基滌綸，這都是“卡脖子”的難題。比如木質(zhì)素的利用，在宏業(yè)控股集團，已經(jīng)能替代50%的苯酚做聚氨酯，但是還不能達到100%的替代，陳志勇告訴記者，如果用木質(zhì)素100%代替苯酚，這就是天然的苯酚。當前聚氨酯都是從煤和石油里提煉出來，能把這樣一個大宗的化學(xué)品完全替代，其意義可想而知。

市場需求的信息共享，技術(shù)的互相支持，15家單位共建群聊也就具有了市場前瞻性，科研院所在中間的技術(shù)嫁接，從根源上激發(fā)著全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。市場供給原來是“我有什么產(chǎn)品，你要什么產(chǎn)品，你能不能用?”，現(xiàn)在是“你要什么產(chǎn)品，我造什么產(chǎn)品，我怎樣讓你用得最好”。

記者了解到，創(chuàng)新中心規(guī)劃三到五年內(nèi)，首要解決產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)的共性問題，比如說纖維素、半纖維素和木質(zhì)素類精細化加工，做到高純度加工，能夠把纖維素、半纖維素和木質(zhì)素這三種元素低耗、高效、高純度分離。

人才輸血是攻克科研高地的有力支撐

產(chǎn)學(xué)研用的結(jié)合，由原來單一產(chǎn)品的結(jié)合，變成了產(chǎn)品深加工上下游的結(jié)合，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺的高站位，更渴求專業(yè)和高層次人才。9月1日實施的《河南省科學(xué)院發(fā)展促進條例》，不僅給省科學(xué)院注入了新的活力，也讓求賢若渴的科技型企業(yè)對發(fā)展藍圖充滿了信心和期望。

記者了解到，河南省生物基產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心與河南省科學(xué)院共建產(chǎn)業(yè)研究院和中試基地，科研院所和高等院校在人才輸血供血上提供了強有力的支撐。

中心研發(fā)人員由牽頭單位宏業(yè)生物科技股份有限公司和鄭州大學(xué)、河南省科學(xué)院、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、鄭州輕工業(yè)大學(xué)、河南龍都天仁生物材料有限公司、河南星漢生物科技有限公司等15家單位研發(fā)人員組成。研發(fā)人員研究方向涵蓋生物基材料產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)的各個階段，中心研發(fā)人員在技術(shù)創(chuàng)新研究方面起示范作用，在中心共建單位與中心的聯(lián)絡(luò)交流中起骨干作用。

中心首次就向河南省科學(xué)院申請了18個博士，每一位博士都要進到合作單位的一線工廠或者中試基地，了解生產(chǎn)的實際需求，把理論研究融入真正的工業(yè)化轉(zhuǎn)化、工程轉(zhuǎn)化中，讓實驗應(yīng)用于現(xiàn)場生產(chǎn)。

陳志勇說：“科學(xué)院不僅僅是人才的輸出方，他們這次還將建一個投資平臺，入股產(chǎn)業(yè)研究院，下一步我們合作的方向就是以撥代補，以撥代投，將來整體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，雙方共同選擇研究課題，雙方共同出經(jīng)費，研發(fā)成果成熟以后，轉(zhuǎn)讓所得到的資金進一步投資到產(chǎn)業(yè)研究院中。所以這樣是有利于從實驗室到小試、中試、成果轉(zhuǎn)化一條龍。”

替代糧食和化石燃料的未來不是夢

經(jīng)合組織(OECD)報告曾預(yù)測，至2030年，OECD國家將形成基于可再生資源的生物經(jīng)濟形態(tài)，生物制造的經(jīng)濟和環(huán)境效益將超過生物農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)藥，在生物經(jīng)濟中的貢獻率達到39%。預(yù)計未來十年，石油化工、煤化工產(chǎn)品的35%可被生物制造產(chǎn)品替代，成為可再生產(chǎn)品，對能源、材料、化工等領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛影響。

在宏業(yè)控股集團的企業(yè)展廳，記者看到了生物基材料從秸稈到布料、生活用品、能源材料的轉(zhuǎn)換展示。陳志勇向記者介紹，材料的發(fā)展，就是材料的創(chuàng)新，也是品種和功能性的創(chuàng)新。未來升級的生物基材料，就是綜合利用它的高分子結(jié)構(gòu)，優(yōu)于單一類化學(xué)品，從而逐步替代煤基和石油基。

記者了解到，河南省生物基材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心將同時引入社會資本，形成“政產(chǎn)學(xué)研資”深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系。建設(shè)期內(nèi)計劃投資5000萬元，擴建中心實驗室面積達到4000平方米，建設(shè)生物基材料合成、綠色催化等5個研究室，建成生物基材料制備中試試驗線10條，使中心具備生物基材料開發(fā)、中試及成果轉(zhuǎn)化等公共服務(wù)能力。

鮑慧華說，為加快推動生物基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，濮陽市制定了《濮陽市生物降解材料產(chǎn)業(yè)培育提升方案》，提出了“332432”產(chǎn)業(yè)發(fā)展工作思路，即：制定三個政策、建設(shè)三大園區(qū)、聚焦兩個鏈條、緊盯四個圖譜、落實三項推進機制、實現(xiàn)兩大目標。未來堅持以高質(zhì)量發(fā)展為根本，以提升產(chǎn)業(yè)綜合競爭力為核心，以轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展為驅(qū)動，力爭突破生物基材料“卡脖子”核心技術(shù)，打通多條“生物基原料—關(guān)鍵單體—生物基材料”產(chǎn)業(yè)鏈，培育百億級龍頭企業(yè)，不斷擴鏈延鏈增鏈，建成全國一流的生物基材料產(chǎn)業(yè)基地。