Kāpēc uz bioloģiski ražotām ķimikālijām tiek pievērsta uzmanība?

Pēdējā laikā daudzi nozares kolēģi ir apsprieduši bioloģiski ražotas ķīmiskas vielas, uzskatot tās par nozīmīgu ķīmiskās rūpniecības nākotnes virzienu. Kāpēc bioloģiskās ķimikālijas pievērš uzmanību? Kādi ir galvenie bioķīmisko vielu turpmākie pielietojumi?

Saskaņā ar “Bio bāzes materiālu terminoloģiju, definīcijām un identifikāciju GB/T 39514-2020” bioloģiskās ķimikālijas attiecas uz ķīmiskām vielām, kas ražotas, izmantojot biomasu kā izejvielu vai bioloģiski ražojot. Tie ietver biospirtus, organiskās skābes, alkānus un alkēnus, kas iegūti no biomasas vai biosintēzes, bioapstrādes un biorafinēšanas ceļā, kā arī cukura inženierijas produktus. Tie ietver arī bioloģiskas izcelsmes polimērus, plastmasu uz bioloģiskas bāzes, ķīmiskās šķiedras uz bioloģiskām vielām, bioloģisku gumiju, bioloģisku pārklājumu, bioloģisku materiālu piedevas, bioloģiskas izcelsmes kompozītmateriālus un produktus, kas izgatavoti no dažādiem bioloģiskiem materiāliem.

Bioķīmiskās vielas būtībā ir ķīmiskas vielas, kas iegūtas bioloģiskās fermentācijas procesos. Tās var būt komerciālas ķīmiskas vielas, piemēram, bioetanols, biodīzeļdegviela un bioūdeņradis, vai īpašas ķīmiskas vielas, ko izmanto tādās jomās kā smaržvielas un ikdienas kopšanas līdzekļi, piemēram, bioloģiskās smaržvielas, bioaminoskābes un biovitamīni. Tie var kalpot arī par būtiskām izejvielām pamata ķīmiskajā ražošanā, piemēram, bioetanols etilēnam un bio-ACVN PTT šķiedrām, un biopolimēru produkti, kas ir būtiski ķīmiskās rūpniecības pamatprodukti.

Bioķīmiskās vielas atšķiras no tradicionālajiem ķīmiskās ražošanas procesiem, jo ​​tās tiek ražotas, kā izejvielas izmantojot parastos biomateriālus. Viņiem ir noteiktas konkurences priekšrocības oglekļa ciklā, tīras enerģijas izmantošanā un tirgus konkurencē. Progress bioķīmisko vielu ražošanas tehnoloģijā, jo īpaši plaši izplatītais pielietojums pēc dažu patentu termiņa beigām, un tuvojas oglekļa maksimums, ir ievērojami palielinājuši nozares uzmanību uz bioloģiskām ķīmiskām vielām.

Pamatojoties uz valsts standartiem, bioloģiskās ķimikālijas var iedalīt kategorijās pēc materiālu īpašībām un pielietojuma scenārijiem uz bioloģiskām ķimikālijām, bioloģiskiem polimēriem, bioloģisku materiālu piedevām, bioloģiskām ķīmiskām šķiedrām, bioloģiskas izcelsmes kompozītmateriāliem, bioloģiski ražotu gumiju. , bioloģiski ražoti pārklājumi un citas bioloģiskas ķīmiskas vielas. Sekundārās klasifikācijas var vēl vairāk atšķirt vairākus veidus.

Tā kā ir daudz ķīmisko produktu uz bio bāzes, pamata ķīmiskās vielas var ražot un ražot kā bioloģiskas bāzes, un klasifikācijas līmenī nav skaidras klasifikācijas koncepcijas. Tāpēc daudzām nozarēm ir savi klasifikācijas standarti. Tomēr neatkarīgi no klasifikācijas bioloģiskās ķimikālijas var sasniegt tādas pašas funkcijas un īpašības kā tradicionālās ķīmiskās vielas, pat dažās jomās tām piemīt izcilas īpašības.

Saskaņā ar rūpniecisko ķēdi bioloģiskās ķimikālijas var iedalīt šādos procesos: biomasa (izejviela) - starpprodukts (pārejas produkts) - bioķīmiskās vielas (galvenais produkts) - produkti (gala pielietojums). Visbiežāk izmantotās biomasas izejvielas ir ciete, celuloze, lignīns, augi un olbaltumvielas. Saskaņā ar nepilnīgo statistiku vairāk nekā 40 veidu bioloģiskās ķīmiskās vielas Ķīnā ir saražotas rūpnieciski, un daži produkti sasniedz masveida ražošanu, kas pārsniedz 100,{8}} tonnas.

Pašlaik Ķīnas tirgū esošās bioloģiskās ķimikālijas ir sasniegušas sākotnējo mērogu, produktu daudzveidībai nepārtraukti pieaugot un ražošanas apjomam paplašinās.

Bioķīmiskās vielas piesaista uzmanību vairāku iemeslu dēļ: izejvielu ilgtspējība un atjaunojamība, saskaņošana ar pašreizējo vides politiku, straujš tirgus patēriņa pieaugums, plašs pielietojums un nozīmīgas sociālās sekas.

Pirmkārt, bioloģiskās ķimikālijas tiek ražotas no zaļajiem atjaunojamajiem resursiem, izmantojot bioloģiskās konversijas metodes. Materiāli, piemēram, lapas, salmi, graudi, dārzeņi un citi augi un dzīvnieki, var kalpot par bioloģisko ķīmisko vielu pamata izejvielām. Ņemot vērā globālo naftas ķīmijas resursu izsīkšanu, šo izejvielu ilgtspējība un atjaunojamība dod bioloģiski ražotām ķīmiskām vielām ievērojamas priekšrocības. Daudzas resursiem nabadzīgas pilsētas aktīvi izstrādā uz bioloģiskām vielām balstītas ķīmiskas vielas, lai izvairītos no pilsētu resursu trūkumiem un panāktu reģionālo resursu pārstrādi. Tomēr pašreizējā galvenā problēma ar bioloģiskām ķimikālijām ir augstās izmaksas, jo īpaši oglekļa avotu izmaksas, un pastāv konkurence par pārtikas resursiem. Šīs problēmas ir jārisina, izmantojot izejvielu vai tehnoloģiju sasniegumus.

Otrkārt, bioloģiskās ķimikālijas ir videi draudzīgas salīdzinājumā ar tradicionālajām ķīmiskajām vielām, kas galvenokārt ir atkarīgas no neatjaunojamiem fosilajiem resursiem, piemēram, naftas, oglēm un dabasgāzes. Bioloģiskie ķīmiskās ražošanas procesi ir videi draudzīgāki, rada mazāk piesārņojuma un rada blakusproduktus, ko var izmantot kā barību, gandrīz bez trīs atkritumiem. Tas atbilst arvien stingrākiem vides aizsardzības likumiem un noteikumiem, atbilst divkāršās oglekļa politikas prasībām un atspoguļo ilgtspējīgu sociālo attīstību.

Treškārt, strauji aug jaunu biomateriālu ražošanas apjoms un patēriņa tirgus piedāvājums. Saskaņā ar attiecīgiem datiem līdz 2023. gada beigām Ķīnas jauno bioloģisko materiālu ražošana bija pārsniegusi 1,9 miljonus tonnu, dažu pēdējo gadu laikā pieaugot par aptuveni 9% gadā. Sākot ar 2021. gadu, Ķīnā paātrinājās jaunu biomateriālu ražošana, vidējam gada pieauguma tempam pārsniedzot 13%. Sagaidāms, ka līdz ar tehnoloģisko progresu un sasniegumiem jauno bioloģisko materiālu ražošanas apjoms Ķīnā turpinās strauji pieaugt, savukārt citu fosilās izcelsmes produktu kopējais pieauguma temps samazinās.

Kas attiecas uz pieprasījuma pieaugumu pēc bioloģiskām ķīmiskām vielām, patēriņš pēdējo deviņu gadu laikā ir nepārtraukti pieaudzis, Ķīnas bioloģisko ķīmisko vielu patēriņam līdz 2023. gadam pārsniedzot 1,9 miljonus tonnu, pieaugot vidēji par 12 % gadā. Ķīmiskās bioloģiskās ķimikālijas Ķīnā tiek izmantotas divos veidos: īpaši pielietojumi uz bioloģiskām ķimikālijām, piemēram, farmācijas un noārdāmu patērētāju tirgos, un kā tradicionālo ķīmisko produktu aizstājēji, kur izmaksu prasības nav augstas. Liela mēroga bioķimikāliju izrāviens ir lielākais ieguvums bioķīmisko vielu tirgū.

Runājot par bioķīmisko vielu izlaides vērtību, Ķīnas produkcijas vērtība līdz 2023. gadam sasniedza aptuveni 26 miljardus juaņu, kas pēdējo deviņu gadu laikā pieauga vidēji par 11% gadā, ieskaitot eksporta vērtību. Ķīmiskajām bioloģiskajām ķimikālijām Ķīnā ir īpaši pielietojuma tirgi, un tirgus cenas uzrāda samērā stabilu augšupejošu tendenci. Tomēr patērētāju tirgi Eiropā un Ziemeļamerikā ir lielāki, tāpēc eksports ir svarīgs Ķīnas bioķīmisko vielu pārdošanas virziens.

Bioķīmisko vielu vidējā vienības vērtība Ķīnā pēdējo deviņu gadu laikā ir pakāpeniski pieaugusi, līdz 2023. gadam sasniedzot 13,000 juaņas par tonnu, bet augstākajai vērtībai pārsniedzot 14,000 juaņas par tonnu. pieaug lēni, aptuveni 2% gadā. Salīdzinājumā ar citām ķīmiskajām vielām daudzu produktu cenas ir pakāpeniski samazinājušās pieaugošā piedāvājuma, saasinātās konkurences un noturīgās inflācijas dēļ, bet bioloģisko ķīmisko vielu tirgus cenas turpināja pieaugt, piesaistot uzņēmumus. Tomēr jāņem vērā arī augsto cenu "oreols", jo augstās cenas var kļūt par neizdevīgu stāvokli, ja nākotnē pilnībā konkurēs ar naftas ķīmijas ķimikālijām.

Visbeidzot, bioķīmiskām vielām ir plašs pielietojums un ievērojama sociālā ietekme. Tiem ir daudz priekšrocību, piemēram, dažādi veidi, sarežģītas struktūras, progresīva sagatavošanas tehnoloģija, unikāla veiktspēja, zemas sagatavošanas izmaksas un īss ražošanas cikls. Tie ir būtiski medicīnā, lauksaimniecībā, pārtikā, vides aizsardzībā, enerģētikā un citās jomās. Piemēram, medicīnā bioloģiskās ķimikālijas ir sasniegušas ievērojamus rezultātus antibiotiku un pretvīrusu zāļu jomā. Vides aizsardzībā tiek pētīti un izstrādāti jauni pārstrādājami bioloģiski materiāli, piemēram, termoreaktīvi epoksīdsveķi, kas, iespējams, būtiski ietekmē vides materiālu jomu.

Bioķīmisko vielu izstrāde un pielietošana palīdz atrisināt naftas ķīmijas resursu trūkuma problēmu, veicina bioloģiskās rūpniecības attīstību un atvieglo ekonomikas struktūras pārveidi un modernizāciju. To videi draudzīgums palīdz arī uzlabot vides kvalitāti un dzīves līmeni.

Šie faktori kopā veicina strauju uzmanības palielināšanos bioķīmiskām vielām.

Valsts jau agri ir ieviesusi daudzas politikas, lai veicinātu bioķīmisko vielu izstrādi.

2021. gada oktobrī Valsts padome izdeva "Rīcības plānu oglekļa emisiju maksimumam līdz 2030. gadam", kura galvenie mērķi bija ievērojams progress rūpniecības un enerģētikas struktūru optimizēšanā "14. piecu gadu plāna" periodā, jauns progress videi draudzīgā un zemā oglekļa tehnoloģiju izpēte un pielietošana, kā arī plaši izplatīta zaļās ražošanas un dzīvesveida ieviešana. Tiks turpināta uzlabot politikas sistēmu, kas veicina videi draudzīgu, zemu oglekļa emisiju un apļveida attīstību. Līdz 2025. gadam nefosilās enerģijas patēriņa īpatsvars sasniegs aptuveni 20%. Šī politika nosaka bioloģiskās attīstības mērogu, laika grafiku un tendences, piedāvājot skaidrus attīstības mērķus biorūpniecībai.

2021. gada decembrī Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija izdeva “14. piecgades plānu izejvielu rūpniecības attīstībai”, izceļot visas rūpnieciskās ķēdes sagatavošanas tehnoloģijas bioloģiskiem materiāliem kā galveno tehnoloģisko virzienu. inovācijas, īstenojot galvenās vājās vietas materiālu izrāvienu darbības un atbalstot materiālu ražošanas un pielietošanas uzņēmumus, lai tie kopīgi veiktu pētījumus par bioloģiskiem materiāliem un biomedicīnas materiāliem. Šī politika precizē galvenos jauno bioloģisko materiālu izmantošanas scenārijus un nosaka bioloģisko ķīmisko vielu lietošanu Ķīnā.

2023. gada janvārī Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija cita starpā nāca klajā ar "Trīs gadu rīcības plānu negraudu biomateriālu inovācijas un attīstības paātrināšanai", kurā noteikts, ka līdz 2025. gadam negraudu bio- materiālu rūpniecība veidos inovāciju un attīstības ekosistēmu ar spēcīgām neatkarīgām inovācijas spējām, pastāvīgi bagātinātu produktu sistēmu un zaļu, cirkulāru, zemu oglekļa emisiju sistēmu. Negraudu biomasas izejvielu izmantošanas un pielietošanas tehnoloģija būtībā būs nobriedusi, un daži bioprodukti, kas nav ražoti no graudu bāzes, būs konkurētspējīgi ar produktiem, kuru pamatā ir fosilie produkti, sākotnēji izveidojot augstas kvalitātes, ilgtspējīgu piegādes un patēriņa sistēmu. Šī politika precizē bioloģisko ķīmisko vielu, kas nav uz graudiem, lietošanas virzienu un mērķus, kā arī precizē lietošanas scenārijus.

Pašlaik globāliem bioloģiskiem gigantiem, piemēram, Genomatica, Cathay Biotech, Mitsubishi Chemical un DuPont, ir patenti dažām bioloģiskām ķīmiskām vielām, kuru derīguma termiņš drīz beigsies vai jau ir beidzies. Daudzi ārvalstu eksperti un zinātnieki atgriežas Ķīnā, lai attīstītu. Tas nodrošina bagātīgus resursus un tehnoloģijas Ķīnas bioķīmisko vielu izstrādei. Ar Ķīnas politikas atbalstu un iedrošinājumu tiek sagaidīts, ka Ķīnas bioloģisko ķīmisko vielu rūpniecība to darīs.