碳中和打开生物制造成长空间,谭天伟院士:大规模生物制造产业即将到来
2021-11-22
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2021年11月15日,中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟院士在《中国科学报》 (第3版 能源化工)发表文章《大规模生物制造产业即将到来》,强调:

  • 生物制造是以工业生物技术为核心手段,通过改造现有制造过程或利用生物质、二氧化碳等可再生原料生产能源、材料与化学品,实现原料、过程及产品绿色化的新模式。
  • 作为生物技术产业的重要组成部分,生物制造是生物基产品实现产业化的基础平台,也是合成生物学等基础科学创新在具体过程中的应用。
  • 我国是****制造大国,生物制造将从原料源头上降低碳排放,是传统产业转型升级的“绿色动力”,也是“绿色发展”的重要突破口。
  • 随着现代生物制造产业的加速形成与扩展,一个大规模的生物制造产业即将到来。


生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体。而生物质化工则是利用秸秆、柴草、玉米芯等农林废弃物、海洋生物质、生活垃圾等所生产出环境友好型的化工产品。生物质化工产品主要包括生物材料、生物医药、生物燃料、生物化工品等

2014年,世界经济合作与发展组织(OECD)发布《合成生物学政策新议题》报告,该组织预测,未来将有 35%的化学品和其他工业产品可能涉及生物制造。


  • 美国政府在《国家生物经济蓝图》中,明确将“生物经济基础的支持研究”作为科技预算的优先重点,并在《生物质技术路线图》等计划任务中设立了“2030 年替代 25%有机化学品和 20%石油燃料”的目标。

  • 欧盟在《持续增长的创新:欧洲生物经济》中,将生物制造产业作为实施欧洲 2020 战略、实现智慧发展和绿色发展的关键要素,其在《工业生物技术 2025 远景规划》提出,期望完成向基于生物技术型社会的“华丽转身”,力争于 2025 年实现“生物能源替代化石能源 20%;化学品替代 10%~20%,其中化工原料替代 6%~12%,精细化学品替代 30%~60%”。

  • 2020年9月22日,习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上宣布中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,拉开了我国低碳经济时代的序幕。


2021年10月,政府发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》

目标到2025年,非化石能源消费比重达到20%左右,单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%,单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%,为实现碳达峰奠定坚实基础。

到2030年,非化石能源消费比重达到25%左右,单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上,顺利实现2030年前碳达峰目标。

到2060年非化石能源消费比重达到80%以上,实现碳中和。后续还将陆续发布能源、工业、建筑、交通等重点领域和煤炭、电力、钢铁、水泥等重点行业实施方案,出台科技、碳汇、财税、金融等保障措施,形成碳达峰、碳中和“1+N”政策体系,明确时间表、路线图、施工图,碳中和的进度按下了加速键,政策将更加清晰。

2.低碳经济时代,生物基产品替代石化产品成为大势所趋

近五十年来,全球CO2排放量屡创新高,2020年达到323亿吨,其中中国占比30.7%,2020年中国单位GDP的CO2排放量达到全球平均水平的1.76倍,环境问题刻不容缓。根据巴黎协定,要努力确保全球平均气温上升幅度较工业革命前远低于2摄氏度,并尽量将其控制在1.5摄氏度以内,要实现1.5摄氏度的目标,则意味着未来全球 60% 的石油储量、90% 以上的煤炭储量应留在地下,未来生物基替代化石基产品将成为大势所趋。

根据中科院天津工业生物技术研究所统计,和石化路线相比,目前生物制造产品平均节能减排 30%~50%,未来潜力将达到 50%~70%,这对化石原料替代、高能耗高物耗高排放工艺路线替代以及传统产业升级,将产生重要的推动作用。


根据IEA发布的《生物基化工品报告》,如果用生物基产品来替代石油化工品,从乙酸到己内酰胺,每吨产品可减少1.2-5.2吨的温室气体排放(折算成CO2),以乙烯为例,每吨生物基乙烯可减少碳排放2.5吨,2020年全球乙烯产能达到1.97亿吨/年,按静态计算,假设乙烯全部由生物基产品替代,每年可减少碳排放4.93亿吨,占全球碳排放量的1.52%。生物基产品制造和使用过程中均能大幅削减碳排放,随着生物基产品占比逐步提高,减排优势将更加显著。

3.欧盟生物基产品起步较早,生物基化工品渗透率仍有巨大提升空间

欧洲大致在上世纪八九十年代实现碳达峰,是全球范围内碳中和的先行者,欧盟也成为了全球*大的生物基化学品及下游材料消费市场之一。欧盟生物基产品类别包括平台化学品、塑料、涂料、表面活性剂等1 大类产品,据2019年欧盟委员会联合研究中心发布的《欧盟生物基产品市场报告》显示,欧盟一共开发了约350种生物基产品,有208种产品可以商业化,其中*具代表性的产品约50种。

在政策引导下,生物基产品广受市场欢迎,欧盟的生物基产品的产量每年约473万吨,销量约549万吨,生物基产品销量普遍高于产量,平均是产量的116%。而生物基产品的产量在整个化工品市场中占据3%,其中规模较大的平台化学品和塑料制品的生物基替代率仅为0.3%和0.4%。对比《工业生物技术 2025 远景规划》2025 年实现“生物能源替代化石能源 20%;化学品替代 10%~20%,其中化工原料替代 6%~12%,精细化学品替代 30%~60%”的目标,欧盟生物基化工品的市场提升空间巨大。


4.生物基行业未来市场广阔

美国农业部于 2016 年发布报告称,到 2025 年,生物基化学品将占据全球化学品 22%的市场份额,其年度产值将超过5,000 亿美元。我国生物基材料行业近年来发展迅猛,据“2019国际生物基材料技术与应用论坛”预测,我国生物基材料行业保持 20%左右的年均增长速度,总产量已超过 600万吨/年,正值发展的上升期。

生物基材料是21世纪重点发展的材料,包括生物基可降解材料PLA、PHA,以及生物基不可降解材料PP、PE、PVC,竹、木、秸秆纤维等一系列天然材料。



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