作者:谭天伟 来源:学习时报 发布时间:2023/7/26 12:21:45
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中国工程院院士谭天伟:如何让化工更“美丽”

 

谭天伟,生物化工专家,中国工程院院士。现任北京化工大学校长,中国可再生能源学会理事长,中国化工学会副理事长。主要从事生物化工研究,在脂肪酶及酶催化合成化学品方面进行了大量研究,实现了有机合成用脂肪酶的生产和酶工业催化的应用;建立了基于标志代谢物控制的发酵放大新方法,并用于酵母发酵产品的工业生产;开发了发酵废菌丝体综合利用工业化应用新工艺。先后获国内外发明专利40余项。以第一完成人获国家技术发明二等奖2项、省部级科技进步奖一等奖4项,以及何梁何利科学与技术创新奖、谈家桢生命科学奖、亚洲青年生物技术杰出贡献奖等。

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塑料、橡胶、油漆、涂料、药品、化妆品、食品添加剂、服装……在我们身边,化工产品无处不在。化工行业为我们提供了丰富多彩的产品和服务,是国民经济的支柱产业。如今,我国是世界上最大的化工产品生产国和消费国,总产值世界第一。然而,大多数人对化工行业并不真正了解,一提起化工行业,就认为与污染、毒害和危险相伴,不少人谈“化”色变、唯恐避之不及。事实上,健康发展的化工行业,与国民经济和百姓生活有着极为密切的关系,具有十分重要的意义。我国经济正在转向高质量发展,新技术不断推动产业革命,在这样的大趋势下,化工行业该如何实现绿色发展、转型升级?未来,那些困扰我们的白色污染、塑化剂超标和能源短缺问题如何破解?正在蓬勃发展的生物技术能为化工行业带来怎样的突破?未来化工行业能否变得人畜无害、和善可亲?

化工行业确实给我们带来了一定的安全隐患还有一些污染问题。但是,也有例外。德国的化工行业一直在世界上是领先的,有很多著名的公司,像巴斯夫公司、拜耳公司、赫斯特公司,当年都是从化学公司起家的。德国的很多化工企业都是在美丽的莱茵河畔,记得在十几年前,我第一次去巴斯夫公司的时候,这个公司的研究部经理一定要带我到莱茵河边去看看。我说:你为什么要带我来莱茵河?他说:您只要看到这河里都是清清的,各种鱼在游,你就知道我们的企业是一个什么样的企业。那时我明白了,其实化工企业完全可以做得跟花园一样。

另外,大家知道,新加坡是一个非常小的岛国,它的面积不大。新加坡著名的裕廊岛化工园区是世界上第三大石油化工基地,这里有几十万吨的PX装置,PX化学名就是对二甲苯。这个园区距离新加坡市区只有十公里的距离,这么多年没有发生过一起安全事故。只要认真地把有关安全的规范和评价以及检查体系做好,用新的绿色环保技术去做化工,化工是可以做到绿色、安全的。

化工行业是国民经济的支柱

化工行业是国民经济的支柱。实际上化工行业不单是我国的支柱,在全世界也是这样。从全球化工行业的整个销售额或者是GDP(国内生产总值)来看,是5.7万亿美金,占了全球GDP(国内生产总值)的7%。因为化工行业生产基础原材料,它对其他行业有巨大的带动作用。国外做过一个统计,每生产1美元的化工产品,在下游加工成终端产品,就会产生4.2美元的终端产品。我国的情况是怎么样呢?实际上化工行业也是我国的支柱产业之一。我国化工行业有12万亿以上人民币的销售收入,我国规模以上的化工企业有27000多个,而这个规模以上,还不包括中小型的企业。我国是世界化工行业产值第一大国,我国这几年化工行业增长率占了全球化工行业增长率的一半以上。

人们正常的衣食住行,每天都离不开化工产品,因为化工产品是基础的原材料。我国近几年的一些重大科学工程,都离不开化工行业,碳纤维就是一个非常好的例子。碳纤维,它的重量特别的轻,大概只有普通钢材的几分之一,但是它的强度比一般的金属材料要强,韧性也比金属材料要好。这样一种质量轻、强度高、性能好的材料,可以在航空航天中应用。“长征7号”火箭用了碳纤维材料之后,它可以减重900公斤,减重900公斤意味着可以携带更多其他东西上天,或者是打得更远。再有港珠澳大桥的吊索是超高分子量的聚乙烯,单根聚乙烯纤维的直径只有0.5毫米,0.5毫米也就是五六根头发丝那样粗细,而这样的一个粗细度,它实际上的拉力或者是耐受的强度比普通钢材要强得多。高分子量的这种新材料为港珠澳大桥的建成贡献了力量。大兴机场也用到了大量的化工材料,比如内饰涂料,还有跑道上新型的沥青高分子材料。化工行业不但为我们的日常生活衣食住行,也为我国和世界上的重大工程项目在作支撑。过去很多不可能做到的事情,今天因为有了化工行业的发展才成为可能。

工业生物技术让化工更“美丽”

工业生物技术就是利用生物质做原料,用生物的手段,并结合化学工程的技术,进行产品的加工,或者是提供相应的社会服务。上百年的化学工业基础都是以石油和煤做原料的,用石油和煤做原料,我们叫石油化工、煤化工,后面又衍生出来很多的材料化工、机械化工等等。这类化工的最大特点,就是从原料体系划分,都是不可再生的。

生物质是通过太阳能光合作用来合成的物质。这种物质是自然生长起来的,年复一年,不断地产生这种生物质,属于可再生资源。工业生物技术跟传统的化学化工技术相比,第一,它的原料是不同的。过去的化学化工主要用的是石油基,或者煤基、矿石基,工业生物技术主要是利用生物基。到底化学基和生物基的产品,有什么直接的不同?其实就看你穿的衣服就知道了。纯棉做的衣服,那就是生物基的,因为它是用生物质(棉花)做出来的;如果你穿的是纯化纤的衣服,那就是石油基的。第二,合成的化学条件不同。化学反应,都需要高温高压,合成氨反应就是一个典型的例子。学过化学的都知道,压力越高,合成氨的产率越高。如果要爆炸,那是很厉害的,所以它有安全隐患。而生物反应其实就是利用酶和微生物。酶和微生物,就跟人一样,它不适合于高温,100摄氏度就死了。生物反应是常温常压下的反应,它不会爆炸,很多都是水性体系,所以没有安全隐患。

为什么这几年大家对于生物转化越来越重视呢?因为它使能耗大幅度下降,物耗也能够大幅度下降,环境污染减少了,碳排放也减少了。生物技术是一种非常重要的减排手段。OECD(经济合作与发展组织)作了一下计算,工业生物技术的应用大概每年能减少10亿到25亿吨的二氧化碳排放量。

各个发达国家都对本国的生物战略进行了规划,日本、韩国、印度都进行了战略规划。印度做得很好,他们成立了一个生物技术部。欧盟也跟我国一样制定了中长期发展规划,计划到2030年,化工原料里生物基的原料要占到30%以上。

化工可能还有一些不美丽的地方,比如对环境的污染排放,还会发生爆炸事故。但是通过包括工业生物技术、过程强化技术、人工智能技术的发展,慢慢都在使化工一天比一天更加美丽。

工业生物技术的“美丽”应用

当前全球只有9%的材料被循环利用。石油基塑料废弃后导致的白色污染、微塑料污染已成为全球性危害。自1950年人类大规模制造塑料至今,大约生产出83亿吨塑料,其中63亿吨变成垃圾;2050年塑料预计产量将超过340亿吨,废旧塑料的产生量将达到120亿吨。工业生物技术如何解决传统化工的弊病?

据经济合作与发展组织预测,生物技术对其成员国国内生产总值的贡献将会达到2.7%,将有35%的化学品和其他工业产品可能涉及工业生物技术。此外,据世界自然基金会(WWF)估测,到2030年,工业生物技术每年将可降低10亿至25亿吨的二氧化碳排放。工业生物技术能否成为新时代推动能源生产消费革命的重要力量?

燃料乙醇实现节能减排。工业生物技术要想成为新时代推动能源生产消费革命的重要力量,很重要的一个方面就是生产清洁燃料。生物燃料里的第一种就是燃料乙醇,用燃料乙醇来代替汽油,有很多优点。第一个优点就是绿色环保,它可以使有毒有害物减少30%以上。全世界第一个全部公交都采用可再生能源的城市,是瑞典的斯德哥尔摩。采取了这项措施之后,减排效果是非常显著的。

塑化剂不再令人谈“化”色变。可能很多人不知道增塑剂是做什么用的?实际上塑料用品要加工成一定形状,很多都要加入增塑剂。塑料有的时候比较硬,有的时候比较脆,有的时候一加热就裂。怎么样改善塑料这些加工性能,就要加入大量的增塑剂。增塑剂的用量是非常之大的,比如说PVC(聚氯乙烯)的管子里面,加的增塑剂都在百分之二十到三十。儿童玩具的增塑剂占了35%,所以它的量是非常之大的。还有一些食品包装袋,医疗用的一次性注射器、输液管,里面都有大量的增塑剂。我们主要用的是邻苯类的增塑剂。邻苯类的增塑剂一个非常典型的缺点就是有致癌的危险。塑化剂超标就是指这种增塑剂超标,在国外有的国家已经通过立法不准用邻苯类的增塑剂。所以现在我们迫切希望能开发出绿色的增塑剂,这种绿色的增塑剂大多数都来自生物基,它做成的增塑剂就没有任何毒副作用。

将塑料和二氧化碳变废为宝。从我国乃至全世界来看,资源的循环率是很低的。从全世界来看,只有9%左右的物质实现了循环。现在每年产生的废弃物越来越多,最典型的是塑料,还有建筑垃圾、生活垃圾等。化工原料和产品基本上都是以碳为最基础的成分。这个碳资源怎么循环利用,是未来非常重要的一个环节。全世界每年新产生的塑料有3.2亿吨之多,我国一年产生的废旧塑料有7000多万吨。现在塑料还不可以生物降解,将来有没有可能利用生物技术把塑料回收利用,这是一个值得关注的重点。未来二氧化碳的利用,可能是化学工业绿色发展的一个重要的前沿发展方向和工业生物技术的一个突破口。这么多的温室气体,如果能够利用原料来进行转化,当然这个转化技术有可能是生物技术,也可能是化学技术,不管是生物技术还是化学技术,只要能转化成化工产品,那就真正实现了碳资源的循环利用。这是一个未来的技术,但是它并不遥远,也许在10年、20年之后就能成为现实。

化工行业是国民经济的支柱。虽然化工行业目前可能还有一些不安全或者是不太绿色的地方,但是我们完全可以利用技术创新和管理创新的结合,使化工变得美丽起来。如果再用工业生物技术来进一步加工,特别是实现碳资源的循环利用,那么未来的化工行业将非常绿色环保。如果化工行业真正实现了人、社会、环境协调和谐的发展,也就真正实现了社会可持续发展。


 
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