论文标题：Reshaping Chemical Manufacturing Towards Green Process Intensification: Recent Findings and Perspectives

论文链接：https://www.mdpi.com/2227-9717/13/2/459

期刊名：Processes

期刊主页: https://www.mdpi.com/journal/processes

文章导读

在全球迈向碳中和的大背景下，高能耗、高排放的化学工业正面临前所未有的转型压力。传统的批量生产模式是否已走到尽头？新一代绿色技术又面临哪些机遇与挑战？近日，MDPI Processes 期刊主编、意大利都灵大学的Giancarlo Cravotto教授在本刊发表前瞻性论文，系统阐述了绿色过程强化技术在重塑化学制造业方面的巨大潜力与实施路径。文章指出，尽管目前实验室中的绿色技术层出不穷，但其向工业规模的转化仍存在巨大鸿沟。过程强化，特别是与流动化学、非常规能源技术的结合，有望打通从实验室到工厂的“最后一公里”，成为引领化学工业走向更高效、更安全、更清洁未来的关键策略。

背景与现状

尽管化学制造业在绿色转型方面已取得显著进展，但能源与物料利用效率低下、先进技术难以规模化等深层次瓶颈问题依然突出。这一问题在制药行业尤为严峻：研究显示，仅美国制药行业每年因生产低效导致的损失就高达500亿美元，其根源之一正是传统批量反应器的固有局限。Cravotto教授在文中系统对比了传统批量反应器与现代流动管式反应器的核心特征，并重点剖析了以下几项极具潜力的非常规技术：

• 超声波与水力空化：在萃取、结晶和废水处理中展现出高效率，其未来发展关键在于从批次处理转向连续流系统，以充分发挥潜力。

• 微波与射频加热：能够实现体积式与选择性加热，尤其适用于多相催化反应。目前已有企业提供定制化的工业级流动反应器，展现出广阔的应用前景。

• 机械化学：球磨机中的无溶剂过程在实验室中成果显著，将其转化为连续生产的关键在于反应性挤出技术。聚合物科学领域的丰富积累可为该技术的推广提供宝贵借鉴。

技术与挑战

尽管前景广阔，但通往绿色制造的道路并非坦途：设计连续流系统需深入理解反应动力学与流体动力学，而从实验室到中试再到工业级生产的每一步都充满挑战；作为废弃溶剂的主要产生者，制药行业因高昂的验证成本、人员再培训以及复杂的监管审批流程，对采纳新技术往往持谨慎态度；加之前期投入巨大，企业普遍缺乏投资长期绿色技术的动力。面对这些挑战，Cravotto 教授指出了未来的关键破局方向：

• 技术融合：未来的突破在于推动混合技术的规模化应用，例如将水力空化与放电等离子体结合，可高效降解水中难处理污染物。

• 拥抱数字化：人工智能与机器学习将在过程监控、优化和预测性维护中发挥核心作用，数字孪生技术则能实现虚拟世界与物理生产的实时交互与优化。

• 模块化与智能化：模块化、强化的工艺单元，结合数字化和增材制造技术，将在开发下一代高效、可持续的生产系统中扮演关键角色。

• 跨学科协作：未来的成功离不开跨学科团队的紧密合作——化学家、化学工程师与数字化专家必须协同创新，共同加速技术从研发到商业化的进程。

研究总结

Cravotto 教授总结指出，过程强化与流动化学并非短暂的学术热点，而是化学工业实现绿色转型的必然选择。它们通过优化反应过程、减少废物产生、提升资源利用效率，高度契合绿色化学原则。尽管前路仍面临经济与工程层面的障碍，但通过融合非常规能源技术、积极拥抱数字化，并构建强有力的产-学-研协同创新生态，化学制造业必将迎来更加灵活、智能与可持续的未来。这不仅是一场技术升级，更是一次关于物质创造方式的深刻变革。