北京理工大學 綠色產業(yè)發(fā)展研究中心

摘要：隨著農作物秸稈為原料生產秸稈混合糖技術的產業(yè)化突破，標志著中國已經具備了秸稈替代糧食生產聚乳酸的能力。發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)，實現(xiàn)非糧可再生資源的利用與轉化，可以變石油煤炭的“黑金經濟”為生物質加工的“綠金經濟”，以工業(yè)的方式推動農業(yè)發(fā)展，替代石油和煤炭化石資源，改善大氣環(huán)境，保障國家能源和糧食安全，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時，原材料的非糧化也使其有望成為推動中國生物經濟產業(yè)實現(xiàn)“換道超車”的下一個戰(zhàn)略性新興產業(yè)。

化石資源的大量使用產生了溫室效應、微塑料顆粒、釋放有毒氣體、土壤污染、江河湖海污染等問題，對生態(tài)和人類的影響已凸顯，因此使用生物質可再生資源替代化石資源，發(fā)展綠色低碳產業(yè)成為必然。為實現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展，全球范圍內掀起了一場用生物可再生資源替代化石資源的大變革，生物基材料替代石油基材料、生物能源替代化石能源是后石油時代變革的必然，生物產業(yè)將是這場變革的重要引領者。

“綠水青山既是自然財富、生態(tài)財富，又是社會財富、經濟財富。”聚乳酸具有低碳、環(huán)保、無毒、可降解的特性，兼具經濟效益和生態(tài)效益，被認為是未來最有希望撼動石油基塑料和石油基化纖傳統(tǒng)地位的生物新材料?，F(xiàn)有聚乳酸生產多以玉米等糧食為原料，如何在確保糧食安全的基礎上實現(xiàn)聚乳酸生產成為產業(yè)變革的又一關鍵。隨著安徽豐原集團農作物秸稈為原料生產秸稈混合糖聯(lián)產黃腐酸高效有機肥技術的突破性進展，以該技術為核心的非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)開始起步，并將引領后石油時代的產業(yè)變革。

非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)強勁起步

秸稈歸“塑”代替石油，助力綠色低碳發(fā)展。以安徽豐原集團技術為核心的非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)使用秸稈、蘆葦和枝丫柴等農林廢棄物作為原材料，首先經過酶解產出混合糖以及副產品黃腐酸。其中黃腐酸是高效有機肥之一，可用于改善農田；混合糖既可繼續(xù)加工成乳酸，進而生產丙交酯，而后聚合為聚乳酸，產業(yè)下游對聚乳酸改性后可生產食品包裝、纖維織物、工程塑料等，幾乎涵蓋所有石油基塑料制品，最終達成秸稈歸“塑”；混合糖也可加工為生物乙醇，進而用于生物航煤等領域，在一定程度上代替石油能源。非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)一方面實現(xiàn)了秸稈完全無害化零碳處理，另一方面也實現(xiàn)了農林廢棄物的高價值利用，解決了秸稈回收難、利用價值低等問題。

圖 1非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)鏈示意圖

技術領先產業(yè)起步，推動循環(huán)經濟發(fā)展。目前，絕大部分聚乳酸企業(yè)均采用“乳酸—丙交酯—聚乳酸”的“兩步法”工藝進行聚乳酸的工業(yè)化生產。在該工藝路徑下，我國于2020年完全打通“乳酸—丙交酯—聚乳酸”技術，成為世界上掌握核心技術的三個國家之一。安徽豐原集團攻克了糖生產聚乳酸的“卡脖子”技術，不僅從根本上解決了聚乳酸從菌種到生產工藝、成本及性能問題，并且已經實現(xiàn)聚乳酸生產設備國產化替代，打破了國外30年來對核心裝備的技術壟斷。同時，在非糧生物基新材料聚乳酸生產過程中，安徽豐原集團掌握全世界唯一的秸稈生產混合糖核心技術，擁有完全自主知識產權。農業(yè)農村部科技發(fā)展中心組織專家對安徽豐原集團有限公司完成的“農作物秸稈高效制糖聯(lián)產黃腐酸關鍵技術與裝備”成果進行評價，認為該成果整體達到國際先進水平，其中木質纖維素復合酶生產技術、兩步法綜纖維素酶解糖化技術達到國際領先水平。目前，豐原年處理1.5萬噸級秸稈制糖聯(lián)產有機肥項目已在安徽省固鎮(zhèn)縣全線貫通并正式投產，據(jù)測算項目整體年產值將突破7000萬元。

政策支持需求旺盛，全球市場前景廣闊。非糧生物基新材料聚乳酸與石化合成塑料的基本物性類似，能廣泛地用來制造各種應用產品，具備廣闊的市場前景。目前全球塑料和化纖產量5億多噸/年，中國消耗量約2億多噸/年，預計2030年全球塑料和化纖產量將達到6億噸左右，中國消耗量將達到約2.2億噸。為實現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展，全球范圍內掀起了一場用生物可再生資源替代化石資源的大變革。2020年，國家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《關于進一步加強塑料污染治理的意見》，禁止、限制部分塑料制品的銷售和使用，隨即國內各省、直轄市相繼出臺限塑、禁塑令，為可降解材料作為可替代產品提供了巨大市場容量。據(jù)美國《生物質技術路線圖》規(guī)劃，2030年生物基化學品將替代25%有機化學品和20%的石油燃料；歐盟《工業(yè)生物技術遠景規(guī)劃》規(guī)劃，2030年生物基原料將替代6%-12%化工原料、30%-60%精細化學品；世界經合組織(OECD)預測，未來十年至少有30%的石化產品可由生物基產品替代，而目前替代率不到5%，存在巨大的市場缺口。我國規(guī)劃未來現(xiàn)代生物制造產業(yè)產值超1萬億元，生物基產品在全部化學品產量中的比重達到25%。生物基材料替代石油基材料、生物能源替代化石能源是后石油時代變革的必然，生物產業(yè)將是這場變革的重要引領者。

非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)具有重大意義

從推動高質量發(fā)展來看，發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)能夠推動產業(yè)轉型升級。非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)發(fā)展作為推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展的典范，通過高標準農田、農林廢棄物收儲運體系等的建設和完善，一方面構建優(yōu)質高效的服務業(yè)新體系，推動現(xiàn)代服務業(yè)同先進制造業(yè)、現(xiàn)代農業(yè)深度融合；另一方面可優(yōu)化基礎設施布局、結構、功能和系統(tǒng)集成，構建現(xiàn)代化基礎設施體系。另外，產業(yè)發(fā)展可加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，建設高效順暢的流通體系，降低物流成本，打造具有國際競爭力的數(shù)字產業(yè)集群。

從實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略來看，發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)有利于全面推進鄉(xiāng)村振興。利用農林廢棄物生產聚乳酸可變廢為寶，在降低產業(yè)生產成本的同時帶動農民增收致富，并減少秸稈不恰當處置帶來的環(huán)境污染。聯(lián)產的植物源黃腐酸高效有機肥可用于改善土壤，保護土壤微生物并減少化肥使用，變黃土地為黑土地，同時有效提升農產品品質，助力實現(xiàn)既要“吃得飽”又要“吃得好”。每2.5噸農作物秸稈作為原料，可以生產1噸混合糖（聚乳酸發(fā)酵原料），同時聯(lián)產1.5噸黃腐酸高效有機肥，若以每噸600元從農民手中收購秸稈，與玉米生產聚乳酸相比秸稈生產聚乳酸還可節(jié)約成本約3000元/噸。同時，產業(yè)發(fā)展需要在鄉(xiāng)村建立分布式糖廠，可以有效拉動高標準農田建設工作，并帶動相關產業(yè)發(fā)展和促進就業(yè)，通過推動一二三產業(yè)融合發(fā)展以及基礎設施建設完善，共同助力鄉(xiāng)村產業(yè)振興。

從推動綠色低碳發(fā)展來看，發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)可以推動能源結構轉型和加快國內低碳發(fā)展，并改善生態(tài)環(huán)境。第一，石油等不可再生能源難以被替代的因素之一就是缺乏低成本、高產能的可再生替代品，隨著聚乳酸尤其是非糧生物基制聚乳酸技術的不斷發(fā)展，可以在低成本下實現(xiàn)燃料乙醇和聚乳酸的規(guī)模產能，在能源和材料兩方面可以滿足替代石油基材料的部分需求，推動能源結構轉型。第二，以農林廢棄物為原料的生產過程可以大量減少二氧化碳排放；同時，聚乳酸企業(yè)發(fā)展能夠發(fā)揮碳固定碳消納優(yōu)勢，協(xié)同推進產業(yè)鏈碳減排，培育壯大生物化工，構建全生命周期綠色制造體系，從源頭促進廢物“減量化”。第三，聚乳酸產品本身的環(huán)保、無毒、可降解的特性，且對人體有高度安全性并可被組織吸收，能夠有效避免化工塑料、化纖制品在使用過程中導致的微塑料顆粒污染、垃圾填埋釋放有毒氣體等環(huán)境危害，有助于改善生態(tài)環(huán)境。

從國家安全來看，發(fā)展非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)能夠助力確保能源安全和糧食安全。一方面，目前中國每年消耗石油約7億噸，約有5億噸需要進口，其中大部分是通過馬六甲海峽進口，一旦外部環(huán)境發(fā)生變化，能源供應會受到威脅；同時，若用秸稈等生物可再生資源代替石油材料，可降低我國對石油進口的依賴，助力能源安全。另一方面，非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)使用秸稈等農林廢棄物為原材料，有效減少了糧食消耗；同時，我國有20億畝邊際性土地，不宜種植糧食作物。如果用于種植蘆竹、甜高梁、苜蓿草等農作物，可在農業(yè)生產過程中對土壤進行生態(tài)修復，同時為聚乳酸材料產業(yè)提供原材料，減少對玉米和薯類等淀粉質原料的消耗，緩解我國糧食安全問題。

非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)未來可期

在未來，非糧生物基新材料聚乳酸產業(yè)通過打造產業(yè)集群、人才高地和生態(tài)系統(tǒng)，以工業(yè)的方式推動農業(yè)發(fā)展，替代石油和煤炭化石資源，有望成為推動中國生物經濟產業(yè)實現(xiàn)“換道超車”的下一個戰(zhàn)略性新興產業(yè)。

打造產業(yè)集群，以產業(yè)化實現(xiàn)綠色低碳新模式。未來隨著下游應用領域技術不斷開發(fā)和產業(yè)化示范，在農作物秸稈資源豐富地區(qū)逐步形成塑料加工、紡織、工業(yè)及家用裝飾材料、生物化學品、生物燃料和生物肥料六大產業(yè)集群。預計產業(yè)2025年覆蓋全國高標準農田七個區(qū)域，包括山東、河南、黑龍江等省份，農田整合規(guī)模不低于1000萬畝，六大產業(yè)集群均可形成萬億產值，形成自主創(chuàng)新能力強、產品體系不斷豐富、綠色循環(huán)低碳的創(chuàng)新發(fā)展模式，并推動高質量、可持續(xù)的供給和消費體系建立，以產業(yè)化助力中國式現(xiàn)代化。

打造人才高地，以人才優(yōu)勢確保核心技術持續(xù)領先。未來隨著非糧生物基制聚乳酸產業(yè)的不斷發(fā)展，對于人才尤其是高端人才的需求會越來越大，只有抓住了人才這個“牛鼻子”，產業(yè)才能更好的實現(xiàn)高質量發(fā)展。因此未來該產業(yè)將深入實施人才優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略，以深化產學研合作為抓手，全面提升產業(yè)與人才融合效能，全面深化創(chuàng)新鏈和人才鏈深度耦合。預計2030年打造出北上廣為核心的研發(fā)人才高地和以合肥為核心的產業(yè)化人才高地，加速“高精尖”人才聚集，以人才的高精尖發(fā)展推動我國聚乳酸產業(yè)技術持續(xù)領先。

打造生態(tài)系統(tǒng)，以市場化形成產業(yè)全球競爭力。充分發(fā)揮資本在產業(yè)集聚中的紐帶作用，鼓勵社會資本與政府、金融機構開展合作，發(fā)揮社會資本市場化、專業(yè)化優(yōu)勢，加快投融資模式創(chuàng)新應用，探索典型模式，通過資本緊密聯(lián)結上下游企業(yè)，形成產業(yè)鏈利益共同體。同時推動與其他產業(yè)的交叉融合，推動共性技術攻關與技術交叉融合，有效促進產業(yè)鏈整合和協(xié)同，打造產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，預計2035年在全球范圍內形成較強的市場競爭力。

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