Viime aikoina monet alan kollegat ovat keskustelleet biopohjaisista kemikaaleista pitäen niitä merkittävänä tulevaisuuden suuntana kemianteollisuudelle. Miksi biopohjaiset kemikaalit saavat huomiota? Mitkä ovat biopohjaisten kemikaalien tärkeimmät tulevaisuuden sovellukset?
1. Mitä ovat biopohjaiset kemikaalit?
Biopohjaisten materiaalien terminologian, määritelmien ja tunnistamisen GB/T 39514-2020 mukaan biopohjaisilla kemikaaleilla tarkoitetaan kemikaaleja, jotka on tuotettu käyttämällä biomassaa raaka-aineena tai biologisella valmistuksella. Näitä ovat bioalkoholit, orgaaniset hapot, alkaanit ja alkeenit, jotka on tuotettu biomassasta tai biosynteesillä, bioprosessoinnilla ja biojalostuksella sekä sokeritekniikan tuotteet. Niihin kuuluvat myös biopohjaiset polymeerit, biopohjaiset muovit, biopohjaiset kemialliset kuidut, biopohjainen kumi, biopohjaiset pinnoitteet, biopohjaisten materiaalien lisäaineet, biopohjaiset komposiitit ja erilaisista biopohjaisista materiaaleista valmistetut tuotteet.
Biopohjaiset kemikaalit ovat pääosin kemikaaleja, jotka tuotetaan biologisten käymisprosessien kautta. Ne voivat olla kaupallisia kemikaaleja, kuten bioetanolia, biodieseliä ja biovetyä, tai erikoiskemikaaleja, joita käytetään sellaisilla aloilla kuin hajusteet ja päivittäiset hoitotuotteet, kuten biotuoksut, bioaminohapot ja biovitamiinit. Ne voivat toimia myös välttämättöminä raaka-aineina kemian perustuotannossa, kuten bioetanoli eteenille ja bio-SAN PTT-kuiduille sekä biopohjaiset polymeerituotteet, jotka ovat kemianteollisuuden kriittisiä perustuotteita.
Biopohjaiset kemikaalit eroavat perinteisistä kemikaalien tuotantoprosesseista, koska ne valmistetaan käyttämällä tavanomaisia biomateriaaleja raaka-aineena. Niillä on tiettyjä kilpailuetuja hiilipyöräilyssä, puhtaan energian hyödyntämisessä ja markkinakilpailussa. Biopohjaisen kemikaalien tuotantoteknologian edistyminen, erityisesti joidenkin patenttien umpeutumisen jälkeinen laaja soveltaminen ja lähestyvä hiilipiippu, ovat merkittävästi lisänneet teollisuuden huomiota biopohjaisiin kemikaaleihin.
2. Biopohjaisten kemikaalien luokat ja edustavat tuotteet
Kansallisten standardien perusteella biopohjaiset kemikaalit voidaan luokitella materiaaliominaisuuksien ja käyttöskenaarioiden mukaan biopohjaisiin kemikaaleihin, biopohjaisiin polymeereihin, biopohjaisten materiaalien lisäaineisiin, biopohjaisiin kemiallisiin kuituihin, biopohjaisiin komposiitteihin, biopohjaiseen kumiin. , biopohjaiset pinnoitteet ja muut biopohjaiset kemikaalit. Toissijaiset luokitukset voivat edelleen erottaa useampia tyyppejä.
Koska biopohjaisia kemiallisia tuotteita on lukuisia, peruskemikaaleja voidaan valmistaa ja valmistaa biopohjaisina, eikä luokittelutasolla ole selkeää luokittelukonseptia. Siksi monilla toimialoilla on luokitusstandardinsa. Luokituksesta riippumatta biopohjaisilla kemikaaleilla voidaan kuitenkin saavuttaa samat toiminnot ja ominaisuudet kuin perinteisillä kemikaaleilla, vaikka niillä on joillakin alueilla ylivoimaisia ominaisuuksia.
Teollisuusketjun mukaan biopohjaiset kemikaalit voidaan jakaa seuraaviin prosesseihin: biomassa (raaka-aine) - välituote (siirtymätuote) - biopohjaiset kemikaalit (päätuote) - tuotteet (loppusovellukset). Yleisimmin käytettyjä biomassaraaka-aineita ovat muun muassa tärkkelys, selluloosa, ligniini, kasvit ja proteiinit. Epätäydellisten tilastojen mukaan yli 40 erilaista biopohjaista kemikaalia on saavutettu teolliseen tuotantoon Kiinassa, ja joidenkin tuotteiden massatuotanto ylittää 100 000 tonnia.
Tällä hetkellä biopohjaiset kemikaalit Kiinan markkinoilla ovat saavuttaneet alustavan mittakaavan, ja tuotevalikoima kasvaa jatkuvasti ja tuotanto laajenee.
3. Miksi biopohjaiset kemikaalit herättävät huomiota?
Biopohjaiset kemikaalit herättävät huomiota useista syistä: raaka-aineiden kestävyys ja uusiutuvuus, yhdenmukaisuus nykyisten ympäristöpolitiikkojen kanssa, nopea markkinoiden kulutuksen kasvu, laaja käyttö ja merkittävät yhteiskunnalliset vaikutukset.
Ensinnäkin biopohjaisia kemikaaleja tuotetaan vihreistä uusiutuvista luonnonvaroista käyttämällä biologisia muunnosmenetelmiä. Biopohjaisten kemikaalien perusraaka-aineina voidaan käyttää materiaaleja, kuten lehtiä, olkia, viljaa, vihanneksia ja muita kasveja ja eläimiä. Maailman hupenevien petrokemian resurssien kontekstissa näiden raaka-aineiden kestävyys ja uusiutuvuus antavat biopohjaisille kemikaaleille merkittävän edun. Monet resurssiköyhät kaupungit kehittävät aktiivisesti biopohjaisia kemikaaleja välttääkseen kaupunkien resurssien haitat ja saavuttaakseen resurssien alueellisen kierrätyksen. Biopohjaisten kemikaalien tämänhetkinen pääongelma on kuitenkin korkea hinta, erityisesti hiililähteiden kustannukset, ja elintarvikeresursseista käydään kilpailua. Näihin kysymyksiin on puututtava raaka-aineiden tai teknologian läpimurtojen avulla.
Toiseksi biopohjaiset kemikaalit ovat ympäristöystävällisiä verrattuna perinteisiin kemikaaleihin, jotka ovat ensisijaisesti riippuvaisia uusiutumattomista fossiilisista luonnonvaroista, kuten öljystä, hiilestä ja maakaasusta. Biopohjaiset kemialliset tuotantoprosessit ovat ympäristöystävällisempiä, tuottavat vähemmän saasteita ja tuottavat sivutuotteita, joita voidaan käyttää rehuna, ja niistä ei synny lähes kolmea jätettä. Tämä on linjassa yhä tiukentuvien ympäristönsuojelulakien ja -määräysten kanssa, täyttää kaksoishiilipolitiikan vaatimukset ja heijastaa kestävää sosiaalista kehitystä.
Kolmanneksi biopohjaisten uusien materiaalien tuotannon laajuus ja kulutusmarkkinoiden tarjonta kasvavat nopeasti. Asiaankuuluvien tietojen mukaan Kiinan biopohjaisten uusien materiaalien tuotanto oli vuoden 2023 loppuun mennessä ylittänyt 1,9 miljoonaa tonnia ja kasvanut noin 9 % vuodessa muutaman viime vuoden aikana. Vuodesta 2021 alkaen biopohjaisten uusien materiaalien tuotanto Kiinassa kiihtyi, ja keskimääräinen vuotuinen kasvuvauhti ylitti 13 %. Teknologisen kehityksen ja läpimurtojen myötä biopohjaisten uusien materiaalien tuotantomäärien odotetaan kasvavan Kiinassa edelleen nopeasti, kun taas muiden fossiilipohjaisten tuotteiden yleinen kasvuvauhti laskee.
Biopohjaisten kemikaalien kysynnän kasvusta voidaan todeta, että kulutus on kasvanut tasaisesti viimeisten yhdeksän vuoden aikana. Kiinan biopohjaisten kemikaalien kulutus on ylittänyt 1,9 miljoonaa tonnia vuoteen 2023 mennessä ja kasvaa keskimäärin noin 12 % vuodessa. Biopohjaisia kemikaaleja käytetään Kiinassa kahdella tavalla: biopohjaisten kemikaalien erikoissovelluksissa, kuten lääkkeissä ja hajoavilla kuluttajamarkkinoilla, sekä perinteisten kemiallisten tuotteiden korvikkeena, jossa kustannusvaatimukset eivät ole korkeat. Suuren mittakaavan biopohjaisten kemikaalien läpimurto on suurin hyöty biopohjaisten kemikaalien markkinoille.
Biopohjaisten kemikaalien tuotannon arvolla mitattuna Kiinan tuotannon arvo oli noin 26 miljardia yuania vuoteen 2023 mennessä, ja se on kasvanut keskimäärin noin 11 % vuodessa viimeisten yhdeksän vuoden aikana viennin arvo mukaan lukien. Biopohjaisilla kemikaaleilla Kiinassa on erityissovellusmarkkinat, joiden markkinahinnat ovat suhteellisen vakaasti nousevat. Kuluttajamarkkinat Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa ovat kuitenkin suuremmat, minkä vuoksi viennistä on tärkeä myyntisuunta kiinalaisille biopohjaisille kemikaaleille.
Biopohjaisten kemikaalien keskimääräinen yksikköarvo Kiinassa on noussut asteittain viimeisten yhdeksän vuoden aikana ja on saavuttanut 13,000 yuania/tonni vuoteen 2023 mennessä, ja korkein arvo on yli 14,000 yuania/tonni. kasvaa hitaasti, noin 2 % vuodessa. Muihin kemikaaleihin verrattuna monien tuotteiden hinnat ovat asteittain laskeneet lisääntyneen tarjonnan, kiristyneen kilpailun ja jatkuvan inflaation vuoksi, mutta biopohjaisten kemikaalien markkinahinnat ovat jatkaneet nousuaan houkuttelemalla yrityksiä. Korkeiden hintojen "halo" on kuitenkin myös otettava huomioon, sillä korkeat hinnat voivat tulla haitaksi, jos ne kilpailevat tulevaisuudessa täysin petrokemian kemikaalien kanssa.
Lopuksi biopohjaisilla kemikaaleilla on laajat sovellukset ja merkittäviä sosiaalisia vaikutuksia. Niillä on monia etuja, kuten erilaiset tyypit, monimutkaiset rakenteet, edistynyt valmistustekniikka, ainutlaatuinen suorituskyky, alhaiset valmistuskustannukset ja lyhyt tuotantosykli. Ne ovat välttämättömiä lääketieteen, maatalouden, ruoan, ympäristönsuojelun, energian ja muilla aloilla. Esimerkiksi lääketieteessä biopohjaisilla kemikaaleilla on saavutettu merkittäviä tuloksia antibiooteissa ja viruslääkkeissä. Ympäristönsuojelussa tutkitaan ja kehitetään uusia kierrätettäviä biopohjaisia materiaaleja, kuten lämpökovettuvia epoksihartseja, jotka voivat vaikuttaa merkittävästi ympäristömateriaalien alaan.
Biopohjaisten kemikaalien kehittäminen ja soveltaminen auttavat ratkaisemaan petrokemian resurssipulan ongelman, edistävät biologisen teollisuuden kehitystä ja helpottavat talouden rakenteen muutosta ja parantamista. Niiden ympäristöystävällisyys auttaa myös parantamaan ympäristön laatua ja elintasoa.
Nämä tekijät yhdessä lisäävät nopeasti huomiota biopohjaisiin kemikaaleihin.
4. Miten biopohjaiset kemikaalit kehittyvät tulevaisuudessa?
Valtio on ottanut käyttöön lukuisia politiikkoja varhaisessa vaiheessa edistääkseen biopohjaisten kemikaalien kehittämistä.
Valtioneuvosto julkaisi lokakuussa 2021 "toimintasuunnitelman hiilidioksidipäästöjen maksimoimiseksi ennen vuotta 2030", jonka päätavoitteina ovat merkittävä edistyminen teollisuus- ja energiarakenteiden optimoinnissa "14. viisivuotissuunnitelman" aikana, uusi edistysaskel vihreässä ja matala- hiiliteknologian tutkimus ja soveltaminen sekä vihreän tuotannon ja elämäntavan laaja omaksuminen. Vihreää, vähähiilistä ja kiertokehitystä edistävää politiikkajärjestelmää parannetaan edelleen. Vuoteen 2025 mennessä ei-fossiilisen energian kulutuksen osuus nousee noin 20 prosenttiin. Tämä politiikka määrittää biopohjaisen kehityksen mittakaavan, aikajanan ja suuntauksen sekä ehdottaa selkeitä kehitystavoitteita biopohjaiselle teollisuudelle.
Teollisuus- ja tietotekniikkaministeriö julkaisi joulukuussa 2021 "raaka-aineteollisuuden kehittämisen 14. viisivuotissuunnitelman", jossa korostettiin biopohjaisten materiaalien koko teollisen ketjun valmistusteknologian suunnittelua teknologian keskeisenä suunnana. innovaatioiden toteuttaminen, keskeisten pullonkaulamateriaalien läpimurtotoimenpiteiden toteuttaminen sekä materiaalien tuotanto- ja sovellusyritysten tukeminen biopohjaisten materiaalien ja biolääketieteellisten materiaalien yhteisessä tutkimuksessa. Tämä käytäntö selventää uusien biopohjaisten materiaalien tärkeimmät käyttöskenaariot ja ohjaa biopohjaisten kemikaalien käyttöä Kiinassa.
Tammikuussa 2023 muun muassa teollisuus- ja tietotekniikkaministeriö julkaisi "Kolmivuotisen toimintasuunnitelman ei-viljapohjaisten biopohjaisten materiaalien innovaation ja kehittämisen nopeuttamiseksi", jonka mukaan vuoteen 2025 mennessä ei-viljabio- pohjautuva materiaaliteollisuus muodostaa innovaatio- ja kehitysekosysteemin, jolla on vahvat itsenäiset innovaatiokyvyt, jatkuvasti rikastuttava tuotejärjestelmä ja vihreä pyöreä vähähiilinen järjestelmä. Ei-viljabiomassaraaka-aineiden hyödyntämis- ja sovellusteknologia on periaatteessa kypsää, ja jotkin ei-viljabiopohjaiset tuotteet ovat kilpailukykyisiä fossiilisiin tuotteisiin nähden, ja alun perin on luotu korkealaatuinen, kestävä hankinta- ja kulutusjärjestelmä. Tämä käytäntö selventää muiden kuin viljapohjaisten biopohjaisten kemikaalien käyttösuunnan ja tavoitteet sekä täsmentää käyttöskenaarioita.
Tällä hetkellä globaaleilla biopohjaisilla jättiläisillä, kuten Genomatica, Cathay Biotech, Mitsubishi Chemical ja DuPont, on patentteja joillekin biopohjaisille kemikaaleille, jotka ovat vanhentumassa tai ovat jo vanhentuneet. Monet ulkomaiset asiantuntijat ja tutkijat palaavat Kiinaan kehitystä varten. Tämä tuo runsaasti resursseja ja teknologiaa Kiinan biopohjaisten kemikaalien kehittämiseen. Kiinan politiikan tuella ja rohkaisulla Kiinan biopohjaisen kemianteollisuuden odotetaan onnistuvan.