2005总统绿色化学挑战奖
学术奖
获奖者：Robin D. Rogers教授，阿拉巴马大学
获奖原因：开发出利用离子液体溶解和处理纤维素使之转变为高新材料的平台策略
目前，各大化学公司在利用可再生资源方面已经取得了很大的进步。在生物炼厂中，结构复杂的天然聚合物（如
纤维素）首先被分解为简单的组成单元（如乙醇、乳酸），然后被重组为聚合物。如果能够利用天然聚合物的生物
复杂性（biocomplexity）直接生成新材料，可以消除许多合成步骤。Rogers教授带领的研究组已经成功地展示了
1个可以有效利用纤维素类可再生天然聚合物生物复杂性的平台策略。这一平台策略有可能降低合成聚合物对不可
再生的石油基原料的依赖。由于20世纪40年代人们将重点转向石油基聚合物、纤维素聚合物改性困难以及溶解纤
维素的普通溶剂数量有限等原因，该技术开发前人们并没有充分发掘纤维素的潜能。
Rogers教授的技术结合了绿色化学的2个主要原则：开发环境友好的溶剂；利用生物可再生原料生产高新材
料。他发现，不管纤维素是纤维状还是无定形的，无论其来源是纸浆、棉花甚至是细菌等，事实上所有的纤维素都
可以方便快速地溶解于1种低熔点离子液体——氯化1-丁基-3-甲基咪唑（[C4mim]Cl）中。溶解过程只需要稍稍
加热（尤其是微波加热）既可实现，不需要任何衍生步骤。利用传统的挤出纺丝或成形技术，离子液体溶解的纤维
素很容易在水中成形为纤维、膜、珠、絮状物等结构体，而且过程可控。成形前，在溶液中加入功能助剂可以制备
出纤维素混合或复合材料。功能性助剂可以在纤维素溶解前或溶解后加入；可以完全溶解（如染料、配位剂及某些
聚合物），也可以分散（如纳米粒子、粘土、酶等）在离子液体中。利用这种简单的、非共价键合成方法，Rogers
教授制备了结构、功能和流变性能可调节的微胶囊纤维素复合材料。离子液体可以通过新的盐析方法或普通阳离子
交换进行回收，与蒸馏相比，这2种方法要节能得多。
Rogers教授当前的目标是：开发更为有效、更加环境友好的[C4mim]Cl合成方法，对离子液体的毒性进行研究
以及工艺过程开发及商业化。目前，题组正在进行市场调研和业务规划以实现目标材料的商业化，可以采取与现有
化工公司联合开发或创建公司的方式。开发工作和产品选择将遵循绿色化学原则。
Rogers教授的工作将离子液体作为溶剂的基础知识和溶解、重构纤维素与类似聚合物的新技术相结合，过程
开发和商业化遵循绿色化学原则。他预计，这一平台策略将会产生多种可商业化生产的高新材料，从而避免或减少
合成聚合物的使用。
小企业奖
获奖者：Metabolix公司
获奖原因：利用生物技术生产天然塑料
Metabolix正在进行聚羟基链烷酸酯（PHAs）的商业化生产。PHAs是1类用途广泛的生物塑料，具有高性能、
环境友好等特点，在很多应用领域是合成塑料的替代产品。PHAs基于生物催化过程，利用玉米淀粉、蔗糖、纤维
素水解产物及植物油等可再生原料生产。
Metabolix利用生物技术将完全酶催化反应过程引入微生物工艺，由微生物生产PHAs，实质上实现了活性生
物催化。这种工业用微生物的性能已经在商业化装置中得到验证，能够高收率地生产多种PHA共聚物，而且性能可
靠、再生性好。公司还开发并验证了1种高效率回收PHAs的商业化工艺过程。这些成就促成了Metabolix与Archer
Daniels Midland于2004年11月结盟，以实现PHAs的商业化生产，起始产能为5万t/a。
这些新型PHA塑料功能多样，物理性能范围宽，是石化基合成塑料的实用替代品。PHAs质地可硬可软，具有
非常好的阻隔性能，而且能够耐受热水和油脂。Metabolix已经开发出可用现有设备进行加工的PHA配方，并且在
注塑、热成形、吹塑薄膜以及挤出熔体流延膜、片材和纸张涂敷等主要终端应用领域进行了验证。
Metabolix的PHA天然塑料可以带来一系列环境效益，如降低对化石资源的依赖、减少温室气体排放等。目前，
PHAs由糖和植物油等可再生原材料生产，将来可实现直接用植物进行生产。此外，无论是在土壤、河水、海水、
化粪池系统（septic system）、厌氧消化和堆肥等有氧或无氧环境，PHAs都会被生物降解成为无害物质，从而降
低了固体废物系统、市政废物处理系统以及海洋和湿地生态系统的负担。
Metabolix的PHA技术首个基于可再生资源的商业化塑料生产技术，其在微生物发酵的整个过程中利用活性生
物催化将可再生原材料转变为最终的共聚物产品。PHAs也是第一类既具有较宽的应用范围又可以在多种环境（包
括海洋和湿地生态系统）中生物降解的塑料，用其替代石化基合成塑料将产生良好的生态效益。如果生产2500万
t PHA天然塑料来代替大约一半美国目前使用的石化基合成塑料，每年可减少进口原油2亿～2.3亿桶。（全文完）