聚焦生物质资源的化工利用系列报道1
化石资源日渐匮乏  生物炼制浮出水面
生物质资源利用备受关注
    石油价格持续高位，一次性能源日渐枯竭，环境恶化带来的生存危机，使得人们的目光再一次聚焦到可再生资
源，而生物质资源以其现代技术的高效利用成为备受关注的亮点。早在20世纪70年代的全球能源危机中，美国和
巴西以玉米和甘蔗为原料生产的燃料乙醇崭露头角，欧洲以菜籽油生产生物柴油。而今，从欧洲大陆到美洲再到中
国，生物炼制技术正旭日东升，人们在煤、石油等化石资源之外看到了化学品、燃料和聚合材料新的源头，并从中
窥视到一片生机盎然的绚丽前景。本刊在“聚焦生物质资源的化工利用”专题的开篇，采访了中国工程院院士、南
京工业大学校长欧阳平凯教授以及北京化工大学生命科学与技术学院院长谭天伟教授，请他们就国内外生物质资源
利用引发的热潮进行了详细的阐述。
   （策划、报道：张瑞和、马从越、宫艳玲）

                                           资源危机催生生物质产业
   【周刊】 近来国内外关注生物质资源利用的热潮不断升温，请问是什么因素导致了生物质利用新一轮的发展热
潮？
   【欧阳平凯】 世界科学界都曾提出关于生物质资源利用的设想，总体来看，一次性能源前景并不乐观，一二百
年的强度开采与消费使这些不可再生的化石资源渐趋枯竭，据国际能源机构统计，煤、石油、天然气可供人类开采
的年限分别只有240年、40年和50年。另一方面，无节制地使用化石能源，使得数十亿年储存的能量在一、二百
年左右的时间释放出来，引发了生产方式、经济增长方式、自然和社会环境一系列的问题。大量CO2、粉尘、SO2
等废弃物的排放，对环境和生态造成了严重污染和破坏。
    植物每年光合作用产生的生物质循环约950亿t碳，而世界化石燃料的消耗每年为65亿t碳，远远超出资源
需求，因此可再生的生物质是人类能够长久依赖的理想资源和能源。目前，从生物质制取燃料（乙醇、氢能、沼气
等）和有机化学品的研究已不乏成功实例，采用生物质资源替代石油生产机动车燃料和有机化学品将成为势不可挡
的时代潮流。
   【周刊】 我国生物质资源的来源主要是哪些？
   【欧阳平凯】 现代的生物质产业概念，是指利用可再生的有机物质，包括农作物、树木等植物及其残体、畜禽
粪便、有机废弃物，通过工业加工转化，进行生物基产品(Biobasedproducts)、生物燃料(Biofuels)和生物能源
(Bioenergy)生产的一种新兴产业。我国每年有7亿t作物秸秆、2亿t林地废弃物、25亿t畜禽粪便及大量有机
废弃物，另外每年有1000多万公顷农田因覆盖石油基塑料地膜而导致土壤肥力衰退，尚有1亿多公顷(稍少于现耕
地面积)不宜垦为农田，但可种植高抗逆性能源植物的边际性土地。这些农林废弃物和边际性土地，对生物质产业
而言，是一笔宝贵的物质财富。
    根据我国生物质资源的特点和技术潜在优势，可以将燃料乙醇、生物柴油、生物塑料以及沼气发电和固化成型
燃烧作为主导产品。如果能利用全国每年50%的作物秸秆、40%的畜禽粪便、30%的林业废弃物，开发5%（约550万
公顷）的边际性土地种植能源植物，建设约1000个生物质转化工厂，那么其生产能力可相当于5000万t石油的年
生产能力，即一个大庆油田(年产4800万t)。而且每增加1000万公顷能源植物的种植与加工，就相当于增加4500
万t石油的年生产能力，可见生物质产业的潜力之大。
   【周刊】 一些发达国家和地区例如欧盟等与我国的能源结构非常类似，请问他们在能源战略和生物质利用方面
有什么新的进展？
   【谭天伟】 欧盟同中国一样，石油的对外依赖度都在40%以上，但是欧盟的能源结构更为合理，除了石油等基
础能源之外，他们的风能、核能、生物质利用比例比我国高得多，因此在面临各种不稳因素时所受的影响比我国小
很多。随着油价的不断攀升，欧盟已将生物质能源的利用提到了一个前所未有的高度，在能源战略、税收政策、法
律法规、技术支持等方面都对生物质能的利用进行了部署。目前欧盟生物质能源占总能源量的2%，计划到2010年
可再生资源利用量将占其总能耗的12%，占总耗电量的22%，机动车燃料中使用生物燃料比例占5.75%，温室气体
排放量减少8%。
    美国占有很多石油资源，但是也非常重视生物质的利用。2000年美国国会通过了“生物质研发法案”；2002年
提出了《发展和推进生物质基产品和生物能源》报告和《生物质技术路线图》，成立了“生物质项目办公室”和生
物质技术咨询委员会。美国计划2020年使生物质能源和生物质基产品较2000年增加20倍，达到能源总消费量的
25%（2050年达到50%），每年减少碳排放量1亿t和增加农民收入200亿美元的宏大目标。
    日本有“阳光计划”；印度有“绿色能源工程计划”；加拿大惊呼本国生物质行业落后于美欧和日本，大力调整
政策和迎头赶上。世界经济合作组织(OCED)在最新研究报告中指出：“各国政府应大力支持和鼓励生物质能源领域
的技术创新，最终达到替代一次能源的结果”。
   【周刊】 从产业化发展的角度来看，生物质利用不仅靠政府来支持和推广，世界各大石油和化工公司也“春江
水暖鸭先知”，纷纷开始在该领域的投入和研究，请您介绍一下这些企业的产业化进展？
   【谭天伟】 世界各大化工巨头敏锐地看到了这一新兴产业的勃勃生机，纷纷进行战略投资和业务转移。英荷皇
家壳牌石油公司估计，21世纪的前50年，生物质将提供世界化学品和燃料的30%，全球市场份额达到1500亿美元；
英国石油公司/美国国际石油公司等也都开始了对生物质能源产品的投资。巴斯夫2003年宣布，将以可再生的生物
质资源作为化学品生产的主要原料；杜邦公司剥离石油资产，购买了生物技术公司和组织农业综合企业，将2010
年销售额的25%定位于生物质产品；美国的森林工业已开始与电力、石油、化工公司合作，利用林木废弃物生产能
源及化工产品。另外，丰田公司用白薯淀粉基塑料制成了汽车配件；富士通公司用玉米淀粉基塑料替代了计算机的
塑料外壳；杜邦公司用玉米生产1,3-丙二醇的成本比化学法降低了25%；卡杰尔-陶氏公司用玉米淀粉发酵已建成
了13万t/a聚乳酸装置。
                                          时不我待  生物炼制应时而出
   【周刊】 目前世界生物技术的核心——“生物炼制”受到人们普遍的关注，请问这一概念主要包括哪些领域？
有哪些重大的产品体系？
   【谭天伟】 生物炼制主要包括四个部分：生物质化学品（乙烯、乙醇、丙烯酸、丙烯酰胺、1,3-丙二醇、1,4-
丁二醇、琥珀酸），生物质材料（PLA、PTT、尼龙工程塑料），生物质资源（沼气、乙醇汽油、生物柴油）以及生物
可再生原料的修饰（大豆蛋白改性纤维）等。
从产品体系来看，生物质加工从技术上已经达到了几大碳链体系都能制备出来的水平了，其基本思路是生物质加工
成糖，然后转化为几大产品体系：C1体系主要包括甲烷、甲醇等；C2体系主要包括乙醇、醋酸、乙烯、乙二醇等；
C3体系主要包括乳酸、丙烯酸、丙二醇等；C4体系主要包括丁二酸、富马酸、丁二醇等；C5体系主要包括衣康酸、
木糖醇等；C6体系主要包括柠檬酸、山梨醇等。其中一些化学品的生产已在大规模应用，农用化学品、精细化学
品、大宗化学品、药物及高分子材料等领域的工业化应用也呈现快速增长的趋势。
   【周刊】 这些产品体系中最具有经济性和产业化前景的产品有哪些？
   【谭天伟】 以生物质为源头几乎可以生产出所有的基础有机化工原料，并且很多产品已经显现出很好的经济性。
例如以生物质生产乙烯，是一个“生物质水解产生糖，糖发酵后产出乙醇，乙醇脱水制成乙烯”的过程，其中乙醇
对乙烯的转化率、选择性均为99%，1t乙醇约生产出0.72t乙烯，其生产成本不会超过6500元/t，并且规模无需
太大。以目前石油乙烯超过7000元/t的价格计，再加上其庞大的设备投资，生物法乙烯在经济上非常可行。另外，
生物法乳酸脱水制造丙烯酸的成本约为1.1万元/t，目前丙烯酸售价已经高达1.4万～1.8万元/t，也具有相当的
成本竞争力。总体来说，世界原油价格将在很长时间内保持高位，降至30～40美元/桶的可能性很小，生物质产品
的成本竞争力逐渐显现，这在一定程度上促进了生物质资源的利用。
    预计到2010年，生物质制氢作为化工原料将最具成本竞争力，价格有可能比煤、油源氢便宜；在“十一五”
期间，生物法制乙烯很可能会获得突破性发展，形成一个新的产业；生物质制丙烯酸、聚乳酸也会呈现较好的发展
势头；20年后，纤维素水解制造乙醇将大踏步跨入工业化的时代。
   【周刊】 目前我国在生物质资源利用方面与国际先进水平有何差距？
   【欧阳平凯】 我国的生物质产业在新世纪起步，于2000年开始了燃料乙醇试点工作，目前已经建成了三大乙
醇燃料生产基地，总产能超过了100万t/a，生物柴油每年产量约5万t；安徽丰原集团用农作物生产乙烯、环氧
乙烷等替代石油基产品获得成功；南京工业大学生物质制丙烯酸的转化率已经达到了85%（世界报道最高为88%）。
目前来看，我国在生物质利用这一新兴领域中处在与发达国家相近的起跑线上，一些技术和研究成果已经处在领先
的水平。
    我们应该注意到，解决“三农”问题、保护环境与改善生态、舒缓能源瓶颈、建设节约型社会、发展循环经济，
都呼唤着新兴的生物质产业。在与发达国家处在相近的起跑线上，我国不能错过历史机遇，急需制定和实施一项推
进我国生物质产业的国家重大专项计划，发挥我国现有的资源优势、技术优势和人才优势，在新世纪的资源、材料
领域国际竞争中取得领先地位。
    【周刊】 您对我国发展生物质能源有何建议？
    【欧阳平凯】 第一，生物质能应用技术的研究开发，现阶段的社会效益远远大于经济效益，因此需要国家的
政策扶持和财力支撑，制订相关政策，鼓励和支持企业投资生物质利用的开发项目。
    第二，加强基础和应用研究，国家在科研项目的安排方面，要注重给生物质应用研究的发展方面留有一定的空
间。
    第三，生物质发展更重要的是个“农业问题”。以“三农”政策为基石，统筹规划、工农联盟，解决生产分散
与工业生产需要规模原料之间的矛盾，建立“小型、分散、统分结合和适度规模”的经营模式，提高农民的生产积
极性。综合利用滩涂、盐碱地、山坡的生态和能源效益；综合封山育林、荒漠化治理发展“能源农业”；综合利用
农副产品中的粮食、秸秆、废弃物等，实现经济增长模式的转变。
第四，以企业创新为主体，以研究院所为龙头，切实地走一条“产、学、研”相结合的路子，抓住机遇，大力
发展。生物质化工不仅是农业技术、生物工程技术，还运用了化学和工程的多项集成技术，要研究什么技术能解决
问题，就大胆地运用什么技术。

    欧阳平凯  南京工业大学校长、中国工程院院士，973项目首席科学家，我国生物化工工程研究和工程教育领
域的先行者。
    谭天伟  北京化工大学生命科学与技术学院院长，北京市生物加工过程重点实验室主任，长江学者，国家杰出
青年基金获得者。