生物基BDO助力聚氨酯樹脂行業(yè)順應(yīng)低碳趨勢

生物基BDO(1,4-丁二醇)是由纖維素或淀粉等生物原料通過水解產(chǎn)生的葡萄糖通過特殊的酶發(fā)酵形成的。由于可持續(xù)化發(fā)展和節(jié)能減碳成為國內(nèi)乃至全球范圍內(nèi)工業(yè)發(fā)展的主要趨勢，生物基BDO也成為行業(yè)風(fēng)口受到業(yè)者廣泛關(guān)注。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)報道截至2020年，全球生物基BDO市場規(guī)模估算達(dá)到1.91億美元，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到3.93億美元，2021年至2030年復(fù)合年均增長率為7.5%。

生物基BDO下游應(yīng)用主要集中在聚四亞甲基醚乙二醇（PTMEG）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚氨酯彈性體（PU elastomers），產(chǎn)品應(yīng)用性能可對標(biāo)傳統(tǒng)石化基BDO，有利于提高生物質(zhì)含量的同時減少生產(chǎn)企業(yè)碳足跡。

生物基 BDO全球產(chǎn)能釋放有限，市場集中度高

目前全球生物基產(chǎn)能為7.5萬噸/年左右。海外廠商分別為意大利Novamont和德國巴斯夫，產(chǎn)能均為3萬噸/年，且均采用Genomatica公司研發(fā)的一步法生產(chǎn)工藝。山東元利化學(xué)是國內(nèi)唯一一家生物基BDO廠商，產(chǎn)能約為1.5萬噸/年，所使用的原料生物基丁二酸采購于山東蘭典科技，產(chǎn)能約為3萬噸/年。

元利化學(xué)集團(tuán)股份有限公司成立于2003年，位于山東省濰坊市，是國內(nèi)第一家出口歐洲的生物基BDO廠商，此外下游客戶還集中在日本和韓國。其生產(chǎn)工藝采用兩步法工藝，原料生物基丁二酸由山東蘭典生物科技股份有限公司供應(yīng)。

Novamont成立于1989年，總部位于意大利諾瓦拉，生物基BDO生產(chǎn)裝置位于意大利博特里蓋。Novamont的生物基BDO產(chǎn)能為3萬噸/年，目前主要自用下游可降解塑料為主，對外出售較少。其生產(chǎn)工藝采用Genomatica公司研發(fā)的一步法直接發(fā)酵工藝，也在自主研發(fā)利用非糧食作物刺棘薊作為原料生產(chǎn)生物基BDO的技術(shù)工藝，目前正在積極推進(jìn)此技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)門檻高成為玩家入局障礙

工業(yè)生產(chǎn)生物基BDO的技術(shù)分為一步法和兩步法：

一步法具有明顯成本優(yōu)勢，且可以通過優(yōu)化工藝流程進(jìn)一步降低原料成本。一步法技術(shù)通過在篩選過的大腸桿菌群中引入一個或多個編碼DNA使其具有 4–HBCoA 或腐胺途徑酶，從而滿足BDO生物合成的代謝設(shè)計(jì)。其中通過生物工程技術(shù)改造出合適的大腸桿菌群為該技術(shù)的核心關(guān)鍵點(diǎn)，此項(xiàng)技術(shù)專利目前由Genomatica公司掌握，這也給想要進(jìn)軍生物基BDO行業(yè)的企業(yè)增加了技術(shù)門檻。此外，Genomatica還發(fā)明了一種用于增強(qiáng)甲醇還原當(dāng)量的代謝途徑，通過提高還原用甲醇當(dāng)量從而進(jìn)一步提高BDO的產(chǎn)率。一步法的原料目前主要使用二代糖小麥秸稈和玉米秸稈， Novamont公司也已經(jīng)研發(fā)出使用二代糖刺棘薊作為原料生產(chǎn)生物基BDO的生產(chǎn)工藝路線，從而在未來工業(yè)生產(chǎn)生物基BDO中進(jìn)一步減少對糧食產(chǎn)業(yè)的影響。

兩步法由中國科學(xué)院研發(fā)，以木薯淀粉為原料水解得到葡萄糖，后經(jīng)菌群發(fā)酵生成生物基丁二酸，最后通過加氫還原工藝制備生物及BDO。

生物基BDO減少碳排同時也面臨較多挑戰(zhàn)

生物基BDO與傳統(tǒng)石化基BDO相比，其優(yōu)點(diǎn)主要在于：

一、 生物基BDO在“從搖籃到大門“生命周期階段可以大量減少溫室氣體排放，根據(jù)Genomatica的LCA（生命周期分析）估算，生物基BDO對比石化基可以減少52%溫室氣體排放；

二、 使用一步法生產(chǎn)生物基BDO的生產(chǎn)過程更加節(jié)能，生產(chǎn)等量的生物基BDO對比生產(chǎn)石化基BDO可減少60%左右能量消耗（數(shù)據(jù)來源：美國國家環(huán)境保護(hù)局），從而可以大大縮減生產(chǎn)BDO的成本。根據(jù)Genomatica公司分析，使用一套50,000噸/年產(chǎn)量裝置生產(chǎn)BDO，傳統(tǒng)石化基工藝成本約為4,000美元，生物基工藝成本約為2,800美元，與石化基BDO相比可減少成本30%；

三、 一步法生產(chǎn)生物基BDO的反應(yīng)條件溫和，接近常溫常壓，在節(jié)約能源的同時整個生產(chǎn)過程也更加安全。

當(dāng)然，生物基BDO與石化基BDO相比，新玩家進(jìn)入該行業(yè)的門檻也較高：

一、 生物基BDO目前的生產(chǎn)技術(shù)門檻較高，尤其是一步法已由Genomatica公司申請專利，新加入行業(yè)的企業(yè)如想使用一步法生產(chǎn)生物基BDO則需要Genomatica公司的技術(shù)授權(quán)。但我國中科院的科學(xué)家仍然自主研發(fā)出了兩步法生產(chǎn)工藝從而打破了技術(shù)壟斷；

二、 下游對于生物基BOD的綠色溢價消化尚且不足，導(dǎo)致下游需求量不大。目前生物基BDO廠商除自用外其銷售模式主要為小單定制銷售，如山東蘭典科技會對下游企業(yè)進(jìn)行評估，再選取合適的企業(yè)簽約訂單；

三、 由于目前流通的關(guān)于生物基BDO的信息較少，導(dǎo)致生物基BDO的市場認(rèn)可度較低。

生物基BDO將助力國內(nèi)化工行業(yè)朝向“綠色”發(fā)展

自20世紀(jì)80年代可持續(xù)發(fā)展概念第一次被提出，就一直成為了化工行業(yè)迭代更新的發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”也成為了我國化工企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的主要目標(biāo)之一。在黨和國家政策支持以及國內(nèi)眾多科研學(xué)者的不懈努力下，目前我國已經(jīng)打破了海外對生物基BDO的技術(shù)壟斷，在生物基BDO行業(yè)處于全球領(lǐng)先低位。現(xiàn)階段對于國內(nèi)生物基BDO行業(yè)來說進(jìn)一步解決技術(shù)門檻和降低成本將成為產(chǎn)能擴(kuò)張、提高競爭力的關(guān)鍵。如今低碳發(fā)展已經(jīng)成為趨勢，相信以生物基BDO為代表的生物基產(chǎn)品在政策鼓勵下將成為化工行業(yè)向“綠色化工”轉(zhuǎn)型的重要助力。

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