Напоследък много колеги от индустрията обсъждат химикали на биологична основа, като ги смятат за важна бъдеща посока за химическата индустрия. Защо химикалите на биологична основа привличат внимание? Какви са основните бъдещи приложения на химикали на биологична основа?
1. Какво представляват химикалите на биологична основа?
Съгласно „Терминология, дефиниции и идентификация на материали на био основа GB/T 39514-2020“ химикалите на био основа се отнасят за химикали, произведени с помощта на биомаса като суровина или чрез биологично производство. Те включват биоалкохоли, органични киселини, алкани и алкени, произведени от биомаса или чрез биосинтеза, биопреработка и биорафиниране, както и продукти на захарното инженерство. Те също така включват био-базирани полимери, био-базирани пластмаси, био-базирани химически влакна, био-базирани каучук, био-базирани покрития, био-базирани материали добавки, био-базирани композити и продукти, направени от различни био-базирани материали.
Химикалите на биологична основа са по същество химикали, произведени чрез процеси на биологична ферментация. Те могат да бъдат търговски химикали като биоетанол, биодизел и биоводород или специални химикали, използвани в области като аромати и продукти за ежедневна грижа, като биоаромати, биоаминокиселини и биовитамини. Те могат също така да служат като основни суровини за основно химическо производство, като биоетанол за етилен и био-PDO за PTT влакна, и полимерни продукти на биологична основа, които са критични основни продукти в химическата промишленост.
Биологичните химикали се различават от традиционните химически производствени процеси, тъй като се произвеждат с помощта на конвенционални биоматериали като суровини. Те имат определени конкурентни предимства в кръговрата на въглерода, използването на чиста енергия и пазарната конкуренция. Напредъкът в технологията за производство на био-базирани химикали, особено широкото приложение след изтичането на някои патенти и наближаващия пик на въглерода, значително повишиха вниманието на индустрията към химикалите на био-базирана основа.
2. Категории и представителни продукти на химикали на биологична основа
Въз основа на националните стандарти химикалите на биологична основа могат да бъдат категоризирани по характеристики на материала и сценарии на приложение на химикали на биологична основа, полимери на биологична основа, добавки за материали на биологична основа, химически влакна на биологична основа, композити на био основа, каучук на био основа , покрития на биологична основа и други химикали на биологична основа. Вторичните класификации могат допълнително да диференцират повече типове.
Тъй като има много химически продукти на биологична основа, основните химикали могат да се произвеждат и произвеждат като на биологична основа и няма ясна концепция за класификация на ниво класификация. Следователно много индустрии имат свои стандарти за класификация. Въпреки това, независимо от класификацията, химикалите на биологична основа могат да постигнат същите функции и свойства като традиционните химикали, като дори показват превъзходни характеристики в някои области.
Според индустриалната верига химикалите на биологична основа могат да бъдат разделени на следните процеси: биомаса (суровина) - междинен продукт (преходен продукт) - химикали на биологична основа (основен продукт) - продукти (крайни приложения). Най-често използваните суровини за биомаса са нишесте, целулоза, лигнин, растения и протеини, наред с други. Според непълни статистики над 40 вида химикали на биологична основа са достигнали промишлено производство в Китай, като някои продукти са постигнали масово производство над 100000 тона.
Понастоящем химикалите на биологична основа на китайския пазар са достигнали първоначален мащаб, като разнообразието от продукти непрекъснато нараства и производственият мащаб се разширява.
3. Защо химикалите на биологична основа привличат внимание?
Химикалите на биологична основа привличат вниманието по няколко причини: устойчивост и възобновяемост на суровините, привеждане в съответствие с настоящите екологични политики, бързо нарастване на пазарното потребление, широко приложение и значителни социални последици.
Първо, химикалите на биологична основа се произвеждат от зелени възобновяеми ресурси, като се използват методи за биологично преобразуване. Материали като листа, слама, зърно, зеленчуци и други растения и животни могат да служат като основни суровини за химикали на биологична основа. В контекста на намаляващите глобални нефтохимически ресурси, устойчивостта и възобновяемостта на тези суровини дават значително предимство на химикалите на биологична основа. Много бедни на ресурси градове активно разработват химикали на биологична основа, за да избегнат недостатъците на градските ресурси и да постигнат регионално рециклиране на ресурси. Настоящият основен проблем с химикалите на биологична основа обаче е високата цена, особено цената на въглеродните източници, и има конкуренция за хранителни ресурси. Тези проблеми трябва да бъдат решени чрез пробиви в суровините или технологиите.
Второ, химикалите на биологична основа са щадящи околната среда в сравнение с традиционните химикали, които основно разчитат на невъзобновяеми изкопаеми ресурси като нефт, въглища и природен газ. Химическите производствени процеси на биологична основа са по-щадящи околната среда, произвеждат по-малко замърсяване и генерират странични продукти, които могат да се използват като храна, почти без три отпадъчни изхода. Това е в съответствие с все по-строгите закони и разпоредби за опазване на околната среда, отговаря на изискванията на политиката за двоен въглерод и отразява устойчивото социално развитие.
Трето, производственият мащаб и пазарното предлагане на нови материали на биологична основа бързо нарастват. Според съответните данни до края на 2023 г. производството на нови материали на биологична основа в Китай е надхвърлило 1,9 милиона тона, нараствайки с около 9% годишно през последните няколко години. От 2021 г. производството на нови материали на биологична основа в Китай се ускори, като среден годишен темп на растеж надхвърля 13%. С технологичния напредък и открития мащабът на производството на нови материали на биологична основа в Китай се очаква да продължи да расте бързо, докато общият темп на растеж на други продукти на базата на изкопаеми горива намалява.
Що се отнася до нарастването на търсенето на химикали на биологична основа, потреблението непрекъснато нараства през последните девет години, като потреблението на химикали на биологична основа в Китай надхвърля 1,9 милиона тона до 2023 г., нараствайки със среден годишен темп от около 12%. Химикалите на биологична основа в Китай се прилагат по два начина: специални приложения за химикали на биологична основа, като например във фармацевтичните продукти и разградимите потребителски пазари, и като заместители на традиционните химически продукти, където изискванията за цена не са високи. Пробивът в широкомащабните химикали на био основа е най-голямата полза за пазара на химикали на био основа.
По отношение на стойността на продукцията на химикали на биологична основа, стойността на продукцията на Китай достигна около 26 милиарда юана до 2023 г., нараствайки със среден годишен темп от около 11% през последните девет години, включително стойността на износа. Химикалите на биологична основа в Китай имат пазари със специално приложение, като пазарните цени показват относително стабилна възходяща тенденция. Потребителските пазари в Европа и Северна Америка обаче са по-големи, което прави износа важна посока на продажбите на китайски химикали на биологична основа.
Средната единична стойност на химикали на биологична основа в Китай постепенно се е увеличила през последните девет години, достигайки 13000 юана за тон до 2023 г., като най-високата стойност надхвърля 14000 юана за тон, расте с бавен темп от около 2% годишно. В сравнение с други химикали, цените на много продукти постепенно намаляват поради увеличеното предлагане, засилената конкуренция и устойчивата инфлация, но пазарните цени на химикалите на биологична основа продължават да растат, привличайки предприятия. Въпреки това, „ореолът“ на високите цени също трябва да се вземе предвид, тъй като високите цени могат да се превърнат в недостатък, ако в бъдеще се конкурират напълно с химикали на нефтохимическа основа.
И накрая, химикалите на биологична основа имат широко приложение и значителни социални последици. Те имат много предимства, като разнообразни видове, сложни структури, усъвършенствана технология за подготовка, уникална производителност, ниски разходи за подготовка и кратък производствен цикъл. Те са от съществено значение в медицината, селското стопанство, храните, опазването на околната среда, енергетиката и други области. Например в медицината химикалите на биологична основа са постигнали значителни резултати в антибиотиците и антивирусните лекарства. В областта на опазването на околната среда се изследват и разработват нови рециклируеми материали на биологична основа, като термореактивни епоксидни смоли, потенциално значително въздействие върху областта на екологичните материали.
Разработването и прилагането на химикали на биологична основа спомагат за решаването на проблема с недостига на нефтохимически ресурси, насърчават развитието на биологичната индустрия и улесняват трансформацията и модернизацията на икономическата структура. Тяхната екологичност също помага за подобряване на качеството на околната среда и стандарта на живот.
Тези фактори колективно стимулират бързото нарастване на вниманието към химикалите на биологична основа.
4. Как ще се развиват химикалите на биологична основа в бъдеще?
Държавата е въвела многобройни политики в началото, за да насърчи развитието на химикали на биологична основа.
През октомври 2021 г. Държавният съвет издаде „План за действие за достигане на въглероден пик преди 2030 г.“, като основните цели са значителен напредък в оптимизирането на индустриалните и енергийните структури по време на периода на „14-ия петгодишен план“, нов напредък в зелени и ниско- изследване и прилагане на въглеродни технологии и широко възприемане на зелено производство и начин на живот. Политическата система, която води до зелено, нисковъглеродно и кръгово развитие, ще бъде допълнително подобрена. До 2025 г. делът на потреблението на неизкопаеми горива ще достигне около 20%. Тази политика определя мащаба, графика и тенденцията за био-базирано развитие, като предлага ясни цели за развитие на био-базираната индустрия.
През декември 2021 г. Министерството на промишлеността и информационните технологии издаде „14-ия петгодишен план за развитие на индустрията за суровини“, подчертавайки инженеринга на цялата технология за подготовка на индустриалната верига за материали на био основа като ключова посока за технологични иновации, прилагане на ключови действия за пробив в материалите с тесни места и подпомагане на предприятия за производство на материали и приложения за съвместно провеждане на изследвания върху материали на биологична основа и биомедицински материали. Тази политика изяснява основните сценарии за приложение на нови материали на биологична основа и насочва прилагането на химикали на биологична основа в Китай.
През януари 2023 г. Министерството на промишлеността и информационните технологии, наред с други, пусна „Тригодишен план за действие за ускоряване на иновациите и развитието на незърнени био-базирани материали“, предвиждайки, че до 2025 г. незърнените био- индустрията за базирани материали ще формира екосистема за иновации и развитие със силни независими възможности за иновации, непрекъснато обогатена продуктова система и зелена кръгова система с ниски въглеродни емисии. Технологията за използване и прилагане на суровини от незърнена биомаса ще бъде в основата си зряла и някои продукти на незърнена биомаса ще бъдат конкурентни на продуктите на базата на изкопаеми горива, с първоначално установена висококачествена, устойчива система за доставка и потребление. Тази политика изяснява посоката на приложение и целите на незърнените химикали на биологична основа и допълнително уточнява сценариите за приложение.
Понастоящем глобални био-базирани гиганти като Genomatica, Cathay Biotech, Mitsubishi Chemical и DuPont имат патенти за някои био-базирани химикали, които скоро изтичат или вече са изтекли. Много чуждестранни експерти и учени се завръщат в Китай за развитие. Това носи изобилие от ресурси и технология за разработването на химикали на биологична основа в Китай. С подкрепата и насърчаването на китайските политики се очаква биохимическата индустрия в Китай да.