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生物基材料产业化过程中的问题与对策
生物基材料作为最具发展潜力的材料,有其广阔的市场前景。但是我国生物基材料目前面临产业规模小、劳动生产率低、技术结构不先进等问题,科研与产业脱节,70%~80%要依靠进口,基础研究水平不高直接制约了新技术和新材料的开发和应用。



虽然我国在PHA、PLA等方面的研究和产业化取得了一些进展,但同美国、欧洲、日本等发达国家相比,我们生物基材料的产业发展还面临着诸多的问题有待解决。到目前为止,生物基材料的主要知识产权仍掌握在美、欧、日等发达国家。



未能和石油基材料直接竞争



现阶段PLA和PHA等环境友好材料属于新兴的材料产业,在价格方面,聚丙稀的价格低于1美元/公斤,而一些最便宜的生物可降解塑料的价格也需要3~6美元/公斤,因而还不能与大量生产的以石油工业为基础的塑料材料进行直接的竞争。



高成本由多种因素造成的。首先在生产环节上,大规模工业化技术还不成熟、生产成本还需大幅降低,加工技术水平还不能使产品性能满足需要和加工成本仍居高不下。决定微生物合成PHA费用居高不下的主要因素之一是底物,即用于生产PHA的原料。



事实上,单独生产PHA,底物的成本占到总成本的28%~50%。在这方面,我国科学家们选择奶制品工业的乳清、糖蜜、废水、活性污泥、造纸工业的纤维素水解物、植物油和动物脂肪的废脂以及生物柴油副产物等工农业废弃物为原料用于PHA的微生物发酵合成。



虽然取得了一定的研究成果,PHA研究的整体水平已不再在发达国家之下,但仍然需要加大基础研究科研投入和资助力度,在选择便宜可再生的原料用于PHA合成、提高原料转化率以及发现新型PHA等方面进行创新的基础研究。



此外,还应该改变目前国内大部分生物基材料的研究都由政府提供的弊端,积极引导开发基金和风险基金的介入。应该组织强有力的相关机构大力推动生物基材料的发展和应用,并鼓励大型公司致力于生物基材料的应用。



此外,从PHA到最终制品还需要很复杂的加工工艺,首先,在PHA原料基础上,添加增塑剂、干性剂或其他混料,成为粒料(compound);再将粒料转变成膜、片、板、纤维等材料;最终将材料加工成终端制品。这类后续研究70%集中在粒料阶段,也会延续到终端制品阶段。在国外,产业分工明确,专门从事后续应用研究的企业会跟进,在中国却缺少专门从事基础原料应用研究的公司。虽然越来越多的企业意识到了生物基材料的重要性,但由于研发力量和资源的限制,它们大都是重复文献或专利中报道过的工作,很难产生创新性的成果。因此,应着重关注产学研的结合。



我国是世界最大的发酵大国,有大量的发酵能力,不需要重新建设新的发酵设备,就能形成规模生产。直接应用原有生产线生产,必须提供参数、加工工艺以及生产设备的调整办法。这些问题的解决,有赖于科研机构、产业界等的通力合作,相互配合。



为了扶植这个新兴工业的发展,可以通过整合国内研发和产业化力量,加快一至两种有自主知识产权的新材料的产业化。唯有实现可再生资源的利用,我国经济的发展才能实现可持续性。在石油供应成为问题之前,我国必须建立用可持续发展的方式获得材料的技术储备。



还未成为真正的产业



生物法合成新型生物基材料已经成为一个新材料生产、开发和应用的方向,该领域的研究充分体现了多领域、跨行业的现代科技产业特点,生物基材料将在人类的环境保护、医药保健等方面发挥重要作用。



生物基材料以可再生的原材料为原料,渴望在许多应用中替代传统聚合物。但我国生物基材料发展还未能成为一门真正的产业,生物基材料研究尚未得到足够的经济支持,除了与我们的基础研究水平不高有关,还与科研机构和产业部门脱节、产业部门未充分认识生物材料在未来世界经济产业中的重要地位有关。



技术本身不能适应市场,工程化薄弱,技术要素与管理要素脱节,资金投入不足。当然这也与科研成果尚未给企业带来较好的经济效益,损害企业的投资积极性密不可分。要解决这个问题,改变我国生物材料依赖进口的状况,需要科研部门和产业机构更好的相互信任与合作。

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