院士论坛丨谭天伟:如何让化工更“美丽”
谭天伟,生物化工专家,中国工程院院士。现任北京化工大学校长,中国可再生能源学会理事长,中国化工学会副理事长。主要从事生物化工研究,在脂肪酶及酶催化合成化学品方面进行了大量研究,实现了有机合成用脂肪酶的生产和酶工业催化的应用;建立了基于标志代谢物控制的发酵放大新方法,并用于酵母发酵产品的工业生产;开发了发酵废菌丝体综合利用工业化应用新工艺。先后获国内外发明专利40余项。以第一完成人获国家技术发明二等奖2项、省部级科技进步奖一等奖4项,以及何梁何利科学与技术创新奖、谈家桢生命科学奖、亚洲青年生物技术杰出贡献奖等。
塑料、橡胶、油漆、涂料、药品、化妆品、食品添加剂、服装……在我们身边,化工产品无处不在。化工行业为我们提供了丰富多彩的产品和服务,是国民经济的支柱产业。如今,我国是世界上最大的化工产品生产国和消费国,总产值世界第一。然而,大多数人对化工行业并不真正了解,一提起化工行业,就认为与污染、毒害和危险相伴,不少人谈“化”色变、唯恐避之不及。事实上,健康发展的化工行业,与国民经济和百姓生活有着极为密切的关系,具有十分重要的意义。我国经济正在转向高质量发展,新技术不断推动产业革命,在这样的大趋势下,化工行业该如何实现绿色发展、转型升级?未来,那些困扰我们的白色污染、塑化剂超标和能源短缺问题如何破解?正在蓬勃发展的生物技术能为化工行业带来怎样的突破?未来化工行业能否变得人畜无害、和善可亲?
化工行业确实给我们带来了一定的安全隐患还有一些污染问题。但是,也有例外。德国的化工行业一直在世界上是领先的,有很多著名的公司,像巴斯夫公司、拜耳公司、赫斯特公司,当年都是从化学公司起家的。德国的很多化工企业都是在美丽的莱茵河畔,记得在十几年前,我第一次去巴斯夫公司的时候,这个公司的研究部经理一定要带我到莱茵河边去看看。我说:你为什么要带我来莱茵河?他说:您只要看到这河里都是清清的,各种鱼在游,你就知道我们的企业是一个什么样的企业。那时我明白了,其实化工企业完全可以做得跟花园一样。
另外,大家知道,新加坡是一个非常小的岛国,它的面积不大。新加坡著名的裕廊岛化工园区是世界上第三大石油化工基地,这里有几十万吨的PX装置,PX化学名就是对二甲苯。这个园区距离新加坡市区只有十公里的距离,这么多年没有发生过一起安全事故。只要认真地把有关安全的规范和评价以及检查体系做好,用新的绿色环保技术去做化工,化工是可以做到绿色、安全的。
化工行业是国民经济的支柱
化工行业是国民经济的支柱。实际上化工行业不单是我国的支柱,在全世界也是这样。从全球化工行业的整个销售额或者是GDP(国内生产总值)来看,是5.7万亿美金,占了全球GDP(国内生产总值)的7%。因为化工行业生产基础原材料,它对其他行业有巨大的带动作用。国外做过一个统计,每生产1美元的化工产品,在下游加工成终端产品,就会产生4.2美元的终端产品。我国的情况是怎么样呢?实际上化工行业也是我国的支柱产业之一。我国化工行业有12万亿以上人民币的销售收入,我国规模以上的化工企业有27000多个,而这个规模以上,还不包括中小型的企业。我国是世界化工行业产值第一大国,我国这几年化工行业增长率占了全球化工行业增长率的一半以上。
人们正常的衣食住行,每天都离不开化工产品,因为化工产品是基础的原材料。我国近几年的一些重大科学工程,都离不开化工行业,碳纤维就是一个非常好的例子。碳纤维,它的重量特别的轻,大概只有普通钢材的几分之一,但是它的强度比一般的金属材料要强,韧性也比金属材料要好。这样一种质量轻、强度高、性能好的材料,可以在航空航天中应用。“长征7号”火箭用了碳纤维材料之后,它可以减重900公斤,减重900公斤意味着可以携带更多其他东西上天,或者是打得更远。再有港珠澳大桥的吊索是超高分子量的聚乙烯,单根聚乙烯纤维的直径只有0.5毫米,0.5毫米也就是五六根头发丝那样粗细,而这样的一个粗细度,它实际上的拉力或者是耐受的强度比普通钢材要强得多。高分子量的这种新材料为港珠澳大桥的建成贡献了力量。大兴机场也用到了大量的化工材料,比如内饰涂料,还有跑道上新型的沥青高分子材料。化工行业不但为我们的日常生活衣食住行,也为我国和世界上的重大工程项目在作支撑。过去很多不可能做到的事情,今天因为有了化工行业的发展才成为可能。
工业生物技术让化工更“美丽”
工业生物技术就是利用生物质做原料,用生物的手段,并结合化学工程的技术,进行产品的加工,或者是提供相应的社会服务。上百年的化学工业基础都是以石油和煤做原料的,用石油和煤做原料,我们叫石油化工、煤化工,后面又衍生出来很多的材料化工、机械化工等等。这类化工的最大特点,就是从原料体系划分,都是不可再生的。
生物质是通过太阳能光合作用来合成的物质。这种物质是自然生长起来的,年复一年,不断地产生这种生物质,属于可再生资源。工业生物技术跟传统的化学化工技术相比,第一,它的原料是不同的。过去的化学化工主要用的是石油基,或者煤基、矿石基,工业生物技术主要是利用生物基。到底化学基和生物基的产品,有什么直接的不同?其实就看你穿的衣服就知道了。纯棉做的衣服,那就是生物基的,因为它是用生物质(棉花)做出来的;如果你穿的是纯化纤的衣服,那就是石油基的。第二,合成的化学条件不同。化学反应,都需要高温高压,合成氨反应就是一个典型的例子。学过化学的都知道,压力越高,合成氨的产率越高。如果要爆炸,那是很厉害的,所以它有安全隐患。而生物反应其实就是利用酶和微生物。酶和微生物,就跟人一样,它不适合于高温,100摄氏度就死了。生物反应是常温常压下的反应,它不会爆炸,很多都是水性体系,所以没有安全隐患。
为什么这几年大家对于生物转化越来越重视呢?因为它使能耗大幅度下降,物耗也能够大幅度下降,环境污染减少了,碳排放也减少了。生物技术是一种非常重要的减排手段。OECD(经济合作与发展组织)作了一下计算,工业生物技术的应用大概每年能减少10亿到25亿吨的二氧化碳排放量。
各个发达国家都对本国的生物战略进行了规划,日本、韩国、印度都进行了战略规划。印度做得很好,他们成立了一个生物技术部。欧盟也跟我国一样制定了中长期发展规划,计划到2030年,化工原料里生物基的原料要占到30%以上。
化工可能还有一些不美丽的地方,比如对环境的污染排放,还会发生爆炸事故。但是通过包括工业生物技术、过程强化技术、人工智能技术的发展,慢慢都在使化工一天比一天更加美丽。