工业生物技术与绿色生物制造课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Quellangaben,*,ICBT,3-5 December 2013,Xiamen,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,ICBT,3-5 December 2013,Xiamen,Quellangaben,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,工业生物技术与绿色生物制造-谭天伟,工业生物技术与绿色生物制造-谭天伟,1,工业生物技术与绿色生物制造课件,2,工业生物技术与绿色生物制造课件,3,美国：,2012,年,国家生物经济蓝图,，将生物经济列为优先政策领域,-2020,年，实现化学工业的原料、水资源及能量的消耗降低,30%,，污染物排放和污染扩散减少,30%,。,-2030,年替代25%有机化学品和20%石油燃料,欧盟：,2012,年,一个强大的欧盟工业有利于增长和经济复苏,，工业生物技术列入六大关键势能技术,欧洲工业生物技术,2025,远景规划：,-,生物能源替代化石能源,20%,-,化学品替代,10-20%,其中化工原料替代,6-12%,，精细化学品替代,30-60%,工业生物技术已成为各国的战略方向,美国：2012年国家生物经济蓝图，将生物经济列为优先政策,4,趋势：大宗化学品的生产和消费正在从西方,向东方转移，,我国大宗化学品产业面临着前所未有的机遇和调整。,原料：三烯三苯,合成树脂,合成纤维,合成橡胶,产品及产量,300,万吨以上,1300,万吨,4300,万吨,2.,生物基化学品,2.1,大宗化学品应用现状,趋势：大宗化学品的生产和消费正在从西方向东方转移，我国大宗化,5,化工产业是国民经济和国防工业重要支柱，但受资源匮乏所限，,原料高度依赖进口，需多元化原料结构。,种类,表观消费量,（万吨，,2013,年数据）,进口依存度,乙二醇,1165,70%,二乙二醇,94,62%,对二甲苯,1520,51%,双酚,A,115.8,50%,苯乙烯,848,43%,丙酮,117.8,41%,甲基丙烯酸甲酯,60.4,40%,正丁醇,125.9,32%,丙烯腈,170.7,32%,己内酰胺,160,28%,异戊橡胶,410,75%,2.2,大宗化学品生产存在的问题,碳排放严重,水消耗严重,OECD:,化工产品水消耗占工业用水,43%,我国是世界第一碳排放大国，减排压力巨大,原油对外依存度为,58%,烯烃对外依存度为,30-50%,天然橡胶对外依存度为,75%,化工产业是国民经济和国防工业重要支柱，但受资源匮乏所限，原料,6,丰富的可再生生物质资源是化工原料的,重要选择,聚乙烯（,PE,）,/,聚丙烯（,PP,）聚合物,聚对苯二甲酸乙二醇酯（,PET,）,聚对苯二甲酸,1,3-,丙二醇酯（,PTT,）,.,糖、油脂、非粮生物质、有机废弃物、甚至工业废气和二氧化碳等,走出一条,可持续,的化工原材料,生产新路线,减少,工业化进程对,化石资源,的,依赖,原料,产品,过程,生物,化工,技术,2.3,生物基化学品，是我国未来化工原料多元化战略的重要突破口,丰富的可再生生物质资源是化工原料的重要选择聚乙烯（PE）/聚,7,8,20,放热反应,液氨，冷冻盐水,水,AN,丙烯酰胺,底物耐受性差：,底物浓度一般为,0.1,以下,热稳定性差,：,水合温度需控制比较低,(17-22,),能耗严重，酶易失活,副产物丙烯酸大量生成：,精制压力大，废液排放多,产物耐受性差,：,产物浓度一般为,28,(280g/L),微生物法生产丙烯酰胺的全局调控,副产物减少,86,；,水合温度提高到室温；,底物,/,产物耐受性提高,2-3,倍,催化机理,结构设计,耐热改造,全局转录调控,转座子敲除调控,副产物阻断调控,生物基丙烯酰胺：化学和生物学技术的相互交融和耦联推动了工业生物技术的产业化,820放热反应液氨，冷冻盐水水AN丙烯酰胺 底物耐受性差：,8,碳氢化合物来源,9,Natural gas,Steam Cracker,Methane,Ethylene,Propylene,Butadiene,Aromatics/BTX,Other,Oil,Naphtha,Ethane and higher,catalytic reforming,碳氢化合物来源9Natural gasSteam Crack,9,页岩气浪潮对乙烯价格的影响,10,页岩气浪潮对乙烯价格的影响10,10,可获得的碳氢化合物,:,页岩气的影响,11,Availability from fossil sources,Ethylene,Propylene,Butadiene,Aromatics,Functionalised C3-Compounds,Methane,是否为生物基路线带来了机遇,?,可获得的碳氢化合物:页岩气的影响11Availabilit,11,生物基丙烯路线,丙烯,2-,丁烯,乙烯,乙醇,Fermentation,葡萄糖,乙烯,+,Metathesis,Dehydration,Dimerisation,生物基丙烯路线丙烯2-丁烯乙烯乙醇Fermentation葡,12,生物基丁二烯路线,13,ICBB,3-5 December 2013,Xiamen,丁二烯,乙醇,葡萄糖,n-,丁醇,1-,丁烯,Lebedev-Process(single step),or Ostromilensky-Process(two steps),发酵,ABE-,发酵,Dehydration,Oxidative,Dehydrogenation,Fer-,mentation,2,3-,丁二醇,Dehydration,生物基丁二烯路线13ICBB,3-5 December 2,13,生物基芳烃,BTX,木质素,生物质,葡萄糖,CO+H,2,Gasification,发酵,+,化学合成,(,实验室水平,),?,甲醇,MtA,生物基芳烃BTX 木质素生物质葡萄糖CO+H2Gasif,14,15,Source:B.Kim,H.Park,D.Na,S.Y.Lee,Biotechnology Journal 2014,9,芳烃的生物合成路线,15Source:B.Kim,H.Park,D.,15,丙烯的其他合成路线,16,ICBB,3-5 December 2013,Xiamen,丙烯,2-,丁烯,乙烯,乙醇,Fermentation,葡萄糖,乙烯,+,Metathesis,Dimerisation,Dehydration,汽油,丙烷,Fluid Catalytic,Cracking,De-Hydrogenation,甲烷,合成气,Gasification,MtO,甲醇,乙烷,Steam-Cracking,丙烯的其他合成路线16ICBB,3-5 December,16,丁二烯的其他合成路线,丁二烯,乙醇,葡萄糖,n-,丁醇,1-,丁烯,Lebedev-Process,Fermentation,ABE-,Fermentation,Oxidative,Dehydrogenation,丁烷,De-Hydrogenation,甲烷,乙炔,Plasma,2,3-Butandiol,Fer-,mentation,Dehydration,丁二烯的其他合成路线丁二烯乙醇葡萄糖n-丁醇1-丁烯Lebe,17,芳烃的其他合成路线,18,ICBB,3-5 December 2013,Xiamen,BTX,木质素,生物质,葡萄糖,CO+H,2,Gasification,Fermentation+Synthesis(lab stage),?,甲醇,MtA,甲烷,Catalysis,Gasification,芳烃的其他合成路线18ICBB,3-5 December,18,甲烷可作为工业生物技术的重要原料,Methylobacterium extorquens,as microbial cell factory“,Methane,Fermentation of,M.extorquens,on,Methanol,or,Methane,Biopolymers,Aminoacids,Carotinoids,Single cell protein,Further products:,Organic Acids,Polysaccharides,Enzymes,Corrinoids,Phytohormones,CH,4,CH,4,CH,3,OH,Methanol,CH,3,OH,CH,4,via,Syngas,Biogas Plant,Natural gas,C1-,底物,产品,19,Source:J.SchraderDECHEMA-Institut,ICBB,3-5 December 2013,Xiamen,甲烷可作为工业生物技术的重要原料 Methylobacte,19,James Liao,藻类,CO2,合成乙醇和丁醇,2010,年，,Liao,因其在“循环利用二氧化碳合成高级醇”方面的杰出工作获得了美国,环保署（,EPA,）颁发的,“总统绿色化学挑战奖”,藻类和,CO2,作为工业生物技术的重要原料,James Liao藻类CO2合成乙醇和丁醇,20,丙烯酸,是制造胶黏剂和密封剂、婴儿尿布等与消费者密切相关的产品的重要原料,2013,年全球仅丙烯酸市场就有,110,亿美元（不包括衍生物），预计到,2020,年将达到,190,亿美元,消费者对环保和健康越来越看重，愿意付出更高溢价,多元醇,是聚氨酯的重要原料，聚氨酯主要用于生产胶黏剂、发泡材料等与消费者接触较多的产品,2020,年全球多元醇和聚氨酯市场将分别达到,230,亿美元和,700,亿美元,消费者愿意付出一定溢价,异戊二烯,合成异戊橡胶（性能接近天然橡胶）的主要原料,异戊二烯全球石化产量受到限制，需发展新路径,天然橡胶是战略性资源，涉及国家国防安全，且产量有限,新型生物基大宗原料及其衍生物,新型生物基大宗原料及其衍生物的生物制造,生物基增塑剂,代替传统的对人体和环境有一定危害的邻苯二甲酸酯增塑剂,预计,2020,年全球增塑剂市场将达到,195,亿美元，全球表面活性剂市场将达到,400-500,亿美元，,丙烯酸是制造胶黏剂和密封剂、婴儿尿布等与消费者密切相关的产品,21,欧盟,2015,年将全部禁止使用邻苯类增塑剂,-,每年禁止几项邻苯类增塑剂产品，逐步淘汰，,2014,年,6,月,16,日最后一批邻苯类增塑剂产品先限用一年（,5,项产品），明年将全部禁止使用，,-,从,2008,年至现在，欧盟一共禁止了,150,多种邻苯类增塑剂产品，从毒性危害上分类，从大到小逐步淘汰,美国,/,英国,英国：,-2014,年开始，提高环保生物塑料的使用量，每年降低,12%,不可再生原料制备的塑料。,美国：,-2014,年立法禁止邻苯类增塑剂的使用,中国,邻苯类增塑剂,亚洲第一，齐鲁石化,120,万吨,/,年产能,齐鲁石化自,2008,年欧盟逐步淘汰邻苯类产品后，出口下降,70%,，并继续逐步下降，,2011-2014,年无出口，产品只能在国内价格竞争，形势严峻。,生物基增塑剂,全球增塑剂市场：全球,400-500,万吨,/,年，,中国,2012,年产品需求量达,300,万吨，直接产值近,400,亿元，其下游应用产生的效益更是近万亿。,市场快速转型,:,生物基增塑剂,（植物油基环氧脂肪酸酯，柠檬酸酯，多元醇酯等）,每年,20%,的增长，,5,年邻苯替代,65%,左右，真正能,100%,替代邻苯类的产品很少，主要原因是产品性能达不到,，,食品、医药、玩具、卫生用品,欧盟2015年将全部禁止使用邻苯类增塑剂美国/英国英国：中国,22,精细化学品,