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告别“白色污染” 生物“降塑”正发力

发布时间:2022/6/23 4:11:33 来源:中国知识产权报

  当前,生命科学已成为前沿科学研究活跃领域,生物技术成为促进未来发展的有效力量。近日,国家发展和改革委员会印发《“十四五”生物经济发展规划》(下称《规划》),业内人士指出,在《规划》指导下,塑料污染问题将有望得到解决。快递包装、一次性餐具、购物塑料袋、农膜等塑料制品,可通过生物降解塑料、高性能环保纸等材料进行替代。我国生物科学基础研究和应用研究蓬勃发展,生物技术、医药卫生、生命科学等领域加快变革。

  发现菌种 破解降解材料难题

  2003年,在新疆艾丁湖,清华大学教授、合成与系统生物学中心主任陈国强团队惊喜地发现了两株细菌具有高度耐盐耐碱以及快速生长的特性,不易被其他微生物感染。这正是团队苦苦寻找的理想工业微生物菌株,困扰他们多年的微生物发酵易染菌的问题迎刃而解。在此基础上,陈国强提出并完善了“下一代工业生物技术”理念,带领团队利用合成生物学和代谢工程学方法,改造出适应能力更强、生长速度更快的菌株并提交了几十件专利申请。团队将形成的聚羟基脂肪酸酯(PHA)产品制造成3D打印材料、医用无纺布、发光、吸油材料等相关产品并试产,使“下一代工业生物技术”实现了大规模量产并初步形成产业链。

  去年,清华大学正式将相关合成生物学技术,包括“一种快速检测胞内聚羟基脂肪酸酯含量的方法”等多件专利,授权给了北京微构工场生物技术有限公司(下称微构工场),使该系列成果实现产业化。

  “微构工场在北京中德产业园建设年产千吨高端PHA材料试生产基地和中德合成生物学研发中心,并已启动年产万吨PHA产线规划。未来5年,我们将建立覆盖全国的3个至5个大型生产基地。”微构工场副总裁兰宇轩表示,公司将不断推动合成生物技术与生物制造的深度融合,探索生命极限、打造绿色未来,推动生物可降解塑料、智能生物制造产业全面升级,为健康低碳生活创造无限可能。

  “国家在合成生物学和绿色制造基础研究领域已有专利布局,未来5年至10年正是我国生物经济收获的时候。”陈国强表示,他带领团队深耕PHA生物材料领域近40年,已经看到了生物降解塑料造福人类的曙光。

  突破技术 实现地膜生物降解

  在农业领域,不可降解材料残存在土壤中,会阻碍农作物发育,影响其吸收水分、养分,进而导致减产,而生物可降解塑料能在一定程度上解决这些问题。

  2016年,科技部在首批国家重点研发计划中专门设置了农膜新材料项目——化学与结构驱动的可控性能农膜材料开发及产业化示范。以此为契机,中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院(下称中国石化上海院)牵头,组建了清华大学等多家单位共同参与的项目团队,申报并主持承担了这一项目。

  “国家政策为生物经济尤其是生物降解塑料的发展以及产品高端化、功能化指明了方向,将助力行业实现可持续发展。”中国石化上海院创新团队负责人王洪学表示,政策实施与项目落实,坚定了团队继续深入研发生物降解塑料的信心与决心。

  经过5年的不懈努力,团队开发了100%生物基嵌段型PHA新材料和基于PHA的地膜,在生物降解地膜新材料、加工性能、配方和助剂等方面进行了技术创新,拥有“超薄高强高韧生物降解地膜材料及薄膜和制备方法及应用”等12件专利,从实验室研究走向了工业规模生产和田间应用,实现了棚膜功能“永久化”,并使得生物降解地膜寿命可控。

  “我们建成了一条万吨级高端棚膜生产线,完成销售1.19万吨,进行了生物降解地膜千吨级生产示范。目前,团队的生物可降解地膜产品在华北、西南、东北等22个省市推广面积近10万亩,应用于黄瓜、西红柿、草莓等多个农作物,发挥了增产作用。”王洪学表示。

  山东农业大学很早就致力于开发全生物降解地膜,并实现了8微米厚度地膜产品的产业化生产。“研发成果取得初步成效后,我们再接再厉,在材料改性、设备改进以及工艺优化等方面开展全面的创新研究,实现了6微米厚度全生物降解地膜的稳定生产和产业化,地膜强度优于国家标准。”山东农业大学农膜团队生物降解地膜技术负责人徐静介绍。

  目前,团队拥有“一种超薄全生物降解薄膜专用增强增韧增透母粒及其制备方法”等14件专利。“我们创制了超薄全生物降解地膜吹膜级材料,在此基础上,研制出了功能期30天至180天可机械覆膜的地膜产品。近3年来,团队成果在山东、河北等10多个省区推广面积逾20万亩,经济、社会和生态效益显著。”徐静表示,团队将针对生物降解地膜及相关产品在实际应用中的瓶颈问题,开展进一步系统研究,开发更多的绿色农业产品,为绿色农业和生态文明建设贡献力量。

  作物发酵 助力绿色纤维发展

  除了在农业领域有广泛应用外,服装领域也需要生物降解技术。北京服装学院材料设计与工程学院教授张秀芹带领的生物可降解材料研发团队与恒天纤维集团等多家公司合作,进行了生物可降解聚乳酸纤维的生产制造和面料设计,以期缓解废弃纺织品所带来的环境污染问题。

  “聚乳酸的原料乳酸可以从玉米、秸秆等含有淀粉的农作物中发酵提取,通过化学合成制备出聚乳酸,经过熔融纺丝成型后变成聚乳酸纤维,由其制成的服装废弃后,埋在土壤中一段时间,可自然降解成二氧化碳和水,从源头上降低对环境的危害。”张秀芹表示,团队潜心钻研聚乳酸材料共性关键问题,拥有“聚乳酸并列复合纤维及其制备方法”等多件专利,在聚乳酸服装面料的抗菌、抗紫外、阻燃等多项性能方面均实现了突破。

  张秀芹介绍,聚乳酸的耐热变形温度与涤纶相比偏低,熨烫、染色、印花等程序温度需要严格控制,因此限制了它的应用领域。对此,团队将在提高聚乳酸纤维耐热性方面,继续进行技术攻关,拓展其在纺织产业的应用领域,助力其更好地服务于国家“双碳”目标。

  随着我国塑料污染治理政策不断深化,生物可降解塑料产业正得以快速发展。根据华安证券研究所的预测,我国可降解塑料需求量到2025年可达238万吨,市场规模达477亿元;到2030年达到428万吨,市场规模可达855亿元,可降解塑料市场空间巨大。(刘弘一)



  (编辑:侯岭)

  (中国知识产权报独家稿件,未经授权不得转载)

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