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現在大熱的生物基BDO到底是什么?

分類:行業(yè)資訊     來源:微LINK化工    發(fā)布時間:2023-09-25

9月20日,巴斯夫發(fā)布消息稱,將從嘉吉公司(Cargill)和漢姆股份公司(HELM AG)合資組建的企業(yè)Qore? LLC(以下簡稱Qore)獲得生物基 1,4-丁二醇(BDO)QIRA?的長期使用權。巴斯夫和 Qore 已就此達成協(xié)議。Qore 將在嘉吉位于美國愛荷華州埃迪維爾的生物技術園區(qū)和玉米精煉廠生產生物基丁二醇。巴斯夫將擴大現有丁二醇衍生物的產品組合,例如聚四亞甲基醚二醇(聚四氫呋喃,PolyTHF)和四氫呋喃(THF)的生物基種類。首批商品預計將于 2025 年第一季度面市。



“一款完美的產品”



生物基BDO是由纖維素或淀粉等生物原料通過水解產生的葡萄糖通過特殊的酶發(fā)酵形成的。由于可持續(xù)化發(fā)展和節(jié)能減碳成為國內乃至全球范圍內工業(yè)發(fā)展的主要趨勢,生物基BDO也成為行業(yè)風口受到業(yè)者廣泛關注。據相關數據報道截至2020年,全球生物基BDO市場規(guī)模估算達到1.91億美元,預計2030年將達到3.93億美元,2021—2030年復合年均增長率為7.5%。Qore以QIRA品牌生產生物基BDO,QIRA是通過從玉米中提取的植物糖發(fā)酵制成的,其質量與同規(guī)格的化石基BDO相同。


Qore首席執(zhí)行官Jon Veldhouse表示:“QIRA是一款完美的產品一款使行業(yè)能夠快速、無縫地轉向更可持續(xù)的替代品。與化石基BDO相比,QIRA的BDO衍生物具有相同的物理和技術特性,并且產品的碳足跡 (PCF) 可減少86%。”



生物基BDO生產工藝



一步法也叫直接發(fā)酵法,將糖類物質與水、無機鹽和微生物混合在一起,通過微生物的發(fā)酵過程,將糖類物質直接轉化為BDO。


一步法生產工藝主要由Genomatica公司掌握,它通過在篩選過的大腸桿菌群中引入一個或多個編碼DNA使其具有 4–HBCoA 或腐胺途徑酶,從而滿足BDO生物合成的代謝設計。此外,Genomatica還發(fā)明了一種用于增強甲醇還原當量的代謝途徑,通過提高還原用甲醇當量從而進一步提高BDO的產率。一步法的原料目前主要使用小麥秸稈和玉米秸稈。


兩步法利用微生物發(fā)酵將葡萄糖轉化為丁二酸,再用生成的生物基丁二酸來生產BDO。兩步法生產工藝由中國科學院研發(fā)。


目前,糖類直接發(fā)酵法和丁二酸轉化合法兩種生物法制BDO工藝已成功建立工業(yè)化生產線,其中糖類直接發(fā)酵法主要采用的是Genomatica公司授權的工藝。

1.
直接發(fā)酵法

美國Genomatica公司2008年首次開發(fā)了以糖類直接發(fā)酵生產BDO的技術,并在2010年成功實現3m3/d發(fā)酵中試工藝驗證。


2012年,Genomatica和DuPont Tate&Lyle Bio Products公司(美國DuPont和英國Tate&Lyle合資公司)合作建立工業(yè)放大生產線,并歷時5周生產了500萬磅生物基BDO,該生產線采用Genomatica的BDO發(fā)酵工藝和Tate&Lyle的示范規(guī)模裝置。


2013年,BASF宣布采用Genomatica專利技術從可再生原料商業(yè)化生產出生物基BDO,其質量與石油基BDO相媲美,并將該產品交付客戶進行測試和用于商業(yè)用途。目前BASF生物基BDO產能約3萬噸/年。


2016年,意大利Novamont公司采用Genomatica直接發(fā)酵技術建立了世界第一座生物基BDO專用工業(yè)化工廠——MaterBiotech,該工廠產能3萬噸/年,目前全部用于Novamont生物降解塑料Mater-Bi系列產品的生產。


2021年,美國農業(yè)食品巨頭嘉吉公司(Cargill)與德國Helm公司共同成立Qore公司,將利用Genomatica技術建設生物基BDO工廠,該工廠將建于Cargill位于美國愛荷華州埃迪維爾的現有設施周邊,預計總投資3億美元,將生產6.5萬噸/年的BDO,計劃于2024年投入運營。


2021年,中國元利化學集團股份有限公司成功研發(fā)并投產生物基BDO,并于2022年正式批量出口歐盟市場,實現了國內生物基BDO產品零的突破。


2.
丁二酸轉化合成法

2010年,BioAmber公司利用美國DuPont公司授權的丁二酸催化加氫技術開發(fā)出生物基BDO生產工藝。2015年,BioAmber與日本三井公司(Mitsui)在加拿大安大略省建設投產3萬噸/年的丁二酸工業(yè)化生產線,該產線可以轉換生產2.2萬噸/年的生物基BDO。


2013年,英國JMDavy公司宣布其位于Teesside的工廠采用丁二酸催化成功生產出生物基BDO,該丁二酸原料來自于Myriant公司發(fā)酵工藝生產。


此外,新建生物基BDO項目的還有,金發(fā)科技遼寧1萬噸生物基BDO項目,美國嘉吉和德國Helm的合作建設6.5萬噸生物基BDO項目。


部分生物基BDO生產商(已有產能/擬建)

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根據公開資料整理



生物基BDO的商業(yè)化應用




生物基PBAT:

從當前產能的應用情況來看,生物基BDO主要應用于制造生物基PBAT。巴斯夫和Novamont生產的生物基均自用不外售,以生產生物基PBAT。


在中國,由于近年來的禁限塑政策,PBAT作為可降解塑料袋的重要材料,該行業(yè)的發(fā)展速度驚人,已經形成了較為完整的產業(yè)鏈。而這些PBAT是化石基的產品,其原料BDO、己二酸(AA)等也都是化石基。


據悉,歐盟對PBAT制成的生物降解膜袋,要求達到一定的生物基含量(60%)。目前因為生物基BDO產能未得到大幅提升,標準執(zhí)行并不嚴格。但隨著產能進一步提升,生物基BDO仍具有投資前景。



生物基氨綸

2022年9月,為紡織服裝行業(yè)開發(fā)創(chuàng)新纖維和技術解決方案的全球領導者萊卡公司,宣布已與Qore?簽訂協(xié)議,成為全球首個大規(guī)模使用新一代的生物基BDO作為主要原料進行生物基氨綸商業(yè)化生產的公司。


通過這次合作,LYCRA?(萊卡?)纖維70%的成分將來自每年可再生的原材料。與由化石燃料的原料所制成的同等產品相比,這一變化有望將LYCRA?纖維的碳足跡最高減少44%,同時保持與傳統(tǒng) LYCRA?纖維相同的高質量性能參數。



碳減排同時也面臨挑戰(zhàn)



生物基BDO在“從搖籃到大門”生命周期階段可以大量減少溫室氣體排放,根據Genomatica的LCA(生命周期分析)估算,生物基BDO對比石化基可以減少52%溫室氣體排放。未來,隨著下游可生物降解塑料的推廣應用和國家“雙碳”政策的嚴格落實,生物法制BDO工藝將得到進一步發(fā)展,有望與現有工業(yè)化BDO生產工藝相競爭。


然而新玩家進入該行業(yè)的門檻也較高:

一是生產技術門檻較高,尤其是一步法已由Genomatica公司申請專利,新加入行業(yè)的企業(yè)如想使用一步法生產生物基BDO則需要Genomatica公司的技術授權。


二是下游對于生物基BDO的綠色溢價消化尚且不足,導致下游需求量不大。目前生物基BDO廠商除自用外其銷售模式主要為小單定制銷售。


三是由于目前流通的關于生物基BDO的信息較少,導致生物基BDO的市場認可度較低。


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