چرا مواد شیمیایی مبتنی بر زیست توجه را به خود جلب می کنند؟

اخیراً، بسیاری از همکاران صنعتی در مورد مواد شیمیایی مبتنی بر زیست بحث کرده اند و آنها را به عنوان یک جهت مهم آینده برای صنایع شیمیایی در نظر می گیرند. چرا مواد شیمیایی مبتنی بر زیست مورد توجه قرار گرفته اند؟ کاربردهای اصلی مواد شیمیایی مبتنی بر زیست در آینده چیست؟

طبق «اصطلاحات، تعاریف، و شناسایی مواد مبتنی بر زیست GB/T 39514-2020»، مواد شیمیایی مبتنی بر زیست به مواد شیمیایی تولید شده با استفاده از زیست توده به عنوان ماده خام یا از طریق ساخت بیولوژیکی اشاره دارد. اینها عبارتند از الکل های زیستی، اسیدهای آلی، آلکان ها و آلکن های تولید شده از زیست توده یا از طریق بیوسنتز، پردازش زیستی و تصفیه زیستی و همچنین محصولات مهندسی قند. آنها همچنین شامل پلیمرهای زیستی، پلاستیک های زیستی، الیاف شیمیایی مبتنی بر زیست، لاستیک های زیستی، پوشش های زیستی، افزودنی های مواد زیستی، کامپوزیت های زیستی، و محصولات ساخته شده از مواد مختلف زیستی هستند.

مواد شیمیایی مبتنی بر زیست اساساً مواد شیمیایی هستند که از طریق فرآیندهای تخمیر بیولوژیکی تولید می شوند. آنها می توانند مواد شیمیایی تجاری مانند اتانول زیستی، بیو دیزل و بیو هیدروژن یا مواد شیمیایی ویژه ای باشند که در زمینه هایی مانند عطرها و محصولات مراقبت روزانه مانند عطرهای زیستی، اسیدهای آمینه زیستی و بیو ویتامین ها استفاده می شوند. آنها همچنین می توانند به عنوان مواد خام ضروری برای تولید مواد شیمیایی اساسی مانند اتانول زیستی برای اتیلن و زیست PDO برای الیاف PTT و محصولات پلیمری مبتنی بر زیست که محصولات اساسی حیاتی در صنایع شیمیایی هستند، استفاده شوند.

مواد شیمیایی مبتنی بر زیست با فرآیندهای تولید شیمیایی سنتی متفاوت است زیرا با استفاده از مواد زیستی معمولی به عنوان مواد خام تولید می شوند. آنها مزایای رقابتی خاصی در چرخه کربن، استفاده از انرژی پاک و رقابت در بازار دارند. پیشرفت در فناوری تولید مواد شیمیایی مبتنی بر زیست، به ویژه کاربرد گسترده پس از انقضای برخی از پتنت ها، و نزدیک شدن به اوج کربن، توجه صنعت را به مواد شیمیایی مبتنی بر زیست به طور قابل توجهی افزایش داده است.

بر اساس استانداردهای ملی، مواد شیمیایی مبتنی بر زیست را می‌توان بر اساس ویژگی‌های مواد و سناریوهای کاربردی به مواد شیمیایی مبتنی بر زیست، پلیمرهای زیستی، افزودنی‌های مواد زیستی، الیاف شیمیایی مبتنی بر زیست، کامپوزیت‌های مبتنی بر زیست، لاستیک‌های زیستی دسته‌بندی کرد. پوشش های زیستی و سایر مواد شیمیایی مبتنی بر زیست. طبقه بندی های ثانویه می توانند انواع بیشتری را متمایز کنند.

از آنجایی که محصولات شیمیایی بیولوژیکی متعددی وجود دارد، مواد شیمیایی پایه را می توان به صورت بیولوژیکی تولید و تولید کرد و مفهوم طبقه بندی مشخصی در سطح طبقه بندی وجود ندارد. بنابراین، بسیاری از صنایع استانداردهای طبقه بندی خود را دارند. با این حال، صرف نظر از طبقه بندی، مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی می توانند عملکردها و خواص مشابهی با مواد شیمیایی سنتی داشته باشند، حتی در برخی مناطق ویژگی های برتر را نشان می دهند.

با توجه به زنجیره صنعتی، مواد شیمیایی مبتنی بر زیست را می توان به فرآیندهای زیر تقسیم کرد: زیست توده (مواد خام) - محصول میانی (محصول انتقالی) - مواد شیمیایی مبتنی بر زیست (محصول اصلی) - محصولات (کاربردهای نهایی). متداول ترین مواد خام زیست توده مورد استفاده نشاسته، سلولز، لیگنین، گیاهان و پروتئین ها هستند. بر اساس آمار ناقص، بیش از 40 نوع مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی در چین به تولید صنعتی دست یافته اند و برخی از محصولات به تولید انبوه بیش از 100،000 تن رسیده اند.

در حال حاضر، مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی در بازار چین به مقیاس اولیه رسیده اند، با تنوع محصولات به طور مداوم در حال رشد و مقیاس تولید در حال گسترش است.

مواد شیمیایی مبتنی بر زیست به چند دلیل توجه را به خود جلب می‌کنند: پایداری و تجدیدپذیری مواد خام، همسویی با سیاست‌های زیست‌محیطی فعلی، رشد سریع مصرف بازار، کاربرد گسترده و پیامدهای اجتماعی قابل‌توجه.

اول، مواد شیمیایی مبتنی بر زیست از منابع تجدیدپذیر سبز با استفاده از روش‌های تبدیل بیولوژیکی تولید می‌شوند. موادی مانند برگ، کاه، غلات، سبزیجات و سایر گیاهان و جانوران می توانند به عنوان مواد اولیه اولیه برای مواد شیمیایی زیستی استفاده شوند. در زمینه کاهش منابع جهانی پتروشیمی، پایداری و تجدیدپذیری این مواد خام به مواد شیمیایی مبتنی بر زیست مزیت قابل توجهی می دهد. بسیاری از شهرهای فقیر از نظر منابع به طور فعال در حال توسعه مواد شیمیایی مبتنی بر زیست هستند تا از معایب منابع شهری جلوگیری کنند و به بازیافت منابع منطقه ای دست یابند. با این حال، مسئله اصلی فعلی در مورد مواد شیمیایی مبتنی بر زیست هزینه بالا، به ویژه هزینه منابع کربن است و رقابت برای منابع غذایی وجود دارد. این مسائل باید از طریق پیشرفت در مواد خام یا فناوری حل شود.

دوم، مواد شیمیایی مبتنی بر زیست محیطی در مقایسه با مواد شیمیایی سنتی که عمدتاً به منابع فسیلی تجدید ناپذیر مانند نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی متکی هستند، سازگار با محیط زیست هستند. فرآیندهای تولید مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی سازگارتر با محیط زیست هستند، آلودگی کمتری تولید می‌کنند و محصولات جانبی تولید می‌کنند که می‌توانند به عنوان خوراک استفاده شوند و تقریباً سه زباله تولید نمی‌کنند. این با قوانین و مقررات سختگیرانه حفاظت از محیط زیست مطابقت دارد، الزامات سیاست دو کربنه را برآورده می کند و توسعه اجتماعی پایدار را منعکس می کند.

سوم، مقیاس تولید و عرضه بازار مصرف مواد جدید مبتنی بر زیستی به سرعت در حال رشد است. طبق داده های مربوطه، تا پایان سال 2023، تولید مواد جدید مبتنی بر زیستی چین از 1.9 میلیون تن فراتر رفته است که در چند سال گذشته سالانه حدود 9 درصد رشد داشته است. از سال 2021، تولید مواد جدید مبتنی بر زیست در چین با سرعت متوسط ​​رشد سالانه بیش از 13 درصد افزایش یافت. با پیشرفت و پیشرفت های تکنولوژیکی، انتظار می رود مقیاس تولید مواد جدید مبتنی بر زیست در چین به سرعت به رشد خود ادامه دهد، در حالی که نرخ رشد کلی سایر محصولات مبتنی بر فسیل در حال کاهش است.

با توجه به رشد تقاضا برای مواد شیمیایی مبتنی بر بیولوژیک، مصرف به طور پیوسته در طول نه سال گذشته افزایش یافته است، به طوری که مصرف مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی در چین تا سال 2023 از 1.9 میلیون تن فراتر رفته است که با نرخ متوسط ​​سالانه حدود 12 درصد رشد می کند. مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی در چین به دو صورت استفاده می شود: کاربردهای ویژه برای مواد شیمیایی مبتنی بر زیست، مانند داروها و بازارهای مصرفی تجزیه پذیر، و به عنوان جایگزینی برای محصولات شیمیایی سنتی، که در آن نیاز به هزینه بالا نیست. پیشرفت در مواد شیمیایی مبتنی بر زیست در مقیاس بزرگ، بزرگترین مزیت برای بازار مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی است.

از نظر ارزش تولید مواد شیمیایی مبتنی بر زیست، ارزش تولید چین تا سال 2023 به حدود 26 میلیارد یوان رسید که با نرخ متوسط ​​سالانه حدود 11 درصد در 9 سال گذشته رشد کرده است که شامل ارزش صادرات نیز می شود. مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی در چین بازارهای کاربردی ویژه ای دارند و قیمت های بازار روند صعودی نسبتاً ثابتی را نشان می دهند. با این حال، بازارهای مصرف در اروپا و آمریکای شمالی بزرگتر است و صادرات را به یک جهت فروش مهم برای مواد شیمیایی مبتنی بر زیست چین تبدیل می کند.

میانگین ارزش واحد مواد شیمیایی مبتنی بر زیست در چین طی نه سال گذشته به تدریج افزایش یافته است و تا سال 2023 به 13،{2}} یوان در هر تن رسیده است، که بالاترین ارزش آن بیش از 14،{5}} یوان در هر تن است. با سرعت آهسته حدود 2 درصد در سال رشد می کند. در مقایسه با سایر مواد شیمیایی، قیمت بسیاری از محصولات به دلیل افزایش عرضه، تشدید رقابت و تورم پایدار به تدریج کاهش یافته است، اما قیمت‌های بازار مواد شیمیایی مبتنی بر بیولوژیک همچنان افزایش یافته و شرکت‌ها را به خود جلب کرده است. با این حال، "هاله" قیمت های بالا نیز باید در نظر گرفته شود، زیرا قیمت های بالا ممکن است در صورت رقابت کامل با مواد شیمیایی مبتنی بر پتروشیمی در آینده به یک نقطه ضعف تبدیل شود.

در نهایت، مواد شیمیایی مبتنی بر زیست کاربردهای گسترده و پیامدهای اجتماعی قابل توجهی دارند. آنها دارای مزایای بسیاری مانند انواع متنوع، ساختارهای پیچیده، فناوری پیشرفته آماده سازی، عملکرد منحصر به فرد، هزینه آماده سازی کم و چرخه تولید کوتاه هستند. آنها در پزشکی، کشاورزی، غذا، حفاظت از محیط زیست، انرژی و سایر زمینه ها ضروری هستند. به عنوان مثال، در پزشکی، مواد شیمیایی مبتنی بر زیست نتایج قابل توجهی در آنتی بیوتیک ها و داروهای ضد ویروسی به دست آورده اند. در حفاظت از محیط زیست، مواد جدید زیستی قابل بازیافت مانند رزین های اپوکسی ترموست در حال تحقیق و توسعه هستند که به طور بالقوه تأثیر قابل توجهی بر زمینه مواد زیست محیطی دارند.

توسعه و کاربرد مواد شیمیایی مبتنی بر زیست به حل مشکل کمبود منابع پتروشیمی، ارتقای توسعه صنعت بیولوژیکی و تسهیل تحول و ارتقاء ساختار اقتصادی کمک می کند. سازگاری با محیط زیست آنها همچنین به بهبود کیفیت محیطی و استانداردهای زندگی کمک می کند.

این عوامل در مجموع باعث افزایش سریع توجه به مواد شیمیایی مبتنی بر زیست می شوند.

این ایالت از همان ابتدا سیاست های متعددی را برای تشویق توسعه مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی معرفی کرده است.

در اکتبر 2021، شورای دولتی "برنامه اقدام برای اوج گیری کربن قبل از سال 2030" را با هدف اصلی پیشرفت قابل توجه در بهینه سازی ساختارهای صنعتی و انرژی در دوره "برنامه پنج ساله چهاردهم"، پیشرفت جدید در زمینه سبز و کم تحقیق و کاربرد فناوری کربن و پذیرش گسترده تولید سبز و سبک زندگی. سیستم سیاستی مساعد برای توسعه سبز، کم کربن و دایره ای بیشتر بهبود خواهد یافت. تا سال 2025، نسبت مصرف انرژی غیرفسیلی به حدود 20 درصد خواهد رسید. این سیاست مقیاس، جدول زمانی و روند توسعه مبتنی بر زیست را تعیین می کند و اهداف توسعه واضحی را برای صنعت مبتنی بر زیست پیشنهاد می کند.

در دسامبر 2021، وزارت صنعت و فناوری اطلاعات "برنامه پنج ساله چهاردهم برای توسعه صنعت مواد خام" را صادر کرد که مهندسی کل فناوری آماده سازی زنجیره صنعتی برای مواد مبتنی بر زیست را به عنوان یک جهت کلیدی برای فناوری برجسته کرد. نوآوری، اجرای اقدامات کلیدی پیشرفت مواد گلوگاه، و حمایت از شرکت های تولید و کاربرد مواد برای انجام تحقیقات مشترک بر روی مواد زیستی و مواد زیست پزشکی. این سیاست سناریوهای اصلی کاربرد مواد جدید مبتنی بر زیست را روشن می کند و کاربرد مواد شیمیایی مبتنی بر زیست را در چین هدایت می کند.

در ژانویه 2023، وزارت صنعت و فناوری اطلاعات، در میان دیگران، «برنامه اقدام سه ساله برای تسریع نوآوری و توسعه مواد زیستی غیر دانه ای» را منتشر کرد و تصریح کرد که تا سال 2025، مواد زیستی غیر دانه ای صنعت مواد مبتنی بر یک اکوسیستم نوآوری و توسعه با قابلیت‌های نوآوری مستقل قوی، یک سیستم محصول به طور مداوم غنی‌شده و یک سیستم دایره‌ای سبز کم کربن را تشکیل می‌دهد. فناوری استفاده و کاربرد مواد خام زیست توده غیر دانه ای اساساً بالغ خواهد بود و برخی از محصولات زیستی غیر دانه ای با محصولات مبتنی بر فسیل رقابتی خواهند بود و یک سیستم عرضه و مصرف با کیفیت بالا و پایدار در ابتدا ایجاد شده است. این سیاست جهت و اهداف کاربرد مواد شیمیایی مبتنی بر بیولوژیک غیر دانه ای را روشن می کند و سناریوهای کاربرد را بیشتر مشخص می کند.

در حال حاضر، غول‌های جهانی مبتنی بر زیست‌محیطی مانند Genomatica، Cathay Biotech، Mitsubishi Chemical و DuPont حق ثبت اختراعاتی برای برخی از مواد شیمیایی مبتنی بر زیست دارند که در شرف انقضا هستند یا منقضی شده‌اند. بسیاری از کارشناسان و دانشمندان خارج از کشور برای توسعه به چین باز می گردند. این منابع و فناوری فراوانی را برای توسعه مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی چین به ارمغان می آورد. با حمایت و تشویق سیاست‌های چین، صنعت مواد شیمیایی مبتنی بر زیستی در چین انتظار می‌رود.