432 13802
化石资源是现代工业文明的基础
+
4500万吨石脑油 1500万吨燃料油
=
1500万吨乙烯
石油既是全球的能源基础，又是重要的化工资源
中国是一个化石资源匮乏的国家
中国的煤炭、油气资源十分有限。我国已探 明的石油可开采储量约为62亿吨，现已累计开采 34.6亿吨，仅剩余27.4亿吨，可供开采17年。煤 炭可采储量约为1000亿吨，可供开采约50年。
（3）工业加工方式的一场重大革命
从资源集中的加工方式转为利用分散的生物资源。特别是
微生物其特有的生长迅速、扩散快、培养成本低等特点非常适 应于利用分散的生物资源。
二、生物质加工产业与国家重大需求
拥有14亿人口的中国是一个能源需求大国
◆ 2003年我国GDP增长率达到9.1%，汽煤柴油 表观消费量为1.34亿吨，比上年增长7.2%。 ◆ 1990~2003年国内汽煤柴表观消费量年均增长 7.9%，其中汽油消费年均增长5.7%，煤油消费 年均增长7.9%，柴油消费年均增长9.2%。 ◆国内汽煤柴油的需求：2005年为14260万吨， 2010年为17360万吨，2020年为22500万吨
食物链 红外辐射
人类是地球生态系统的一部分， 可持续社会维系着人类文明 人类新文明是建立太阳能驱动下的物质循环， 并与生态系统兼容
可再生生物质资源 －新文明的基础
光合作用产生的 生物质循环 目前世界 化石燃料消耗
950亿吨 C／ｙ
65 亿吨 C／ｙ
与化石燃料无关， 仅需使用小于 10% 生物质循环
木质纤维素的成份
木质纤维素由纤维素、半纤维素、木质素和少量的可溶 性固形物组成。 (C6H10O5)n + nH2O →nC6H10O6 纤维素 葡萄糖 (C5H8O4)n + nH2O →nC5H10O5 半纤维素 戊糖（木糖为主） [3] 木质素是以苯丙烷及其衍生物为基本单位构成的高分子 芳香族化合物，是一种酚类聚合物，起胶质的作用，将纤维 素和半纤维素连接在一起。
生物 催化剂
生 物 制 造
可持续 发展
化石资源
生物质资源
1）制造路线变更
生物催化过程 (生物催化剂---绿色技术的重要应用) 1) 高效率，高转化率 2) 高选择性 3) 环境友好
传统化学催化过程 1) 高能耗 2) 高物耗 3) 污染环境
丙烯酰胺生产路线的变更
化学催化路线
丙腈烯
生物催化路线
丙烯腈
生物质作用
生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器。太阳能照射 到地球后，一部分转化为热能，一部分被植物吸收，转化为 生物质能；由于转化为热能的太阳能能量密度很低，不容易 收集，只有少量能被人类所利用，其他大部分存于大气和地 球中的其他物质中；生物质通过光合作用，能够把太阳能富 集起来，储存在有机物中，这些能量是人类发展所需能源的 源泉和基础。 植物是生物质的主要种类，如木材、农作物（秸秆、稻 草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等）、杂草、藻类等 是生 物加工产业的基础
一、人类文明与生物加工技术
地球进化
生物加工
早期地球
今日地球
原始地球大气的主要成份是水汽、 二氧化碳、氮、甲烷和氨
今天的地球是一个由大气圈、水圈及生物圈 构成的、各种生命形式和谐共存的蓝色星球
人类文明演化
◆人类活动需求的基本物质是人类文明的基础，而生物质一直是人类 文明的重要物资基础。事实上，今天在地球上所发生的最大的物质 和能量的循环（如C、N、O和太阳能）也是由生物加工所完成的。 游牧文明 食物
生物催化法
0.75 99.99% 副产物少 99.99% 低 10 低
只有生物催化法才能生产高纯度的丙烯酸，从而才可以合 成超高分子量的聚丙烯酸，在三次采油中发挥高效性，可以简化流程，实现过程 高效。（物耗低）
优异手性催化选择性，在制药工业中有重要作 用。（原子经济性高） 反应温和（能耗低），环境友好（污染小）。
化石资源为基础的工业文明 将面临着严重的资源危机
化石资源日益匮乏:
石油: 50～100 年
煤炭: 20～30年
天然气: 75 ～ 120年
•文明危机：石油战争、资源争夺 •资源：外交政策和国家安全
人口 资源 人均食品产量 人均工业品产量
文明冲突
生长极限
100亿人口
环境污染
61亿人口
17亿人口
1900 年 2000 2020 （forecast） 1970 2050 2100
◆石油短缺形势加剧 ◆石油开采成本的增加
•石油价格上涨! 大宗化学品价格猛涨!
•下游制造企业和相关联公司面临严峻的运行危机。
石油工业
短缺 关键 化合物 有机化学 增加功能基 化学过程 多步 溶剂, 催化剂 能量
CO2
石油化学 产品
石油
石脑油
燃料 石油精炼
乙烯 丙烯 苯
生物质化学工业
太阳能 关键 化合物
工业生物技术是生物质资源利用的关键
生物质加工产业的主要形式
1）生物能源 2）生物材料 3）生物基大宗化学品和化工原料
生物能源的前景 ◆几种可再生能源的比较
资源量 生物质能 大 资源形式 相对集中，可储藏 能量品位 较高
光伏发电
水能 风能
大
少 少
分散，周期性
集中 随机性强
低
高 较高
生物质能源是重要的可再生能源形式之一，生物质是人类未来有机材料 的主要来源，工业生物催化技术无可替代，具有良好的发展前景。
中国生物质加工产业发展的前景
生物工程（技术）的定义 生物工程（技术）是指运用现代生物科学 、工程学和其他基础学科的知识，按照预 先的设计，对生物进行控制和改造或模拟 生物及其功能，用来发展商业性加工、产 品生产和社会服务的新兴技术领域。
生物质定义
生物质是植物通过光合作用生成的有 机物，它的生成过程如下 CO2+H2O+太阳能--（CH2O）+O2 生物质的具体种类: 植物类中最主要也是我们经常见到的有木 材、农作物（秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉 花秆、谷壳等）、杂草、藻类等。 非植物类中主要有动物粪 便、动物尸体、废水中的有 机成分、垃圾中的有机成分 等。
可持续社会的基础 通过外部能量驱动下生物质自然循环
新文明支柱——工业生物技术的特点
（1）工业生物技术与农业生物技术的联盟 ——（简称“工农联盟”）
以生物质为原料大规模生产化学品，提供能源、材料、
食品，从而构成人类新文明的物质基础。这也是人类文明发 展的历史回归。
（2）与现代工业文明充分接轨
工业生物技术与现代工业技术组合，特别是和以化石原料 为基础的化工技术的组合，可以迅速转化为生产力。例如乙烯。
增长的极限 （Club of Rome, 1972）
系统可持续原理
输入能量 输出能量
物质 循环 封闭系统与环境 无物质交换
外来能量驱动下封闭系统中物质循环机理
热力学定律
人类物质文明可持续发展的物质基础
太阳能 光合作用 H2O CO2 生态系统 可持续 有机物 95 billion ton C／ｙ
人类走向生物经济时代是一种历史的回归， 也是人类物质文明走向可持续发展的一种进步。
工业文明的巨大成就
工业文明使用高度“浓缩”的化石资源，集中 的生产方式，带来生产效率的大大提高，创造 了大量的物质财富，满足了人类社会不断增长
的物质需求，促进了人类社会的发展和人类文
明的进步。 工业文明在科学技术上取得巨大的进步，是未 来人类物质文明的科技基础。
H2 O 生物催化剂
H2O
除氧 水合 100℃
丙烯腈
Cu2+ 催化
水合 （室温） 分离催化剂 脱色
催化剂 分离 浓缩
Cu2+ 除去和脱色
Yield 99.99% Purity 99.99％
丙烯酰胺
丙烯酰胺
丙烯酰胺生产路线的比较
Cu2+ 催化法
单耗 产品纯度 副产物和杂质 转化率 成本 温度（℃） 能耗 ～0.8 ～95% 产物中存在 Cu2+, 基本上没 有三废 83 ～ 87% 高 100 高
1万年
阳 光
自然生 物质资 源转化
农耕文明 衣食住行
工业文明 化石原料
3千年
文 明 演 化 方 向
人 口 资 源 压 力
生物质一直是人类文明的 重要物质基础。生物质资 源加工利用方式的进步推 动了人类文明的进步。
2百年 未来
新文明
人类物质文明的重要基础一直是围绕着 生物质的生产与获得！
依赖化石资源的工业文明只是人类文明历史的一幕。
工业原料的代表：乙烯及其衍生物的需求不断上涨
产量（万吨）
2003年
乙烯 1620
2005年
1900
2010年
2600
2020年
4000
苯
合成树脂
220
1652
285
2072
390
3630
600
5290
合成纤维
合成橡胶 合计
1089
135 4716
1366
169 5792
2400
297 6977
3480
生物催化剂快速定向进化技术
200 175 150 125
活 性
100
75
50 25 0 0 1 2 3 4
代
在试管中数周之内可完成数万年的自然进化过程， 提高酶活几倍到几万倍。
RNAi技术
生物能源产业
1）燃料乙醇
2）生物柴油 3）沼气 4）生物制氢
平台化合物在生物质化工中具有重要作用
三、生物质加工产业发展的关键技术
科学
人类基因组学 及相关科学 动植物基因组学 及相关科学 推动