化工行业是我国的基础支柱产业,化工总产值约13万亿元,约占全国GDP的17%。我国化工产业仍以石油化工为主。以化石资源为基础的加工模式面临转型升级,化工行业绿色化对于人类社会可持续发展至关重要,主要包括以下方面:

　　原料绿色化。我国化工制造业多依赖煤、石油、天然气等化石资源,结合我国资源状况,原料可持续性供给亟待加强。自然界中生物质通过光合作用固定二氧化碳而来,据统计,仅利用全球生物量的7%,人类就可以解决资源、能源难题。世界经济合作组织(OECD)曾指出:预计到2030年,35%的化学品和其它工业产品将来自生物制造,占行业总产值份额39%。美国以玉米为原料,巴西以甘蔗为原料制定生物制造发展战略。我国粮食安全是基本国策,使用粮食资源作为原料进行大规模生物制造不合适。但我国低劣生物质资源丰富,如每年7亿多吨农作物秸秆、1.6亿多吨废弃林木资源。将这些中低品位生物质进行高值化利用,不仅可以解决生物制造的原料来源问题,还可以降低其对环境的污染。

　　过程、装备与产品绿色化。合成生物学技术作为未来颠覆性技术,是生物制造产业前沿,是未来化工产业升级的核心技术之一。世界各国将合成生物学作为科技创新和经济发展的主要驱动力之一。首先,合成生物学开展酶与细胞的设计合成,给生命体创造全新的物质识别、生化代谢等能力,突破自然生物进化局限,推动颠覆性技术创新。其次,合成生物学设计合成细胞群体,大幅度提高生物合成产品的过程效率。目前化工产业存在的通用问题包括:化工厂占地面积大,间歇式居多,效率低;设备体积巨大,动辄数十、数百立方米;装载危险物料多,操作失误或不当引发爆炸形成严重的环境安全事故,污染排放严重等。近年来,微化工等绿色化工生产技术与装备有力推动化工技术向绿色化、环境友好发展。比如通过微化工技术,可以实现化工过程连续化,提高反应与分离效果,减少排放;做到轻量化,大大减少系统中危险物料的使用,提高本质安全性;专用化工设备做到微型化,缩小系统空间,减少占地面积,实现“通风橱中的工厂”梦想。研究团队利用3D打印、数控加工等快速精密制造技术提升微流场反应装备开发效率,实现对传统化工生产模式的变革。我国化学品的产品体系难以突破已有传统产品体系的局限,大量化学品依赖进口,部分产品成了“卡脖子”。如尼龙66材料,其核心原料己二胺80%以上依赖进口,自给率严重不足。如何突破己二胺长期依赖进口对相关产业链的限制,需要自主创新。

　　产业结构绿色化。当前,我国传统产业结构面临很大挑战。大量消费需求和水地资源不足的问题要通过科技创新解决。可以用生物制造来生产蛋白,生物技术生产蛋白效率是植物的1000倍,动物的10000倍。可以实现药用蛋白、食用蛋白以及饲用蛋白的大规模制造,用以生产抗体药物、人造肉等。可以利用生物制造技术将秸秆通过预处理在生物反应器中培养酵母,收获大量蛋白、油脂等,缓解中国对进口大豆的依赖。

　　在科技竞争的今天,化工行业的转型升级是“两个替代、一个提升”,即以生物可再生资源取代化石资源的工业原料路线替代,实现低碳经济与工业可持续发展;以合成生物学技术、微反应技术等前沿技术、颠覆性技术来取代传统的化学催化的工艺路线替代,实现节能减排、绿色环保;以现代生物技术提升传统化工技术产业,实现产业结构调整与竞争力的提升。化工行业的转型升级对于我国加快调整经济结构、转变增长方式,节约发展、清洁发展、安全发展,建立绿色、低碳与可持续的化工产业经济体系具有重大战略意义,可以有力助推实现建设世界科技强国的目标。