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《面向生物经济的欧洲化学工业路线图》

  • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
  • 编译者： 陈方
  • 发布时间：2020-04-07

  • 2019年4月，欧盟RoadToBio项目正式发布了《面向生物经济的欧洲化学工业路线图》（Roadmap for the Chemical Industry in Europe towards a Bioeconomy，RoadToBio）。该项目由欧盟地平线2020研究和创新规划资助，旨在面向生物经济推动欧洲化学工业的发展，实现更强的生物基方案，取得有竞争力的成功。其具体目标是为化学工业制定路线图，以期在2030年将生物基产品或可再生原料的份额增加到化学工业的有机化学品原材料和原料总量的25%。围绕这一目标，需要考虑到2030年的社会需求。用于生物基化学品的生物质，应严格遵照可持续性标准，包括直接和间接土地利用的变化。这个25%的目标是生物基产业联盟（Bio-based Industries Consortium，BIC）在2017年的《战略创新与研究议程（SIRA）》中设定的。SIRA被视为欧洲生物精炼行业的“指南”。
    该路线图战略报告旨在为欧盟化学工业提供基于证据的基础，以支撑未来的政策实施和战略行动。欧洲的政府和化学工业应在证据、分析、关键信息和战略结论的基础上，制定战略和行动，增加生物基化学品的份额，同时大幅减少碳排放、提高能源效率，并在未来几十年为欧洲化学工业创造强有力的竞争地位。
    该战略报告包括推动生物基市场增长的详细信息，以及在九个产品类别中添加生物基化学品的基于和挑战，包括日用化学品、颜料和涂料、农用化学品、表面活性剂、润滑油、人造纤维、溶剂、粘合剂和塑料/聚合物。针对所确定的每个产品类别的障碍，提出2019年至2030年的短期、中期和长期的行动计划，并确定需要参与执行这些行动的利益相关方。

  • 原文来源：https://www.roadtobio.eu/uploads/publications/roadmap/RoadToBio_action_plan.pdf
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  • 《欧洲电池技术路线图解读》
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    • 编译者：张欣
    • 发布时间：2024-07-05
    • 9月26日，欧洲电池技术创新平台“电池欧洲”（Batteries Europe）和“电池2030+”（BATTERY 2030+）计划工作组分别发布《欧洲电池研发创新路线图》和第三版《电池2030+路线图》，旨在为欧洲电池技术未来发展指明方向。本文系统梳理和对比了两份路线图的部署情况，供决策参考。 一、欧盟电池研发布局现状 1、战略规划 欧盟极为重视对电池储能技术的研发，希望通过开发高性能电池抢占未来电气化社会竞争制高点。2017年11月，欧盟发布了“战略能源技术规划”（SET-Plan）电池实施计划，提出电池研究创新的重点领域：电池材料/化学/设计和回收、制造技术、电池应用和集成。欧盟在SET-Plan框架下建立了侧重基础科研合作的欧洲能源研究联盟和产业界牵头的欧洲技术与创新平台，利用两种协调互补的机制，致力于构建全链条贯通的能源技术创新生态系统。以电池领域为例，2017年至2019年，陆续建立了欧洲电池产业联盟（EBA250）、欧洲技术与创新平台“电池欧洲”（Batteries Europe）和“电池2030+”联合研究计划推进不同技术成熟度的研究和开发工作，相互衔接互补的机制构建起欧洲电池研究与创新生态系统。在该机制下，欧盟“电池2030+”计划工作组于2020年3月发布首个电池研发路线图，提出未来10年欧盟电池技术研发重点将围绕材料开发、相界面研究、先进传感器、自修复功能四个主要领域，开发智能、安全、可持续且具有成本竞争力的超高性能电池。与此同时，“电池欧洲”在同年12月发布了其第一个《电池战略研究议程》，明确了到2030年从电池应用、电池制造与材料、原材料循环经济、欧洲电池竞争优势四方面关键行动，旨在推进电池价值链相关研究和创新行动的实施。 2、项目研发 2018年6月，欧盟在“地平线2020”计划基础上制定了“地平线欧洲”框架计划，明确支持“可再生能源存储技术和有竞争力的电池产业链”，为其投入150亿欧元的研发经费。同年7月更新了“地平线2020”（2018—2020）计划中能源和交通运输的项目资助计划，即新增一个主题名为“建立一个低碳、弹性的未来气候：下一代电池”跨领域研究活动，旨在整合“地平线2020”（2018—2020）分散资助的与下一代电池有关的研究创新工作，推动欧盟国家电池技术创新突破，开发更具价格竞争力、更高性能和更长寿命的电池技术。2021年1月，欧宣布设立一个欧洲共同利益重要项目（IPCEI）“欧洲电池创新”，由欧洲十二国共同投入29亿欧元，并将撬动90亿欧元的私人投资，主要涉及的研究领域包括：原材料和先进材料；电池单元；电池系统；回收和循环经济。旨在推进电池价值链的创新研发，建立泛欧电池生态系统。 二、两个路线图的区别与联系 为促进欧洲电池制造产量的增长，同时提供更有竞争力和可持续的解决方案，实现2030年欧洲电池综合产能达到886吉瓦时的目标，欧洲到2030年必须建立全球最先进的电池创新生态体系。为此，欧洲电池技术创新平台“电池欧洲”（Batteries Europe）颁布《欧洲电池研发创新路线图》，更侧重以产业发展为导向，汇集来自工业界和学术界的专家来建立整个电池价值链发展的计划方案，并全面概述了欧洲电池研究界从事的主要研究领域、目标和路线图，提出短中长期推动电池相关领域研究的优先事项。而“电池2030+”更侧重于欧洲电池基础研究长期需求，重点关注数字技术，创造更智能、更好、更耐用的电池，并将改变电池研究的方式。通过开发超高性能、耐用、安全、可持续和负担得起的电池材料、组件和原电池，从根本上支撑电池的实际应用。 1、《欧洲电池研发创新路线图》 《欧洲电池研发创新路线图》确定了欧洲电池六大研究领域的33个具体战略研究主题以及17个横向研究主题，并提出这些研究主题在短（2027年）、中（2030年）以及长期（2030年后）的研究内容。 （1）新兴技术：开发高性能的新型电池技术，满足应用需求，对于实现欧盟的碳中和目标至关重要。该领域确定了10个战略研究主题，包括： ①先进氧化还原液流电池； ②金属空气电池； ③金属硫电池； ④水基电池； ⑤无阳极电池； ⑥多价非水系统 ⑦混合超级电容器电池； ⑧多模态多尺度相关表征技术； ⑨仿生学； ⑩电池材料和电池的可持续性设计。 2个横向研究： ①使用廉价、丰富且易于回收的材料制造电池； ②新兴电池技术加速材料发现和多尺度建模。未来为促进基础研究进一步工业应用，建议开发电池专用技术成熟度标准化框架，实现电池、材料、模块等快速开发。 （2）原材料及其回收：到2030年实现锂金属回收率达到90%、钴和镍金属回收率均达到95%目标。该领域确定了6个战略研究主题，包括： ①新型逆向物流解决方案和收集模式； ②现有回收工艺对新技术的适用性； ③锂电池的新回收工艺和其他新兴技术； ④二次原料整合； ⑤钠离子和其他新的化学电池供应链； ⑥可持续的原材料采购和加工。 3个横向研究： ①可持续性评估工具（参考数据可用性和方法框架）； ②安全和可持续的设计； ③利用混合模型优化回收流程的数字孪生。未来需在欧洲层面进行交流合作，增加欧洲关键原材料供应，采用适用性强的回收工艺提高技术竞争力，支持开发更可持续的原材料和二次材料高质量利用。 （3）先进材料：到2030年电池组成本控制在75欧元/千瓦时之内，该领域确定了5个战略研究主题，包括： ①第三代锂电池材料研发（交通）； ②第四代固态电池材料研发（交通）； ③长效锂电池材料研发（固定储能）； ④钠离子电池材料研发（交通和固定储能）； ⑤钒基氧化还原液流电池材料（固定储能）。 3个横向研究： ①可持续性（减少关键材料的使用）； ②安全性（材料本身以及相互作用产生的人体健康和环境危害）； ③数字化（采用人工智能发现新的电池材料）。未来必须更多的考虑可持续性和安全性，特别关注新型电池化学材料，在可回收性的基础上实现成本的降低和关键原材料的稳定供应。 （4）电池设计和制造：该领域着眼于目前欧洲大规模电池生产和未来技术应用所必需的进步，确定了4个战略研究主题： ①可持续燃料电池设计； ②电池的可持续生产； ③柔性生产技术； ④工艺和产品规模化和产业化。 3个横向研究： ①可持续性（再生原料对电池设计、制造材料选择和应用的影响）； ②安全性（电池设计、材料选择和可回收性的安全研究）； ③数字化（可持续设计和制造电池过程的数字孪生）。 （5）应用与集成-移动式储能：移动储能领域重点关注电池在交通应用方面的关键事项，包括： ①公路领域； ②水路领域； ③航空领域； ④铁路领域； ⑤非公路机械领域。 3个横向研究主题包括： ①快速充电； ②电池更换； ③关键指标预测（如电量、健康、温度、功率等）。 未来需确定（新兴）应用中电池系统的要求、强化电池系统设计基础以及结合互操作性和物联网等技术，提高可持续性旨在实现电池行业的规模效益。 （6）应用与集成-固定式储能：固定储能领域主要包括3个主要的战略研究主题： ①供电侧的电池储能系统； ②需求侧电池储能系统； ③中长寿命电池储能。 3个横向研究： ①数字化（重点是先进的电池管理系统、电池运行的新算法等）； ②可持续性（重点关注二次寿命电池系统）； ③安全性（电池储能系统的安全性、效率和延长寿命）。 未来需特别关注现有或新的长时储能技术，对增强可再生能源发电和电网灵活性至关重要。 2、《电池2030+路线图》第三版 《电池2030+路线图》第三版是“电池2030+”计划工作组根据目前欧洲实际发展、国际研究进展以及地平线2020、地平线欧洲资助的项目，对原版中的研究方向进行了细化。提出“电池2030+”目标是开发安全、经济、可持续、长寿命的超高性能电池，为整个价值链中的欧洲电池行业提供新工具和突破性技术，使欧洲在现有市场（如移动式和固定式储能）和未来新兴领域（如机器人、航空航天、医疗设备和物联网等）的长期领导地位。为此，该路线图提出了电池未来可持续发展所需的3大主题的6个研究领域。 （1）加速电池界面和材料研究：需要特别关注电池中许多材料界面上发生的复杂反应。该领域核心是开发一个共享的欧洲数据基础设施，能够自动采集、处理和使用电池开发周期所有领域的数据。利用人工智能（AI）开发电池接口基因组（BIG）和建立材料加速平台（MAP）大幅加快新型电池材料开发。 （2）智能功能集成：“电池2030+”提出了两种不同且互补的方案： ①开发直接在电池单元级别探测化学和电化学反应的传感器； ②使用自愈功能来恢复运行电池单元内损害的功能。 （3）交叉领域：交叉领域主要包括电池的可制造性和可回收性。 ①可制造性领域将重点关注电池、电池组件和材料的制造、制造过程中电池内部产生的界面效应。 ②可回收领域重点研究一种基于数据收集和分析的新回收模式，将电池组自动拆卸到电池级别，尽可能重复使用；将电池单元自动拆解以最大限度地增加个性化组件的数量；以及开发选择性粉末回收技术，将粉末修复为电池活性材料，可在汽车/固定应用的电池中重复使用等。 三、下一步计划 为促进路线图相关技术满足整个电池价值链，“电池欧洲”将不断跟踪本次路线图中提到的技术发展态势，例如，目前还处在新兴的概念型技术，提供新兴技术路线图和关键绩效指标，确定今后需要采取的进一步研发创新行动。而“电池2030+”计划工作组将在未来十年内，基于目前路线图制定的研究领域开发一个包含具体研发行动的闭环模型，以促进欧洲电池生态系统进行长期、变革性的基础研究。 （信息来源：中国科学院文献情报中心“双碳情报”公众号）
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  • 《美国发布《面向下一代生物经济的研究路线图》》
    • 来源专题：科技政策与战略动态监测服务
    • 编译者：金瑛
    • 发布时间：2019-11-07
    • 6 月19 日，美国工程生物学研究联盟（EBRC）发布了《工程生物学——面向下一代生物经济的研究路线图》。该路线图对工程生物学现状和潜力进行了评估，旨在帮助研究人员和其他利益相关者（包括政府资助方）明确近期和长期的技术挑战和机遇。 一、相关概念 工程生物学是一套设计、建造和测试工程生物系统的方法。工程生物系统已被用于操纵信息、建造材料、加工化学品、生产能源、提供食物，以及帮助维持或改善人类健康和环境等。该路线图探讨了开发、研究和应用工程生物学工具和技术，以应对广泛的社会挑战。 二、技术主题 路线图的四个技术主题构成了工程生物学研究和技术的基础，突出了美国目前的科研实力所在，并指出未来20 年有望取得突破的方向。 1. 工程DNA：合成、组装和编辑。未来20 年有望实现全基因组的快速从头合成，主要目标包括：制造1万个寡聚体长度的高保真寡核苷酸，设计和组装百万碱基长度的克隆DNA片段，以及在没有脱靶效应的情况下进行高精度基因编辑。 2. 生物分子工程：天然大分子、非天然大分子、循环和路径。重点是利用天然和非天然构建块，通过设计、创建和优化实现集成的、可控的电路和路径，从而预测和设计大分子的结构和功能、生物合成非天然氨基酸和其他构件，以及控制决定细胞状态的转录因子的表达。 3. 宿主工程：无细胞系统、单细胞、多细胞、生物组和生物群。涉及联合生物分子、单个细胞甚至整个群落完成更加复杂的功能，重点包括实现定制无细胞系统和合成细胞、特定功能单细胞和多细胞生物体进行按需生产和调控，以及多基因组系统和工程化群落。 4. 数据科学：数据集成、建模和自动化。集成先进数据进行分析、设计和数据建模是支持设计基因组、非天然生物分子电路以及定制细胞和有机体工程和生产的基石，该部分突出了综合生物数据模型以及生物分子、宿主和组织设计框架的转化潜力，以及设计-构建-测试-学习过程自动化的前景。 三、应用和影响领域 路线图阐明了工程生物学的潜在应用和影响，展示了这些工具和技术在解决与克服社会挑战时的潜在用途和影响，重要应用领域如下： 1. 工业生物技术。关注可持续制造、新产品开发、生物相关产品和材料的工艺流程。 2. 健康与医学。不仅注重开发和改进防治疾病的工具，而且强调通过生物技术改善生活福祉，如通过工程细胞系统为残疾人提供新选择，或者减少环境健康威胁造成的损害。 3. 食品和农业。致力于生产更多健康且营养的食品，包括促进非常规来源（如微生物、昆虫、替代植物和“清洁肉类”）食品和营养品的生产。 4. 环境生物技术。促进生物修复、资源回收、工程化有机体、生物支持的基础设施建设，从而实现更清洁的土地、水和空气。 5. 能源。生产能量密集型和碳中性的生物燃料，开发减少传统化石能源使用的工具和产品。 四、其他社会因素 为了扩大技术成果的积极影响，技术发展还要与社会、文化、政治和经济环境协调起来。因此，工程生物学发展还需要结合科学和工程以外的学科知识，例如艺术、人文科学以及社会和行为科学等。此外，广泛的跨学科合作对于指导研究走向至关重要。路线图的编写考虑了安全因素，并且将继续接受审查，以明确路线图中工程生物学工具、技术和应用被任何恶意使用的可能性。
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