大型纪录片《大国之材》聚焦我国奋斗在新材料行业一线专家、企业家、科学家乃至普通的材料人，以全新的视角讲述新时代“一代材料一代装备一带产业”的中国制造故事。该纪录片是由寻材问料 ® 携手新材料在线 ® 倾心打造的中国首部材料行业科教纪录片。通过记录材料届国之栋梁的人物故事及开拓精神，再现中国新材料行业从艰难起步到追赶世界先进水平，成就大国之材的背后艰辛历程。 一种优于石化路线的技术力量正在能源、化工和医药等领域崛起，未来的世界工业格局或将由此改写。它是被认为叩开财富增长新纪元大门的钥匙——生物制造。 据国家发改委高技术产业司资料显示，生物制造能够促进形成资源消耗低、环境污染少的产业新结构和生产新方式。和化石路线相比，目前生物制造产品平均节能减排30％—50％，未来潜力将达到50％—70％，这对工业基础原材料的化石原料路线替代、高能耗高物耗高排放工艺路线替代以及传统产业升级，将产生重要的推动作用。 “生物制造的发展面临的困难很多，与大宗商品化石资源竞争、多学科交叉壁垒等难题。但是中国人能不能引领材料的发展，迈进材料强国，目前形势来看，攻坚新领域才有可能实现弯道超车。”中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟对新材料在线®说。 事实上，谭天伟正朝着这一方向前行。 寻求优于化石路线的方向 环境污染、石油枯竭、二氧化碳等系列人类社会活动，导致石油基产业的不可持续性。生物制造作为支撑全球社会经济可持续发展的重要保障，是全球战略性新兴产业，被我国科技部列为“863”重点项目的支持方向。 2006年，全国人大通过的《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》指出，要发挥我国特有的生物资源和技术优势，面向健康、农业、环保、能源和材料等领域的重大需求，重点发展包括生物制造在内的多个领域，为我国的生物制造产业提出迫切要求。 事实上，早在1985年，谭天伟就已经敏锐地意识到生物制造对国计民生的重要性，认为其前景远大。当时还在做清华大学化学工程专业论文的他就萌发了进入这一领域的念头并付诸行动。 不断学习的过程让谭天伟在这一领域扎下了根。读博期间，被派往德国生物技术研究院学习生化工程，开始研究双水相萃取生物分离技术的新项目，不久，前往瑞典德隆大学在该领域继续深造。 完成博士学位后，1993年，谭天伟辗转到北京化工大学攻读博士后，至此一直留在北京化工大学开始了生物制造的事业生涯。 在九十年代，透明质酸在化妆品的成分中极为贵重，化妆品生产成本极高。当时谭天伟接受了一位化妆品企业家的帮忙请求。经查资料得知，透明质酸主要由鸡冠中提取，但发现原料欠缺。听闻猪皮具有美容效果，谭天伟将目光转向猪皮，从猪皮中提取透明质酸，不过猪皮中的透明质酸含量微乎其微，“后来看到一篇报道，一个英国人从一种链球菌中分离出来了一种微生物，能够产生透明质酸。” 谭天伟决定改变工艺，通过生物法研制透明质酸。经过大量的科学实验，采用新的发酵技术进行处理，透明质酸的发酵水平每升产量提升到最高7克，并通过新的方法研制出一种透明质酸高产菌种，发酵速度显著提高。 该成果在国内化妆品企业成功实现转化，“现在生物法的透明质酸基本上都在中国生产了。” 成功的喜悦让谭天伟更看清了生物制造未来的光明前景，在后来不断地探索中，形成了明确的研究方向。谭天伟向新材料在线®介绍，其所从事的生物研究领域分为两大块，其一是生物质原料的研发；其二是生物产品研发，包括：生物化学品、生物能源和生物基材料。 “我们的研究面向国家重大需求材料。” 谭天伟说。 谭天伟表示，生物质产品的生产路线，寻求的是如何降低生物法生产成本，消除与化学法的成本距离，从而取得竞争优势。 满足国家需求作为己任 尼龙对于我国来说是重要的材料之一，我国对尼龙的单体己二酸需求量巨大，是工信部列出的“卡脖子”的产品。 “我国对尼龙的单体的需求量约为二三十万吨，很多高性能的尼龙材料都需要用到。随着中美拉开贸易战，对该材料的依赖将更加突出。”谭天伟表示。 为了打破国外的垄断，对于己二酸的研发，谭天伟早已着手。与国外石油路线不一样的是，谭天伟走的是生物法路线。生物法制作己二酸，这在国际上尚属于空白，而谭天伟目前已经打通了从糖到己二酸的工艺路线，步入优化阶段。“我希望能在5到10年之内实现产业化。工艺是绿色的，但成本的竞争是一个比较大的难点。” “生物基材料是新的领域，目前来看，只有在新的领域中，才可能超过国外。”新领域之路并不好走，作为中国材料人，谭天伟有很强烈的家国情怀。 提起PX，不难联想到各地抵制PX建厂的情景。事实上，PX在中国的消耗量是2000多万吨，这是除了燃料之外唯一超过千万吨级别的单一化学品。但是PX在国内被频繁抵制建厂，导致中国丧失对PX的定价权。而在2017年，中国对PX的进口量达1200多万吨。 “我们现在实验室也集中精力攻关生物基的PX的这一领域，不过现在还处在技术攻关阶段，产业化还有一段距离。”谭天伟对新材料在线®说。 此外，化纤的主干原料PTA，对苯二甲酸，谭天伟也率领团队展开了生物法和生物原料的生产研究，并打通了不少工艺路线。 众多成果中，不乏与化石路线可相竞争并即将投入产业化的产品。如丁二烯，生物法合成的丁二烯在生产成本上已经可以与石油法的丁二烯相抗衡，甚至优于后者；如生物糖合成材料透明质酸，应用于化妆品并已经实现了产业化；又如直接由生物质聚合成的聚天门冬氨酸，已经实现工业化。值得一提的是，国内聚天门冬氨酸生产厂家的技术皆出自谭天伟团队。 开辟新领域 坚持原始创新 作为大宗商品，目前化石原料是工业基础原料的主力军，规模、技术、市场十分成熟。而作为新兴事物，生物路线无论是技术、成本都仍处于劣势。 谭天伟认为，目前利用生物质生产产品在很多领域已经可以实现，但是生产成本不具有优势。以PX为例，PX可以以糖为原料进行生产，而以目前的生产工艺水平，产出 1吨的PX需要投入4到5吨的糖，“一算成本，就会发现跟化石资源还是没有办法竞争。” 又如二氧化碳作生物质原料，利用可再生能源和二氧化碳通过生物法还原成甲酸，再构建代谢途径制出乙酸。谭天伟表示，除了化学品，二氧化碳还可制成材料、航空燃料。但是，这尚视为“未来的技术”，研究成果的转化已经可以实现，但是实现产业化还有相当长的距离。 生物制造对学科交叉的要求亦颇高， “新的技术的采纳、新的手段的分析、测试手段的采用，都需要学科交叉共同努力才能做到。”谭天伟对新材料在线®表示，材料的设计、计算、模型化，需要不同领域的学科协同进行。 目前，生物质产品的合成很多在理论上已经可实现，而合成途径、原料的设计有助于降低成本，是最大的难点。只有提升产品经济竞争性，才能更好得以推广。 尽管生物制造之路并不好走，但谭天伟始终怀抱着中国的科研人员应该坚持原始创新的想法。他认为，国内在材料原始创新上有所欠缺并因此受制于人，进行材料的原始创新是中国材料人值得探索的事情，开辟新领域才有可能超越他人。 生物基材料作为新的领域，与谭天伟的情怀指向同一方向。 人物简介 谭天伟，中国工程院院士，北京化工大学党委副书记、校长。长期致力于工业生物技术领域研究，包括生物化学品、生物能源和生物基材料，作为项目负责人先后承担了国家“863”、国家“九五”、“十五”攻关项目5项，国家自然科学基金重点和面上项目6项，以第一获奖人先后获得国家技术发明二等奖2项，省部级一等奖4项，二等奖4项，累计在核心刊物发表论文300多篇，其中SCI收录150多篇，EI收录200余篇。 相关阅读 北京化工大学材料学院院长张立群：以社会重大需求为导向 坚持全链条协作和原始创新 本文封面图片来源于图虫创意 .
