工业生物技术与绿色生物制造-谭天伟课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《工业生物技术与绿色生物制造-谭天伟课件.ppt》由用户(ziliao2023)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工业 生物技术 绿色 生物 制造 谭天伟 课件
- 资源描述:
-
1、工业生物技术与绿色生物制造-谭天伟美国:2012年国家生物经济蓝图,将生物经济列为优先政策领域 -2020年,实现化学工业的原料、水资源及能量的消耗降低30%,污染物排放和污染扩散减少30%。-2030年替代25%有机化学品和20%石油燃料 欧盟:2012年一个强大的欧盟工业有利于增长和经济复苏,工业生物技术列入六大关键势能技术欧洲工业生物技术2025远景规划:-生物能源替代化石能源20%-化学品替代10-20%其中化工原料替代6-12%,精细化学品替代30-60%趋势:大宗化学品的生产和消费正在从西方向东方转移,我国大宗化学品产业面临着前所未有的机遇和调整。原料:三烯三苯原料:三烯三苯合成合
2、成树脂树脂合成合成纤维纤维合成合成橡胶橡胶产品及产量产品及产量300万吨以上万吨以上1300万吨万吨4300万吨万吨2.生物基化学品2.1 大宗化学品应用现状化工产业是国民经济和国防工业重要支柱,但受资源匮乏所限,原料高度依赖进口,需多元化原料结构。种类种类表观消费量表观消费量(万吨,(万吨,2013年数据)年数据)进口依存进口依存度度乙二醇116570%二乙二醇9462%对二甲苯对二甲苯152051%双酚A115.850%苯乙烯苯乙烯84843%丙酮117.841%甲基丙烯酸甲酯60.440%正丁醇125.932%丙烯腈170.732%己内酰胺16028%异戊橡胶异戊橡胶41075%2.2
3、大宗化学品生产存在的问题碳排放严重碳排放严重水消耗严重水消耗严重OECD:化工产品水消耗占工业用水43%我国是世界第一碳排放大国,减排压力巨大原油对外依存度为原油对外依存度为58%烯烃对外依存度为烯烃对外依存度为30-50%天然橡胶对外依存度为天然橡胶对外依存度为75%丰富的可再生生物质资源是化工原料的丰富的可再生生物质资源是化工原料的重要选择重要选择聚乙烯(聚乙烯(PE)/聚丙烯(聚丙烯(PP)聚合物)聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚对苯二甲酸聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(丙二醇酯(PTT).糖、油脂、非糖、油脂、非粮生物质、有粮生物质、有机废弃物、甚机废弃物、甚
4、至工业废气和至工业废气和二氧化碳等二氧化碳等p 走出一条走出一条可持续可持续的化工原材料的化工原材料生产新路线生产新路线p 减少减少工业化进程对工业化进程对化石资源化石资源的的依赖依赖原料原料产品产品过程过程生物化工技术2.3 生物基化学品,是我国未来化工原料多元化战略的重要突破口820放热反应液氨,冷冻盐水水水AN丙烯酰胺丙烯酰胺 底物耐受性差:底物耐受性差:底物浓度一般为0.1以下 热稳定性差热稳定性差:水合温度需控制比较低水合温度需控制比较低(17-22(17-22)能耗严重,酶易失活能耗严重,酶易失活 副产物丙烯酸大量生成:副产物丙烯酸大量生成:精制压力大,废液排放多精制压力大,废液排
5、放多 产物耐受性差产物耐受性差:产物浓度一般为28(280g/L)微生物法生产丙烯酰胺的全局调控微生物法生产丙烯酰胺的全局调控l副产物减少副产物减少8686;l水合温度提高到室温;水合温度提高到室温;l底物底物/产物耐受性提高产物耐受性提高2-32-3倍倍催化机催化机理理结构设结构设计计耐热改造耐热改造全局转录全局转录调控调控转座子敲除转座子敲除调控调控副产物阻断调控副产物阻断调控9Natural gasSteam CrackerMethaneEthylenePropyleneButadieneAromatics/BTXOtherOilNaphthaEthane and highercatal
6、ytic reforming1011Availability from fossil sourcesEthylenePropyleneButadieneAromaticsFunctionalised C3-CompoundsMethane是否为生物基路线带来了机遇是否为生物基路线带来了机遇?丙烯2-丁烯乙烯乙醇Fermentation葡萄糖乙烯+MetathesisDehydrationDimerisation13ICBB,3-5 December 2013,Xiamen丁二烯乙醇葡萄糖n-丁醇1-丁烯Lebedev-Process(single step)or Ostromilensky-P
7、rocess(two steps)发酵ABE-发酵DehydrationOxidative DehydrogenationFer-mentation2,3-丁二醇DehydrationBTX 木质素生物质葡萄糖CO+H2Gasification 发酵+化学合成(实验室水平)?甲醇MtA15Source:B.Kim,H.Park,D.Na,S.Y.Lee,Biotechnology Journal 2014,916ICBB,3-5 December 2013,Xiamen丙烯2-丁烯乙烯乙醇Fermentation葡萄糖乙烯+MetathesisDimerisationDehydration汽油
8、丙烷Fluid Catalytic CrackingDe-Hydrogenation甲烷合成气GasificationMtO甲醇乙烷Steam-Cracking丁二烯乙醇葡萄糖n-丁醇1-丁烯Lebedev-ProcessFermentationABE-FermentationOxidative Dehydrogenation丁烷De-Hydrogenation甲烷乙炔Plasma2,3-ButandiolFer-mentationDehydration18ICBB,3-5 December 2013,XiamenBTX 木质素生物质葡萄糖CO+H2Gasification Fermentat
9、ion+Synthesis(lab stage)?甲醇MtA甲烷 CatalysisGasification Methylobacterium extorquens as microbial cell factory“MethaneFermentation ofM.extorquensonMethanol or MethaneBiopolymersAminoacidsCarotinoidsSingle cell proteinFurther products:Organic Acids,Polysaccharides,Enzymes,Corrinoids,PhytohormonesCH4CH4
10、CH3OHMethanolCH3OHCH4 via SyngasBiogas PlantNatural gasC1-底物产品19Source:J.SchraderDECHEMA-InstitutICBB,3-5 December 2013,Xiamen 2010年,年,Liao因其在因其在“循环利循环利用二氧化碳合成高级醇用二氧化碳合成高级醇”方面的杰方面的杰出工作获得了美国出工作获得了美国环保署(环保署(EPA)颁发的颁发的“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”丙烯酸 是制造胶黏剂和密封剂、婴儿尿布等与消费者密切相关的产品的重要原料 2013年全球仅丙烯酸市场就有110亿美元(不包括衍生物
11、),预计到2020年将达到190亿美元 消费者对环保和健康越来越看重,愿意付出更高溢价多元醇 是聚氨酯的重要原料,聚氨酯主要用于生产胶黏剂、发泡材料等与消费者接触较多的产品 2020年全球多元醇和聚氨酯市场将分别达到230亿美元和700亿美元 消费者愿意付出一定溢价异戊二烯 合成异戊橡胶(性能接近天然橡胶)的主要原料 异戊二烯全球石化产量受到限制,需发展新路径 天然橡胶是战略性资源,涉及国家国防安全,且产量有限新型生物基大宗原料及其衍生物新型生物基大宗原料及其衍生物的生物制造生物基增塑剂 代替传统的对人体和环境有一定危害的邻苯二甲酸酯增塑剂 预计2020年全球增塑剂市场将达到195亿美元,全球
12、表面活性剂市场将达到400-500亿美元,欧盟2015年将全部禁止使用邻苯类增塑剂 -每年禁止几项邻苯类增塑剂产品,逐步淘汰,2014年6月16日最后一批邻苯类增塑剂产品先限用一年(5项产品),明年将全部禁止使用,-从2008年至现在,欧盟一共禁止了150多种邻苯类增塑剂产品,从毒性危害上分类,从大到小逐步淘汰美国/英国英国:-2014年开始,提高环保生物塑料的使用量,每年降低12%不可再生原料制备的塑料。美国:-2014年立法禁止邻苯类增塑剂的使用中国邻苯类增塑剂亚洲第一,齐鲁石化120万吨/年产能齐鲁石化自2008年欧盟逐步淘汰邻苯类产品后,出口下降70%,并继续逐步下降,2011-201
13、4年无出口,产品只能在国内价格竞争,形势严峻。生物基增塑剂全球增塑剂市场:全球400-500万吨/年,中国2012年产品需求量达300万吨,直接产值近400亿元,其下游应用产生的效益更是近万亿。市场快速转型:生物基增塑剂(植物油基环氧脂肪酸酯,柠檬酸酯,多元醇酯等)每年20%的增长,5年邻苯替代65%左右,真正能100%替代邻苯类的产品很少,主要原因是产品性能达不到,食品、医药、玩具、卫生用品精细化学品手性医药手性医药中间体中间体(双)芳基手性醇、-卤代芳基手性醇、手性卤代羟基酯/羟基酸、手性羟基芳香酯、他汀类手性中间体、培南、加巴喷丁、阿卡波糖、普瑞巴林、孟鲁司特、西他列汀等重磅级药物的手性
14、合成前体化合物产品木质素基木质素基精细化学精细化学品品木质素聚氨酯等木质素基高分子材料木质素基水煤浆添加剂等功能材料助剂及酚、醛、轻质芳烃类木质素基芳香化学品特种食品、特种食品、饲用和医饲用和医药添加剂药添加剂珍稀天然动植物资源等其他营养保健产品代糖、代盐类健康功能性产品生物法取代原本由化学法生产的大品种添加剂精细化学品的生物制造工业酶制工业酶制剂剂生物制造精细化学品用酶制剂饲料酶制剂,食品与饮料酶制剂2.4 生物催化合成化学品生物转化和生物催化的优点:生物转化和生物催化的优点:主要主要以再生资源为原料,低碳化以再生资源为原料,低碳化条件温和,能耗低条件温和,能耗低专一性高,三废排放少专一性高
15、,三废排放少复杂多步反应转化过程复杂多步反应转化过程24手性转化手性转化卤代反应卤代反应中间体中间体腈化腈化水解水解酯化酯化腈化腈化生物加氢还原生物加氢还原生物催化腈化生物催化腈化中间体中间体传统工艺:多步化学合成传统工艺:多步化学合成生物工艺:生物工艺:3 3 种酶的种酶的3 3步耦合催化步耦合催化获得获得20062006年美国总统绿色化学奖年美国总统绿色化学奖生产过程大大简化生产过程大大简化产率提高产率提高100100多倍多倍有害溶剂使用显著降低有害溶剂使用显著降低生产成本大幅度下降生产成本大幅度下降 2626 有机酸是重要生物质加工的平台化合物,包括乳酸、葡萄糖酸等有机酸是重要生物质加工
16、的平台化合物,包括乳酸、葡萄糖酸等 葡萄糖酸(盐)用途:医药如葡萄糖酸钙、葡萄糖酸锌等,食品,化工等葡萄糖酸(盐)用途:医药如葡萄糖酸钙、葡萄糖酸锌等,食品,化工等催化剂催化剂O O2 2H H2 2O O2 2H H2 2O +OO +O2 2催化剂催化剂 葡萄糖酸是大宗有机酸产品,全球市场葡萄糖酸是大宗有机酸产品,全球市场:40:405050万吨万吨 国内:葡萄糖酸系列产品国内年产近国内:葡萄糖酸系列产品国内年产近2020万吨万吨+葡萄糖葡萄糖葡萄糖酸葡萄糖酸化学法:化学法:BiPd/CBiPd/C等重金属催化剂等重金属催化剂,但选择性低,导致品质差但选择性低,导致品质差生物法:具有葡萄糖
展开阅读全文