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【新华财经】清华技术突破我国PTT纤维原材料“卡脖子”问题
发布日期 : 2021-04-27 16:44:21 点击数:
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编者按

近年来,以清华大学化工系教授刘德华领衔的科研团队经过多年研究和实践,打破了国外公司长期以来的技术垄断,解决了生物法生产PTT纤维原材料过程中的“卡脖子”问题。目前,该项技术已逐步应用于多个行业,并开始实现产业化发展。由刘德华担任技术研发负责人的广东清大智兴生物技术有限公司因此成立,华控技术转移为该公司重要投资方。

PTT纤维作为当前国际最热门的高分子新材料之一,因其优异的性能被广泛应用于服装、家饰、汽车内饰等日常用品中。在环保要求日益提高以及“碳中和”目标提出的背景下,以生物法生产高性能PTT纤维原材料逐渐成为产业发展趋势,但因高技术门槛和壁垒,该技术长期被控制在少数几个国外公司手中。

近年来,以清华大学化工系教授刘德华领衔的科研团队经过多年研究和实践,打破了国外公司长期以来的技术垄断,解决了生物法生产PTT纤维原材料过程中的“卡脖子”问题。目前,该项技术已逐步应用于多个行业,并开始实现产业化发展。

PTT原材料价值凸显

被美国评为六大石化新产品之一的PTT,是继PET纤维和PBT纤维之后新实现规模生产的可成纤高分子材料,具有良好的化学稳定性、回弹性、抗污染性、易着色性和抗静电性等特点,在纺织和工程塑料行业都有十分广阔的应用前景。

2020年发布的一份行业报告显示,随着技术不断突破,全球PTT纤维产业不断扩大,2019年全球PTT纤维市场规模为12.36亿美元,较2018年增长14.44%。业内预测,PTT纤维对涤纶、氨纶和锦纶的替代量仍将逐步增长,并成为21世纪的大宗纤维。

据业内人士介绍,PTT生产及合成过程中的关键原料为1,3-丙二醇(PDO),因此PDO的生产及产业化应用多年来也成为行业竞争的热点。PDO的合成技术包括化学法和生物法,目前化学法已经完全停用,而生物法技术长期受到杜邦等全球化工巨头控制,严重制约了PTT及其下游产品的产业化发展。

我国早在上世纪末便开始了PDO及PTT的研究开发。2001年通过的国家“十五”攻关计划中,第一次将发酵法PDO技术列为攻关任务,该任务由清华大学教授刘德华担任负责人。此后,发酵法PDO依次被列为国家重点工业性试验项目(2002年)、“十一五”863重点项目(2006年)以及工信部“工业强基工程”项目(2016年)等,这些项目均由刘德华团队牵头或提供技术基础。

突破“卡脖子”问题

经过近20年的技术研发和产业化实践,我国在PDO研究和产业化发展方面取得了一系列成绩和成果。据了解,目前清华教授刘德华的团队已完成了PDO生产菌株的筛选与改造、发酵工艺的优化、分离操作单元关键技术的突破以及关键装备的研制,开发了全套具有完全自主知识产权的生物法生产PDO技术。

据介绍,该技术也解决了新型高性能生物基聚酯纤维PTT生产的“卡脖子”材料问题,使我国成为全球少数几个拥有生产PDO/PTT完整产业链的国家之一,标志着我国在PTT领域进入国际一流水平。目前,该技术共申请专利32项,其中获得中国授权专利22项,多项国际专利申请已获得美国、欧盟、巴西等地的专利授权。

据刘德华介绍,该技术目前已在千吨级规模上完成中试示范,取得了纯度超过99.7%的产品,经国内外十几家公司用于PTT聚合,所得PTT产品的特性粘度、色相等关键指标均达到或超过了由国外PDO合成得到的PTT水平。目前,其团队已与国内外数家企业签署了原料和产品供销协议。

与此同时,PDO/PTT产业的企业化、规模化运营也在稳步推进。2017年,由刘德华担任技术研发负责人的广东清大智兴生物技术有限公司正式成立。2018年3月,清大智兴年产万吨级PDO生产线在山东梁山正式投产,形成从菌种选育、发酵到提取精制,包括三废治理完整的生产线,目前产品已出口韩国、日本、德国等地,应用于化妆品、医药中间体等不同领域。该项目预计5年内年产量逐步达到5-10万吨,年销售额达到15-30亿元。

绿色赋能前景广阔

当前,低碳环保发展理念已成为世界各国共识。在“碳中和”理念推动下,我国也不遗余力地加快节能清洁生产技术的研发转化推广,实现生产系统绿色转型。

据刘德华介绍,目前PDO可大量应用于医药、服装、工程塑料、汽车、建材、家电、家具、涂料等行业。这些行业的原材料主要来自石油和煤化工的聚酯原料乙二醇、1,4-丁二醇(BDO),后二者的全球年销售规模已分别超过3000万吨和300万吨,而生物基的PDO全球产能目前还不到20万吨/年。

据经合组织(OECD)预计,目前全球有超过4万亿美元的产品由化工过程而来,在未来10年,至少20%的石化产品可由生物基产品替代,而目前替代率不到5%,缺口巨大。“可以预见,随着生物法PDO技术的日趋成熟以及成本下降,未来对石化原材料的替代规模将逐步扩大。”刘德华说。

从环保角度看,生物法PDO技术使用可再生清洁能源生物柴油的副产物甘油、淀粉等生物质为原料。数据显示,利用生物基原料制备PDO,其能耗可减少约40%,温室气体排放减少约20%。

刘德华表示,目前我国的聚酯、聚氨酯产能分别超过5000万吨/年和2000万吨/年,且还有超千万吨/年的产能在建,但这些材料的原料几乎都源自石油或煤炭,因此是减碳和绿色发展的重要抓手产品和行业。未来在聚酯、聚氨酯生产中逐步采用PDO等生物基原料,就能直接实现减碳效果。

来源丨新华财经

记者丨柯涛