生物基BDO工艺大比拼，哪家公司更节能？

2022-07-02 09:22:55  信息编号：K222122  浏览次数：61

近期，1,4-丁二醇（BDO）市场进入下降通道，价格持续下跌，近两周平均每周跌1000元/吨，目前已逼近2万元大关口，且上游电石与顺酐均下跌，下游氨纶下跌。

此前于5月份宣布“成功研发的生物基BDO正式批量出口欧盟市场”的元利化学近日在一次业绩说明会表示，在“双碳”的大背景下，生物基材料产业发展将是必然趋势。生物基BDO与传统的石油基BDO不同，具有绿色环保、原料可再生、节能减排等优点，属于绿色环保型产品，符合当前国内外对低碳环保的要求。

不久前，金发科技也宣布将建设1万吨/年的生物基BDO项目，预计2023年12月底建成投产。

由此来看，尽管当前生物基BDO的成本较石油基BDO高，但目前油价在高位，生物基BDO的技术竞争力优势显现。随着后期生产工艺的改进和产能的提高，生物基BDO成本必将随之下降并迎来广阔发展。

目前全球生物基BDO产能只有几万吨，且仅有的几家企业生产的生物基BDO都是自用，不对外出售，生物基BDO处于供不应求状态。

生物基BDO目前全球只有6万吨产能，全部在国外，意大利Novamont、德国巴斯夫各3万吨。

2021年6月，美国Cargill与德国Helm合资成立Qore，并在美国建立首个商业规模的生物基1,4-丁二醇（BDO）装置，预计总投资3.0亿美元，将生产6.5万吨/年的生物基BDO，计划于2024年投入运营。随着相关在建、拟建项目投产，全球生物基BDO市场规模将进一步扩大，预计2026年将达到35.8亿美元。

近年来，得益于亚太地区经济增长，该地区对生物基BDO的需求不断释放，2020年，亚太地区成为全球最大的生物基BDO市场，市场占比达到53.6%以上。在下游应用方面，生物基BDO可用于生产PTMEG、γ-丁内酯、四氢呋喃、PBT等产品，其中PTMEG是生物基BDO主要需求领域，2020年需求占比超过三成。

现阶段，全球生物基BDO市场仍处于发展初期，受技术限制，行业内企业数量较少，我国暂无生物基BDO产能，目前主要依赖进口。在碳中和、碳达峰战略目标下，生物基材料产业发展将是必然趋势，作为重要的有机及精细化工原料，BDO产业也将向环保化、生物基方向转变，由此来看，未来生物基BDO产业发展潜力巨大。

生产工艺以一步法为主，价格竞争力较差

目前，生物基BDO的生产工艺可大致分为一步法与两步法。

一步法：也叫直接发酵法，将糖类物质与水、无机盐和微生物混合在一起，通过微生物的发酵过程，将糖类物质直接转化为BDO。生产中使用的糖类原料通常为葡萄糖，葡萄糖的来源为淀粉、木质素等。淀粉通常从玉米等植物中获取，木质素可从秸秆等获取。国外多采用直接发酵法。

两步法：两步法最早由美国从事生物基化学业务的Genomatica公司研究开发，利用微生物发酵将葡萄糖转化为丁二酸，再用生成的生物基丁二酸来生产BDO。山东兰典采用的是此方法。

现有的生物基BDO产能都是采用的一步法，Novamont的一步法生产过程如下：

第一环节获得BDO的初级形式：将糖类物质与水、无机盐和微生物混合在一起，变成一个液体培养基，液体培养基通过微生物的发酵过程，将糖类物质转化为BDO，最后，为了消除微生物的活性，对液体培养基进行消毒处理。结果就是有了初级形态的BDO。

第二环节的生产过程主要目的是去除初级BDO中所含的杂质：首先，所有使用过的微生物都将得到重复利用，被重新恢复活力用以生产生物燃料，为BDO的生产提供能量。溶液再经提纯去除无机盐成分，最终依靠蒸发和蒸馏处理，去除水以及其他杂质，获得生物基BDO。

据统计，生物基BDO的市场应用主要集中在聚四亚甲基醚乙二醇（PTMEG）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚氨酯/热塑性聚氨酯（PU/TPU），占比分别约37%、23%和11%，在生物塑料中占比仅为3%，仍有巨大的发展空间。但目前在生产成本方面，生物基BDO成本较高，价格竞争力是一个弱点，需要通过改进生产工艺和提高产能来降低成本。

生物法制备BDO的工艺

据了解，目前生物基BDO全球只有6.5万吨/年产能，大部分在国外，主要为意大利Novamont和德国巴斯夫的各3万吨/年。

作为一种可由生物进行原料转换的化合物，BDO可作为精密有机化学品的合成原料、涤纶及工程塑料的单体，具有非常大的市场潜力。生物法是开发生产BDO的创新技术，在欧美等国家受到广泛关注，并且已投入工业生产。从发展前景来看，BDO的生物法的生产费用有望与已工业化的工艺相竞争。

全球各大公司生物法制备BDO工艺：

1.美国 Genomatica公司

2015 年，美国 Genomatica公司设计并制备了具有 4-HB、γ-丁内酯、BDO、4-羟基丁酰基 CoA（4-HBCoA）和/或腐胺的生物合成能力的细胞和生物体。通过引入一个或多个编码BDO、4-HBCoA 和/或腐胺途径酶的核酸，能满足BDO、4-HBCoA 和/或腐胺的生物合成产生的代谢设计。该公司还发明了一种用于增强甲醇存在下还原当量的可用性的甲醇代谢途径（MMP），所述还原当量可用于增加微生物生物体生产BDO的产率。目前，Genomatica公司正在推进生物基BDO和丁二烯生产的工业化进程，充分利用生物基原料，从甜菜、甘蔗、玉米及其他植物中提取原料。

2.日本昭和电工

日本昭和电工株式会社的青木裕史等于2015 年公开了一种BDO的制造方法，使用微生物和/或其培养物，利用依次经由 3-羟丁酰CoA、巴豆酰 CoA 及 4-羟丁酰 CoA 的酵素反应来制备。其中 3-羟丁酰 CoA 是光学活性体，使用的微生物包括：①对烯酰 CoA 水合酶进行编码的遗传基因；②乙烯乙酰 CoA-异构酶进行编码的遗传基因；③ 4-羟丁酰 CoA 脱水酶进行编码的遗传基因；④对基质特异性具有与 3-羟丁酰CoA 相反的光学选择性的酰基 CoA 还原酵素进行编码的遗传基因。

3.三菱化学株式会社

2015 年，三菱化学株式会社通过精制从生物质资源获得的粗制丁二醇，即通过将饱和化合物转化为氢化物的步骤，以侧流形式在另一蒸馏步骤中获得精制的 BDO。

4.东丽株式会社

2016 年，东丽株式会社公开了通过纯化来源于发酵液的BDO来生产BDO方法。该法能得到具有适合用于生产聚酯原料的BDO，可减少酯化反应期间的副产物 THF和减少聚合中的延时。通过对来源于发酵液的含BDO的水溶液添加除了氨或胺以外的碱性物质，蒸馏得到混合物并从蒸汽流中回收含BDO的溶液。

5.麦兰特公司

麦兰特公司公开了从可再生碳源生产生物BDO的两步法工艺。第一步，使用微生物催化剂从碳源衍生1,3-丙二醇，碳源包括葡萄糖、蔗糖、甘油和纤维素水解物；第二步，生物质衍生的1,3-丙二醇进行脱水反应生成生物烯丙醇，继而进行加氢甲酰化反应和氢化反应，得到生物BDO。