「深度」谭天伟：如何让化工更“美丽”？

塑料、橡胶、油漆、涂料、药品、化妆品、食品添加剂、服装……在我们身边，化工产品无处不在。化工为我们提供了丰富多彩的产品和服务，是国民经济的支柱产业。如今，我国是世界上最大的化工产品生产国和消费国，总产值世界第一。然而，大多数人对化工行业并不真正了解，一提起化工行业，就认为与污染、毒害和危险相伴，不少人谈“化”色变，唯恐避之不及。事实上，健康发展的化工行业，对国民经济和百姓生活有着极为密切也十分重要的意义。我国经济正在转向高质量发展，新技术不断推动产业革命，在这样的大趋势下，化工行业该如何绿色发展、转型升级？未来，那些困扰我们的白色污染、塑化剂超标和能源短缺问题如何破解？正在蓬勃发展的生物技术能为化工行业带来怎样的突破？未来化工行业能否变得人畜无害、和善可亲？

《中国经济大讲堂》特别策划“奋斗在科学前沿”系列节目，特邀重量级嘉宾北京化工大学校长谭天伟，为您深度解读《如何让化工更“美丽”？》。

嘉宾简介

谭天伟，中国工程院院士、北京化工大学校长，他长期致力于工业生物技术研究，开发了具有自主知识产权的脂肪酶并实现产业化，解决了下游应用领域的“卡脖子”问题。应用该技术成功地将植物油脂转化为安全无毒的增塑剂等化学品。他积极推动生物制造在中国的发展，发明了将地沟油转化为生物柴油的新工艺，品质达到欧洲标准。“发酵工业菌丝体综合利用”项目，日本曾经做了几十年研究，几乎走入绝境，2002年，却被谭天伟成功突破，他作为第一获奖人荣获了国家技术发明二等奖。

提前化工，大家的第一印象是什么样的？

提起化工确实也给我们带来了一定的安全上的隐患，或者它还有一些污染的一些问题。在江苏的响水爆炸案，大家可能看到了，因为在那次爆炸当中，确实是一个化工厂的连环爆炸，造成了人员的伤亡和财产重大的损失。可能很多的人都说化工是不是这么不安全，这么不绿色，或者说非常的危险。我们的化工真的就是这样吗？我再给大家看几个其他国家的化工的一些情况。我给大家看到的是德国的一个化工园区。因为大家知道，德国的化工一直在世界上是领先的，有很多著名的公司，像巴斯夫公司、拜耳公司、赫斯特公司，这些都是当年从化学公司起家的。大家看一下德国的化工园区，大家看到了是什么呢？德国的很多的化工企业都是在美丽的莱茵河畔。大家如果在去拜耳公司的时候，也能看到，它也是在莱茵河边。我记得我在十几年前，第一次去巴斯夫公司的时候，这个公司研究部的经理首先就带我到河边去看。我说你为什么你带我来莱茵河看？他说，您只要看这河里都是清清的，然后各种鱼在游，你就知道我们的企业是一个什么样的企业。我现在明白了，其实化工并不是只是污染，它完全可以做得跟花园一样。

大家再看一下，这是新加坡的著名裕廊岛化工园区。大家知道新加坡是一个非常小的岛国，它的面积不大。这个化工园区是世界上第三大的一个石油化工基地，它有着几十万吨的PX装置。PX是什么呢？化学名就是对二甲苯，就是这么一个物质，新加坡的这个公司里头，生产的几十万吨的PX，而它离新加坡市区只有十公里的距离，这么多年，没有发生过一起安全的事故。这就说明了什么？化工只要我们认真地把有关安全的规范和评价以及检查体系做好，用新的绿色环保的技术去做化工，化工是可以做到绿色、安全的。

一、化工是国民经济的支柱

化工是国民经济的支柱。实际上，化工不单是中国的支柱，在全世界也是这样。从全球化工的整个的销售额或者GDP（国内生产总值）来看，它占了全球GDP（国内生产总值）的7%。因为化工生产的是基础原材料，它对其它行业有巨大的带动作用。国外已经做过一个统计，每产生1美元的化工产品，放到下游它会产生4.2美元的终端产品。

我们国家的情况是怎么样呢？实际上我们的化工行业也是我们国家的支柱产业之一。中国的化工行业有12万亿以上的人民币的销售收入，这还只是规模以上的企业。中国规模以上的化工企业有两万七千多个，而这个规模以上还不包括中小型企业，它的销售额就已经突破了12万亿人民币了。

中国是世界化工产值第一大国，我们国家这几年化工增长率占了全球化工增长率的一半以上。按总产值计算，中国的化学化工占全球的化学化工将近40%，也就是说中国的化学化工是非常大的一个行业。很多人说拒绝化工，但实际上能拒绝得了吗？是拒绝不了的。因为我们人正常的衣食住行，每天都离不开化工产品，因为化工产品是基础的原材料。

近几年，我们国家的一些重大科学工程，或者工程项目里也离不开化学化工，碳纤维就是一个非常好的例子。这种碳纤维的重量特别轻，一般来说，大概只有普通钢材的几分之一，但是它的强度比一般的金属材料要强，韧性也比它好。像这样的一种又轻、强度又高、性能又好的材料，很显然就可以在航天航空中应用。实际上，在航天航空中的应用中，如果材料轻一点，那就意味着我们能够射得更远，或者带的东西更多。举个例子，国家长征7号火箭用了碳纤维材料之后，它就可以减重900公斤，这意味着我们可以携带更多东西上天，或者是打得更远。

再有一个例子就是港珠澳大桥，它最亮眼的地方就是它的吊索，因为它的跨度很大。过去大家所看到的吊桥都是靠铁链子吊起来的，而这一次用铁链子很显然太重，强度也没有那么高。这一次港珠澳大桥用的是什么吊索呢？是超高分子量的聚乙烯，单根聚乙烯纤维的直径只有0.5毫米，相当于五、六根头发丝的粗细。而这样的一个粗细度，它的实际上拉力或者是耐受的强度要比我们普通的钢材强得多，也就是说一根头发丝粗细的超高分子量的聚乙烯，吊起一个儿童是没有问题的。这种高分子量的新材料使得港珠澳大桥成为可能。

还有一个是在今年刚刚启用的大兴新国际机场。在新的大兴机场里也用到了大量的化工材料，比如说内饰的涂料，还有跑道上的新型的沥青高分子材料。

所以化工不单是为我们日常生活的衣食住行服务，也为我们国家和世界上的这些重大工程项目在做支撑。过去很多不可能的事情，因为有了化工才成为可能。

二、工业生物技术让化工更“美丽”

什么是工业生物技术？从它的定义来看，它是利用生物质做原料，用生物的手段，并结合化学工程的技术，进行产品的加工，或者是提供相应的社会服务。实际上，这里面最重要的就是生物质。我们近几年或者上百年的化学工业的基础都是以石油和煤做原料的，我们叫石油化工、煤化工。后面又衍生出很多的材料化工、机械化工等等。这些化工最大的一个特点，就是从原料体系分类来看，这些原料是不可再生的。

而生物质是什么呢？生物质是通过太阳能光合作用合成的物质。这在自然界中它自己就在生产，不用人为参与，比如说每年大地绿了，麦苗就长就起来了，不用人为种植也会长出草来。这种自然就能长起来的，年复一年，不断地产生的这种生物质，我们叫它可再生的资源。

现在我们的生物技术经过了三次大的革命。

第一次革命是在上世纪的八十年代，英文翻译叫“红色生物技术”革命。为什么叫红色生物技术呢？因为它是做疫苗、做血液制品来的。当然，从医药生物技术来看，后来发现了这个疫苗并不需要那么大的规模，可能只需要一个很小的厂就够了，所以这个疫苗并没有给新的产业带来很大的革命。

上世纪九十年代又开始了第二次生物技术的革命——“农业生物技术”革命。最典型的就是以转基因的植物和动物为代表，像克隆羊，还有转基因大豆。

生物技术的第三次浪潮就是“工业生物技术”革命。这次技术革命在英文名字里翻译为“白色生物技术”革命。当时我还不解，有一次开国际会议时，我提问了命名白色生物技术的发明人，为什么要叫白色生物技术？他说您可以闭上眼睛想，蔚蓝的天空是什么样的感觉？太干净了！这个生物技术会给你带来真正的环境优美和生活美好。所以在本世纪以后，工业生物技术开始慢慢发展起来了。

那么工业生物技术跟传统的化学化工技术相比，有什么优缺点呢？

首先，它的原料是不同的。过去的化学化工主要用的是石油基，或者煤基、矿石基，而工业生物技术主要是利用的是生物基。到底化学基和生物基的产品有什么直接的不同？其实根据你穿的衣服就能知道。如果你穿的衣服材质是棉布，是直接用纯棉做的，那就是生物基的。因为它是用生物质做出来的，是用棉花做出来的。如果你穿的是纯化纤材质的，那就是石油基的。当然，它合成的化学条件也是不同的。像化学反应，它都是高温高压，合成氨反应就是一个典型的例子。要想转化率高，压力越高，合成氨的产率才越高。大家可以想象这个反应器是一个炸弹，如果要是爆炸的话是很厉害的，所以它有安全隐患。而生物反应其实就是利用酶和微生物，酶和微生物就跟人一样，它不适合于高温，达到100摄氏度它就死了，所以生物的反应是常温常压下的反应。当你进入到生物工厂里，不需要再考虑哪一个反应器危险，因为在常温常压的环境里，它是不会爆炸的，而且很多都是水性体系，爆炸不了，不是有机溶剂体系的，所以不用怕。

那么也正是因为它有这么多优点，各个发达国家都对自己国家的本国的生物战略进行了规划。我们的隔壁，日本、韩国、印度都进行了战略规划，印度做得更好，它成立了一个生物技术部。

当然我们再来看最大的两个经济体，美国和欧盟。欧盟它也跟我们国家一样制定了中长期发展规划，它在这个中长期规划里头第一个写的就是什么呢？它未来到2030年的时候，化工原料里头的生物基的原料要占30%以上。

我们化工可能还有一点不美丽的地方，有的时候它有环境的污染排放，废水、废气、废渣，当然有时候还有发生爆炸的事故。但是实际上化工的发展的趋势能不能做到美丽呢？完全是可以做到这一点的。

实际上化工在不断地技术进步，很多方面都已经做到了。我们通过工业生物技术、过程强化技术，人工智能技术等等，有很多新的技术，慢慢都在使我们的化工一天一天地更加美丽。

当前全球只有9% 的材料被循环利用。石油基塑料废弃后导致的白色污染、微塑料污染已成为全球性危害。自1950 年人类大规模制造塑料至今，大约生产出83 亿吨塑料，其中63 亿吨变成垃圾；2050 年塑料预计产量将超过340 亿吨，废旧塑料的产生量将达120 亿吨。工业生物技术如何解决传统化工的弊病？

据经济合作与发展组织预测，生物技术对其成员国的国内生产总值的贡献将会达到2.7%，将有35%的化学品和其他工业产品可能涉及工业生物技术。此外，据世界自然基金会（WWF）估测，到2030年，工业生物技术每年将可降低10亿至25亿吨的CO2排放。

2020年，我国要实现单位国民生产总值CO2排放比2005年下降40%～45%的目标，面临巨大压力，极具挑战性。工业生物技术能否成为新时代推动能源生产消费革命的重要力量？

三、化工生物技术的“美丽”应用

01、燃料乙醇实现节能减排

化工生物技术应用很重要的一个方面，我觉得就是生产清洁的燃料。生物燃料里的第一种就是燃料乙醇。用燃料乙醇来代替这个汽油有很多的优点，比如说第一个优点，就是说它的绿色环保、碳减排，因为它可以使有毒有害物减少30%以上。实际上做得非常好的一个城市，也是全世界第一个全部的公交都采用了可再生能源的城市，就是瑞典的斯德哥尔摩。现在斯德哥尔摩的所有的公交车，几千辆，都采用了可再生能源，包括燃料乙醇、生物柴油和沼气。采用了这些燃料之后，它比“欧五”的PM标准排放减少了90%，所以减排的效果是非常之显著的。

从全世界的燃料乙醇产量来看，现在美国的燃料乙醇的产量是非常大的，它是全世界第一，一年用了5000多万吨的燃料乙醇；当然中国是第三，也只有200多万吨；第二是巴西。美国的油价是全世界非常低的，在这几个国家里面，它是最低的，那么为什么它加这个燃料乙醇还能维持呢？因为它是从环境的角度来考虑的。它在全部的50个州，都通过立法的手段强制性地要加，油价再低你也要给我加。这里头非常有意思，由于它全部推广了燃料乙醇之后，它一年用的燃料乙醇是5000多万吨，它减排的二氧化碳也是5000多万吨。它使美国的石油对外的依存度降低了8个百分点，这就相当于它每年减少了1000多万辆汽车，或者是减少了13个大型煤电厂、火电厂。还有一个就是巴西，大家知道，巴西盛产甘蔗，巴西50%以上的甘蔗都是用于发酵做燃料乙醇的。所以它地上跑的车里头加的大部分都是乙醇汽油，它加的量更大。因为像美国汽车里头一般加E10都可以了，E10就是这个汽油里头加10%的乙醇，90%还是汽油。像巴西这里头加的可以很多，巴西它可不是10%，10%太少了，它有加80%的，有加50%的，有加30%的。平均我看了一下，它是E50，就是汽油中的50%是乙醇，50%是汽油。运输燃料已经一半以上都用这个乙醇来代替了，所以它消耗的原油很少。

再看一下中国的情况，中国2018年的燃料乙醇的产量是205万吨，这个产量世界第三，但是并不多。因为大家知道我们国家这几年环境污染的压力很大，再一个能源进口的压力也非常之大。大家可能看到，我们进口的石油逐年在增加，2018年已经接近70%的石油靠进口了。所以应该说可再生能源，特别是燃料乙醇，是解决能源安全的一个重要的方面。目前中国的汽油一年的采用量是1.2亿吨，如果按E10计算一年也就需要1200万吨的燃料乙醇。那么这个燃料乙醇来看，你用什么东西中国可能生产呢？实际上我们中国有大量的秸秆，现在的秸秆一说农业的秸秆一般来说都有6到7亿吨，如果可以利用的话，起码应该有3到4亿吨可以利用的。再有一个我们国家还有大量的陈粮。这个陈粮怎么产生的？大家知道我们是一个人口大国，我们每年必须有大量的粮食储备。储备的粮食，时间不能长了，就是说一年可以，两年、三年，定期它要出库，把这一批用来加工做燃料乙醇的话，也是完全有可能的。

02、塑化剂不再让人谈虎色变

另外一个例子是生物基增塑剂。

可能很多的观众不知道增塑剂是做什么用的？实际上我们的塑料用品很多要加工成一定形状的时候，都要加入增塑剂。很多塑料有的时候比较硬，有的时候比较脆，有的时候一加热就不好了，就裂了。怎么样改善它的这些加工性能，那就要加大量的增塑剂进去。而增塑剂的这个用量是非常之大的，比如说在PVC（聚氯乙烯）的管子里面，加的增塑剂都是百分之二、三十；儿童玩具里的增塑剂占了35%，就是一个儿童玩具里面35%的质量是增塑剂，不是塑料，所以它的量是非常之大的。还有我们的一些食品包装袋，还有我们一些医疗用的一次性注射器，还有我们的这个输液管，里头都有大量的增塑剂。我们用的增塑剂是什么样的增塑剂呢？我们主要是用的邻苯类的增塑剂。邻苯类的增塑剂有一些缺点，非常典型的一个缺点就是什么呢？它有致癌的危险。比如说白酒里的塑化剂，增塑剂在台湾叫做塑化剂，塑化剂超标就是增塑剂超标。实际上并不是有人有意要给酒里头加增塑剂，谁酿酒也不会加增塑剂。而是酒瓶子的那个上头是一个塑料的瓶塞，它里头有增塑剂，而酒精浓度比较高的时候，把那个瓶塞的增塑剂给溶进去了，所以酒中的增塑剂也就超标了。所以这种塑化剂，尤其是儿童玩具，在国外它已经是通过立法不准用邻苯类的增塑剂了。所以现在我们迫切希望能开发出绿色的增塑剂，而这个绿色的增塑剂来自于什么呢？大多数都是来自于生物基的，比如说用淀粉类的做成的，比如说发酵做成的柠檬酸，或者是由油脂做成的油酸酯，这种增塑剂，就是绿色的。因为它是天然的，都是食物基的，都是可以吃的，它做成的增塑剂就没有任何毒副的作用。

03、将塑料和二氧化碳变废为宝

从我们国家乃至全世界来看，资源的循环率是很低的。从全球来看，只有9%左右的物质实现了循环。最典型的是塑料垃圾非常之多，还有建筑的垃圾、生活的垃圾等等，这些垃圾都特别多。

生活垃圾要分类，要把能回收的回收，要循环利用，不能再像过去似的都埋掉或者烧掉。化工里的原料和产品基本上都是以碳为最基础成分的，我们的塑料，我们的有机化合物都是含有碳的。碳资源如何实现循环利用是未来非常重要的一个环节，我们怎么才能实现这种利用呢？我举一个例子，就是塑料。

全世界每年新产生的塑料垃圾有3.2亿吨之多，我们国家一年产生的废旧塑料有7000多万吨。如果烧了就会变成二氧化碳等有机物，成了温室气体。如果能将碳加以利用的话，我想我们整个社会可持续发展就可以实现了。将来塑料有没有可能用工业生物技术定向地降解呢？现在我们说塑料不可生物降解，所以它成了一个没有办法处理的问题，它是不能禁缔也不能利用的一个原料。现在的处理办法主要是烧掉，或者把它裂解成什么油等这种低级的利用。那能不能恢复成单体材料呢？现在有没有这种可能性呢？实际上在去年年底，法国的一家公司，已经把PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）通过生物技术降解成单体，这个单体就可以循环利用了。这个技术取得突破之后，我觉得很快我们就要研究PP（聚丙烯）是否可行，PE（聚乙烯）是否可行等等，我觉得这些都有待提到日程上来，我们有没有可能利用生物技术把这些塑料能够回收加以利用，从而实现资源的极大的利用。

未来二氧化碳的利用，可能是我们化学工业绿色发展的一个重要的前沿发展方向，也是工业生物技术的一个突破口。这么多温室气体，如果能够利用原料来进行转化的话，这个转化技术有可能是生物技术，也可能是化学技术，不管是哪一种，只要能转化成化工产品，那这一块儿的原料就会源源不断，而且真的实现了碳资源的循环利用。

这是一个未来的技术，但是它并不遥远，可能在十年、二十年后就能成为现实。所以现在我们才需要有科研，才需要有人去研究，可能在未来的十年或者二十年中，我们就能工业化，那个时候二氧化碳可能真的就变成了价廉物美的东西了，然后社会可能真就绿色可持续了。

化学工业是国民经济的支柱。虽然化学工业目前可能还有一些不安全或者是不太绿色的地方，但是我们完全可以通过创新带动的技术的创新，还有管理的创新，比如说规范、制度、评价体系的建立，这种结合完全可以使我们的化工变得美丽起来。当然如果再用我们的工业生物技术来进一步地加工，特别是实现碳资源的循环利用的话，我想那个时候，我们未来的化工将是非常绿色环保的，同时也是美丽的。因为那个时候大家可以看到，我们的这个世界，我们化学工业就真正实现了人、社会、环境协调和谐地发展，也就真正实现了我们现在所说的社会可持续的发展。