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        綠色科技的引領(lǐng)者
        ——訪中國科學(xué)院微生物研究所研究員陳遠(yuǎn)童

        2010-09-06 11:14:22
        中國科技產(chǎn)業(yè) 2010年9期
        關(guān)鍵詞:工程塑料長鏈生物

        ■ 楊 斌

        綠色科技的引領(lǐng)者
        ——訪中國科學(xué)院微生物研究所研究員陳遠(yuǎn)童

        ■ 楊 斌

        陳遠(yuǎn)童,北京大學(xué)化學(xué)系畢業(yè),微生物學(xué)專家?,F(xiàn)為中國科學(xué)院微生物研究所研究員,博士生導(dǎo)師,政府特殊津貼獲得者,中共黨員。多年來,在石油微生物領(lǐng)域,致力于微生物正烷烴代謝產(chǎn)物和代謝途徑的基礎(chǔ)理論研究及微生物發(fā)酵正烷烴生產(chǎn)混合長鏈二元酸的應(yīng)用研究與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。他立定目標(biāo),鍥而不舍,他的研究成果長鏈二元酸生物合成引領(lǐng)綠色化學(xué)革命就是最好的證明。

        40年潛心研究成果豐碩

        陳遠(yuǎn)童從事微生物發(fā)酵生產(chǎn)長鏈二元酸的基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)研究已有近40年。從1987年起,先后承擔(dān)橫向委托、國家自然科學(xué)基金、國家“八五”和“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目,在生物合成生產(chǎn)長鏈二元酸系列產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)研究中,取得5項(xiàng)重要的長鏈二元酸科研成果,獲7項(xiàng)授權(quán)的國家發(fā)明專利。近10多年來,專利成果已經(jīng)轉(zhuǎn)讓多家公司,在國內(nèi)建起兩座萬噸級和3座千噸級規(guī)模的長鏈二元酸生物合成生產(chǎn)工廠,總生產(chǎn)能力超過5萬噸/年,使我國成為當(dāng)時(shí)國際上唯一能夠應(yīng)用生物合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種長鏈二元酸大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的國家,形成一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民族新產(chǎn)業(yè),技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化都處于國際領(lǐng)先地位。

        為此,陳遠(yuǎn)童先后獲得國家“八五”科技攻關(guān)重大科技成果獎(jiǎng)和“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃優(yōu)秀科技成果獎(jiǎng)各1項(xiàng),國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng),中國科學(xué)院發(fā)明一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)各1項(xiàng),中國科學(xué)院與省市、企業(yè)合作獎(jiǎng)個(gè)人二等獎(jiǎng)1項(xiàng),北京市科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)和北京市發(fā)明專利獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)等。

        創(chuàng)新思維催生國際領(lǐng)先科技

        長鏈二元酸是指碳鏈中含有10個(gè)以上碳原子的脂肪族二羧酸,它們是一類用途極其廣泛的重要精細(xì)化工產(chǎn)品,是化工上合成高性能尼龍工程塑料、高級麝香香料、高檔尼龍熱熔膠、高級油漆、涂料和潤滑油、高溫電介質(zhì)、農(nóng)用薄膜耐寒性增塑劑、新醫(yī)藥和農(nóng)藥等的重要原材料。

        陳遠(yuǎn)童的微生物發(fā)酵生產(chǎn)長鏈二元酸研究的成功和工業(yè)化生產(chǎn),解決了用純化學(xué)方法難以合成的問題,開辟了長鏈二元酸的新來源,為尼龍工程塑料、熱熔膠、涂料和香料等十幾大類高檔產(chǎn)品的化學(xué)合成提供了豐富的原材料,推動(dòng)這些產(chǎn)業(yè)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新,將創(chuàng)造出上百種具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品,將在我國逐漸形成具有獨(dú)立特征的產(chǎn)業(yè)鏈和精細(xì)化工產(chǎn)品樹,從而在航天航空、汽車、輪船、輪胎、建筑、紡織、服裝、電子電器、信息領(lǐng)域以及人民日常生活中醫(yī)藥衛(wèi)生、保健等方面有廣泛的應(yīng)用,為提高我國綜合國力產(chǎn)生巨大和深遠(yuǎn)影響。

        長鏈二元酸微生物發(fā)酵技術(shù)中涉及油、水、氣、固(菌種)多個(gè)界面,要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),必須解決一系列工程技術(shù)新難題。陳遠(yuǎn)童首先開展基礎(chǔ)理論研究,根據(jù)合成長鏈二元酸微生物種屬關(guān)系和合成機(jī)理,發(fā)現(xiàn)長鏈二元酸生物合成是在微生物細(xì)胞內(nèi)通過胞內(nèi)酶的催化作用氧化生成的,ω-氧化酶催化二元酸生物合成,β-氧化酶則催化二元酸的降解。他在此基礎(chǔ)上提出了提高長鏈二元酸生物合成速度必須控制細(xì)胞的酶活性和增大細(xì)胞膜的通透性的創(chuàng)新思路,這個(gè)思路對提高二元酸的產(chǎn)量起到了關(guān)鍵作用。在長鏈二元酸的研發(fā)工作中取得突破性進(jìn)展,創(chuàng)造性地解決了微生物發(fā)酵生產(chǎn)長鏈二元酸工程技術(shù)方面存在的幾大難點(diǎn):

        1.針對油水混合體系中菌種生長轉(zhuǎn)化的難點(diǎn),創(chuàng)造了“氧化酶活力篩選指示培養(yǎng)基”和“快速三步篩選法”,培育出分別生產(chǎn)C12-C 7一系列單一長鏈二元酸的6株高產(chǎn)菌株,產(chǎn)酸水平提高2-3倍;

        2.創(chuàng)建了“三階段控制的同步發(fā)酵法”,優(yōu)化了生產(chǎn)工藝條件和過程控制,使發(fā)酵產(chǎn)酸水平提高35%;

        3.加入細(xì)胞膜透性調(diào)節(jié)劑,加速反應(yīng)底物和產(chǎn)物通過細(xì)胞膜的運(yùn)轉(zhuǎn)速度,產(chǎn)酸水平提高25%;

        4.解決了產(chǎn)品分離純化難的問題,發(fā)明了“在水中破乳分層快速分離回收殘烴的方法和特殊裝置”,用水或有機(jī)溶劑進(jìn)行精制,提高了產(chǎn)品回收率。

        至今已先后完成4種長鏈二元酸中試和工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn),取得了C12-C15 四項(xiàng)重要科研成果,產(chǎn)酸水平達(dá)到200 g/L左右,經(jīng)技術(shù)鑒定和查新報(bào)告均屬國際領(lǐng)先水平。

        產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用取得巨大成就

        陳遠(yuǎn)童并未滿足于開辟了長鏈二元酸的新來源。他積極運(yùn)作,大膽嘗試,將長鏈二元酸生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步推向了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。他向記者詳細(xì)介紹了3家公司的發(fā)展現(xiàn)狀,從中,我們也驚喜地窺見長鏈二元酸產(chǎn)業(yè)化過程中所取得的巨大成就。

        1997年底,山東淄博廣通化工有限責(zé)任公司(原淄博龍泉煤礦)建成年產(chǎn)300噸二元酸的發(fā)酵工廠,發(fā)酵罐體積20噸,一次試車成功,1998年正式投入生產(chǎn)。1999年底二期工程建成,年生產(chǎn)能力擴(kuò)大到1000噸,成為國際上首家千噸級規(guī)模的長鏈二元酸生物發(fā)酵廠。由于質(zhì)量好,1999年,產(chǎn)品通過ISO 9000國家質(zhì)量認(rèn)證,除了滿足國內(nèi)化工生產(chǎn)需要外,還遠(yuǎn)銷歐美和日本,產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,使一個(gè)瀕臨破產(chǎn)的百年老礦重新煥發(fā)了生機(jī),完成了轉(zhuǎn)產(chǎn)任務(wù)。2004年,該廠生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到1500噸。

        無獨(dú)有偶。由于看好長鏈二元酸產(chǎn)品廣闊的用途和巨大的市場前景,上海凱賽控股有限公司受讓了中科院微生物所成熟的技術(shù)成果,并于2002年底在山東濟(jì)寧地區(qū)建成一座年產(chǎn)7000噸長鏈二元酸的發(fā)酵工廠,發(fā)酵罐體積借鑒廣通公司20噸罐成功的經(jīng)驗(yàn),放大為200噸,一次試車成功后,于2003年8月正式投產(chǎn)。目前,已經(jīng)成為國際上石油發(fā)酵生產(chǎn)二元酸規(guī)模最大的發(fā)酵工廠,產(chǎn)品質(zhì)量好,遠(yuǎn)銷歐美等地。2006年,產(chǎn)量達(dá)到8000多噸,2007年底完成二期工程建設(shè)后,生產(chǎn)能力擴(kuò)大到1.8萬噸/年。

        山東翰霖生物技術(shù)公司2008年受讓中國科學(xué)院微生物研究所長鏈二元酸專利技術(shù),計(jì)劃集資30億元人民幣,5年內(nèi)分三期完成6萬噸/年的長鏈二元酸生產(chǎn)線。第一期工程為1萬噸/年,2009年7月份建成試車成功后,9月份開始正式投產(chǎn);同時(shí),第二期工程2萬噸/年正式開工建設(shè),2010年7、8月份建成,成為世界最大的長鏈二元酸生產(chǎn)基地;三期工程3萬噸/年建成后,總生產(chǎn)能力將達(dá)到6萬噸/年,每年總產(chǎn)值達(dá)到30億元人民幣以上,年創(chuàng)利稅超過10億元人民幣。2009年3月,國家發(fā)改委和國家財(cái)政部的領(lǐng)導(dǎo)在參觀長鏈二元酸項(xiàng)目及產(chǎn)業(yè)化基地后,對項(xiàng)目的建設(shè)給予了充分肯定和大力支持。

        以綠色化學(xué)服務(wù)社會(huì)

        據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界每年以二元酸為原料生產(chǎn)出來的各種產(chǎn)品,總價(jià)值為420億美元。杜邦、漢高、拜爾、德固賽、阿托、汽巴、雨布等十幾家國際500強(qiáng)大公司,近幾年來都紛紛轉(zhuǎn)向中國,購買生物合成法工業(yè)化生產(chǎn)的長鏈二元酸產(chǎn)品,用于合成高性能尼龍工程塑料、高級麝香香料、油漆、涂料和潤滑油、高溫電介質(zhì)、醫(yī)藥中間體和農(nóng)藥等,其需求量與日俱增。許多有實(shí)力、有遠(yuǎn)見的大公司都看好長鏈二元酸生物合成這一高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)行業(yè)。事實(shí)證明,長鏈二元酸生物合成法必將代替化工合成法。

        統(tǒng)計(jì)顯示,自20世紀(jì)90年代中期起,中國每年進(jìn)口工程塑料150萬噸左右,耗用外匯近20億美元,且保持著15%-20%的年增產(chǎn)速度。特別是一些高性能工程塑料,目前仍主要依賴于國外進(jìn)口。2000年以來,中國汽車水性底漆、建筑水性乳膠涂料、粉末防腐涂料、水性防腐蝕涂料等高性能涂料的需求量超過100萬噸/年;2001年,中國進(jìn)口的高性能工程塑料約為1萬噸,高檔熱熔膠約3000噸,共耗費(fèi)約2億美元外匯。業(yè)內(nèi)權(quán)威人士指出,長鏈二元酸在國內(nèi)外有巨大的市場需求,發(fā)展前景十分廣闊。有關(guān)專家估計(jì),到2015年,中國每年長鏈二元酸的需求量將達(dá)到4到5萬噸,市場空間巨大,前景越來越好。

        綠色化學(xué),服務(wù)社會(huì),這是陳遠(yuǎn)童心底的目標(biāo),也是他努力的方向。在研發(fā)微生物發(fā)酵生產(chǎn)自然界中并不存在的長鏈二元酸的過程中,陳遠(yuǎn)童和他的同事們將充分發(fā)揮微生物學(xué)科的優(yōu)勢,在具有中國特色和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新興綠色化學(xué)產(chǎn)業(yè)這條道路上越走越遠(yuǎn)。

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