生物制造，正在成为推动第四次工业革命的关键力量。
有研究称，未来约70%的产品可以用生物法生产，有望创造30万亿美元的经济价值。
这里面重要一步，就是替代石油原料的平台型化合物。
什么是平台型化合物？
平台型化合物是指从生物质中提取的、具有相同化学结构的生物基化工原料，可能够通过多种化学反应路径转化为多种最终产品的基础化学物质。
简单来说，它们就像一个“中转站”，连接着原料和下游最终产品，辐射下游多个行业。
例如我们熟悉的乳酸、糠醛、二元醇类等基础化工产品，都是贯穿化工产业的关键枢纽。
一旦核心生物基物质获得突破，将带动多个细分行业迅猛发展。因此，筛选和开发平台化合物的技术是当前研究的热点和重点。
而能否以低成本，转化路径多样性和可持续来源制备这些大宗产品，将是实现从石油基经济向可持续生物基经济转型的关键。
绿色分子：乳酸
乳酸凭借可再生来源、可降解特性及化学转化灵活性，成为化工产业向可持续发展转型的关键载体。
例如，乳酸是制备聚乳酸（PLA）的重要原料之一。
聚乳酸(PLA)是一种可生物降解的热塑性聚酯，以其出色的性能和较低的价格使得PLA成为全球范围内产业化最成熟、产量最大、应用最广泛的生物基塑料。
据欧洲生物塑料协会（EUBP）的数据，PLA占全球生物基塑料市场规模的37.1%，未来有望进一步提升至42.3%。
美国Natureworks和荷兰TCP均布局大规模产能，中国包括海正生物、丰原集团、长春高新均加大对乳酸的产能布局。
除此之外，乳酸还可以制成乳酸酯类（乳酸乙酯类、乳酸甲酯等）产品，这种绿色环保溶剂，用于涂料、油墨、电镀、化妆品等行业。还可应用于食品和医药领域，充当酸味剂和防腐剂等。
然而，制备乳酸的过程中碳源的成本最高，主流还是运用玉米、秸秆等作为粮食作为生物制造的底料。PLA 的生产中，制造所用底料占总成本约50%。
这不仅推高了PLA的制造成本，还出现了与“人畜争粮”的争议，最终导致聚乳酸的推广主要靠国家政策推动。
如果要进一步提升生物基塑料市场比例，则需要依赖成本的降低，尤其是非粮原料的拓展。
高分子材料核心原料：1,4-丁二醇
1,4-丁二醇（BDO）是一种非常重要有机化工和精细化工原料，其下游应用非常广泛，涵盖了多个行业，包括纺织、医药、香料以及生物基可降解塑料等。
BDO的化学结构使其可通过酯化、醚化等反应生成多种高附加值衍生物，产业链延伸能力极强，因此被视作化工行业的“枢纽型产品”。
例如，BDO可以制备聚四氢呋喃（PTMEG），可广泛用于生产氨纶纤维和聚醚型弹性体；
BDO还能合成聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT），这是一种重要的工程塑料广泛应用于汽车、电子、家电、轻工及工业部件等领域；
BDO脱水还可制备四氢呋喃（THF），这种有机合成原料可以制备弹性纤维氨纶，以及氯乙烯材料，以及药物原料中。
此外，BDO还是生产热塑性生物降解塑料的重要原料，如聚己二酸丁二醇酯（PBAT），这些材料在环保替代塑料方面具有重要意义，广泛应用于包装、农业薄膜、医疗用品等领域。
目前主流得到生物基1,4-丁二醇（BDO）的方法是，通过如淀粉、糖作为原料，通过微生物发酵转化为琥珀酸，再通过脱氧和氢化反应生成1,4-丁二醇。
海内外已经有多家公司布局生物基BDO，海外有意大利公司Novamont、美国Genomatica、德国化工巨头BASF，国内则有金发科技、元利化学等，均布局了万吨级产线。
黄金中间体：5-羟甲基糠醛（5-HMF）
5-羟甲基糠醛（5-HMF）是一种重要的平台化合物 ，分子式为C6H6O3。
早在70多年前，美国一科学家从实验中发现，5-HMF可以从淀粉、蔗糖、木质纤维素等生物质原料中提取。
由于其无毒且生物来源，因此可用于替代来自石油或其他有害来源的传统物质。
5-HMF在生物质衍生中间体中占有举足轻重的地位，可以通过各种反应转化为多种高附加值化合物。
HMF在食品工业中可用作香料和色素，用于改善食品的色泽和口感；在医药领域中，可用作医药中间体，开发多种药物；还可以合成生物燃料等。
因此，5-HMF将成为少数几种生物来源、无毒、工业化可获得数千吨产能、且在欧洲使用欧洲原材料生产的单体之一。
目前，欧盟法规已经将 5-HMF 列入食用香料清单，未来在香料领域前景可期。
石油基
PTA最佳替代：FDCA
2,5-呋喃二甲酸（FDCA）目前被认为是最重要的生物基化合物之一。
FDCA的呋喃环结构与石油基对苯二甲酸（PTA）的苯环高度相似，因此可替代PTA用于合成聚酯。
2024年PTA国内年产能8602.5万吨，绝大部分用于合成聚酯PET。而根据FDCA合成的呋喃二甲酸乙二醇聚酯（PEF），这种生物基聚酯材料被认为是塑料的替代产品，具备巨大的经济价值。
因此FDCA作为美国能源部选定的12种最具潜力的生物基平台化合物之一。
此外，另外在聚酰胺及增塑剂替代传统产品，也存在十分广阔的市场空间，如下游的聚酰胺领域，下游产品呋喃二甲酸酯，是目前行业内所公认的替代DOP的最主要增塑剂产品。
FDCA可以从玉米、甜菜等粮食或稻草、秸秆等木质生物质材料中提取，主流的技术是通过5-羟甲基糠醛（5-HMF）制备而成。
目前，FDCA 主要正在绿色包装、新型纤维、工业薄膜等高性能领域的商业化落地。
海外公司中，荷兰可再生聚合材料公司Avantium已布局全球首座商业化FDCA生产设施，年产量为5000吨，预计将于2025年下半年投产。
此外，多家中国公司正在布局大规模产线，通过大规模降低成本，扩展下游市场规模，包括糖能科技、中国国生等多家公司，打造了FDCA为核心的生物基聚酯材料方案。
工业血液：乙二醇
乙二醇是重要的有机化工原料和精细化工产品，是生产多种重要化学品的基础原料。
其在合成聚酯、聚氨酯、聚醚多元醇、增塑剂、化妆品、药物及多种产品中都发挥着关键作用。
乙二醇的生产和消费量是衡量一个国家化工业发展水平的重要指标，我国是生产和消费大国，每年的消费量超过2000万吨。
过去几十年，乙二醇的生产高度依赖石油乙烯和煤炭两大化石资源路线，与此同时，中国“富煤缺油少气”的资源状况下，普遍使用煤制乙二醇法，会造成大量碳排放。
目前，中国科学院大连化学物理研究所张涛院士团队首创“生物质糖一步催化转化制乙二醇”技术，以秸秆等非粮生物质为原料，通过高选择性催化剂直接合成乙二醇，还有路线短、条件温和等优点。
该中试项目于2019年启动，于2022年初在河南濮阳建成了国际首套千吨级生物质催化转化制乙二醇装置。同年6月首次投料，一次性打通了工艺流程，获得了工业级的生物质乙二醇产品。
2024年10月，生物基乙二醇技术中试成功，实现了千吨级规模应用的跨越，为万吨级产线奠定基础。
据悉，该技术生产出的乙二醇产品已经推向市场，用于生产生物基涤纶（PET）、全生物基呋喃塑料（PEF）、香精香料等。
