率捷視點丨糖基原料是當前生物基原料的最佳選擇嗎？

近幾年，生物基材料由于其綠色、環境友好、資源節約等特點，正逐步成為引領當代科技創新和經濟發展的又一個新的主導產業。根據GB/T 39514—2020《生物基材料定義、術語和標識》定義，生物基材料，是指利用生物質為原料或(和)經由生物制造得到的材料。

回顧歷史，人類一直依靠自然生長的資源來制造更高的增值產品。通常源自大自然生長的資源被稱為可再生資源、生物基原料或生物質，包括范圍廣泛植物和樹木，以及一些農業作物，如玉米、甘蔗、油菜籽等。那么，在眾多的可再生資源里，應該選擇什么作為生物基材料的原料，以及選擇原材料的時候需要考慮什么因素呢？率捷咨詢將在這篇文章里帶大家從生物基原料種類、原料選擇邏輯以及原料目前所存在的挑戰等方面來了解生物基原料。

生物質的分類

生物質是指能夠當作燃料或者工業原料的物質，是來自農業（包括植物和動物物質）、林業和相關行業的產品、廢物和殘留物的可生物降解的物質。

按照來源可以分為林木、能源作物、農作物殘余和有機廢物：

根據發展階段，生物塑料的原料可分為第一代、第二代和第三代原料：

生物質的應用潛力是生物質資源評價的重要參數，通常會從以下四個方面逐層篩選考慮：

? 理論潛力：在生物物理極限內，理論上能用于生物能源生產的在地球的最大總量，即理論最大產量。

? 技術潛力：即技術可行性。

? 經濟潛力：在前兩種潛力基礎上，也要考慮其他土地使用（糧食、飼料生產等、自然保護區）的限制，如排除合法自然保護區。需考慮生物多樣性基豐富度。

? 執行潛力：即要考慮經濟、體制和一些社會限制，或者是否有政策激勵等。

糖基原料是最高效和可持續性的原料

從甘蔗或甜菜中提取的原糖，或從玉米/木薯淀粉中提取的葡萄糖，是當今用于生產乳酸及其衍生物的主要原料。通常，這些原糖都是從當地最易獲得的原料中獲得。反過來說，這又取決于當地氣候和土壤條件等農業因素，因為并非所有原料都能在所有地區有效種植。如泰國和巴西擁有優良的甘蔗種植條件，美國是全球種植玉米的領導者之一，而歐洲擁有種植甜菜的優良農田。這些原料通常歸類為“糖/淀粉基原料”。

隨著人口和對全球資源需求的增加，耕地可能成為稀缺，因此使用最有效的農作物只管重要，在實際應用中，我們應該選擇產量最高的原料。如前面所述，受氣候、土地養分等因素影響，每公頃耕地的農業產量因作物類型和地區而異，如下圖所示，甘蔗和甜菜每公頃的碳水化合物收率最高。

除了產率，從原糖到產品的轉化率也至關重要

“原料效率”（feedstock efficiency) 用來形容原料重量到最終塑料聚合物重量之間的轉化率。不同的的生物塑料有不同的生產工藝，需要投入的原材料份數也不一樣。目前，在生物塑料中，PLA是原料利用率最高效的生物聚合物之一。如下圖，生產每一千克PLA需要投入1.6千克的可發酵糖原料，低于其他生物基塑料。

其他替代的可持續原料的商業化使用也在穩步研發中

盡管當今用于種植生物塑料作物的土地面積很小，但隨著生物基的高速發展，未來社會的部分群體仍對將糧食作物用于食品和飼料意外的其他用途存在擔憂。因此開發和應用糖基的替代原材料也非常重要，如前面所述的第二代、第三代原料。目前，很多公司在研發糖基的替代原材料，但距離實現大規模商業化仍存在挑戰。

生物基原材料的挑戰與應對

目前全球在生物基原材料的選擇和應用上還面臨很多挑戰：

1. 生物量因地區而異，其質量取決于天氣

2. 短期挑戰是灰分和水分。長期挑戰包括為每個地區尋找最簡單、最便宜和最好的生物質能（因地制宜）。

3. 由于不可持續的做法導致自然棲息地的破壞和寶貴的糧食生產耕地的使用，生物質也受到了非政府組織、媒體和政府的抨擊。

4. 其他潛在問題：植物原料生產時的土地分配競爭、灌溉用水、農藥使用對環境的影響、轉基因種子的滲透水平等

總結

全球生物基的發展還在初級階段，仍存在巨大潛力與機遇。率捷咨詢認為，在應對生物基原材料發展的挑戰上，應當因地制宜，最大化和最高效地應用資源。發展與農民和物流合作伙伴的關系，通過有效的供應鏈管理實現可擴展性、可持續性的持續供應。與此同時，技術上需要提高生物質利用率，以及研發、利用非食用生物質、農業副產品和廢料，確保原料的安全性和可持續性。