當今世界面臨著資源短缺、能源緊張、環境惡化等嚴峻形勢,生物產業在保障人口健康與糧食安全的同時,在節能減排、資源替代、環境改善等方面發揮著越來越重要的作用。可以說生物產業是新時期的朝陽產業,也是我國民族工業的希望所在,利用生物發酵法生產長鏈二元酸就是一個很好的佐證。
作為精細化工的重要原料,長鏈二元酸的生產技術目前只有美國、德國、日本和中國掌握。長鏈二元酸在自然界是不存在的,生產這種產品的主要方法有化學合成法和生物發酵法兩種。目前,國外生產長鏈二元酸主要利用化學合成法,但其合成條件苛刻,需要200℃以上的高溫、100個以上的大氣壓、10個以上的合成步驟以及催化劑,此外還需防火、防爆、防毒設備,可以說化學合成法生產長鏈二元酸收率低,成本高,環境污染嚴重。此外,化學合成法生產長鏈二元酸目前只能生產到十二碳二元酸。
而值得中國人自豪的是,雖然我國精細化工行業的發展比發達國家滯后30年以上,但是我國確是目前唯一應用微生物發酵技術實現多種長碳鏈二元酸大規模工業化生產的國家。2007年,中國科學院微生物研究所“長鏈二元酸的研發與工業生產”項目榮獲2006年度國家科技進步獎二等獎。其實從20世紀70年代開始,以方心芳院士、陳遠童研究員為代表的兩代專家就開始了生物發酵生產長鏈二元酸的研究,試圖通過微生物的胞內酶將正烷烴催化合成為長鏈二元酸。這一過程在細胞內的微粒體中完成,有著化學合成方法不可比擬的優越性:生產工藝簡單,生產條件溫和,整個生產過程是在常溫常壓下進行的,收率高,成本低,沒有環境污染,是名副其實的綠色化學工業。
中國利用微生物發酵法技術可以生產化學方法無法合成的從C11~C18的所有長鏈二元酸,從理論上來說,二元酸中含有的碳原子越多,就意味著材料的柔韌性越好,防腐蝕、抗紫外線的能力越強,且生物發酵法生產工藝簡單,生產條件溫和,在28℃~30℃、一個大氣壓下即可生產,其生產成本僅占國外化學生產法成本的2/3,對環境無污染,可以大規模工業化生產并可形成龐大的高技術生物產業鏈,拓展了化學合成法生產長鏈二元酸的產品范圍。
從市場的角度來看,在海外市場,中國產品是綠色的替代者;在國內市場,隨著中國經濟的高速增長,必將帶動精細化工行業的發展和對它的需求。目前世界上每年以二元酸為原料生產出來的產品,總產值420億美元。由于國內長碳鏈二元酸的生產起步晚,以它為原材料合成的下游高檔精細化工類產品目前主要以進口為主。隨著汽車、電子、通信等新興產業的迅速發展,我國對聚酰胺工程塑料的需求量日益增加,已成為世界上聚酰胺工程塑料的最大進口國。由于雙號碼長碳鏈尼龍抗拉耐磨性能好,改造汽車輪胎,能提高輪胎使用壽命5~10倍。據美國權威專家估計,僅美國改造汽車輪胎,就需要100萬噸聚酰胺工程塑料。長鏈二元酸及其下游產品在國內外有巨大的市場需求,發展前景十分廣闊。由于以發酵法生產的長鏈二元酸工藝路線先進,成本低,產品質量優異,尤其不會造成環境污染,是有巨大市場競爭力的新產品,未來國際市場容量將達到百萬噸。保守地預測,近幾年國內外市場對長鏈二元酸的需求量將達到20萬~30萬噸/年,10年左右,國內外市場需求量將達到40萬~60萬噸/年。長鏈二元酸市場前景廣闊,該項目面臨的市場空間巨大。