2020 年我国率先提出了“ 碳中和 ”和“ 碳达峰 ”的双碳目标,为此,我国现有的能源结构和产业结构都需要进行调整和改变。生物质能源是自然界中唯一的可再生有机碳资源,且可以用于生成多种目前来源于化石资源的化学品或其替代品,因此生物质能源的广泛使用是实现我国双碳目标的重要途径之一。 本项目以来源于生物质的果糖为原料,通过脱水和氧化两个过程得到呋喃二甲酸(FDCA)。FDCA( 呋喃二甲酸 ) 是美国能源部筛选出的十二种平台化合物中的唯一一个具有芳环平面、刚性结构的生物基来源平台化合物,其主要用于替代石油基的八大基础平台化合物中的苯环系列,可用于生产可降解塑料、半芳香尼龙、不饱和树脂、石油基高分子的改性剂等领域,在践行环保可持续的社会发展理念中发挥着重要作用,目前已被列入生物基工业产品生产的前10 位生物精炼碳水化合物衍生物。由 FDCA 和乙二醇可以制备出生物基可降解聚酯呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF),PEF 与现有使用量最大的聚酯 PET 相比在诸多方面都具有明显的优势,尤其是在气体阻隔性方面,对二氧化碳和氧气的阻隔性远高于 PET,因此可以被应用到许多 PET 不能使用的领域。2020 年 PET 全球产能超过 1 亿吨,产量超过 7800 万吨,市场巨大。FDCA 不仅可以合成PEF,还可以作为添加物对现有的 PET 聚酯进行改性,改性后的 PET 聚酯无论在性能还是在可降解性方面都具有明显提升,且添加量在 10% 左右时效果显著。按照这一比例计算,全球每年 FDCA的需求量将达到七百万吨以上。在加上 FDCA 在其它高端市场的使用量,FDCA 每年的需求量将有可能突破千万吨,市值超万亿。
目前国内外虽然已经有些厂家声称可以制备出 FDCA,且能吨级供货。但是销售成本依然居高不下,据调查,目前 FDCA 的吨级售价在几十万,远远超过企业的接受能力。因此,开发低成本FDCA 生产路线具有非常重要的意义。我们使用果糖为原料,通过选择性脱水和氧化两个过程得到了高品FDCA,纯度超过 99.5%。从果糖到 FDCA 的总碳收率达到 80% 以上,每吨的 FDCA 大约需要 1.4 吨果糖,原料成本约为 14000 元。通过工艺改进,我们可以大幅降低脱水中间产物的分离和提纯成本,预计每吨的分离成本可以控制在 5000 元以下。因此,本项目的 FDCA 生产成本有望低于 2 万 / 吨,完全可以满足现有市场的成本需求,已于 2019 年签订技术开发合同。
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