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当下,转向低碳经济已经成为全球共识。在低碳经济的大环境下,生物质材料不仅能够缓解我国资源枯竭的压力,还能助力我国实现低碳目标,是国家战略性新兴产业的重要内容。生物质化学品及材料,正成为新的时代风口,有望在制革行业中实现规模化和产业化发展。
“碳达峰、碳中和”是全球范围广泛而深刻的经济社会系统性的变革。 “双碳”概念已经深入人心, “双碳”目标也开启了绿色转型发展新时代,对个人和社会提出了低碳生活和绿色消费的新要求,也为绿色产业支持居民碳减排带来了新机遇,各个领域都开始意识到生态保护的重要性。
低碳经济追求的是生产理念、生产技术、生产方式和消费模式的转型迭代。回顾历史,近代经济和现代经济都是高碳经济,具有低成本、高效率、高利润、负外部性的特征,因此也为低碳经济转型带来了五大挑战,即市场资源配置、韧性、碳达峰过程、地区和行业差距、节奏和平衡。“碳中和”离不开政府的参与,需要国家统筹设计,并运用金融、财政补贴、税收等各类政策工具, 2022年国家能源局发布《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》。而“十四五”规划纲要也对“加快发展方式绿色转型”作出了积极部署。随着环境保护成为全球热议话题,生物质材料正逐渐走进我们的生活。这种材料具有绿色低碳、环保及资源节约等优势,并成为我国经济发展和科技创新的又一新兴主导产业。
2022年5月,我国发布《“十四五”生物经济发展规划》,确立发展生物经济的重点任务 ,将生物能源稳步发展、生物基材料替代传统化学原料、生物工艺替代传统化学工艺等进展明显列入发展目标;提出要重点围绕生物基材料、新型发酵产品、生物质能等方向,构建生物质循环利用技术体系;完善生物基可降解材料评价标准和标识制度,扩大市场应用空间。在国家政策规划持续推进下,我国生物基材料行业发展前景广阔。2023年1月,工信部等六部委联合发布《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》,为生物基及新材料的发展指明方向。《行动方案》指出,发展非粮生物基材料,在满足人民群众物质和能源需求的同时,还能减少对石油、煤炭等化石能源开采和消耗,降低二氧化碳排放,同时避免“与人争粮、与粮争地”的困局,是产业实现绿色转型和“碳中和”的有效路径,为产业转型升级及可持续发展做出了突出贡献。
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生物质皮革的制作工艺和特点
近年来,随着环保和可持续发展意识的不断提高,生物质产业规模增长较快,一些关键技术问题得到了突破 ,为绿色经济发展提供无限商机和可能。生物质材料应用在制革中成为生物质皮革, 其作为一种环保的替代品逐渐受到人们的关注。生物质皮革工艺利用植物纤维素等生物质原料,通过化学和物理方法制造出类似皮革的材料。生物质皮革不仅能够达到传统皮革的质感和强度,还可以实现环保、可持续的目的。
1.生物质皮革的制作工艺
生物质皮革工艺主要分为以下几个步骤:①原料处理:将生物质原料(如木材、棉花等)进行切碎和研磨,制成细粉末;②物理加工:将细粉末进行分散和混合,再通过加热、压力等物理方法,制成生物质毡;③化学处理:将生物质毡进行酸碱处理和重复漂洗,将原生的纤维素分解成单糖分子; ④重组和干燥:将分解后的单糖分子重新组成三维网络结构,再进行压制、干燥、涂层等工艺,制成生物质皮革材料。
2.生物质皮革的特点
生物质皮革与传统皮革相比,有以下几个特点: ①环保:生物质皮革工艺使用植物纤维素等生物质原料,不需要使用动物皮革,减少了不必要的动物牺牲,也减少了皮革加工过程中产生的污染;②可持续:生物质皮革原料来源丰富,可以通过农作物和林木等可再生资源获得,是一种可持续的材料;③细胞结构:生物质皮革的细胞结构比传统皮革更均匀,具有更好的柔韧性和透气性;④颜色稳定:生物质皮革的颜色稳定性更好,不易褪色;⑤价格便宜:生物质皮革的制作成本相对较低,相对传统。
3. 生物质皮革与传统皮革的区别
生物质皮革与传统皮革相比,有以下主要区别: ①原材料不同:生物质皮革使用植物纤维素等生物质原料,而传统皮革使用动物皮革;②制造工艺不同:生物质皮革使用化学和物理方法制造,生物质材料属于交叉学科,技术突破需化学、生物技术、 材料学等多学科的融合创新,而传统皮革使用的是生物制造工艺;③环保性不同:生物质皮革相对于传统皮革更环保,同时产品性能更广泛,更容易实现跨界产业链的深度配合。
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生物质材料在制革中的应用
近年来,随着前沿生物和化学技术的不断应用,工艺水平不断优化,新型场景不断拓展,一些生物质材料在制革产业中实现了量产,生物质材料在制革中实现了多种应用进展,帮助皮革产业在技术及产品生产方面持续升级和创新。可以预见的是,国内对生物质的研究虽然起步较晚,但是发展迅速,并开始向精细化方面拓展。相关基础研究也在逐步跟进,生物质材料迎来了前所未有的发展和投资窗口期。
菌丝体皮革的应用
目前,菌丝体材料被视为一种可持续、环保的皮革替代品。这种材料的开发和生产主要是为了解决传统皮革工业中存在的一些问题,如环境污染、 动物福利以及资源消耗等。菌丝体是一种非常独特且具有极大潜在价值的生物质材料。菌丝体皮革是一种由菌丝体(一种真菌的根部结构)制成的生物材料。通常,随着菌种的生长,它们会产生一种叫做菌丝的细丝状结构,形成一层类似皮革的厚度。
目前,国内已经有多家企业在进行菌丝体皮革的研发,比较知名的当属上海贻如生物科技有限公司 (以下简称“贻如生物” )。多年来,贻如生物持续深耕在将非粮生物质转化为高性能菌丝体的开发中, 希望成为一家在源头以合成生物学最大化驱动材料创新的生物材料公司。公司团队颠覆了传统化工合成方式,利用定向进化和基因编辑等技术对菌株进行独特改造,将非粮生物质(水果、秸秆等)作为原料,通过精密发酵培养,生产微生物纤维、蛛丝蛋白和贻贝粘蛋白等生物材料,其应用场景涉及服装面料、美妆个护、家居材料、建筑建材等。目前, 公司开发了大量基于非粮生物质(多种农业和工业废料,比如废弃水果、秸秆、糖蜜等)的菌丝体培养技术,并把它们做成了模块化的生物纤维组分, 可以直接契合到目前皮革加工产线中。而随着在生物技术端的快速扩大生产,产业链上大量的皮革加工厂可以直接采购这种极具市场竞争力的纤维组分并融入目前的产品线,促进整个行业向无污染、生物基转化。
同时,贻如生物进一步扩大了非粮生物质种类, 真实解决实际问题,为皮革行业提供优秀解决方案。 基于非粮生物质的菌丝体皮革Mycel在具备了卷材量产、性能优秀特点的前提下,对比真皮还有着极强的性价比,是一款真正能够大规模应用的基于菌丝体的材料。最新消息,菌丝体材料Mycel将和 Naro材料已经一起加入贻如生物的量产计划,贻如生物目前已经在常州高新区投资建设了合成生物皮革项目,主要生产合成生物民用革浆料和合成生物皮革产品,项目总投资1亿元。建成后,将年产皮革浆料1500 t,皮革1200万m。此外,都乐上海工厂每年所产生的约900t表面花皮、碰压伤、或卖相不好的瑕疵水果,也将提供给贻如生物进行二次运用,双方携手将都乐在日常加工中因高品质要求而淘汰的瑕疵及不达标的水果二次回收后作为营养源与真菌菌丝混合,经一系列培育与发酵,培育出优质菌丝体并用于制作100%生物基的环保皮革。
农作物生物质皮革的应用
通过对发酵技术的研发,一些企业将农作物进行价值再利用,也生产出了适合制革生产的生物质材料。丰原集团原本是一家以生产柠檬酸为主的化工企业,主要客户来自碳酸饮料行业。近年来,通过对发酵技术的不断创新,丰原集团成为国内首个掌握聚乳酸全产业链技术的公司,成功实现将玉米、 薯类等农作物秸秆高价值再利用,生产出新材料聚乳酸,可用作一次性餐具、生物质皮革、纺织布料等,有效解决了秸秆焚烧带来的污染痛点。该公司生产的生物基新材料不仅更环保、可降解,生产过程的碳排放也较低。目前,生产1t聚乳酸会产生0.31t碳排放,而生产1t塑料PP材料会产生3t排放,聚乳酸的碳足迹只有传统石油基材料的1/10左右。目前,该技术的成功运用也为以农作物为原料的生物质皮革打开了量产的空间。
植物生物质皮革的应用
近年来,深圳市朴飞生物科技有限公司(以下简称“深圳朴飞生物” )正逐步走入生物质皮革研发领域。这家公司研发性能卓越且美观的生物科技皮革,并为品牌创造了更高价值。深圳朴飞生物专注于可持续时尚科技材料研发、生产,将非粮农业生物废弃物通过零碳制造转化成“兼具卓越性能和国际美学的100%生物基科技皮革等生物新材” ,并为全球品牌提供可持续时尚整体服务方案。2022 年,公司落地深圳,与中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所达成深度合作,通过综合运用合成生物、物理、化学等跨学科技术,开发特有的可持续时尚科技生物皮革生产技术。在材料研制上,深圳朴飞生物会先获取原始生物材料的有效结构单元,并将其破解至微纳米级;再进行结构重组和设计,最终获得生物科技皮革生产材料。
目前,深圳朴飞生物旗下的超级皮儿PEEL⁃ SPHERE ®系列生物科技皮革原料已扩展到海藻、 咖啡果、咖啡渣、葡萄皮等60多类常见植物,并实现从果实、果皮到残渣的植物全生长形态利用。为此,超级皮儿PEELSPHERE ®专门打造生物科技皮革外观工艺实验室,开发出“全彩水波纹理半透明质感” “3D立体造型” “超高温抗变形回弹折皱” 等27种挑战生物科技皮革极致性能的特有外观工艺。2024年3月,超级皮儿PEELSPHERE ®旗下的 Algaeskin海藻系列皮革和Bestwaste全植物生命周期系列皮革,正式通过欧盟及多家全球头部奢侈品牌的生物皮革材料含量、性能、使用等全方位测试,并凭借100%生物基研制科技、卓越物理性能、独特外观质感、量产及交付保证等方面的综合优势,在全球各类生物皮革中脱颖而出,同时与多家全球头部奢侈品牌达成了系列采购合作。
结束语
政策支持、技术可行、成本可控、各方共赢是低碳经济背景下,新技术和产品应用的关键因素。在技术维度来看,随着我国生物质材料生产工艺水平不断提升、产品种类更加丰富,产业化关键技术不断取得创新突破,越来越多的生物质材料已经在制革产业中得到广泛应用。未来,我国生物质材料的替代率将持续提升。在这片潜力巨大的新蓝海, 参与者们将会在未来掀起更多的浪潮。总之,随着环保和可持续发展意识的提高,生物质皮革工艺将会成为未来皮革制造的重要方向。
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