作者:记者 唐琳 王璐莹 李明飞 来源: 发布时间:2018-12-5 18:23:33
林木生物质化学北京市重点实验室:
致力生物质转化 推动低碳经济模式

 
林木生物质资源属于可再生资源,其来源丰富,分布广泛,既包括传统的木材资源,也包含林木抚育剩余物、加工剩余物以及部分工业和生活废弃物等。在传统化石资源日渐枯竭的背景下,林木生物质是最为理想的替代资源。
 
2012年5月,在北京市科委的大力推动下,林木生物质化学北京市重点实验室(以下简称实验室)依托北京林业大学正式组建,中国科学院院士孙汉董出任学术委员会主任,孙润仓教授任实验室主任。
 
自成立以来,实验室始终围绕学科国际前沿和我国生物质高值化利用工业的发展需求,致力于解决生物质转化为材料、化学品和新能源工业领域的深层次科学问题及重大工程关键技术,推动北京市低碳经济模式的建立。
 
基础创新底气足
 
“我们的基本定位就是建成生物质高值化利用领域国内领先、国际著名的科学研究、技术创新、人才培养与学术交流的重要基地,引领和支撑我国生物质高值化利用领域的科技创新和产业可持续性发展。”北京林业大学副教授李明飞告诉《科学新闻》。
 
作为北京市直接面向和解决生物质转化为高值化材料科学与工程技术问题唯一的重点实验室,一方面,实验室以森林植物这一可再生的、永续不竭的、品种繁多的资源为对象,开展生物质超微结构的分子解译、生物质化学组分清洁分离机制和结构表征、生物质定向降解转化及产品谱系研究、生物质组分转化为新能源研究以及生物质功能产品制备技术的研发。
 
另一方面,立足生物质化学基础,实验室开发出一批具有自主知识产权的关键技术、材料及装备,服务于生物质产业,为北京市可持续发展提供必要的理论与技术支撑。
 
围绕建设目标,多年来,实验室在基础研究方面作了大量原创性工作:解译了生物质细胞壁中主要组分分布变化,揭示了木质素与半纤维素连接键,开发出多种清洁高效体系,实现了林木生物质组分的有效分离,构建了林木生物质能源制备工艺,研发出生物乙醇及生物炭等产品生产新技术,构建了林木生物质基系列功能材料。
 
其中,“木质纤维生物质多级资源化利用关键技术及应用”获得国家技术发明二等奖、“农林生物质多级资源化利用关键技术”获教育部科技进步一等奖、“木质纤维细胞壁结构解译及纤维素基功能材料转化”获教育部自然科学二等奖。
 
6年来,实验室累计发表SCI收录高质量论文625篇,受国内外专家邀请参编有关生物质转化为材料和能源的专著25部,授权发明专利89项、申请发明专利180项,主持承担国家级和省部级各类项目总计165项。
 
实验室在生物质高值化利用方面的基础研究成果也得到了国际同行的充分肯定。实验室人员被邀请在国内外十种SCI收录的主流期刊中任职,其中主编1人、副主编3人、编委8人次。
 
在科研创新的漫漫征程中,实验室也形成了一支以杰出青年基金获得者和“长江学者”等为学术带头人,以优秀中青年人才为学术骨干的结构合理、稳定发展的高水平学术研究团队。
 
目前,实验室拥有教授16名、副教授11名、讲师9名,其中专业教师队伍中45岁以下人数占总人数的62.5%。一批活跃在国际学术前沿、满足国家重大战略需求的学科领军人才和创新人才,正在为推动北京市一流学科建设作出贡献。
 
2015年,在北京市科委组织的“北京市重点实验室和北京市工程技术研究中心”绩效考评中,实验室凭借卓越的基础与应用研究成果、成熟的人才培养机制以及完善的管理制度,最终获评“优秀”。
 
成果转化硕果丰
 
在北京市重点实验室的网站上,实验室被归类进了节能环保领域,这足以显示出实验室的“立足之本”。
 
“实验室就是要致力于解决生物质转化为材料、化学品和新能源工业领域的深层次科学问题及重大工程关键技术,推动北京市低碳经济模式的建立。”李明飞表示。
 
想要实现这一目标,仅仅依靠基础研究方面的原始创新是不够的。任何基础研究领域的突破与发现,只有促成其走向应用,才能真正实现它的价值。为此,实验室高度重视应用研究与成果转化,创新出了一条产学研用无缝衔接的新路子。
 
目前,实验室已与北京利晟新能生物科技中心、山东龙力生物科技股份有限公司等企业建立了广泛而深入的合作关系,众多研究成果在企业一一实现转化,取得了显著的经济效益。
 
另外,实验室积极响应国家京津冀协同发展战略,与京津冀企业开展产学研合作,在节能及环保领域进行协同创新研究,研发出27项具有自主知识产权的关键技术,其中17项成功实现产业化。
 
木质素基酚醛树脂胶黏剂就是实验室基于节能环保方面的科研成果实现成果转化的一个典型例子。
 
实验室以廉价、无毒、可再生的制浆造纸及生物质炼制副产物木质素为原料,替代化石资源苯酚,成功研发出环保且性能优良的木质素基酚醛树脂胶黏剂。利用该树脂胶黏剂生产的胶合板具有超低甲醛与苯酚释放、耐候、胶合强度高等优良特性,攻克了人造板工业甲醛释放量高及工业木质素难以高值化利用的国际技术难题。
 
“该技术的成功推广应用,不仅为企业节约了生产成本,提高了产品质量和附加值,还显著改善了生产环境,产生了重大的经济、社会和环境效益。”李明飞介绍。
 
除上述成果外,实验室还在林木生物质活性成分的高效提取和高值化利用方面展现出突出的特色与优势,比如研发出了多项无患子提取和应用专利技术,推动了无患子皂苷生产技术和资源综合利用技术的产业化。
 
“用无患子皂素代替合成表面活性剂使用,可降低对石化资源的依赖,减少环境污染,提高人民的生活质量。”北京林业大学教授蒋建新介绍。
 
这样的创新不胜枚举。在松树皮提取技术及终端产品开发方面,实验室团队以高寒地区落叶松和樟子松树皮为原料,提取其中的天然活性成分,并将此项技术转让给内蒙古满洲里森诺生物科技有限公司,建立起年生产能力达100吨的松树皮提取物生产线。
 
“松树皮提取技术实现了对传统林化生产的全新升级和改造,有效解决了树皮资源浪费以及高值化利用途径问题,具有显著的社会效益和经济效益。”北京林业大学教授张力平告诉《科学新闻》。
 
在香料植物的开发利用方面,实验室同样表现不俗。为满足现代社会人们崇尚天然、安全、健康的生活理念,在传统林产化工提炼物化学基础上,实验室与时俱进,重点进行了香料植物的开发利用,研究植物精油提取工艺、植物精油的单离技术及结构修饰等,并以天然植物香料为依托,围绕精油开发了部分产品,以满足当代大学生群体和社会中青年群体对美丽、精致、健康生活的需求。
 
实验室的众多基础及应用研究为林木生物质的化学加工转化及利用提供了基础数据,奠定了林木生物质工业化利用的理论基础。但就业内整体现状而言,林木生物质的超微结构及组分的分子结构复杂性,仍然是制约生物质转化利用的瓶颈。
 
为此,“实验室在今后的研究中将继续在这一重大基础科学问题上开展工作,在综合利用多种技术创新的基础上,继续加强理论研究,同时结合行业应用前景,开发生物质能源,构建生物质功能材料,创建化学品制备技术,进一步提高林木生物质的资源化和高值化利用”,李明飞最后表示!
 
《科学新闻》 (科学新闻2018年11月刊 实验室)
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