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可持续发展的支柱——工业生物技术

时间:2006-03-14 09:57来源:江苏科技信息 作者:bioguider 阅读:
传统工业面临的挑战

在19~20世纪以不可再生的化石资源为经济基础的近代工业文明取得了辉煌的成就。例如,以催化为核心的化学工业是世界上最大的基础产业之一,2001年全世界化学工业的产值大约为1.6万亿美元左右,涉及食品、医药、轻工、材料和冶金等诸多领域。中国的化学工业2002年产值大约为0.96万亿元左右。近代物质加工业的特点是以不可再生的化石资源(石油、煤炭、天然气等)为原料,以化学催化剂为手段,实现物质转化。现代生产方式(以西方科技为基础)使用高度“浓缩”的化石资源,集中的生产方式,带来生产效率的大大提高,人类财富的大大增加,但亦存在着严重的危机:

(1)对石油、矿产等不可再生的化石资源,展开疯狂的掠夺性开发,将形成资源(能源)短缺和资源(能源)危机。进入21世纪,人类面临着化石资源不断枯竭的严重局面。化石资源的储量现已逐步走向衰竭,可供人类使用的时间,石油大约50年,天然气75年,煤炭200~300年。

(2)目前地球所面临的环境危机直接或间接与化石燃料的加工和使用有关。如化石燃料燃烧后放出大量CO2、SOx和NOx等,被认为是形成局部环境污染,产生酸雨以及温室气体等环境问题的根源,使生态系统和生物多样性遭到严重破坏,大量的生物物种濒临灭绝;土壤沙化导致严重的荒漠化和沙尘暴;温室气体排放,导致灾害性气候发生频率激增;空气及水体污染,严重影响人类健康。

目前,我国已成为世界第一资源加工消费大国,世界第二能源耗用大国,加入WTO后,  国外初级资源加工产业向我国转移的趋势将进一步加剧,加之国内需求持续上升,我国将会逐步发展成为世界制造工厂。中国有13亿人口,其面临的资源和环境危机将更加严重,将使我国资源匮乏、能源短缺和环境污染日趋恶化,成为社会可持续发展的巨大障碍。这些问题已引起国家领导、学者和企业界的高度重视。  

中国是一个化石能源严重短缺的国家,煤炭、油气资源十分有限。我国已探明的石油可开采储量约为62亿吨,现已累计开采34.6亿吨,仅剩余27.4亿吨,可供开采17年。煤炭可采储量约为1  000亿吨,可供开采约50年。《全球矿产资源战略研究2001年报告》指出:“中国的许多资源不足,并将在二三十年内面临包括石油和天然气在内的各种资源的短缺,同时还将增加矿产资源对进口的依赖程度”。随着我国经济快速发展和工业化进程的加快,我国对石油的需求量不断增加。受资源状况限制,中国原油产量增幅将十分有限。因此,我国不得不进口大量的原油以满足国内需求。2002年我国进口原油6  941万吨,2004年我国原油进口将首次突破1亿吨大关,达到创记录的1.1亿吨,比2003年增长21%。从国家经贸委获悉,中国国内市场原油供应依赖进口的比重正逐年上升,2004年的进口依赖程度将达到30%左右。随着美国加紧对海湾地区和中亚地区的渗透与控制,日本在国际能源市场的竞争,以及俄罗斯石油管道的不确定性,中国的资源和能源的战略安全空间将进一步被压缩。

面对这一严峻形势,人们呼唤一种人与自然、社会协调发展的生产方式,呼唤一种可循环、可持续发展的超现代化生产模式。1992年,联合国在巴西里约热内卢召开了环境与发展大会,正式提出了“可持续发展”的概念,并将之确认为全人类未来发展的道路和模式。德国舍尔提出了所谓现代阳光生物经济的生产模式,其核心思想就是人类社会与地球上各种生物、各种物质在太阳能的驱动下形成巨大的新的自然生态循环系统。为了实现人类社会、经济的可持续发展,进一步建立人与自然的和谐关系,从根本上改变目前与化学相关的制造加工工业的生产模式,以解决人类所面临的资源、能源和环境的问题。这是唯一的解决途径。

可持续发展的原理

根据热力学原理,对于一个封闭系统,熵总是自发增加的,即系统的有序结构遭到破坏,变成无序状态,最终结果是系统的崩溃(不可持续)。如果要维持一个封闭系统的可持续性(结构的有序性),则必须满足两个基本条件:一是必需输入外部能量,二是系统内部物质要进行循环(见图1)。

人类是地球生态系统的一部分,要实现人类的可持续发展,则必需首先实现地球生态系统的可持续性。地球生态系统可持续性的两个基本条件:一是有太阳能的输入,二是生态系统内部的物质循环。即在太阳能的驱动下,水和二氧化碳通过植物的光合作用生成有机物,有机物通过食物链转化为水和二氧化碳,进行不断物质循环,如碳循环和氮循环等。因此,人类社会可持续发展的基本原理就是,建立在太阳能驱动下的物质循环,并与生态系统兼容(见图2)。

资源、能源是人类社会可持续发展的基础。到本世纪末由于化石资源的耗尽,人们将不得不考虑新的资源和新的能源问题,思索资源和能源的再生问题。人类不得不把目光转向太阳,我们这个星球每年从太阳所获得的能量相当于今天人类社会消耗的能源与资源的一万倍(按照热量计算)。如果把生物体视为生物机器,由生物机器所完成的阳光生物转化(光合作用),作为一种有效的太阳能储存平台,每年可把CO2和水加工成大量的氧气和几千亿吨碳水化合物。作为一种太阳能利用机器,生物机器“成本”低廉、效率高、运行成本低、清洁环境。阳光生物转化的资源(包括化石资源)一直是人类物质文明与社会赖以存在与发展的基础。无论是原始社会和农业社会的衣食住行,还是近代工业革命所依赖的化石资源与能源,都来自于太阳能推动下的生物转化。可再生生物资源在地球上储量丰富,而且可通过自然生态系统循环再生,与环境相容性好,是人类未来理想的资源和能源。因为作为植物生物的最主要成分-木质纤维素和纤维素每年以约1.640×1  011吨的速度不断再生,以能量换算,相当于目前石油年产量的15~20倍。如果这部分资源能得到利用,人类相当于拥有了一个取之不尽、用之不竭的资源宝库。我们只要充分、合理地利用生物加工技术就可能解决人类面临的资源与环境、食品与营养、环境与健康等重大问题,并实现人类社会的可持续发展。

工业生物技术是解决目前人类

所面临的资源、能源与环境

问题的有效途径,是工业可持续

发展的最有希望的技术

进入21世纪,随着化石资源与能源危机、环境危机的日益加剧,为了实现人类社会、经济的可持续发展,进一步建立人与自然的和谐关系,从根本上改变目前制造加工工业的生产模式,解决人类所面临的资源、能源和环境的问题。人类必须对传统的基于化学过程的物质加工模式(化学加工或化学制造)进行革命性转变,转向以生物可再生资源为原料,基于生物过程的环境友好的高效的物质加工模式。以生物经济取代化石经济是一种必然趋势,而生物经济的核心技术是工业生物技术。(责任编辑:泉水)
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