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一株植物在神奇实验室的“七十二变”

来源:科技日报2020-07-27 09:41

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  借助科技的力量,科研人员在重点实验室变成了“魔术师”。植物在这里也有了巨大的潜能。

  受访者供图

  他们将淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、油脂、蛋白质等生物质原料变成工业用品;变成交通、通讯必需品;变成住房、食安链条中的一部分……在产业链成型过程中,一项项国家级大奖就此诞生。

  一小撮不起眼的淀粉可以变成什么?在齐鲁工业大学(山东省科学院)生物基材料与绿色造纸国家重点实验室(以下简称重点实验室),它经过中间平台—基础材料—二次化合物—中间体一系列让人眼花缭乱的物理化学反应,可以变成工业用的润滑剂、交通用的氧化剂,还可以变成弹性纤维、水化学品,或变成房屋的胶黏剂、树脂等。

  淀粉是生物质原料的一种。重点实验室常务副主任孔凡功教授向科技日报记者强调:“这些只是生物质原料产业化链条的一部分。”

  神奇的重点实验室打造了淀粉的“七十二般变化”,而科学家们是变化背后的“操刀手”。在淀粉之外,他们将纤维素、半纤维素、木质素、油脂、蛋白质等生物质原料变成工业用品;变成交通、通讯必需品;变成住房、食安链条中的一部分……在产业链成型过程中,一项项国家级大奖就此诞生。

  7月下旬,科技日报记者拜访重点实验室时发现,这里不仅孕育了一大批国家级大奖,更将一项项成果运用到国计民生中,成为支撑地方经济高质量发展的新引擎。

  一头连着国计:助造纸业摘掉污染大户帽子

  猫瘟病毒检测卡、微晶纤维电池隔膜、超级电容器纸、陶瓷纤维板……重点实验室展厅里,上百种展品让人眼花缭乱,每件高科技展品都有其过人之处,它们或进入航空航天领域施展拳脚,或用在工业领域一展雄风,或成为传统产品的绝佳替代。

  越过琳琅满目的展品,记者的目光落到了现场的数打纸张上。

  小小一张纸,连接着国计与民生。数据显示,我国是世界上第一造纸大国,纸和纸板产量已超过全球总产量的25%,已连续9年位居世界首位。

  造纸不难,难在治污。污染是造纸业的“梦魇”,其工业废水和COD(化学需氧量)排放量分别占全国工业排放总量的1/5和1/4。

  前不久,重点实验室学术委员会主任陈克复院士牵头,多家单位参与研发的“制浆造纸清洁生产与水污染全过程控制关键技术及产业化”项目斩获2019年度国家科技进步奖一等奖。记者了解到,该项目通过产学研用协同攻关的形式,瞄准造纸行业的主要污染环节发力,研发出造纸全流程清洁生产技术,助造纸业摘掉污染大户的帽子。

  “从绿色出发,通过绿色方式,创造出绿色产品。”这句话成为重点实验室对外输出众多重量级成果的共同价值遵循。

  所谓生物质,是指自然界中通过土地、大气、水、光合作用生长的各种有机体,可再生,乃至生生不息。近几年,以生物质为源头,延伸产业链,并最终替代传统能源成为重点实验室的追求。

  虽贵为世界第一造纸大国,但我国木材资源匮乏却是不争的事实,利用常见的速生阔叶材资源、采用全流程绿色造纸技术,是解决造纸业发展瓶颈的有效途径。重点实验室主任陈嘉川教授团队研发的酶促磨浆技术、酶促消潜技术、酶助漂白技术、酶精制纸浆技术等一系列制浆造纸酶催化绿色新技术,也夺得了国家技术发明奖二等奖。

  值得注意的是,重点实验室的研发成果并没有束之高阁,而是保持了超高的成果转化率,这源于其独特的研发模式:一方面,作为国家重点实验室,高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科学家始终是其坚守的重要职责;另一方面,注重“生物基材料与绿色造纸”等接地气的研发,让其在研发应用过程中,能纳入企业合伙人,形成研发应用共同体。

  一头衔接民生:锅碗瓢盆里藏着高精尖

  重点实验室展厅里的锅碗瓢盆,从外表上看普通平常,但追溯它们的诞生过程则看点十足:这些锅碗瓢盆以植物为源头,通过一系列技术提炼、转化而来。蕴含万千的小物件虽不起眼,却代表着未来科技的趋势,凝结着科学家们的心血。

  木糖醇、有机肥料、纤维素膜,貌似与造纸业风马牛不相及,但却是国内企业深耕造纸链条着力打造的产品。它们都是利用植物精炼技术提取,更是重点实验室勠力打造的“王牌技术”。

  记者在山东太阳纸业股份有限公司(以下简称太阳纸业)采访时,技术人员展示了两张纸在水中的不同变化:将纸放到水里摇晃,其中一张基本保持原状,另一张则迅速分解。技术人员介绍说,迅速分解的纸张没有添加任何化学药品。

  可迅速分解的纸张是行业的高端产品。伴随这种纸张下线的,还有从制浆废液中提取的高附加值木糖和木糖醇。如果说传统造纸业只是利用植物纤维中的纤维素成分,剩下的木素和半纤维素都作为废液处理,如今,这些废料摇身一变,成了盈利点。

  记者了解到,如今,重点实验室打造的植物精炼关键技术,是将造纸过程中的各种成分吃干榨净,将半纤维素、木素、纤维素有机地分开,各取所用。

  在山东龙力生物科技有限公司(以下简称龙力生物),技术人员从玉米芯、玉米秸秆等农业废弃物中提取功能糖后,又在生物原料废渣中提取出燃料乙醇,这一过程被国家发改委列入“国家高新技术示范工程”,提取物获准供应石油系统。

  无论是太阳纸业还是龙力生物,都是重点实验室的成果转化地。

  借助科技的力量,科学家们变成了“魔术师”。在他们眼中,一株“植物”,甚至具备了制造万物的潜能。沿着这个潜力深入挖掘,重点实验室以植物资源为基础研究,开展国际前沿生物质精炼技术研发,产出了一批重大标志性成果,建立起全球领先的生物质技术体系,包括生物质乙醇、生物质汽油、木糖醇、绿色造纸等生物基产品方面的清洁生产技术研发,以及实现植物资源高效高值利用。

  不仅转化成果,也在输出CEO

  在重点实验室的走廊两侧,陈列着大约几十个展板,每个展板都展示了一个人物。

  山东晨鸣纸业集团(以下简称晨鸣集团)董事长陈洪国、山东华泰纸业股份有限公司(以下简称华泰集团)董事长李晓亮、山东世纪阳光纸业有限公司董事长王东兴、山东恒联投资集团有限公司董事长李瑞丰、国家新能源工程技术研究中心主任王建伟……他们的名字不同,却都是中国造纸行业响当当的人物;而这些人也为拥有一个共同的身份而自豪:都是重点实验室输出的人才。

  这也是重点实验室独有的“CEO现象”。

  比如从制浆造纸专业走出去的陈洪国,历任技术员、车间主任、副总经理、总经理,直至成为晨鸣集团党委书记、董事长。在他的带领下,晨鸣集团已成为全国最大的造纸企业,世界纸业10强,中国企业500强。

  为什么重点实验室不仅能转化成果,还输出了众多的CEO?

  陈嘉川的答案是:在重点实验室,无论是人才的培养还是科技成果的研发,我们都强调要实实在在为工业应用、经济建设服务。在人才培养、协同创新、科技成果转化、对行业产业的支撑作用以及国际影响力这五项指标上,重点实验室保持着持续的竞争力。

  记者了解到,由于根植工业,优秀校友遍布各类制造企业,得益于强大而高端的人脉关系,重点实验室在科研成果转化和校企合作上拥有得天独厚的优势,并先后创造了与华泰集团、晨鸣集团、太阳纸业、龙力生物诸多校企合作的成功案例,诸多标志性的科研成果和重大关键技术发明成功转化为生产力和经济效益,实现了校企互惠共赢。(王延斌)

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