“精炼 (refinery)”的理念来自于现代石油化工产业。所谓“精炼”，是指通过分馏和催化转化等技术，把原油等复杂底物中不同的组分进行分离，进而把每一种组分分别转化成各种不同的产品，以最大限度地开拓产品的总价值。

　　将该思想引入到生物质资源开发领域，就形成了一个新概念——“生物精炼 (biorefinery)”。因为生物质中包含有多种多样的有机和无机化合物，因此生物精炼就是希望在以生物质为原料的加工工业中，打破传统生产方式中仅仅利用生物质中的某一种组分生产单一种 / 类产品的观念，尽可能地充分考虑将原料中每一种主要组分都分别转化为不同的产品，实现原料全组分的高效充分利用和产品价值的最大化 。

　　可持续性正在流行，这不是想要可持续发展的问题，而是必须做到：正如政府间气候变化专门委员会的最新报告所示，保护气候和环境需要迅速采取行动。对于生物经济概念，发展可再生原材料和回收工业的生物精炼厂对于包括巴登-符腾堡州在内的许多国家来说发挥着越来越重要的作用。

　　石油不仅是一种能源；一个多世纪以来，它还存在于我们日常生活中的大量事物中——无论是药品还是重要的产品，如包装、纺织品、清洁剂、建筑材料或化妆品。这意味着石化产品在可持续技术方面具有巨大的技术领先优势，而可持续技术的开发时间相对较短。但我们也离不开其他化石原材料——天然气和煤——因为除了石油之外，还需要天然气和煤来提供能源，即电力、热力和柴油、汽油和煤油等燃料。德国化学工业协会 (VCI) 指出，该行业占德国整体化石原材料需求的80%以上。1)

　　根据德国联邦地球科学与自然资源研究所 (BGR) 的数据，根据当今全球石油消费量并考虑到至少2440亿吨的储量，石油供应在50多年内仍然是安全的2）。虽然大多数人会觉得已经够用让人放心，但这对后代不利。所以迫切需要化石燃料的替代品。另一方面，微塑料是由于塑料易碎而分解而产生的，除其他外，它已成为一个生态问题。

　　因此，现在是寻找由天然和可回收材料制成的严肃可持续替代品的时候了。但是，必须避免使用用作食物或饲料的作物，并确保作物不是专门用于燃料生产。许多国家的粮食已经供不应求，耕地也是如此。

　　在这种背景下，早在2008 年，德国政府就呼吁制定一项战略，以增加替代品的供应。一年后《联邦政府可再生原材料材料利用行动计划》3)获得通过，确定了各种行动计划。其中将生物精炼厂作为中心，因其有可能将生物质用作原材料的多样化来源。在随后的几年中，该行动计划得到了扩展，增加了两项综合研究战略4)、5)并辅以“生物炼制路线 年，专家们在其中强调“生物精炼概念在商业和工业规模上的运作需要相当大的技术进步和创新”。

　　尽管其主要目标是通过保护自然资源来促进可持续产业，例如通过使用二次原材料来源和减少温室气体排放和其他污染物，生物基产品的生产也可能导致环境破坏，生物精炼系统也不应在不谨慎的情况下完全使用。因此，重要的是使用生命周期评估 (LCA) 方法提前评估生物精炼厂对环境的潜在影响，并确定它们是否真的比传统替代品更环保。LCA很大程度上取决于原料，但在评估生物精炼厂的影响时，生产过程和能源需求等其他方面也发挥了作用。在这种情况下，未来一种很有前途的方法是所谓的“绿色生物精炼厂”，它旨在以一种既无废物又无排放的方式从草和其他绿色植物中提取有价值的材料.

　　尽管与化石同行相比，可再生和二次原材料的使用仍处于起步阶段，但在利益相关者一直关注的短时间内，它已经取得了长足的进步。正如专家在“2030 年欧盟生物精炼厂展望”中阐明的那样，欧盟大约300家生物精炼厂已经通过生物基产品创造了数十亿欧元的销售额。例如，仅造纸和纸浆行业就创造了27亿欧元（数字来自欧洲造纸工业联合会）。目前欧洲总共生产了 460 万吨生物基化学品和材料，到2030年，产量可能会增加1 到300 万吨。7), 8)。

　　工厂主要集中在中欧地区，尤其是德国、法国、比荷卢三国和意大利北部。德国和法国这两个领导者已经远远领先于在欧盟以外拥有最多生物精炼厂的中国和美国。

　　生物精炼原料主要来自农业，其次是林业、废物和相对少量的海洋生物质，主要用于生产生物基化学品，其次是其他产品，如药品、食品、饲料或化妆品以及相对有限的燃料。9)预计 2030 年欧盟对生物基产品的需求将远高于预计供应量。7)

　　在德国，目前有59家化学/材料生物精炼厂在运营，其中包括巴登符腾堡州的7家，此外还有一些试点和研究工厂。巴登-符腾堡州几乎拥有所有常见的生物精炼平台。德国各地的例子包括位于黑森州布伦斯巴赫的Biowert Industrie GmbH草厂，该工厂将草地草加工成绿色电力、肥料、合成材料和绝缘材料，位于克雷费尔德的Cargill Deutschland GmbH生产用于食品和技术行业的各种淀粉和甜味剂玉米，以及由瑞士特种化学品集团科莱恩在施特劳宾经营的生物精炼厂，该厂用稻草和中国银草生产糖和乙醇。

　　目前备受关注的德国展示项目之一是由欧洲最大的造纸商芬兰芬欧汇川集团在Leuna运营的生物精炼厂。从2022年起，主要是单乙二醇化学品将在这里用木材生产，用于纺织品、塑料、药品和其他产品。该项目于 2020 年被世界生物经济论坛授予“2020年度生物法案”。起始材料是经过区域认证的山毛榉工业木材；其他方式无法回收的树木部件以及锯木厂的剩余材料也将被使用。这将使芬欧汇川的生物精炼厂成为世界上第一个完全分解单一类型原料、生产多种中间体和多种最终产品的完全集成的木质生物精炼厂。

　　来自巴登-符腾堡州的另一位多年来也在同一地点进行研究的参与者是弗劳恩霍夫化学生物技术过程中心CBP——位于斯图加特的弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所IGB的一个分支机构，该中心正在开展多项研究。关于使用可持续原材料的研究项目，并于 2012 年在Leuna开设了一家木质纤维素生物精炼试验厂。

　　此外，在前 Leunawerke 所在地的基础设施所有者和运营商 InfraLeuna GmbH 的场地上，另一个 IGB 分支机构——基于 Straubing 的“生物、电和化学催化 BioCat”——自 2018 年以来一直致力于开发作为欧盟合作项目 LIBERATE 的一部分，建立中试规模的电化学生物精炼厂。由一个国际财团实施的项目的目标是通过电化学过程将木材中的低成本木质素转化为高价值的生物基化学品，例如香兰素和生物基生物聚合物。

　　巴登-符腾堡州本身也在全速研究生物炼制。2019 年，巴登-符腾堡州政府通过了“巴登-符腾堡州可持续生物经济”战略。除其他外，该战略列出了在农村地区建设和发展试点和示范工厂，包括重点推广和发展模块化生物工厂，这已经在具体实施。例如，巴登-符腾堡州环境、气候和能源管理部启动了“生物抗体循环：从废物和废水中回收原材料的生物精炼厂”资助计划，提供资金来自欧洲区域发展基金 (ERDF) ）。该资助计划资助旨在从废物和废水等二次原材料来源获得尽可能多的原材料和产品的项目，从而能够有效且可持续地将原料返回到经济循环（“循环”）。该战略还包括通过使原料材料和产品范围更具可变性等方式进一步发展现有沼气厂。10)

　　BIOPRO Baden-Württemberg于2019年与专家一起准备的先前可行性研究发现，原则上，生物废物在新的和已经建立的价值创造网络方面都具有巨大的潜力和迄今为止尚未开发的资源。由弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所与 Umwelttechnik BW 合作进行的另一项可行性研究调查了废水作为原材料来源的巨大潜力，并展示了如何在生物技术的帮助下成功回收原材料。12)

　　在另一个项目——“巴登-符腾堡州生物经济生物精炼厂 (B4B)”中，一个木质纤维素生物精炼厂在具有代表性的试验工厂规模上建立、运营和评估。13)在卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT)、霍恩海姆大学和 BIOPRO Baden-Württemberg 的参与下，开发了一种将中国银草芒草分离成碳水化合物和木质素部分的方法。产生的糖在千克规模的进一步加工步骤中被加工成用于包装或纺织品等产品的基本化学品，木质素被加工成酚类以生产塑料。

　　在2021科学年的后续项目中，这个由霍恩海姆大学实验农场 Eningen 的 Unterer Lindenhof 的几个模块组成的农场生物精炼厂现在将扩大和进一步开发，用于生产化学品、能源和化肥以尽可能完全利用生物质的方式。为了避免能源和成本密集的运输路线，研究人员还结合了 KIT 专门开发的一种工艺，即 bioliq 概念，该概念能够生产能量丰富、易于运输的中间产品 biosyncrude。在随后的精炼过程中，生物原料被转化为合成气，可以从中生产出范围广泛的最终产品（用于运输的燃料和许多平台化学品）。然而，未来的生物精炼农场本身并不打算涵盖所有工艺步骤：目标是拥有尽可能小的分散式工厂，将不需要的养分直接返回农田。然而，为了确保这些小型工厂也能经济地运营，它们的中间产品将在更大的工厂中进一步加工，从而保证区域层面的可持续性。

　　巴登-符腾堡州食品、农村地区和消费者保护部正在推动生物精炼概念的发展，将其作为研究、创新和投资的重点。为此，启动了“作为农村地区创新引擎的可持续生物经济”和“农村地区生物经济创新与投资计划（BIPL-BW）”的资助计划，以资助包括扩大规模在内的不同发展步骤的项目被研究。一个重要的起点是将现有的沼气厂进一步发展为生产多种产品的生物精炼厂。因此，未来生物能源村也可能能够经营分散的生物炼油厂，成为生物经济村。

　　除了有前景的研发项目外，巴登-符腾堡州还有许多市场化公司。其中包括 CropEnergies AG，它是位于曼海姆的 Südzucker 集团的一部分，该集团是德国最大的生物精炼公司之一，生产能力接近 100 万立方米3的生物乙醇和数十万吨的食品和动物饲料产品，以及中性酒精和生物源CO2。除了生产适销对路的产品外，CropEnergies AG 还在研究如何用乙醇制造其他产品。

　　然而，巴登-符腾堡州的“生物精炼厂”项目不仅是大公司的特征，也被称为发明家和思想家之州。由于农民、合作社或年轻企业家的倡议，巴登-符腾堡州已经在建造和运营一系列小型工厂。在巴登-符腾堡州进行的另一个由公司驱动的信标项目是在分散的生物精炼厂的意义上实施一个综合价值创造网络——“从田间到货架”——涉及多年生植物Silphium perfoliatum。采用模块化和分散式生物炼制模型，级联使用使得使用S. perfoliatum成为可能用于生产纸张的纤维，然后继续使用剩余流中的沼气来产生能量。

　　此外，例如，在沼气厂发酵和干燥的生物质的营养丰富的发酵产物可以用作肥料，这是由位于Kupferzell-Fü bach的 Agro Energie Hohenlohe GmbH & Co. KG 实施的方法。14), 15)另一个例子是利用食物垃圾来生产化学工业原料的昆虫养殖。如果农作物副产品，例如叶子，即不是废物，被证明是喂养昆虫的合适替代品，那么使用目前被认为人类不可食用的叶子和其他农作物副产品也可能会被检查以供人类食用。

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