2022年5月10日，国家发展改革委发布《“十四五”生物经济发展规划》提出四个重大领域，其中包括生物替代。未来10年，生物基碳基制品可替代石油、煤炭化工碳基产品35%以上。生物替代将引发万亿级生物制造产业，基础工业原料是关键。长期以来，生物制造以粮食为原料。我国是人口占世界21.5%的大国，人均耕地仅有世界平均27.7%，粮食紧张。万亿级生物制造采用粮食造，势必与人争粮，与粮争地，必须非粮化。我国又是耕地面积居世界第三的农业大国，年产8亿多吨秸秆至今未找到彻底解决方案。因此，早在“十一五”期间，国家就已经布局以秸秆工业原料化支持生物制造非粮化。

　　一、秸秆非粮型生物制造的行业痛点

　　使用秸秆原料提取其中组分制造生物基产品，技术上皆可行。但受制于秸秆组分复杂多样特点，各种组分与专用原料相比，含量都较低，提取秸秆某组分用于制造生物制品，折算成秸秆收储运成本居高不下，终至秸秆生物制品与专用原料比不具成本优势，使其产业化陷入“技术可行但经济不可行”的困局。

　　以玉米秸秆为例，含葡萄糖约20%，提取葡萄糖制造聚乳酸，至少需要五吨原料才能产一吨葡萄糖。现今秸秆收储运成本至少600元/吨，折算成葡萄糖吨原料成本为3000元以上，不如玉米籽制葡萄糖便宜。玉米秸秆含纤维约35%，比造纸专用原料芦苇51%的纤维少16%，如果草浆按3000元/吨销售，用玉米秸秆制造纸浆要亏损。因此，以秸秆资源替代实现生物制造非粮化，关键不是能不能制造生物制品问题，而是成本关难题。全行业亟待技术创新，破解秸秆非粮化生物制造面临的“技术可行但经济不可行”困局。

　　二、秸秆综合利用的破题之路

　　要解决秸秆工业原料化难题，必须从秸秆本身的实际出发，通过技术创新寻求新的突破。在秸秆综合利用的道路上，最早的模式是制浆行业的黑液利用。秸秆35%纤维素转化为纸浆，还有65%组分变成的黑液沼气化或者肥料化，解决了制浆排污问题。但由于草浆、肥料、沼气等产品附加值不高，并没有在秸秆综合利用领域大规模推广。

　　最近十年，出现秸秆高值化利用模式，主要为生物燃料的技术创新，包括纤维素乙醇、半纤维素丙醇、丁醇和秸秆热解燃油等等。提出的全组分利用，实际是“三素”全利用。“三素”指的是纤维素、半纤维素和木质素，是主要赋存于细胞壁的组成物质。细胞壁的三素全组分只占植物细胞总物质35%至50%。秸秆三素全组分虽高值化利用，但还有50%至65%细胞间、细胞膜、细胞质和细胞核等物质组分成为废渣或废气。废渣仍做低附加值的肥料或燃料。况且植物细胞物质组成中，高价值天然物质并非细胞壁的“三素”，细胞壁外的果胶、核苷酸、氨基酸、虾青素等价值都比“三素”高数倍到几十倍。“三素”全利用虽有多产品高值化，但秸秆价值挖掘不彻底。

　　沿着秸秆所有组分提取产品都能找到用途的思路，将秸秆组分全部提取，产出系列产品，皆可应用于生物制造工业原料。在秸秆收储运及秸秆拆解基础能耗不低的情况下，转化产品越多，分摊的成本越低，进而为下游制造提供的工业原料产品的制造成本更廉。将秸秆“吃干榨尽”，令秸秆组分完全利用，无废弃物排放，还可以发挥集中使用能耗、水、药剂、场地、设备和渣液转化等优势和效能，进一步降低产品的分摊成本，最终为生物制造行业提供质优价廉的工业原料。

　　三、北鸥团队行业定位优选与技术成果

　　北鸥团队优选的行业定位是，成为生物制造基础工业原料的供应商。集中力量开发秸秆专业化精细化处理的技术、产品和装备，在关键环节打通秸秆非粮化生物制造的技术瓶颈，破解行业困局，为生物制造下游提供质优价廉工业原料产品。

　　北鸥团队历经二十年的努力探索，开发了分质催化水解法秸秆完全拆解生物基工业原料产品成套技术和装备。从植物细胞组构分层拆解和物质分质拆分的水平和深度，开发秸秆转化为有机分子级材料成套技术，将秸秆完全拆解为木素纤维、纤维素、木质素、秸秆糖浆、半乳糖醛酸、低聚多糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖、单宁、油脂、酵母多糖、植物蜡、氨基酸、植物蛋白、维生素、叶绿素、叶黄素、核苷酸、虾青素、胡萝卜素、生物肽肥等等40多种产品。获得产品作为替代石油、煤炭、林木和粮食的分子级基础工业原料，广泛应用于生物基材料、能源、医药、饲料和生态肥料等五大领域三十多个行业。

　　分质催化水解法秸秆完全拆解技术，已完成万吨级玉米、甜高粱、香蕉和棉花等作物鲜秸秆中试研究，拥有发明专利26项，发布企业标准8项，团体标准1项，经中国民营科技促进会组织评价，达到国际领先水平，并荣获2022年度中国发明协会发明创业奖﹒创新奖一等奖、联合国人居环境绿色新产品奖、第12届世界创意节世界创造力金奖、第71届德国纽伦堡国际发明展企业奖银奖。

　　四、秸秆完全拆解技术的关键突破

　　分质催化水解法秸秆完全拆解技术，是一套彻底解决秸秆问题的整体方案。五大关键技术突破，解决了秸秆利用诸多技术难题：

　　第一，五步分质催化水解法秸秆完全拆解技术，找到秸秆彻底水解突破口。从植物细胞组构分层拆解、物质分质拆分方法入手，从易到难，逐级推进，水解产物不断析出，破解秸秆整体水解反应的平衡障碍，使水解朝产品方向彻底推进，实现了固液比1比5，远低于水解的1比10，低耗水条件下，水解反应依然顺利进行到底。

　　第二，秸秆糖浆反向浓缩提取技术，大幅度节能降耗。由于破除了水解平衡障碍，回用未饱和低浓度水解液糖浆参与水解反应，直到水解液糖浆接近饱和浓度。接近饱和浓度的秸秆糖浆只需冷藏降温，即可提取结晶糖浆，无需蒸发水分，大幅度减少水耗。

　　第三，三措法秸秆水解清洁生产技术，实现环境友好清洁生产。一是秸秆转化“吃干榨净”，使过程无废可排，实现零排污。

　　第四，秸秆完全拆解工艺流程优选与装备系统集成，进一步降低生产成本。科学安排秸秆拆解生成产品的先后顺序，合理使用酸、碱、温度、压力、微生物等物理化学手段，使秸秆水解反应分不同组分，在不同阶段和物理化学条件下，联合破除反应平衡的制约，朝着水解产品方向进行到底。

　　第五，组分分质利用技术，解决秸秆工业原料化利用盈利问题。秸秆组分分为大量组分、中量组分、少量组分和微量组分。干物质占比70%左右的大量和中量组分转化为工业原料产品。占比30%左右的少量和微量组分，一般情况下再提取的成本较高，经济上不划算。但都是氨基酸、矿物质、维生素、多糖、短肽等等，是良好的碳源和氮源。把这部分物质用来培养微生物，制成菌体蛋白饲料或者矿山修复液和土壤改良剂，由于微生物的倍增效应，可扩增3至5倍，即每吨秸秆的少量和微量组分可转化微生物制剂1-1.5吨。微生物制剂的经济价值较高。

　　五、技术创新引领农业颠覆性变革

　　分质催化水解法秸秆完全拆解技术创新，打通秸秆非粮化生物制造技术瓶颈，为生物替代产业奠定良好的基础，将迎来农业产业的颠覆性变革。

　　（一）秸秆离田转化成为可持续产业

　　秸秆完全拆解技术创新，解决了农业生态安全和生物制造可持续发展的痛点问题。秸秆拆解不仅获得了质优价廉的生物制造工业原料产品，满足非粮化生物制造的基础工业原料需求，实现秸秆综合利用产业高盈利；同时，还获得生物饲料和生态肥料反哺农业，解决秸秆饲用营养不足及长期秸秆离田将造成耕土有机质缺乏等难题。生态肥料是高温处理的高效微生物肥，秸秆自带的病菌虫卵已经杀灭，有效破解了秸秆直接还田造成病虫害越冬频发的问题。

　　（二）农业生产方式的变革

　　几千年来，人类农事活动，主要收获果实“这一半农业”。但是完整的农业产物，除果实外，还有“另一半”秸秆。除了简单的低端利用，绝大多数都被丢弃，称之为被丢弃的“另一半农业”。未来的农业生产，不再只生产食物，同时，也生产工业原料。农业生产基地同时也是生物制造原材料基地。

　　（三）作物栽培优选高生物量品种

　　农业生产追求的不再是矮化品种，而是光合效率高，果实和秸秆双丰产的高大品种。以往由于秸秆泛滥成灾，成为农业生产头痛的难题，为减轻农事产后秸秆无害化处理的难题，主推产秸秆少的矮化品种，甚至有的专家呼吁要发明秆矮化的药物，以求在源头上实现秸秆减量化。一旦秸秆变身为工业原料，那些粮食和秸秆双丰收的品种将备受欢迎。

　　（四）县域发展成为我国经济增长面

　　在传统矿产资源依赖型和出口拉动型县域经济发展时代，由于缺乏矿产资源和远离沿海沿江，发展滞后的欠发达地区，将变身生物制造聚集区，成为绿色经济重要增长面。仅满足我国年3000万吨纸浆需求和年近1000万吨燃料乙醇及3000万吨蛋白饲料缺口，就需要处理1亿吨秸秆。1亿吨的秸秆完全拆解，获得的工业原料产品，产值超过1万亿元。将获得工业原料产品进入工业园区加工，升级转化成终端产品，产值至少五至十倍翻番。如此巨大的经济总量，足以在全国农业县合理铺开布局，每个县建设一个年处理10万吨秸秆项目，每个地级市设一个产业园。以此带动1000个县发展，每个县农民增收1亿元，政府增税1.5亿元，企业增效2.4亿元。每个产业园按平均辐射10个县估计，产值500亿元以上。

　　（五）秸秆成为县域重要的碳汇资源

　　有秸秆完全拆解创新技术支撑，秸秆大规模离田回收利用产业化成为可能，将开辟大批量的工业化消纳渠道，避免秸秆焚烧、丢弃腐烂造成的大气污染。每吨秸秆焚烧产生二氧化碳排放约1.8吨，全国一亿吨秸秆离田工业原料化利用，可减少1.8亿吨二氧化碳排放。按国内碳汇价格89元/吨计算，可形成160.2亿元碳汇资源。

　　（六）秸秆收储运融合农村基层振兴