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三个月融两轮,他开创连续化生产工艺使HMF成本大幅降低,泰兴超百亩生产基地奠基

史素云 08月08日 创业案例
当生物基与石油基处于同一价格区间,材料产业将迎来一场大革命。

石油正在逐渐脱离世界舞台的中心。这不仅仅是因为其目前只剩50年左右的储量,更在于随着科技的发展以及社会对绿色环保需求的提升,石油将逐渐“过时”。

生物基新材料的崛起也印证了这个事实,根据 European Bioplastics 数据,预计 2025 年全球生物基塑料产量将达到 287 万吨。OECD预测,到2029年,至少有20%(约 8000 亿美元)的石化产品可由生物基产品替代,目前替代率不到 5%,存在较大的市场缺口。

而在生物基的替代中,功能性生物基材料除了在ESG之外,还可提供其他明确有利的附加值,更受市场青睐,但成本问题是其难以实现。

中科国生便诞生于这样的背景之下,2021年7月,在中科院从事研究及产业工作近20年的王磊博士和同在中科院大连化物所毕业的张宇博士共同创立了中科国生。中科国生以生物基平台化合物5-羟甲基糠醛(HMF)为核心,专注于生物基材料的研发与生产,公司领先全球开创了HMF连续化生产工艺,特定的催化剂匹配相应溶剂体系实现了HMF低成本的规模化生产,解决了HMF产业链最关键的卡脖子环节,打通了由上游核心单体到终端应用的全产业链条。近期,在中科国生成立一周年之际,其位于江苏泰兴的超百亩生产基地正式奠基。

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- 中科国生泰兴生产研发基地奠基仪式 -

融资方面,中科国生在成立之初已获得中科优势Tech Capital的孵化投资,此后受到多家国内头部投融资机构的密切关注,并在2021年11月成功完成由经纬创投和五源资本共同领投、雅亿资本跟投的数千万元天使轮融资,天使加轮融资也于2022年1月底完成交割,投资方为君盛投资、君联资本及碧桂园创投。

超百亩生产基地奠基丽水工厂投产,百吨级合同即将签署

中科国生总部位于杭州,成立一年以来,已在杭州和宁波建立了研发基地,并在丽水拥有中试工厂,近期中科国生位于泰兴的工业化示范基地也已正式奠基。

泰兴经济开发区作为国内排名前列的化工园区和精细化工园区之一,拥有齐全的化工配套条件、完备的应急管理机制以及千亿级别的上下游配套产业,而目前化工用地本就属于极为稀缺的资源,为何泰兴政府愿意将资源交给一个成立刚刚满一年的公司?除了中科国生自身较高的技术壁垒与产业化能力外,还因为中科国生将在泰兴打造的生物基单体材料到最终产品的全产业链生产集群,可加速推动泰兴经济开发区在新材料领域的产业升级。

据创始人兼CEO王磊介绍,中科国生泰兴生产基地面积超百亩,借助此基地,中科国生将拥有HMF、FDCA及其他衍生物等万吨级的生产能力,同时,其HMF的成本将降至2万元/吨,后续衍生物的成本也都会大幅下降。

在创立中科国生前,王磊在中国科学院学习和工作了近20年。2007年其在中国科学院大连化学物理研究所博士毕业后,留在所内继续进行工业化应用的研究,2012年转入中国科学院宁波材料技术与工程研究所工作。

20年间,王磊一直专注在催化领域,与产业化直接挂钩。2021年4月其离开科学院体系,7月与张宇博士共同创立了中科国生。

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- 中科国生实验室 -

HMF全称5-羟甲基糠醛,是一种由葡萄糖或果糖脱水生成的化学物质,分子中含有一个呋喃环,一个醛基和一个羟甲基。生物基平台化合物大多呈链状形态,而HMF是唯一一种具有环状结构的生物基平台化合物,相比于链状的平台化合物,其结构稳定性更好,强度更高。此外HMF呋喃环上的氧原子可能会赋予材料特殊的性能,这些对于材料开发来说意义重大。

HMF早在两百年前便已被发现,咖啡、黄酒、甚至烤面包中都有HMF的身影,十几年前受国际大环境影响,一些欧美国家开始推进HMF的规模化生产工作,国内科研院所也在同期进行研究。但由于技术壁垒所导致的成本过高以及产业链各方之间沟通效率较低,HMF的市场化进程的推进一直十分艰难。

具体来说,第一,HMF的生产效率较低。在传统釜式生产工艺中,HMF只能间歇性产出,同时由于在果糖脱水过程中会生成小分子酸,酸在催化体系下会转化成为多种可溶性聚合物与不溶性腐殖质,很大程度上影响了HMF的分离提纯。第二,产业缺乏全链条技术的配合。由于HMF可向下衍生出非常多产品,但中间要经过多个步骤,大部分公司都是只做其中一两个环节,这就使得中间存在非常高的沟通与合作成本。

针对这两方面的痛点,中科国生首先通过特定的催化剂匹配相应溶剂体系实现了HMF高效的低成本转化,并在全球率先开发出了固定床连续化的HMF生产工艺,这完全区别于现有其他企业的间歇釜式工艺,是真正可以实现HMF低成本的规模化工艺,其HMF连续生产装置具备占地面积少、设备投入低、批次稳定性好、产品工艺灵活等优势;此外中科国生还打通了从HMF到下游衍生物单体和终端产品的全技术链条,开发出的产品在高性能生物基聚酯材料等领域得到了广泛应用。

总体来说,中科国生已经将HMF的成本降至5w/吨,2023年泰兴工厂投产之后,更是可以降低至2w/吨。另外,其在2022年7月份已实现国内首个吨级FDCA产品的交付,下半年还将签约多个吨级到百吨级的合同。

低成本+功能性形成刚需主动拓展下游多场景应用

除使HMF成本大幅度降低外,据王磊介绍,中科国生所生产的HMF以及FDCA等产品的质量也十分有保证,“我们自己评估过,当然也有一些外部的机构也进行过横向评估,从结果来看,我们的产品质量目前是国内最靠前的。”

对质量的严格把控,使得中科国生的产品在下游可展现出更好的功能性。HMF衍生品FDCA的下游产品主要是聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF),相比于传统的聚对苯二甲酸乙二酯(PET),PEF 具有极佳的气体阻隔性,可达到PET的6-10倍。

中科国生目前正在开发的两种产品已得到市场认可。其中生物基原料生产的高气体阻隔塑料,用于酸奶、啤酒等产品的包装,可替代现有的玻璃及利乐包装;另一种正在开发的可降解塑料产品,相比目前的PLA(聚乳酸)和PBAT(聚己二酸)具有更好的可降解性和气体阻隔性,并且成本还不到PLA和PBAT的50%。它可以广泛地应用于一次性塑料袋、可降解吸管和地膜等领域,有效缓解现有的“白色污染”问题,市场潜力巨大。

“虽然看上去只是一个小小的材料创新,但由于对货架期影响较大,它可能改变很多产品的商业销售模式。”

中科国生以单体化合物到终端产品的全链条开发为战略布局,与当前大多数生物基材料公司专注于单一产品的战略相比,不仅使业务延伸到附加值更高的下游,还使单体和终端产品的开发和优化形成了闭环,保证产品可以高效迭代。

随着整个产业的发展,未来HMF会有更多下游衍生物的优势被发掘,目前中科国生也在积极布局其他衍生物的研发生产,并设有专门的市场团队,对HMF下游的各种应用领域进行深度探索。

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- 中科国生团队- 

据预测,以HMF为代表的生物基材料会取代20%左右的石油基产品,这将是6000-8000亿美金的市场,从细分领域来看,预计到2025年我国生物可降解塑料市场规模超过209亿元。随着对HFM衍生物市场的拓展,未来中科国生仍有非常大的布局空间。

本文是小饭桌原创文章,作者:史素云,如需转载请注明出处。
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