生物工程和化學(xué)工程的區(qū)別8篇

緒論：在尋找寫(xiě)作靈感嗎？愛(ài)發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇生物工程和化學(xué)工程的區(qū)別，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！

篇1

1.1課程體系設(shè)置重理輕工生物工程涉及的技術(shù)范疇屬于生物工程技術(shù)與化學(xué)工程技術(shù)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、輕工、食品、化工等領(lǐng)域，生物工程專業(yè)是理工管結(jié)合的工科專業(yè)［3］.生物工程主要是解決生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的問(wèn)題，生物工程師不僅需要懂一些生物學(xué)方面的知識(shí)及其相關(guān)的數(shù)理化基礎(chǔ)知識(shí)，還要精通工程技術(shù)方面的知識(shí)，例如工程數(shù)學(xué)、電工學(xué)、工程制圖與CAD、化工原理，生物工程設(shè)備、生物分離工程、生物工程工廠工藝設(shè)計(jì)等.應(yīng)用型本科院校為了發(fā)揮以前辦學(xué)的優(yōu)勢(shì)條件，課程設(shè)置偏向理科，生物學(xué)方面的課程設(shè)置較多，工程課程相對(duì)較少.

1.2實(shí)踐環(huán)節(jié)過(guò)程控制薄弱生物工程專業(yè)應(yīng)用型人才大多充實(shí)到生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理第一線崗位，能在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，要求具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和很強(qiáng)的實(shí)踐能力.在本科教學(xué)階段要注意適度拓寬專業(yè)面，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐，重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng).生物工程專業(yè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)包括實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)、見(jiàn)習(xí)、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))和畢業(yè)實(shí)習(xí)等，其中化學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)、微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)等主要是讓學(xué)生掌握常規(guī)儀器的使用、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等基本技能，化工原理實(shí)驗(yàn)、發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等主要是提升學(xué)生的工程素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力，見(jiàn)習(xí)、畢業(yè)論文和畢業(yè)實(shí)習(xí)等主要是加深學(xué)生對(duì)社會(huì)、企業(yè)的認(rèn)知，掌握生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備及檢測(cè)等知識(shí).但目前偏遠(yuǎn)省份生物工程領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)較少，生產(chǎn)見(jiàn)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)成了走馬觀花，見(jiàn)習(xí)中見(jiàn)到的重要環(huán)節(jié)、核心生產(chǎn)車間很少，實(shí)習(xí)中真正參與生產(chǎn)的時(shí)間短、動(dòng)手機(jī)會(huì)少，收效甚微.

1.3基礎(chǔ)理論教學(xué)求全求深且重復(fù)交叉應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的工程專業(yè)主要培養(yǎng)應(yīng)用型人才，基礎(chǔ)理論知識(shí)應(yīng)該“以應(yīng)用為目的，以夠用為度”，但長(zhǎng)期以來(lái)各門(mén)課程都追求完善的教學(xué)體系，形成了大而全的課程格局，課本越寫(xiě)越厚、內(nèi)容越寫(xiě)越多，這與培養(yǎng)目標(biāo)不相適應(yīng)［4］.而且許多課程之間有內(nèi)容交叉、重復(fù)現(xiàn)象，如有機(jī)化學(xué)與生物化學(xué)、生物化學(xué)與微生物、微生物與遺傳、生物化學(xué)與分子生物學(xué)之間就有很多知識(shí)點(diǎn)重復(fù)，很多知識(shí)點(diǎn)在幾門(mén)課程里都要講授.而為了解決內(nèi)容多學(xué)時(shí)少的矛盾，授課教師把其它課程涉及到的一些內(nèi)容省略不講了，結(jié)果可能幾門(mén)課程都沒(méi)有講解同一內(nèi)容，這樣學(xué)生學(xué)到的知識(shí)就有了重復(fù)或者欠缺.

2生物工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)課程體系構(gòu)建思路

生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是大力培養(yǎng)掌握生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的科學(xué)原理、工藝技術(shù)過(guò)程和工程設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)理論和基本技能，能在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人才［5］.課程體系的構(gòu)建必須圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生畢業(yè)后的職業(yè)方向?yàn)橐罁?jù)，優(yōu)化課程體系，重視專業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)調(diào)個(gè)性教育，提升學(xué)生的能力素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生由學(xué)校到社會(huì)的無(wú)縫鏈接.

2.1夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)按照“寬口徑、厚基礎(chǔ)”的培養(yǎng)思路，課程體系要保證專業(yè)課程的學(xué)分比重，適當(dāng)增加工程類課程的比例［6］，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，使學(xué)生具有牢固的工程學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，以適應(yīng)大規(guī)模現(xiàn)代化生產(chǎn)中的工程設(shè)計(jì)、參數(shù)檢測(cè)、過(guò)程控制、產(chǎn)品的下游處理等工作，滿足企業(yè)崗位的需要.專業(yè)課程設(shè)置要注重系統(tǒng)性，在教學(xué)過(guò)程中，要協(xié)調(diào)各門(mén)課程之間的教學(xué)，妥善解決交叉重復(fù)內(nèi)容的授課問(wèn)題，讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)學(xué)有所用、合理夠用.在夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，可將專業(yè)教育和應(yīng)用能力及開(kāi)發(fā)研究能力的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

2.2重視實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐教學(xué)一直是應(yīng)用型本科院校的短板，生物工程專業(yè)課程設(shè)置中，要增加實(shí)踐教學(xué)的比重，按由易到難、從校內(nèi)走向校外的步驟組織實(shí)踐教學(xué)，構(gòu)建由實(shí)驗(yàn)課程、專業(yè)見(jiàn)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等組成的實(shí)踐教學(xué)體系，將有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分散到各階段的教學(xué)中，逐步規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，提高實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新思維.實(shí)踐證明，這種實(shí)踐教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)還可以促進(jìn)教師對(duì)教學(xué)理念和教學(xué)方法的更新［7］.

2.3凸顯自身特色應(yīng)用型本科院校都有各自的發(fā)展軌跡，其專業(yè)設(shè)置經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展;學(xué)校在所地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)特色也各不相同，因此，生物工程專業(yè)課程設(shè)置既要發(fā)揮學(xué)校師資力量、實(shí)驗(yàn)條件、學(xué)科發(fā)展的綜合優(yōu)勢(shì)，又要適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)市場(chǎng)的需求，使課程設(shè)置具有鮮明的特色.在制訂課程體系時(shí)，專業(yè)方向課開(kāi)設(shè)應(yīng)凸現(xiàn)個(gè)性化教育，這是提升專業(yè)內(nèi)涵的主要手段.比如開(kāi)設(shè)生化生產(chǎn)工藝學(xué)、代謝工程、環(huán)境生物技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助生物過(guò)程設(shè)計(jì)、生物制藥工藝學(xué)、藥劑學(xué)、食品發(fā)酵工程、酶工程、企業(yè)管理等課程.這些課程分別涉及環(huán)境、制藥、輕工、食品、管理、生物等多個(gè)方向，對(duì)專業(yè)知識(shí)范圍進(jìn)行拓寬，也增強(qiáng)學(xué)生的興趣和適應(yīng)就業(yè)的需求.

3生物工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)課程體系的構(gòu)建

生物工程專業(yè)是建立在生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科基礎(chǔ)上的復(fù)合型專業(yè).課程設(shè)置必須以人才培養(yǎng)目標(biāo)為總攬，堅(jiān)持知識(shí)、能力、素質(zhì)和個(gè)性協(xié)調(diào)發(fā)展的原則，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的整體性、系統(tǒng)性和綜合應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的人文素質(zhì)、工程素質(zhì)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，構(gòu)建培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型生物工程人才的課程體系.

3.1構(gòu)建符合培養(yǎng)目標(biāo)的課程體系培養(yǎng)滿足市場(chǎng)需求的應(yīng)用型生物工程人才，需結(jié)合自身實(shí)際，充分發(fā)揮課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)和校園文化活動(dòng)三個(gè)培養(yǎng)平臺(tái)，按照公共能力、專業(yè)能力和發(fā)展能力三個(gè)模塊對(duì)生物工程專業(yè)進(jìn)行課程構(gòu)建，每個(gè)模塊又由幾部分組成，具體的課程體系可設(shè)置為:

3.1.1公共能力培養(yǎng)課程公共能力包括價(jià)值判斷、交流溝通、身心調(diào)適和信息處理等能力.價(jià)值判斷能力培養(yǎng)課程包括思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)、中國(guó)近現(xiàn)代史綱要、思想和中國(guó)特色社會(huì)主義理論、基本原理、形勢(shì)與政策、思想政治理論課實(shí)踐等;交流溝通能力培養(yǎng)課程包括大學(xué)英語(yǔ)、大學(xué)語(yǔ)文等;身心調(diào)適能力培養(yǎng)課程包括基礎(chǔ)體育、健康運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目訓(xùn)練、職業(yè)生涯設(shè)計(jì)與創(chuàng)業(yè)就業(yè)指導(dǎo)、國(guó)防教育與軍事訓(xùn)練、勞動(dòng)技能訓(xùn)練等;信息處理能力培養(yǎng)課程包括大學(xué)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)操作訓(xùn)練等.各個(gè)模塊還要開(kāi)設(shè)相應(yīng)的素質(zhì)拓展活動(dòng)項(xiàng)目和選修課程.

3.1.2專業(yè)能力培養(yǎng)課程專業(yè)能力包括自然科學(xué)與工程學(xué)基礎(chǔ)、生物學(xué)知識(shí)、生物工程工藝研發(fā)、專業(yè)綜合實(shí)踐等能力.自然科學(xué)與工程學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)培養(yǎng)課程包含高等數(shù)學(xué)、無(wú)機(jī)分析化學(xué)及實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)及實(shí)驗(yàn)、電工學(xué)、工程制圖與CAD、化工原理及實(shí)驗(yàn)、工程數(shù)學(xué)等;生物學(xué)知識(shí)培養(yǎng)課程包含生物化學(xué)及實(shí)驗(yàn)、微生物學(xué)及實(shí)驗(yàn)、分子生物學(xué)及實(shí)驗(yàn)、基因工程及實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞生物學(xué)及實(shí)驗(yàn)等;生物工程工藝研發(fā)能力培養(yǎng)課程包括發(fā)酵工程、酶工程、生物分離工程、生物工程綜合實(shí)驗(yàn)、生物分離工程實(shí)驗(yàn)及其他方向課程等;專業(yè)綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)課程包括專業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)、專業(yè)技能測(cè)試、企業(yè)家講座、社會(huì)實(shí)踐調(diào)查、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))等.

3.1.3發(fā)展能力培養(yǎng)課程發(fā)展能力培養(yǎng)課程須根據(jù)學(xué)校的教學(xué)特色和學(xué)生的發(fā)展需要進(jìn)行開(kāi)設(shè)，不同專業(yè)方向的課程設(shè)置有所不同.例如，發(fā)酵方向設(shè)置生物工程設(shè)備、生物工程工廠工藝設(shè)計(jì)概論、發(fā)酵工藝學(xué)及實(shí)驗(yàn)、發(fā)酵過(guò)程控制與檢測(cè)、生物制品質(zhì)量監(jiān)控等.生物制藥方向設(shè)置藥物化學(xué)、藥物分析、藥劑學(xué)、藥理學(xué)、生物制藥工藝學(xué)、生物技術(shù)制藥、生物藥物分離與檢測(cè)技術(shù)等;食品方向食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)、食品工程原理、食品分析、食品機(jī)械與設(shè)備、食品工藝學(xué)等.以上課程又分為理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、綜合實(shí)踐三種不同的課程類別.這些課程緊緊圍繞工程素質(zhì)的培養(yǎng)分層次、分年級(jí)循序漸進(jìn)地開(kāi)設(shè).

3.2加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)管理和過(guò)程控制根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，充分發(fā)揮校內(nèi)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)和校外實(shí)習(xí)基地作用，構(gòu)建由實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)見(jiàn)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)實(shí)習(xí)組成的“分階段、多層次”的實(shí)踐教學(xué)體系，并制定相應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn).第一層次:基本技能實(shí)驗(yàn)，包括無(wú)機(jī)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工原理實(shí)驗(yàn)、微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)等.通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)課程讓學(xué)生掌握常用儀器設(shè)備的基本操作、使用技能、維護(hù)保養(yǎng)，學(xué)會(huì)生物大分子和微生物的分離純化、定量測(cè)定、性質(zhì)鑒定等.重點(diǎn)是基本操作技能和規(guī)范化訓(xùn)練，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng).第二層次:專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，包括生物工程綜合實(shí)驗(yàn)、生物分離工程實(shí)驗(yàn)、發(fā)酵工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)、發(fā)酵過(guò)程控制與檢測(cè)、生物制品質(zhì)量監(jiān)控、藥學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)、食品工藝學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)等.生物工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該專門(mén)化，具有特性，以區(qū)別于生物技術(shù)和化學(xué)制藥工程等鄰近專業(yè)［8］，但又要兼顧到不同專業(yè)方向的需要.通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生學(xué)會(huì)利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)某種產(chǎn)品，掌握發(fā)酵原料的成分分析、原料制備、發(fā)酵過(guò)程控制與檢測(cè)、成品處理等，進(jìn)一步鞏固提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技巧、獨(dú)立思考和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力.第三層次:應(yīng)用研究實(shí)踐，包括創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、見(jiàn)習(xí)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))、畢業(yè)實(shí)習(xí)等.通過(guò)見(jiàn)習(xí)使學(xué)生了解工廠的生產(chǎn)流程;通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)讓學(xué)生能夠選擇合適的方法、技術(shù)設(shè)計(jì)某種產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，并生產(chǎn)出產(chǎn)品，如“啤酒生產(chǎn)”、“抗生素生產(chǎn)”、“特色酸奶的生產(chǎn)”等;通過(guò)畢業(yè)論文使學(xué)生獨(dú)立查閱文獻(xiàn)，制定實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新意識(shí).畢業(yè)實(shí)習(xí)使學(xué)生了解經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)改革的實(shí)際情況，參與各類生物制品的研制、生產(chǎn)和質(zhì)控過(guò)程，掌握一般的生物工程產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)、過(guò)程，為今后的工作打下基礎(chǔ).所有這些環(huán)節(jié)都與培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)腦動(dòng)手能力、掌握各種專業(yè)技能是分不開(kāi)的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都是非常重要的，只有加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的考核，才能為社會(huì)輸送技術(shù)過(guò)硬的應(yīng)用型人才.

篇2

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校新建本科院校；生物工程專業(yè)；應(yīng)用型人才；人才培養(yǎng)模式

如今社會(huì)對(duì)于應(yīng)用型人才的需求是很大的，學(xué)校結(jié)合自身對(duì)應(yīng)用型人才的定位以及生源特點(diǎn)和辦學(xué)模式，對(duì)于大學(xué)生的培養(yǎng)應(yīng)該是以創(chuàng)新與實(shí)踐相結(jié)合，扎實(shí)基礎(chǔ)又具備自主學(xué)習(xí)能力為特征來(lái)進(jìn)行的，這樣就能解決實(shí)際生產(chǎn)所需的問(wèn)題。同時(shí)，才能進(jìn)一步的提高專業(yè)的教學(xué)水平，為整個(gè)社會(huì)提供更多的應(yīng)用型人才。作為本科院校，對(duì)于如何培養(yǎng)生物工程專業(yè)應(yīng)用型人才計(jì)劃是一個(gè)值得探討的課題，本文就針對(duì)此來(lái)進(jìn)行分析探討。

一目前生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

目前，在高校教育與行業(yè)需求日益突出的矛盾中，“一刀切”的現(xiàn)象還是普遍存在高校的教育中，所謂的“一刀切”現(xiàn)象是指高校還是把培養(yǎng)“研究型”“學(xué)術(shù)型”人才作為培養(yǎng)的重點(diǎn)，也就是說(shuō)重視高分而忽視其實(shí)踐能力，只是為了考研而存在的理論型人才，這種人才對(duì)于社會(huì)所需的應(yīng)用型人才還差著很遠(yuǎn)的距離，也因?yàn)檫@種教育方式使得學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力相當(dāng)?shù)娜酢Ｉ锕こ虒I(yè)本身就是一門(mén)交叉性的學(xué)科，它既涉及到了化學(xué)工程，同時(shí)也涉及到生物技術(shù)等，也就是說(shuō)其學(xué)習(xí)的內(nèi)容跨度比較大，學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)的時(shí)候就會(huì)很分散，難以掌握重點(diǎn)。很多高校為了使課程不顯得過(guò)重就會(huì)刪除掉許多的相關(guān)專業(yè)課時(shí)，也就是說(shuō)生物工程專業(yè)的學(xué)生和其他專業(yè)的學(xué)生課程是一樣的，但是比起化工科或者生物專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)是沒(méi)有他們深入的，過(guò)多的理論課占據(jù)了主要的學(xué)習(xí)時(shí)間，使學(xué)生沒(méi)有多余的時(shí)間去進(jìn)行實(shí)踐課的學(xué)習(xí)，這就把學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)給耽誤了。教育部把生物工程專業(yè)劃分為正式的專業(yè)課程目錄后，雖然許多高校都相繼開(kāi)設(shè)了專門(mén)的課程，這些課程都是與國(guó)際本行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行緊密相連的，也因此就把重點(diǎn)放在了“學(xué)術(shù)型”人才的培養(yǎng)上。無(wú)論是課程的設(shè)置還是培養(yǎng)方案都是相同的，就是為了提升考研率，對(duì)于社會(huì)所需則考慮的過(guò)少，這就把高校培養(yǎng)人才的弊端給顯現(xiàn)出來(lái)，就是有些脫離實(shí)際。高校為了提升考研率就會(huì)讓學(xué)生犧牲專業(yè)課學(xué)習(xí)的時(shí)間專門(mén)只針對(duì)考研科目進(jìn)行補(bǔ)習(xí)，對(duì)于整個(gè)專業(yè)的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)并沒(méi)有什么益處，很多學(xué)生學(xué)完以后對(duì)于本專業(yè)的學(xué)習(xí)內(nèi)容還只是一知半解的了解，知識(shí)比較表面，在實(shí)踐動(dòng)手能力更是沒(méi)有什么針對(duì)性的練習(xí)，這些不能繼續(xù)考研深造的學(xué)生一旦進(jìn)入社會(huì)就無(wú)法適應(yīng)社會(huì)的所需，就會(huì)出現(xiàn)大量高分低能的現(xiàn)象，所以說(shuō)這種只在乎理論學(xué)習(xí)的培養(yǎng)方式是不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)的。

二應(yīng)用型本科院校生物工程專業(yè)特色人才培養(yǎng)模式

（一）結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求

有關(guān)生物工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式和高職教學(xué)中的技術(shù)培養(yǎng)和理論培養(yǎng)都有著一定的區(qū)別，其主要就是結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和社會(huì)的需求來(lái)設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)方案，從而對(duì)他們進(jìn)行培養(yǎng)。首先要對(duì)課程進(jìn)行有效的優(yōu)化，從而合理的安排好每個(gè)教學(xué)的環(huán)節(jié)，同時(shí)要加強(qiáng)實(shí)踐課和實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)。在進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)的時(shí)候，還可以提高學(xué)校的合作教育。然后就是根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)情況建立起相應(yīng)的人才培養(yǎng)模塊。在對(duì)人才培養(yǎng)的時(shí)候，按照生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效的培養(yǎng)，同時(shí)對(duì)課程進(jìn)行有效的優(yōu)化和調(diào)整，把握住其中的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的相結(jié)合。在面對(duì)一些公共基礎(chǔ)課程中，要做好合理的選擇，從而對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)進(jìn)行有效的培養(yǎng)，而在專業(yè)課程的選擇上，主要有一些基礎(chǔ)細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和物質(zhì)分離工程等，在進(jìn)行選修的專業(yè)課程中，不需要學(xué)生把所有的知識(shí)都進(jìn)行系統(tǒng)和完整的學(xué)習(xí)，而是需要學(xué)生結(jié)合自己當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)情況進(jìn)行有針對(duì)性的選擇[1]，從而真正的培養(yǎng)出適合當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)的應(yīng)用型人才。

（二）建立多學(xué)科融合的復(fù)合型人才培養(yǎng)方案

應(yīng)用型本科人才的主要培養(yǎng)目標(biāo)就是要滿足社會(huì)各界的要求，其主要奮戰(zhàn)的地方就是社會(huì)的各種高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在工業(yè)的生產(chǎn)和企業(yè)的管理當(dāng)中，這些人才主要就是工作在最為主要的工作崗位上，直接解決實(shí)際的問(wèn)題，同時(shí)維持企業(yè)正常的運(yùn)行。根據(jù)《普通高校修訂本科教學(xué)計(jì)劃的原則意見(jiàn)》、《高等工程教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃》以及《高等學(xué)校本科生物工程專業(yè)規(guī)范》等文件，結(jié)合各大工程學(xué)院實(shí)際情況，在制定應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)方案的時(shí)候，要確定人才培養(yǎng)的目標(biāo)，保證他們將來(lái)可以為社會(huì)的發(fā)展和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。在對(duì)人才進(jìn)行培養(yǎng)的時(shí)候，不僅要提高他們的專業(yè)水平和能力，同時(shí)還要提高他們的綜合素質(zhì)和道德水平，只有這樣才能保證他們可以真正的為社會(huì)服務(wù)。在對(duì)他們進(jìn)行專業(yè)性培養(yǎng)的時(shí)候，主要是對(duì)物理、化學(xué)和生物等學(xué)科的基本理論，進(jìn)行有效的培養(yǎng)，同時(shí)還要培養(yǎng)他們相關(guān)的技術(shù)水平和基本技能等。然后結(jié)合當(dāng)?shù)氐亟?jīng)濟(jì)實(shí)際的發(fā)展情況，對(duì)學(xué)生的應(yīng)用能力進(jìn)行有效的培養(yǎng)。對(duì)專業(yè)方向設(shè)置的時(shí)候要有針對(duì)性，加強(qiáng)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而真正的提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，讓他們真正的成為專業(yè)的應(yīng)用型人才。

（三）增加教學(xué)實(shí)踐性

生物工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)，需要增加教學(xué)的實(shí)踐性，具體來(lái)說(shuō)，可以增加實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時(shí)數(shù)，像實(shí)驗(yàn)課課程的學(xué)時(shí)可以增加到32學(xué)時(shí)，無(wú)機(jī)化學(xué)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)生物實(shí)驗(yàn)等課程的課時(shí)增加到32課時(shí)；還有在學(xué)儀器分析理論時(shí)，對(duì)授課內(nèi)容及課時(shí)進(jìn)行有效的調(diào)整，根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)及需求修改教學(xué)大綱，增加相關(guān)內(nèi)容的比重及實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，相應(yīng)的減少其他內(nèi)容的比重及學(xué)時(shí)；微生物學(xué)、化工原理等專業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)也要增加。根據(jù)教學(xué)計(jì)劃中一些沒(méi)有開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課的理論課也可以增加的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，像分子生物學(xué)與基因工程、發(fā)酵工程等，總之通過(guò)加大實(shí)驗(yàn)比重來(lái)促使學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力得到提升。

（四）加強(qiáng)校企合作，強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)力度

生物工程專業(yè)教學(xué)實(shí)習(xí)是生物工程專業(yè)學(xué)生的重要課程，主要目的為了讓學(xué)生掌握專業(yè)課程，并能借助校企合作平臺(tái)進(jìn)入到企業(yè)實(shí)習(xí)，學(xué)生在實(shí)踐中可以運(yùn)用課本中的專業(yè)知識(shí)，使得學(xué)生的專業(yè)知識(shí)得到發(fā)展與鞏固，還有學(xué)生也能在企業(yè)中熟悉與掌握一定的企業(yè)經(jīng)營(yíng)與管理知識(shí)的相關(guān)體系，幫助學(xué)生提前認(rèn)識(shí)社會(huì)。

（五）構(gòu)建合理的生物工程專業(yè)體系

生物工程專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要學(xué)校構(gòu)建出合理的生物工程專業(yè)體系，新型生物工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的新課程體系的設(shè)想，構(gòu)建出重視培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用以及能力為重點(diǎn)的理論課程體系，實(shí)踐以及素質(zhì)拓展的教學(xué)體系，結(jié)合精簡(jiǎn)、重組、融合、增設(shè)等方面的途徑，來(lái)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)設(shè)選修課、實(shí)驗(yàn)課，給學(xué)生提供培養(yǎng)創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)；還有以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向[2]，訓(xùn)練學(xué)生的行業(yè)能力，開(kāi)發(fā)學(xué)生的綜合行業(yè)能力。由校企聯(lián)合來(lái)對(duì)課程進(jìn)行研究，為學(xué)生制定出專業(yè)技術(shù)課程與技能的實(shí)訓(xùn)模塊，突出專業(yè)課程的行業(yè)特點(diǎn)，以學(xué)生行業(yè)能力培養(yǎng)為課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)生的就業(yè)適應(yīng)能力。重視人文與科學(xué)最優(yōu)結(jié)合，使得學(xué)生的理論基礎(chǔ)為專業(yè)理論服務(wù)，專業(yè)理論為技術(shù)的理論服務(wù)，使得學(xué)生具備綜合運(yùn)用理論基礎(chǔ)知識(shí)的能力，提升學(xué)生的就業(yè)適應(yīng)能力。另外，學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)能力的培養(yǎng)是十分重要的，在進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候，要提高課堂的多樣性，增加教學(xué)的靈活性和多樣性，從而培養(yǎng)出適應(yīng)行業(yè)與社會(huì)發(fā)展的應(yīng)用型人才。

（六）優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系

生物工程專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)，需要重視學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力以及工程意識(shí)的培養(yǎng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、見(jiàn)習(xí)等是實(shí)現(xiàn)生物工程專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)的重要途徑，由此構(gòu)建出完善的分類設(shè)計(jì)、分層施教、分步實(shí)施、獨(dú)立設(shè)置等課程，結(jié)合實(shí)踐教學(xué)體系，圍繞生物工程專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)課程、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等組合的實(shí)踐教學(xué)體系，在構(gòu)建完善的實(shí)驗(yàn)課程體系的同時(shí)，要關(guān)注實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置。可以將實(shí)驗(yàn)課程課程分為必修實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)、自選實(shí)驗(yàn)等三種類型，讓學(xué)生根據(jù)自身的學(xué)習(xí)需求來(lái)進(jìn)行自主選擇，為實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展提供更加廣泛的空間。另外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程來(lái)說(shuō)，要適當(dāng)減少驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)比例，增加設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)比例，逐漸將實(shí)驗(yàn)課程轉(zhuǎn)變成為驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)組成體系。

三結(jié)語(yǔ)

生物工程專業(yè)特色人才培養(yǎng)方案的實(shí)施必須落到實(shí)處，在實(shí)施過(guò)程中不斷優(yōu)化，著實(shí)提高應(yīng)用型本科院校生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]李常健，黃光文.新建本科院校生物工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，12:31-33.

篇3

1雙語(yǔ)教學(xué)對(duì)象、課程和師資

雙語(yǔ)教學(xué)的教學(xué)對(duì)象必須根據(jù)學(xué)生的英語(yǔ)水平來(lái)確定，這樣教與學(xué)的效果才會(huì)比較好。若將雙語(yǔ)教學(xué)全面鋪開(kāi)，英語(yǔ)差的一部分學(xué)生可能會(huì)有厭學(xué)情緒，上課不認(rèn)真聽(tīng)甚至逃課。考慮到學(xué)生整體英語(yǔ)水平的不均衡，雙語(yǔ)課開(kāi)設(shè)初期不可能面對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)所有班級(jí)的學(xué)生。結(jié)合專業(yè)實(shí)際，擬定以化學(xué)工程與工藝“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)驗(yàn)班(以下簡(jiǎn)稱“卓越班”)的學(xué)生為教學(xué)對(duì)象。因?yàn)楣鹆掷砉ご髮W(xué)采取自愿報(bào)名、課程考試、面試三者結(jié)合的辦法來(lái)遴選“卓越班”學(xué)生。新生入學(xué)后，學(xué)校組織對(duì)自愿報(bào)名參加“卓越班”的學(xué)生進(jìn)行英語(yǔ)和數(shù)學(xué)考試，入選“卓越班”的學(xué)生其英語(yǔ)成績(jī)必須達(dá)到A班標(biāo)準(zhǔn)。達(dá)到A班標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生可以在大一參加大學(xué)英語(yǔ)四六級(jí)考試。大學(xué)二年級(jí)，“卓越班”學(xué)生的四級(jí)通過(guò)率可達(dá)到70%以上。“卓越班”的學(xué)生經(jīng)過(guò)了選拔，具有比較扎實(shí)的英語(yǔ)基礎(chǔ)，是開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)的理想對(duì)象。這樣在授課過(guò)程中學(xué)生基本上可以適應(yīng)雙語(yǔ)教學(xué)，課堂上亦可以配合教師教學(xué)，預(yù)期教學(xué)效果較好。以“卓越班”為雙語(yǔ)教學(xué)的試點(diǎn)，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，由點(diǎn)及面逐步擴(kuò)大。雙語(yǔ)教學(xué)的課程的選擇上，必須考慮師資力量和教學(xué)資源的配置以及該課程進(jìn)行雙語(yǔ)教學(xué)的適宜性。因此，雙語(yǔ)課開(kāi)設(shè)初期不可能涉及多門(mén)化學(xué)工程與工藝的專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程。《化工原理》是化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的一門(mén)必修專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)化學(xué)工程師中起著舉足輕重的作用。化工原理課程實(shí)施雙語(yǔ)教學(xué)有其自身的優(yōu)勢(shì)［6］。化工原理課程屬于自然科學(xué)學(xué)科具有較強(qiáng)的國(guó)際共通性，其專業(yè)術(shù)語(yǔ)、基本詞匯、句型結(jié)構(gòu)、表述方法等相當(dāng)比較固定。在實(shí)施上，應(yīng)考慮采用先易后難，逐步擴(kuò)展范圍的原則。雙語(yǔ)教學(xué)需要精通英語(yǔ)的學(xué)科教師，對(duì)師資隊(duì)伍的要求比較高。目前桂林理工大學(xué)化工原理課程的任課教師多為青年教師，部分教師具有海外留學(xué)經(jīng)歷，能夠熟練應(yīng)用英語(yǔ)和漢語(yǔ)進(jìn)行教學(xué)工作，雙語(yǔ)教學(xué)具有一定的師資基礎(chǔ)。此外，建議學(xué)校通過(guò)多種途徑培養(yǎng)能勝任雙語(yǔ)教學(xué)的教師。例如:聘請(qǐng)?jiān)趪?guó)外講授化工原理的資深教師或國(guó)內(nèi)化工原理雙語(yǔ)教學(xué)的資深教師來(lái)校進(jìn)行教學(xué)示范或教學(xué)培訓(xùn)，提高雙語(yǔ)教學(xué)主講教師的英語(yǔ)授課水平。鼓勵(lì)和支持雙語(yǔ)教學(xué)主講教師到國(guó)外進(jìn)行定期或不定期的教學(xué)培訓(xùn)和學(xué)術(shù)交流，讓其有機(jī)會(huì)深入國(guó)外課堂進(jìn)行聽(tīng)課和教學(xué)觀摹，以提高雙語(yǔ)教學(xué)主講教師英語(yǔ)水平，建立一支有國(guó)際化視野的教師隊(duì)伍。

2化工原理雙語(yǔ)教學(xué)的目標(biāo)、教材和教學(xué)模式

眾所周知，雙語(yǔ)教學(xué)具有雙重目標(biāo)，一是讓學(xué)生獲取學(xué)科知識(shí)，二是培養(yǎng)和提高學(xué)生運(yùn)用英語(yǔ)的能力。因此，在化工原理雙語(yǔ)教學(xué)初期就必須明確兩者的關(guān)系。化工原理課程實(shí)施雙語(yǔ)教學(xué)目的是教學(xué)生以英語(yǔ)為工具掌握化工專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，其重點(diǎn)還是掌握相關(guān)的專業(yè)知識(shí)［5］。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)把漢語(yǔ)和英語(yǔ)科學(xué)合理地穿插在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中。按照英語(yǔ)與漢語(yǔ)(即外語(yǔ)/母語(yǔ))的使用比例，雙語(yǔ)教學(xué)過(guò)程通常分為三種類型:第一，滲透型，即漢語(yǔ)為主，英語(yǔ)為次;第二，混合型，即漢語(yǔ)與英語(yǔ)互為主體;第三，全英型，即英語(yǔ)為主，漢語(yǔ)為次，或全部采用英語(yǔ)授課。在雙語(yǔ)教學(xué)過(guò)程中，英語(yǔ)與漢語(yǔ)比例的高低并不完全取決于雙語(yǔ)教師的英語(yǔ)水平，而更多地取決于學(xué)生的實(shí)際英語(yǔ)水平和理解能力。因此，開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)不能操之過(guò)急，應(yīng)逐步提高英語(yǔ)的比例。授課時(shí)注意采用簡(jiǎn)單的英語(yǔ)句式，語(yǔ)速稍慢、吐詞清楚、講解到位，對(duì)較難理解的重要概念和定義，輔以中文解釋，使大部分學(xué)生能夠跟上教師的講課思路，保證學(xué)習(xí)效果。教材的好壞直接影響到雙語(yǔ)教學(xué)的成敗。華南理工大學(xué)鐘理等人，通過(guò)不斷的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)雖然原版英文版教材有其突出的優(yōu)點(diǎn)和特色，但其在內(nèi)容編排、知識(shí)點(diǎn)銜接、教學(xué)要求、講述方式及總體架構(gòu)上與我國(guó)化工原理教學(xué)大綱有明顯的區(qū)別。采用原版英文教材進(jìn)行化工原理雙語(yǔ)教學(xué)具有許多局限性。有幸的是2008年由化學(xué)工業(yè)出版社出版出版了由華南理工大學(xué)、天津大學(xué)和華東理工大學(xué)合作改編的美國(guó)WarrenL.McCabe等編著的著名化工原理教材《UnitOperationsofChemicalEngineering》第7版。該改編教材以我國(guó)教學(xué)大綱為基本框架，按中文教材的編排順序，并從原版教材的動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞等章節(jié)中選擇出120學(xué)時(shí)的內(nèi)容題材進(jìn)行重新編譯和補(bǔ)充，具有較強(qiáng)的適合高校教學(xué)及學(xué)生使用書(shū)的特點(diǎn)。目前該教材被天津大學(xué)、華東理工大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、北京化工大學(xué)、廣西大學(xué)、福州大學(xué)、青島化工大學(xué)等30多所高校采用。因此可以考慮采用該教材作為化工原理雙語(yǔ)教學(xué)的主要教材。化工原理雙語(yǔ)教學(xué)應(yīng)堅(jiān)持先易后難原則。在實(shí)施雙語(yǔ)教學(xué)的初期階段，可采用“英文教材、英文板書(shū)、中文授課”模式，即滲透型教學(xué)模式，保證教學(xué)內(nèi)容和深度不低于中文授課，然后再向混合型和全英型教學(xué)模式過(guò)渡。或者選擇部分內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單的章節(jié)進(jìn)行雙語(yǔ)授課，其他章節(jié)仍采用漢語(yǔ)授課。從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)，化解學(xué)生的畏難情緒。同時(shí)注意發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，為他們創(chuàng)設(shè)盡可能多的語(yǔ)言實(shí)踐機(jī)會(huì)，不斷提高學(xué)生綜合應(yīng)用語(yǔ)言的能力和勇氣。使學(xué)生在學(xué)到專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)提高了專業(yè)英語(yǔ)水平，從而實(shí)現(xiàn)化工原理實(shí)施雙語(yǔ)教學(xué)的雙重目標(biāo)。

3結(jié)語(yǔ)

篇4

1化工建設(shè)中環(huán)境工程的主要內(nèi)容

環(huán)境工程是一門(mén)新興的綜合性學(xué)科，與這門(mén)學(xué)科密切相關(guān)的學(xué)科包括土木工程、生物工程、物理學(xué)、化學(xué)及化學(xué)工程、機(jī)械工程、倫理學(xué)等，目前幾乎所有學(xué)科都與環(huán)境工程有一定的聯(lián)系。人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)之后，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，環(huán)境保護(hù)和污染治理技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)，環(huán)境工程也得到迅速的發(fā)展。目前環(huán)境工程是一門(mén)運(yùn)用工程技術(shù)的方法和手段來(lái)控制環(huán)境污染及改善環(huán)境質(zhì)量的學(xué)科，它不僅要提供合理利用保護(hù)自然資源的一整套技術(shù)途徑和技術(shù)措施，還要研究開(kāi)發(fā)廢物資源化技術(shù)，改革生產(chǎn)工藝，發(fā)展無(wú)廢或少?gòu)U的閉路生產(chǎn)系統(tǒng)。另外，還要對(duì)區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃與科學(xué)管理，以獲得最佳的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。環(huán)境工程的基本內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：大氣污染控制技術(shù)、水污染控制工程、固體廢物處理與處置工程、噪聲污染控制工程和其他污染的控制技術(shù)。化工建設(shè)項(xiàng)目中配套的環(huán)境工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)角度的不同分為兩個(gè)層次，即財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)又稱微觀經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，是根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行財(cái)政稅收制度和現(xiàn)行價(jià)格，從項(xiàng)目方案本身或企業(yè)的角度對(duì)項(xiàng)目方案竣工后的獲利能力，以及償還借款能力等情況所做的評(píng)價(jià)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)又稱為宏觀經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，是從國(guó)家或社會(huì)的角度運(yùn)用影子價(jià)格、影子匯率等經(jīng)濟(jì)參數(shù)，分析項(xiàng)目需要國(guó)家付出的代價(jià)和對(duì)國(guó)家和社會(huì)的貢獻(xiàn)，計(jì)算項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)凈收益，考察項(xiàng)目投資的經(jīng)濟(jì)合理性。

國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)還稱為項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)分析或費(fèi)用效益分析，是指站在全社會(huì)立場(chǎng)上，從國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體利益出發(fā)，以資源最優(yōu)配置和國(guó)民收入最大增長(zhǎng)為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)效果分析，它是項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)的繼續(xù)，在評(píng)價(jià)的形式與所采用的指標(biāo)上與財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)基本一致，特別是財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)所采用的許多數(shù)據(jù)也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)所需要的，或者這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)進(jìn)行費(fèi)用與效益計(jì)算的基礎(chǔ)。盡管如此，國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)還是存在較大差別的。國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)既有聯(lián)系又有區(qū)別，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)相對(duì)于財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)處于較高層次，所以當(dāng)項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)的結(jié)果與國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果不一致時(shí)，項(xiàng)目的取舍主要決定于國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的結(jié)果。我國(guó)的化學(xué)工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，資源資金技術(shù)密集，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高，經(jīng)濟(jì)總量大，對(duì)促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有舉足輕重的作用。特別是近年來(lái)，生產(chǎn)總值、銷售收入、利潤(rùn)總額、迸出口貿(mào)易額年均增幅均在20%以上，合成氨、化肥、純堿、燒堿、電石、硫酸、合成纖維、染料、輪胎等產(chǎn)品產(chǎn)量居世界第一位，煉油、乙烯、合成樹(shù)脂、合成橡膠等產(chǎn)品產(chǎn)量居世界第二位，行業(yè)整體技術(shù)和裝備水平明顯提高，企業(yè)自主創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)，在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、保障社會(huì)需求等方面發(fā)揮了巨大作用。但是也應(yīng)看到，我國(guó)化學(xué)工業(yè)在快速發(fā)展過(guò)程中，長(zhǎng)期積累的矛盾和問(wèn)題已經(jīng)日益凸現(xiàn)：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理，產(chǎn)業(yè)布局比較分散，集約發(fā)展程度偏低，自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，資源環(huán)境約束加大。2008年下半年以來(lái)受國(guó)際金融危機(jī)影響，石油和化工產(chǎn)業(yè)受到嚴(yán)重沖擊，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)萎縮，價(jià)格大幅下跌，企業(yè)庫(kù)存增加，生產(chǎn)持續(xù)下降，行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益下滑，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)困難。當(dāng)前，我國(guó)仍然處在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加快發(fā)展的重要階段，石油和化工產(chǎn)品消費(fèi)仍處于快速增長(zhǎng)期。成品油、化肥、農(nóng)藥、合成材料等主要產(chǎn)品的剛性需求將長(zhǎng)期存在，高端石化產(chǎn)品市場(chǎng)潛力巨大，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各相關(guān)部門(mén)的振興為石化產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。石化行業(yè)的決策者必須抓住機(jī)遇，有效解決行業(yè)發(fā)展中存在的深層次問(wèn)題，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐。因此宏觀經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的結(jié)果是絕對(duì)不可忽視的，特別是國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整期后，投資者的決策應(yīng)當(dāng)更加謹(jǐn)慎，更加注重科學(xué)分析的結(jié)果。

2技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)工作的要求和程序

技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)工作首先要求客觀性。在評(píng)價(jià)工作中要求每一位參加項(xiàng)目評(píng)價(jià)人員應(yīng)對(duì)項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，講究實(shí)事求是的工作作風(fēng)，認(rèn)真作好調(diào)查研究，在評(píng)價(jià)中不能主觀地看問(wèn)題，在工作中不能帶個(gè)人偏見(jiàn)和本部門(mén)本地區(qū)的觀點(diǎn)，對(duì)于疑難或有爭(zhēng)議的問(wèn)題不宜匆忙下結(jié)論，而應(yīng)多問(wèn)幾個(gè)為什么，要帶著問(wèn)題開(kāi)始調(diào)查，直至問(wèn)題得以澄清。其次要求科學(xué)性。項(xiàng)目評(píng)估人員在工作中要采用科學(xué)的評(píng)估方法和規(guī)定的計(jì)算公式，來(lái)測(cè)算項(xiàng)目的財(cái)務(wù)效益、國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益及其它內(nèi)容，保證評(píng)估結(jié)論準(zhǔn)確可靠。不能用落后的陳舊的方法去推算項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。三是要求公正性。項(xiàng)目評(píng)估工作要求評(píng)估人員站在國(guó)家和全局的立場(chǎng)上，從國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面來(lái)考慮項(xiàng)目的必要性、可靠性和合理性，從而正確地決定項(xiàng)目取舍。四是要求嚴(yán)肅性。項(xiàng)目評(píng)估的目的在于確認(rèn)一個(gè)項(xiàng)目是否可以接受，為計(jì)劃決策提供依據(jù)，分析工作必須實(shí)事求是，對(duì)不同意見(jiàn)觀點(diǎn)論據(jù)要能兼收并蓄，綜合權(quán)衡仔細(xì)分析，盲目自信模棱兩可的態(tài)度和方法都會(huì)有損項(xiàng)目評(píng)估工作的嚴(yán)肅性，有損計(jì)劃決策的嚴(yán)肅性。

化工建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的程序：一是確定目標(biāo)，包括社會(huì)目標(biāo)和具體目標(biāo)兩部分，前者是從整個(gè)社會(huì)來(lái)考慮的，后者則是部門(mén)地區(qū)或企業(yè)所要達(dá)到的，該目標(biāo)應(yīng)該符合社會(huì)總目標(biāo)。二是調(diào)查研究搜集資料，這是投資項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)，只有通過(guò)深入的調(diào)查研究，才能了解實(shí)際情況，搜集到所需要的各種基本資料和原始數(shù)據(jù)，并檢驗(yàn)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法及結(jié)論的準(zhǔn)確性，實(shí)際上在以后的工作程序中有時(shí)還要反復(fù)或補(bǔ)充做調(diào)查研究，搜集資料工作。三是預(yù)測(cè)備選方案的現(xiàn)金流量，確定有關(guān)的參數(shù)值，方案壽命期內(nèi)的現(xiàn)金流量及有關(guān)參數(shù)值是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)工作，方案壽命期內(nèi)的現(xiàn)金流量由總投資年現(xiàn)金收入、年現(xiàn)金支出、固定資產(chǎn)殘值壽命期等組成，預(yù)測(cè)時(shí)除采用一般預(yù)測(cè)方法外，還可使用一些經(jīng)驗(yàn)方法，計(jì)算投資經(jīng)濟(jì)效益還必須事先確定一些參數(shù)值，包括社會(huì)貼現(xiàn)率、影子匯率、利率稅率、最低期望盈利率等。四是計(jì)算方案的經(jīng)濟(jì)效益，一般先計(jì)算項(xiàng)目的財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)效益，然后再計(jì)算國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算方案的經(jīng)濟(jì)效益可根據(jù)實(shí)際需要選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，常用的有凈現(xiàn)值內(nèi)部收益率投資等。經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算還要求區(qū)別不同條件或情況，例如是在確定性條件下還是在風(fēng)險(xiǎn)與不確定條件下進(jìn)行計(jì)算，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益是計(jì)算交納所得稅前還是稅后的經(jīng)濟(jì)效益，是按不變價(jià)還是實(shí)際價(jià)計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益等等，具體的選擇應(yīng)由評(píng)價(jià)者和決策者視需要而定，一般應(yīng)盡可能以風(fēng)險(xiǎn)與不確定為前提條件，按實(shí)際價(jià)格計(jì)算稅后經(jīng)濟(jì)效益。五是綜合評(píng)價(jià)，根據(jù)計(jì)算的備選方案經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合非經(jīng)濟(jì)效益對(duì)每個(gè)可行方案進(jìn)行全面的比較和綜合評(píng)價(jià)。由決策者根據(jù)投資目標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果選出技術(shù)上先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)上合理有效的最優(yōu)方案。事實(shí)上評(píng)價(jià)步驟都是在投資之前進(jìn)行的，屬事前評(píng)價(jià)，而投資項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果與事前評(píng)價(jià)不會(huì)完全一致，為了使人們進(jìn)一步掌握項(xiàng)目投資過(guò)程中事物的變化規(guī)律，有必要在投資項(xiàng)目壽命期滿退出使用時(shí)進(jìn)行事后評(píng)價(jià)，并與事前評(píng)價(jià)進(jìn)行分析對(duì)比。

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的基本建設(shè)程序和管理體制已逐步走上了良性發(fā)展的軌道，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目的各個(gè)階段情況的具體分析，不同階段的工作成績(jī)的優(yōu)劣對(duì)建設(shè)投資的影響程度是不同的。一般情況下。初步設(shè)計(jì)階段影響投資的可能性為75-95%，技術(shù)設(shè)計(jì)階段影響投資的可能性為35-75%，在施工圖設(shè)計(jì)階段影響投資的可能性為10-35%，而施工開(kāi)始通過(guò)技術(shù)組織措施節(jié)約工程造價(jià)的可能性只有5-10%，顯然前期建設(shè)工作對(duì)于降低總概算費(fèi)用起著決定性作用。了解和掌握技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)在環(huán)境工程中應(yīng)用的重要性，具體體現(xiàn)在：進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇合理的路線走向，在方案確定和設(shè)計(jì)中對(duì)污染物處理工藝進(jìn)行方案篩選，推薦技術(shù)先進(jìn)、投資經(jīng)濟(jì)的工藝。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選擇重要構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)形式，研究工程設(shè)計(jì)中技術(shù)進(jìn)步的經(jīng)濟(jì)效益，在設(shè)計(jì)工作中開(kāi)展技術(shù)進(jìn)步活動(dòng)的最終目的是提高經(jīng)濟(jì)效益，包括采用新工藝，可縮短生產(chǎn)周期降低能耗和資源消耗，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)經(jīng)濟(jì)效益不大的技術(shù)建議不宜在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用，有些技術(shù)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的近期效益不明顯而遠(yuǎn)期效益較高的可在對(duì)投入與產(chǎn)出做出評(píng)價(jià)后進(jìn)行取舍，有些技術(shù)近期投資較大遠(yuǎn)期效益有但不是很高的，需做全面分析，看能否分期投資。有些技術(shù)在工藝上有較大的改進(jìn)，可節(jié)省經(jīng)常性的運(yùn)行費(fèi)用，但在建筑結(jié)構(gòu)方面卻增加難度和投資，則建議需作進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)核算后再確定。

篇5

【關(guān)鍵詞】抑制劑；酶動(dòng)力學(xué)；微課；教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)教學(xué)對(duì)象和教學(xué)目標(biāo)，解決教什么、怎樣教的問(wèn)題，以教學(xué)效果最優(yōu)化為最終目的。“微課”是指以視頻為主要載體，記錄教師在課堂內(nèi)外教育教學(xué)過(guò)程中圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)（重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)）或教學(xué)環(huán)節(jié)而開(kāi)展的精彩教與學(xué)活動(dòng)全過(guò)程。是將來(lái)比較熱門(mén)的教學(xué)模式，其主要特點(diǎn)就是教學(xué)時(shí)間短、內(nèi)容小、促進(jìn)教師的專業(yè)成長(zhǎng)，提高學(xué)生學(xué)業(yè)水平。本次微課教學(xué)選擇《生物化學(xué)》課程酶學(xué)中的一個(gè)重要問(wèn)題，利用18分鐘左右的時(shí)間將其順利完成，力爭(zhēng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

1教學(xué)目標(biāo)

1.1 使學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確理解和掌握酶抑制劑的概念和分類，不同抑制劑會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)參數(shù)怎樣的改變，原因是什么。

1.2 使學(xué)習(xí)者提高學(xué)習(xí)知識(shí)的技能，例如在分析三種可逆抑制劑對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響時(shí)怎樣用自己的語(yǔ)言來(lái)描述。

1.3 使學(xué)習(xí)者掌握研究問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法，微課中講到的磺胺類藥物的作用機(jī)理就是實(shí)際運(yùn)行理論來(lái)分析問(wèn)題的典型案例。

1.4 為后續(xù)酶工程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2重點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1 重點(diǎn)：認(rèn)真分析概念、分類等途徑使學(xué)生理解和掌握抑制劑與變性劑等概念的區(qū)別，動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化。

2.2 難點(diǎn)：怎樣從根據(jù)米氏方程中參數(shù)Vmax及Km的物理意義進(jìn)一步分析其變化本質(zhì)。

3學(xué)情分析

《生物化學(xué)》課程作為輕化工程、化學(xué)工程與工藝專業(yè)課程在目前具有重要的意義，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)本專業(yè)發(fā)展及應(yīng)用有較大的幫助。根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃，在教學(xué)過(guò)程中針對(duì)具體專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生實(shí)際情況確立教學(xué)目標(biāo)，重點(diǎn)選擇相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行講解，為其所用，因此具有很強(qiáng)的針對(duì)性；教師具有近10年的生物化學(xué)一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；學(xué)生前期已學(xué)有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)及分析化學(xué)等基礎(chǔ)課程；教材選用高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程》（第4版）張麗萍，楊建雄主編（高教出版社，2009）。

4指導(dǎo)思想

通過(guò)前期各位專家在網(wǎng)絡(luò)會(huì)議上的講解、我校教務(wù)處多次會(huì)議的分析及參加兩個(gè)微課群的討論，構(gòu)建起我對(duì)微課的初步認(rèn)識(shí)，形成自己的一些看法，并將這些看法融入到我的教學(xué)行為中，成為教學(xué)設(shè)計(jì)、制作微課錄像的指導(dǎo)思想。首先，微課教學(xué)要圍繞著一個(gè)自成體系的小問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)，因而不能像課堂教學(xué)哪有可以講幾個(gè)問(wèn)題。我選擇“抑制劑對(duì)酶動(dòng)力學(xué)影響”正是基于以上考慮。其次，微課做出來(lái)是給那些需要了解或?qū)W習(xí)這方面知識(shí)的受眾看，因而這個(gè)知識(shí)一定要具備整體性和獨(dú)立性。如果像課堂教學(xué)（具有很強(qiáng)的連貫性）那樣，先來(lái)一個(gè)“上節(jié)回顧”之類的前奏，應(yīng)該不太合適。因?yàn)橛^看者并不知道上次講解的內(nèi)容，或者說(shuō)他無(wú)需知道，因?yàn)樗P(guān)心的是現(xiàn)在的內(nèi)容。如果他想學(xué)習(xí)“上節(jié)回顧”中的知識(shí)，他可以去看這方面的微課。再次，微課授課的過(guò)程是講授者面向網(wǎng)絡(luò)中的觀看者來(lái)講解的，我在講，他（們）在看，因此，在錄制時(shí)可以想象他（們）就在我的面前，所以在稱呼上就要與課堂教學(xué)不同了。否則，如果張嘴就是“同學(xué)們”，“大家好”，“你們”，是否會(huì)讓觀看者很不舒服？最后我認(rèn)為微課不等于課堂教學(xué)的縮小版，受眾也不是旁觀者，如果將微課錄制成了一種課堂教學(xué)的模式，那就變成了網(wǎng)上的受眾在一旁看你是怎樣教課的，看你與現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生是怎樣互動(dòng)的，儼然成為一個(gè)看客、旁觀者，這是不合適的。基于上述的感性認(rèn)識(shí)，作為我進(jìn)行微課教學(xué)設(shè)計(jì)和錄制的“指導(dǎo)思想”。

5 教學(xué)方式與方法

5.1 問(wèn)題探究法：在講解抑制劑對(duì)酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)影響時(shí)，先提出3個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)習(xí)者帶著問(wèn)題去看視頻，從而更有針對(duì)性和目的性，在觀看時(shí)不局限于被動(dòng)接受信息，而是主動(dòng)分析、處理信息。在講解抑制劑概念時(shí)對(duì)其特點(diǎn)的分析就是為后面抑制劑分類奠定了重要的基礎(chǔ)。

5.2比較教學(xué)法：課程中可逆抑制和不可逆抑制的概念；競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的概念全部進(jìn)行比較（對(duì)比）式教學(xué)，使學(xué)習(xí)者進(jìn)行比較學(xué)習(xí)和掌握，理解和記憶都得到提高，起到很好的教學(xué)效果。

5.3 啟發(fā)式教學(xué)：知識(shí)的學(xué)習(xí)絕不是灌輸，而是思考后的結(jié)果，因此在講課時(shí)不斷創(chuàng)設(shè)一些思考點(diǎn)，讓學(xué)習(xí)者在不知不覺(jué)中跟著老師的思路，不僅使學(xué)習(xí)者不感到疲勞，關(guān)鍵是形成自己的知識(shí)。

5.4 案列分析法：知識(shí)來(lái)源于生活、高于生活，所有知識(shí)的學(xué)習(xí)目的也要運(yùn)用于生活，在講課過(guò)程中，充分運(yùn)用磺胺類藥物的抗菌機(jī)理，進(jìn)行深入分析，講透其本質(zhì)，完美的解釋了競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑的作用，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其他方面相關(guān)知識(shí)進(jìn)行分析和解釋，避免膚淺認(rèn)識(shí)。

6 教學(xué)過(guò)程安排

7 作業(yè)與考核

（1）競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑使酶促反應(yīng)的km增大 而Vmax 不變 。

（2）磺胺類藥物能抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，因?yàn)樗?對(duì)氨基苯甲酸 結(jié)構(gòu)類似物，能 競(jìng)爭(zhēng) 性地抑制 二氫葉酸合成酶活性。

（3）酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑具有下列哪種動(dòng)力學(xué)效應(yīng)：（ A ）

A、Vm不變，Km增大 B、Vm不變，Km減小

C、Vm增大，Km不變 D、Vm減小，Km不變

（4）關(guān)于酶的抑制劑的敘述正確的是：（ C ）

A、酶的抑制劑中一部分是酶的變性劑 B、酶的抑制劑只與活性中心上的基團(tuán)結(jié)合 C、酶的抑制劑均能使酶促反應(yīng)速度下降 D、酶的抑制劑一般是大分子物質(zhì)

（5）丙二酸對(duì)于琥珀酸脫氫酶的影響屬于（ C ）。

A 反饋抑制 B 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制 C 競(jìng)爭(zhēng)性抑制 D 底物抑制

（6）inhibition（抑制作用）酶的必須基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的改變，引起酶活力降低或喪失。但酶未變性。

（7）irreversible inhibition（不可逆抑制作用）抑制劑與酶的必須基團(tuán)以共價(jià)鍵結(jié)合而引起酶活性的喪失，不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活。

（8）reversible inhibition（可逆抑制作用））抑制劑與酶的必須基團(tuán)以非共價(jià)鍵結(jié)合而引起酶活性的喪失，能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活。

（9）competitive inhibition（競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用）抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的結(jié)合部位，從而影響了底物與酶的正常結(jié)合。

（10）noncompetitive inhibition（非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用）底物和抑制劑同時(shí)與酶結(jié)合，兩者沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)作用。抑制劑和底物可以同時(shí)結(jié)合在酶分子的不同部位上，形成ESI三元復(fù)合物。但是，中間產(chǎn)物ESI三元復(fù)合物不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，酶活力降低。

（11）uncompetitive inhibition（反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用） 酶只有與底物結(jié)合后，才能與抑制劑結(jié)合。與抑制劑結(jié)合后的三元復(fù)合物不能形成產(chǎn)物。

8 設(shè)計(jì)說(shuō)明

8.1 微課設(shè)計(jì)與講授貫徹微課“短小精悍”的特點(diǎn)，緊緊圍繞著一個(gè)知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)，力圖將這個(gè)酶學(xué)中比較重要、比較難學(xué)的知識(shí)點(diǎn)講清楚、講透徹，目的性強(qiáng)；

8.2 微課內(nèi)容比較難，有些地方比較抽象，如何將抽象的知識(shí)變得生動(dòng)有趣，就是本次微課的最大挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)比教學(xué)、圖片結(jié)合、肢體動(dòng)作、通俗化的語(yǔ)言比較好的淡化了抽象的概念，變得具體、形象、生動(dòng)，盡量做到由淺入深、深入淺出，這是本次微課的最大特色；

8.3 微課秉承“以學(xué)習(xí)者為主體”的原則，整堂課問(wèn)題、玄機(jī)不斷，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的思維，使其在不知不覺(jué)中完成了知識(shí)的學(xué)習(xí)，既掌握了知識(shí)，也運(yùn)用了知識(shí)，會(huì)有很大的成就感，并且，由于在整個(gè)過(guò)程中重視學(xué)習(xí)者的主體地位，使學(xué)習(xí)者有一種受尊敬被重視的感覺(jué)。

9 教學(xué)評(píng)價(jià)

9.1 自我評(píng)價(jià)：教學(xué)思想先進(jìn)，符合時(shí)代要求；課程內(nèi)容安排合理，條理性強(qiáng)，符合認(rèn)知規(guī)律；信息量大；教學(xué)內(nèi)容理論聯(lián)系實(shí)際，注重學(xué)生綜合素質(zhì)和能力培養(yǎng)。因材施教，方法靈活；課程講授能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生積極思維和調(diào)動(dòng)學(xué)生潛在的能力，給學(xué)生以深刻的創(chuàng)新熏陶；積極開(kāi)展教學(xué)法研究與應(yīng)用，科學(xué)、合理、有效使用現(xiàn)代教育技術(shù)，效果好；注重引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；

9.2 同行專家評(píng)價(jià)：多次進(jìn)行過(guò)公開(kāi)課，專家評(píng)價(jià)良好。（見(jiàn)公開(kāi)課評(píng)價(jià)）；

9.3 學(xué)校評(píng)價(jià)：近五年獲得較多學(xué)校教學(xué)方面的榮譽(yù)。（省現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)優(yōu)秀獎(jiǎng)、校教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)、教壇新秀、教學(xué)十佳等）；

9.4 學(xué)生評(píng)價(jià)：近五年學(xué)評(píng)教為A（見(jiàn)學(xué)校教務(wù)處評(píng)價(jià)系統(tǒng)）。

10 教學(xué)反思

10.1 語(yǔ)言不夠嚴(yán)謹(jǐn)、精煉，缺乏活力，在錄播時(shí)緊張，個(gè)人平時(shí)教學(xué)特色不能充分發(fā)揮；

10.2由于個(gè)人對(duì)錄播設(shè)備及后期制作知識(shí)了解不多，所以對(duì)做出微課視頻效果不滿意，還需自己努力。

作者簡(jiǎn)介

朱長(zhǎng)俊（1973―），男，安徽鳳陽(yáng)縣，漢族，碩士，副教授，研究方向：生物學(xué)；

篇6

關(guān)鍵詞 單元操作;實(shí)驗(yàn);教學(xué)平臺(tái)

中圖分類號(hào):G482 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-489X(2010)18-0108-03

Research on Experiment Platform Construction of Process Engineering//Liu Changhai, Deng Kaiye, Liu Xiaoyan

Abstract On the basis of the characteristics of popular process and the realization of college education purposes such as integrated stuff, practice ability and creativity, it was proposed and discussed that involves the functions, experiments contents, teaching methods, laboratory construction, plan layout and management of process engineering laboratory. Then, it was assumed that the high level unit operation laboratory would be built as a common practice teaching platform used by the whole college, but its necessity and advantages were also discussed in the paper.

Key words unit operation; experiment; teaching platform

Author’s address Zhongkai University of Agrotechnical, Guangzhou, China 510225

過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)以研究制造業(yè)共有的單元操作過(guò)程與設(shè)備為特點(diǎn),在不同的學(xué)校有不同的稱謂,如化工原理實(shí)驗(yàn)、食品工程原理實(shí)驗(yàn),環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)等。仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)食品科學(xué)與工程專業(yè)的食品工程原理實(shí)驗(yàn)、生物化工與生物工程等專業(yè)的化工原理實(shí)驗(yàn)、機(jī)電工程學(xué)院熱能與動(dòng)力工程專業(yè)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)及傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境工程專業(yè)的環(huán)境工程原理實(shí)驗(yàn)等課程實(shí)驗(yàn),是一個(gè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)。隨著高等教育大眾化的進(jìn)展及教育改革的不斷深入,辦學(xué)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大,新的專業(yè)不斷增加,目前的實(shí)驗(yàn)室在規(guī)模以及設(shè)備狀況等方面已經(jīng)不能滿足教學(xué)的需要,建設(shè)高水平以單元操作為特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)成為學(xué)校基本建設(shè)的重要任務(wù)。本文將根據(jù)21世紀(jì)人才需求特點(diǎn),結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況,探討過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)問(wèn)題,為高等院校過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)提供參考。

1 過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室的功能

近年來(lái),高等教育的觀念和培養(yǎng)目標(biāo)發(fā)生很大的變化,主要表現(xiàn):以專業(yè)為主的技術(shù)教育轉(zhuǎn)向以學(xué)科為主的綜合教育;教育目標(biāo)從單純業(yè)務(wù)教育培養(yǎng)“專”才,向綜合素質(zhì)教育培養(yǎng)通才轉(zhuǎn)變;在教學(xué)內(nèi)容方面從以講授當(dāng)代水平為主轉(zhuǎn)為講授當(dāng)代水平與啟發(fā)未來(lái)創(chuàng)造并重;畢業(yè)生的素質(zhì)從過(guò)去只適合本專業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴粌H能適應(yīng)本專業(yè),而且可以適應(yīng)不斷變化的專業(yè)與技術(shù)。隨著高等教育的大眾化和教育觀念的轉(zhuǎn)變,社會(huì)對(duì)高等教育培養(yǎng)學(xué)生規(guī)格的要求與過(guò)去也不同。進(jìn)入21世紀(jì),教育更加重視學(xué)生全面素質(zhì)的提高及適應(yīng)能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng),在教學(xué)內(nèi)容上寬基礎(chǔ)、重實(shí)踐成為主流方向[1-3]。

過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室是工科類學(xué)生重要的實(shí)踐教學(xué)基地之一,功能上應(yīng)該把過(guò)去單一驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室逐漸建設(shè)成集驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及過(guò)程研究與開(kāi)發(fā)為一體的綜合型實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。通過(guò)開(kāi)展設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰酮?dú)立工作能力,增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段上通過(guò)引進(jìn)電子教案和計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等現(xiàn)代教學(xué)手段,加大教學(xué)信息量,在多方面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,提高教學(xué)質(zhì)量[4-5]。

綜上所述,過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的功能定位應(yīng)該是多功能實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)應(yīng)能適應(yīng)多種專業(yè)方向本科學(xué)生進(jìn)行流體力學(xué)、傳熱學(xué)、傳遞工程等方面的驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn);并具有一定的化工過(guò)程、食品加工過(guò)程、生物轉(zhuǎn)化過(guò)程、環(huán)境治理過(guò)程等方面的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化能力及產(chǎn)品分離純化的能力。近年來(lái),學(xué)校新開(kāi)辦生物化工、生物工程、環(huán)境工程等新專業(yè),及時(shí)建設(shè)多功能單元操作實(shí)驗(yàn)平臺(tái),不但可以提高教學(xué)質(zhì)量,而且有利于學(xué)科間相互滲透與學(xué)科互補(bǔ),避免重復(fù)建設(shè),提高實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備的利用率。

把過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成多專業(yè)公用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),是因?yàn)閱卧僮鳛樘攸c(diǎn)的課程(盡管名稱有區(qū)別)是多種專業(yè)都開(kāi)設(shè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程,課程研究各單元操作過(guò)程及設(shè)備原理與操作,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富。這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念,提高學(xué)生分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題能力具有重要的作用。國(guó)內(nèi)很多高校都把過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室作為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè),并獲得很好的教學(xué)效果[5-6]。

2 過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室功能和建立良好教學(xué)秩序的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容,首先是根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況分析確定實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,然后根據(jù)學(xué)生的數(shù)量與教學(xué)計(jì)劃確定實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的臺(tái)套數(shù)與實(shí)驗(yàn)室的面積,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室平面布置設(shè)計(jì)。下面介紹過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和建設(shè)的基本要求。

1)完善基本實(shí)驗(yàn),使其開(kāi)出率達(dá)100%。演示實(shí)驗(yàn)基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括:流體流型的觀測(cè)與測(cè)定;流體機(jī)械能的轉(zhuǎn)換;干燥設(shè)備;塔設(shè)備及附件;管件、閥門(mén)、支座、法蘭等。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括:流體流動(dòng)阻力測(cè)定;離心泵特性曲線的測(cè)定;傳熱實(shí)驗(yàn);過(guò)濾實(shí)驗(yàn);板式精餾塔實(shí)驗(yàn);填料吸收塔實(shí)驗(yàn);干燥速率曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn);壓力表、流量計(jì)及熱電偶的校驗(yàn);顯示儀表的校驗(yàn);電動(dòng)溫度變送器、控制器性能測(cè)試及調(diào)校。

按照本科教學(xué)評(píng)估優(yōu)秀水平的標(biāo)準(zhǔn)和化工原理課程指導(dǎo)委員會(huì)的要求,化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為每4人一組共用一套裝置。可以考慮將所有的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)建設(shè)為8套,單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)一次可以接納1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)班進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2)在通用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)備上配套測(cè)試儀器設(shè)備,以適應(yīng)現(xiàn)代化工、食品工程、生物工程、環(huán)境工程等專業(yè)人才培養(yǎng)需要。

3)實(shí)驗(yàn)室具備開(kāi)設(shè)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的基本條件。綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以考慮:離心泵的計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集與控制;計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集與控制板式精餾塔實(shí)驗(yàn)等。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括:膜分離實(shí)驗(yàn);離子交換與脫色;蒸發(fā)與結(jié)晶聯(lián)合實(shí)驗(yàn);化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝與性能測(cè)試;噴霧干燥與產(chǎn)品回收實(shí)驗(yàn);反應(yīng)―分離集成中試實(shí)驗(yàn)集與控制;全數(shù)字化板式精餾塔實(shí)驗(yàn)裝置安裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)(含氣相色譜儀及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng))。

把綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn),指派責(zé)任心強(qiáng)的教師管理;對(duì)各相關(guān)專業(yè)的本科生、碩士研究生實(shí)行預(yù)約開(kāi)放。

3 過(guò)程工程原理實(shí)驗(yàn)室的布局

過(guò)程工程原理實(shí)驗(yàn)室的合理布置,對(duì)于有效利用資金,提高建筑面積的利用率和土地利用率都是十分重要的,同時(shí)也是組織有序教學(xué)工作的基礎(chǔ)。平面布置不合理不但占據(jù)大量無(wú)效面積,而且會(huì)給組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)很多不便。目前我國(guó)各院校的單元操作實(shí)驗(yàn)室的布置基本上是按單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)置的,這樣的實(shí)驗(yàn)室每項(xiàng)單元操作實(shí)驗(yàn)需要一個(gè)獨(dú)立的空間,加上實(shí)驗(yàn)的設(shè)備較其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)設(shè)備體積大,占地面積較大。建設(shè)一個(gè)功能齊全的實(shí)驗(yàn)室至少需要2 500平方米,通常需要較大的投入。若各專業(yè)都建設(shè)相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室,資金投入分散,不但會(huì)造成大量的重復(fù)建設(shè),水平也難以提高。

參考現(xiàn)代建筑的特點(diǎn),結(jié)合專業(yè)結(jié)構(gòu)以及過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)的實(shí)際特點(diǎn),可以把驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)分成3個(gè)大類,即流體力學(xué)基礎(chǔ)及流體輸送相關(guān)實(shí)驗(yàn);傳熱學(xué)基礎(chǔ)及蒸發(fā)、結(jié)晶類單元實(shí)驗(yàn);傳遞過(guò)程相關(guān)實(shí)驗(yàn),如精餾、吸收、萃取、干燥等。3類實(shí)驗(yàn)室相對(duì)獨(dú)立,每個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)式,實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)成移動(dòng)式,需要進(jìn)行哪個(gè)實(shí)驗(yàn)就把相應(yīng)的設(shè)備移上平臺(tái),其余暫時(shí)不用的設(shè)備相對(duì)集中放置。采用這樣的設(shè)計(jì)完成相同實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)室面積至少可以減少一半,省出來(lái)的建筑面積足以用來(lái)建設(shè)設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)及清潔生產(chǎn)過(guò)程開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室。這樣的實(shí)驗(yàn)室不但可以供本科生教學(xué)用,研究生實(shí)驗(yàn)也可以使用。

4 過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室及實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)

把過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成相對(duì)獨(dú)立的工程實(shí)驗(yàn)中心,可以強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室管理和設(shè)備管理,使其成為多專業(yè)共用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室除了安排本科生正常教學(xué)實(shí)驗(yàn)外,其他時(shí)間對(duì)全校師生開(kāi)放,通過(guò)預(yù)約有效安排時(shí)間,最大效率利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備,使實(shí)驗(yàn)室成為開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)造潛力,提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力,集教學(xué)與技術(shù)開(kāi)發(fā)于一體的教學(xué)基地。單元操作實(shí)驗(yàn)可以單獨(dú)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課,列入教學(xué)計(jì)劃。教師通過(guò)講述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、單元操作規(guī)程和組織實(shí)驗(yàn)等系列教學(xué)活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點(diǎn),提高學(xué)生分析解決工程問(wèn)題的能力,增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

根據(jù)本科學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)要求,為了保證教學(xué)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)高校優(yōu)質(zhì)教學(xué)管理,可以考慮如下安排。

1)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的確定。學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題,涉及許多方面,但教師的作用是非常重要的[6]。教學(xué)問(wèn)題,首先是教師問(wèn)題,良師出高徒。應(yīng)選擇責(zé)任心強(qiáng),具有較高理論水平、豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師擔(dān)任實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師。根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況,建議每個(gè)實(shí)驗(yàn)安排2名指導(dǎo)教師,其中1名是青年教師。2名教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)有利于新老教師優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ),保證實(shí)驗(yàn)效果,同時(shí)有利于青年教師的快速成長(zhǎng)。

2)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)生小組的規(guī)模。實(shí)驗(yàn)小組人數(shù)減少,學(xué)生可以獲得更多動(dòng)手操作的機(jī)會(huì),有利于學(xué)生操作能力的提高。工程設(shè)備的實(shí)際操作通常是由一組人共同完成的,所以幾個(gè)人共同承擔(dān)實(shí)驗(yàn)工作,相互配合完成預(yù)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù),可以培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。因此,實(shí)驗(yàn)小組人數(shù)確定為4人。這個(gè)分組方案與教育部本科教學(xué)水平評(píng)估方案中優(yōu)秀水平的標(biāo)準(zhǔn)及化工原理課程指導(dǎo)委員會(huì)的要求是一致的。

3)設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的安排。盡量多安排一些設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,通過(guò)開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn),擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面,啟發(fā)創(chuàng)新思維,培養(yǎng)創(chuàng)新能力。通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,保證學(xué)有余力的學(xué)生獲得更多實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。

如:通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備管道安裝與組合,可以使學(xué)生了解更多化工單元操作的實(shí)際操作知識(shí),縮短學(xué)生畢業(yè)后對(duì)新工作的適應(yīng)期;在膜分離實(shí)驗(yàn)中,針對(duì)不同的專業(yè)學(xué)生提出不同的處理體系和分離要求,而具體的工藝流程參數(shù)、操作方案、測(cè)試方法等則可根據(jù)實(shí)際物系,由學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料擬定,教師審查通過(guò)后再實(shí)施;在反應(yīng)―分離集成中試實(shí)驗(yàn)中,對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求是得到某種產(chǎn)品,具體的反應(yīng)條件、后續(xù)的分離純化、產(chǎn)品成形、質(zhì)量檢測(cè)等一系列的工藝流程方案均由學(xué)生自行設(shè)計(jì),這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程能給學(xué)生完全工程化的鍛煉,使學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題能力得到極大的提高。

4)采用先進(jìn)的教學(xué)手段。由于化工單元操作種類及設(shè)備類型較多,新的設(shè)備不斷涌現(xiàn),學(xué)校不可能把所有的設(shè)備搬入校園。因此,采用如投影、幻燈、錄像、計(jì)算機(jī)仿真等現(xiàn)代教學(xué)手段,增大教學(xué)信息量,使學(xué)生了解更多當(dāng)代單元操作過(guò)程與設(shè)備知識(shí),加深對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解是必要的。過(guò)程工程綜合實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配備較先進(jìn)的現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備,實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)充分利用先進(jìn)的教學(xué)手段擴(kuò)大信息量,提高教學(xué)質(zhì)量。

5)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)應(yīng)該根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量來(lái)決定。注重考查學(xué)生出勤情況和預(yù)習(xí)情況、動(dòng)手操作情況、數(shù)據(jù)處理的方法與準(zhǔn)確情況、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力、有無(wú)創(chuàng)新思維等。教師要及時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改與實(shí)驗(yàn)情況總結(jié),及時(shí)解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題,鼓勵(lì)學(xué)生采用創(chuàng)新方法,把學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解引向深入。

6)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放與管理系統(tǒng)。過(guò)程工程類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成相對(duì)獨(dú)立教學(xué)單位,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多成功的經(jīng)驗(yàn)。如清華大學(xué)、北京化工大學(xué)的化工原理實(shí)驗(yàn)室是相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)單位,是學(xué)校的一級(jí)實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室有穩(wěn)定的教師隊(duì)伍,由二級(jí)學(xué)院管理。天津大學(xué)的化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心、鄭州輕工業(yè)學(xué)院的化學(xué)與化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心管理方式也可以參考。上海大學(xué)的化工實(shí)驗(yàn)中心包括化工原理實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)室和化工仿真實(shí)踐基地等,可以滿足多專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課與專業(yè)課的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)。北京化工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室改革的經(jīng)驗(yàn)表明,學(xué)校的過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室在管理上相對(duì)獨(dú)立有利于發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用,有利于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的管理。在實(shí)驗(yàn)室建立實(shí)驗(yàn)操作監(jiān)控系統(tǒng),是實(shí)驗(yàn)室全面開(kāi)放的基礎(chǔ)建設(shè)之一。單元操作實(shí)驗(yàn)課程獨(dú)立開(kāi)課,建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)多媒體教室和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室等一系列實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與改革,有利于學(xué)生動(dòng)手能力的提高,加深對(duì)化工單元操作過(guò)程的認(rèn)識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的目標(biāo)是把實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成多學(xué)科教學(xué)需要的、可以為多專業(yè)共用的實(shí)踐教學(xué)基地,建設(shè)成培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力,提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力,強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

建設(shè)高水平過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室是大學(xué)擴(kuò)大招生后很多學(xué)校急需解決的辦學(xué)條件問(wèn)題。為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量,充分發(fā)揮過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室的作用,對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行準(zhǔn)確的功能定位,合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)是必要的。新建設(shè)的過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)學(xué)校教學(xué)的具體情況安排設(shè)備的數(shù)量和實(shí)驗(yàn)室面積,根據(jù)當(dāng)前社會(huì)對(duì)各種專業(yè)人才的要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過(guò)配備現(xiàn)代教學(xué)手段,擴(kuò)大信息量。通過(guò)多樣化的實(shí)驗(yàn)裝置、開(kāi)放式的教學(xué)過(guò)程、分層次的教學(xué)模式以及動(dòng)態(tài)化、綜合式的成績(jī)?cè)u(píng)定方式,強(qiáng)化學(xué)生的主體作用、教師的主導(dǎo)作用。整體教育與個(gè)性化教育相互配合,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性,強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

把過(guò)程工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成多專業(yè)共用的高水平實(shí)驗(yàn)平臺(tái),可以避免各專業(yè)的重復(fù)建設(shè),節(jié)約資金;有利于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的管理;也有利于集中高水平教師,提高教學(xué)質(zhì)量;方便實(shí)驗(yàn)教師間的交流與提高,從而把我國(guó)高等教育實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量提高到一個(gè)新的水平。

參考文獻(xiàn)

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篇7

20世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)雖然經(jīng)歷了多次蕭條、景氣、危機(jī)、復(fù)蘇的反復(fù)，但是世界經(jīng)濟(jì)有了很大的發(fā)展。發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)繼續(xù)發(fā)展，許多新工業(yè)化國(guó)家和地區(qū)，特別是發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)呈持續(xù)快速發(fā)展勢(shì)頭。21世紀(jì)的世界經(jīng)濟(jì)，特別是未來(lái)的20—25年中世界經(jīng)濟(jì)仍將保持高速發(fā)展。

在未來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，人類將面臨有限的資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在今后25年內(nèi)，世界人口可能達(dá)到100億，需要滿足如此大量人口的食物和必要的物資。同時(shí)，需要供應(yīng)相應(yīng)能源、交通、住房、學(xué)校以及各種機(jī)器等需求。呈指數(shù)增長(zhǎng)的需求和有限的資源形成了尖銳的矛盾。

回顧20世紀(jì)的發(fā)展，特別是20世紀(jì)30年代以來(lái)，正是烴類經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史，主要資源來(lái)自于化石資源（煤、石油和天燃?xì)猓S多國(guó)家都認(rèn)為化石資源是保證能源和原材料供應(yīng)的基礎(chǔ)。從20年代以來(lái)的靠其提供經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，以至于達(dá)到今日的生活水準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生物基資源所占份額很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。盡管烴類對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)呈強(qiáng)勁勢(shì)頭，但是有限的資源令人擔(dān)憂，而各種化工產(chǎn)品帶來(lái)的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)重，因此可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球共識(shí)，并且已被廣泛接受和推行。

在可持續(xù)發(fā)展的施行中，要使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保持平衡，經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)、生活健康標(biāo)準(zhǔn)不斷提高、國(guó)家安全與穩(wěn)定，保證資源供應(yīng)具有重要的作用。因此，許多國(guó)家政府的產(chǎn)業(yè)界都呼吁開(kāi)發(fā)和利用可再生資源來(lái)補(bǔ)充和取代目前過(guò)于依賴的非再生并日益減少的化石燃料資源。

早在1996年，美國(guó)政府就組織有關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)、學(xué)術(shù)團(tuán)體、產(chǎn)業(yè)界和教育科研部門(mén)專家講座可再生資源開(kāi)發(fā)利用問(wèn)題，并于1998年后提出題為《2020植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源——通過(guò)可再生植物/農(nóng)作物資源利用加強(qiáng)美國(guó)經(jīng)濟(jì)安全性的設(shè)想》（以下簡(jiǎn)稱“設(shè)想”）。該設(shè)想公開(kāi)發(fā)表后，美國(guó)農(nóng)業(yè)部和能源部支持全國(guó)玉米種植者協(xié)會(huì)組織跨產(chǎn)業(yè)部門(mén)研究講座設(shè)想的實(shí)施問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間講座產(chǎn)業(yè)界、深信界和政府部門(mén)對(duì)設(shè)想目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、存在問(wèn)題和實(shí)施步驟取得共識(shí)，并提出了題為《實(shí)施植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源2020年設(shè)想的技術(shù)指南》（以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)指南”）。這兩份報(bào)告內(nèi)容詳實(shí)、焦點(diǎn)明確、邏輯性強(qiáng)、實(shí)施步驟清晰，許多觀點(diǎn)和技術(shù)課題及措施具有啟迪性。從該兩份報(bào)告中，不僅可以弄清可再生資源和內(nèi)涵、開(kāi)發(fā)利用的必要性和可能性，而且對(duì)如何開(kāi)展和促進(jìn)可再生資源的開(kāi)發(fā)利用提供了實(shí)施途徑。對(duì)目前可再生資源開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)技術(shù)狀況、存在的障礙和誤區(qū)也都作了明確的闡述。雖然兩份報(bào)告都是針對(duì)美國(guó)情況提出的，但是其科學(xué)性和前瞻性以及許多技術(shù)內(nèi)涵對(duì)我們?nèi)圆环梃b參考價(jià)值。

“設(shè)想”是有關(guān)于發(fā)展以植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的可再生資源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略，是由美國(guó)農(nóng)業(yè)、林業(yè)和化學(xué)工業(yè)部門(mén)（其中有各類美國(guó)公司企業(yè)）、非盈利組織、商貿(mào)協(xié)會(huì)和學(xué)術(shù)部門(mén)、各行各業(yè)的專家學(xué)者共63人經(jīng)過(guò)講座研究，首先提出對(duì)此新興產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的設(shè)想。

1996年12月美國(guó)全國(guó)玉米種植者協(xié)會(huì)組織戰(zhàn)略設(shè)想研討會(huì)，目的是草擬一個(gè)產(chǎn)業(yè)設(shè)想，使植物/農(nóng)作物為基礎(chǔ)的的可再生物質(zhì)可以作為當(dāng)前慣用的原料的補(bǔ)充來(lái)源以滿足人們對(duì)化學(xué)品、材料和其他產(chǎn)品不斷增長(zhǎng)的需要。

本“設(shè)想”廣泛地規(guī)劃了此產(chǎn)業(yè)如何從目前家庭式的產(chǎn)業(yè)走向全國(guó)規(guī)模的核心制造產(chǎn)業(yè)的道路。公開(kāi)此“設(shè)想”的目的是為了吸引更多讀者關(guān)注，出謀劃策，共同開(kāi)發(fā)，使其能成為現(xiàn)實(shí)的技術(shù)實(shí)施方案。

對(duì)于世界資源能否足夠支持當(dāng)前已經(jīng)發(fā)生的急劇經(jīng)濟(jì)膨脹，社會(huì)上歷來(lái)存在兩種不同觀點(diǎn)：一種是悲觀的認(rèn)為，世界資源難以滿足呈指數(shù)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。如果現(xiàn)有技術(shù)不能進(jìn)一步發(fā)展，而非再生資源又有限，這種悲觀看法確實(shí)是現(xiàn)實(shí)的評(píng)價(jià)；另一方面，當(dāng)前的技術(shù)正在突破，并有無(wú)限潛力，因此對(duì)未來(lái)產(chǎn)生樂(lè)觀看法。

歷史教育人們，只有通過(guò)協(xié)調(diào)提出明確設(shè)想，才能引導(dǎo)人們?nèi)ソ鉀Q關(guān)于未來(lái)發(fā)展的重大問(wèn)題。

過(guò)去一直談如何解決未來(lái)25年世界超過(guò)100億人口的食品問(wèn)題。獲得食物只是人類生存的一種需要，其他還有呈指數(shù)增長(zhǎng)的對(duì)能源、運(yùn)輸、住宅、學(xué)校、機(jī)械以及計(jì)算機(jī)等的需要，而滿足這些需求的資源從何而來(lái)是應(yīng)當(dāng)考慮的問(wèn)題。

鉆探更多、更深的油氣井可以供應(yīng)更多的烴類原料，但是油氣儲(chǔ)量畢竟有限。對(duì)現(xiàn)有烴類的有效利用率將會(huì)不斷提高，但是效果不大。納米技術(shù)可能會(huì)促進(jìn)小型化從而節(jié)省材料，但是有些物件不能縮小。問(wèn)題是資源正在耗盡，何時(shí)耗盡并不重要，重要的是探求一種新的資源模式，使之逐步轉(zhuǎn)化。

“設(shè)想”序言稱，不論適用性技術(shù)應(yīng)用如何，凡將現(xiàn)有資源轉(zhuǎn)化為可再生資源，都是符合可持續(xù)發(fā)展的方向，也適應(yīng)環(huán)境和生態(tài)要求。因此，應(yīng)用植物/農(nóng)作物資源的設(shè)想是樂(lè)觀的。

隨著適用性研究和開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，人們可以發(fā)現(xiàn)許多經(jīng)濟(jì)上可行的方案來(lái)滿足整個(gè)地球的需求。該"設(shè)想"確定了方向和相應(yīng)的規(guī)劃，采取措施建立利用植物系統(tǒng)中能源和碳源的可再生資源基礎(chǔ)。面臨的挑戰(zhàn)是嚴(yán)重的，但機(jī)遇也是難以衡量的。人類可以適應(yīng)變化，但必須接受所面臨的挑戰(zhàn)。序言中從兩方面進(jìn)一步闡明“設(shè)想”提出的背景：

1、界定植物/農(nóng)作物基資源

植物/農(nóng)作物基(有時(shí)用生物基bio-based)資源是指來(lái)自于一定范圍的植物系統(tǒng)，主要是農(nóng)作物、林產(chǎn)品和食品、飼料和纖維工業(yè)加工過(guò)程中的副產(chǎn)物。它們可以通過(guò)一年生的作物和樹(shù)種，多年生植物和短期輪作樹(shù)種等途徑在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)再生。石油化學(xué)品原本也是以植物為基礎(chǔ)，其基本分子為烴類。植物/農(nóng)作物基可再生資源當(dāng)前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質(zhì)素和植物油。也有一些量少高值的分子是來(lái)自二級(jí)植物新陳代謝。另一個(gè)主要區(qū)別是烴類及其提取系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)并加工處理其所需要的原料型產(chǎn)品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認(rèn)定，但某種植物會(huì)含有某種資源，加工后會(huì)留下什么，尚未完全搞清。

最近生物技術(shù)進(jìn)展可以改變植物成分和酶提取系統(tǒng)，這就為現(xiàn)在需要的化學(xué)產(chǎn)品和新型中間人體及產(chǎn)品制造提供了新的經(jīng)濟(jì)機(jī)遇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)的森林、耕地、牧場(chǎng)等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農(nóng)作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產(chǎn)大量植物/農(nóng)作物基資源。過(guò)去50年，這類資源的重點(diǎn)主要是面向食物、飼料和纖維生產(chǎn)。

2、烴類經(jīng)濟(jì)

20世紀(jì)后期，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，生產(chǎn)增長(zhǎng)率有很大提高，尤其是各發(fā)達(dá)國(guó)家，一些發(fā)展中國(guó)家也不斷增長(zhǎng)。成功的增長(zhǎng)和發(fā)展過(guò)程中起主要作用的是烴類經(jīng)濟(jì)。自20年代以來(lái)，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當(dāng)前所享受的經(jīng)濟(jì)效益和生活水準(zhǔn)。許多國(guó)家都依靠這種資源來(lái)滿足能源和原材料的需要。

在過(guò)去50年中，大量的研究開(kāi)發(fā)在能源生產(chǎn)和基礎(chǔ)產(chǎn)品制造方面創(chuàng)造了許多可以大量增值的工藝過(guò)程。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)明顯地受人們提高生活水準(zhǔn)的意愿所驅(qū)動(dòng)，以創(chuàng)造各種產(chǎn)品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國(guó)1996年玉米、黃豆和小米等生產(chǎn)用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經(jīng)濟(jì)角度看還不能趕上工業(yè)原料，而以烴類為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)卻繁榮昌盛。

烴類雖然將繼續(xù)起到非常有效的經(jīng)濟(jì)發(fā)展平臺(tái)作用，但是在其未來(lái)應(yīng)用中卻有若干問(wèn)題有待解決。首先是對(duì)石油化學(xué)產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境問(wèn)題日益受到關(guān)注，隨著又產(chǎn)生了許多相關(guān)的問(wèn)題。化石燃料是一類正在減少的原料資源。應(yīng)用植物/農(nóng)作物基資源作為一種補(bǔ)充，由于它們是可再生的，所以為經(jīng)濟(jì)有序地向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

通過(guò)對(duì)能源狀態(tài)的審視就可看到可再生資源作為一種補(bǔ)充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲(chǔ)量，如按現(xiàn)在消費(fèi)水平計(jì)算只能提供50-100年，此處的一個(gè)重要假設(shè)是“現(xiàn)在消費(fèi)水平”是保持不變，但是從全世界人口增長(zhǎng)和生活水準(zhǔn)變化來(lái)考慮，此假設(shè)是不合理的。當(dāng)前世界上按人口平均的能源消費(fèi)水平差距很大，詳見(jiàn)表1，許多發(fā)展中國(guó)家都將增加能源消費(fèi)。未來(lái)的能源供應(yīng)問(wèn)題是多方面的，因?yàn)榘l(fā)展中國(guó)家人口眾多。例如，中國(guó)按人口平均能源消費(fèi)相當(dāng)于美國(guó)水平的1/3，其需要增加的能量數(shù)量約相當(dāng)于美國(guó)現(xiàn)在全年能源使用總量。

表1當(dāng)前按人口平均能源消費(fèi)水平KWh/人美國(guó)法國(guó)日本巴西泰國(guó)中國(guó)

122007500700015001200900

一些有效利用烴類的開(kāi)發(fā)將有助于需要增長(zhǎng)問(wèn)題的解決，但是對(duì)烴類找到補(bǔ)充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)基礎(chǔ)。

新技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用需要時(shí)間。石油化學(xué)工業(yè)本身的發(fā)展就是一個(gè)事例。1920年烴類原材料經(jīng)濟(jì)并不像今天這樣具有吸引力，過(guò)了50年，開(kāi)始適應(yīng)化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農(nóng)作物基系統(tǒng)達(dá)到同樣現(xiàn)代化水平也需要時(shí)間。

當(dāng)前正是開(kāi)展大量研究開(kāi)發(fā)工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開(kāi)始在各種可供選擇的途徑中提出選擇標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候。現(xiàn)在進(jìn)行研究并不意味系統(tǒng)要立即改變，但是，烴類經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)學(xué)未來(lái)將出現(xiàn)問(wèn)題：要支付高額環(huán)境費(fèi)用，或是由于原料缺少而價(jià)格上揚(yáng)。

投資適用性研究可以在未來(lái)能源和原材料間進(jìn)行相關(guān)的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長(zhǎng)期，選擇植物/農(nóng)作物基可再生資源可能是要兼顧環(huán)境方面容許和經(jīng)濟(jì)方面具有吸引力。而在近期，研究和開(kāi)發(fā)可能只在一些領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行，使植物/農(nóng)作物可再生資源能開(kāi)始進(jìn)入基本化學(xué)原料市場(chǎng)，從而擴(kuò)大資源基礎(chǔ)，延長(zhǎng)有價(jià)值的化石燃料儲(chǔ)備的應(yīng)用壽命。

在上述背景環(huán)境下，通過(guò)研究討論，提出了2020年開(kāi)發(fā)利用植物/農(nóng)作物可再生資源的設(shè)想的目標(biāo)；“設(shè)想”是要通過(guò)植物/農(nóng)作物基可再生資源的開(kāi)發(fā)來(lái)提供經(jīng)濟(jì)繼續(xù)發(fā)展、生活的健康標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)大的國(guó)家安全。植物/農(nóng)作物基可再生資源可以改變當(dāng)前對(duì)日益減少的非再生資源的依賴。

本“設(shè)想”的內(nèi)涵重點(diǎn)是建立新的觀念，即植物基資源是越來(lái)越重要的工業(yè)原料資源。非再生資源可能因經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設(shè)想”反對(duì)等到危機(jī)發(fā)生時(shí)現(xiàn)開(kāi)始啟動(dòng)替代。

展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無(wú)的，它對(duì)滿足未來(lái)的需求非常迫切。當(dāng)然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現(xiàn)在就要開(kāi)始，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展有足夠的時(shí)間，保證解決環(huán)境而進(jìn)行良好的合作。

要取得有成效的進(jìn)展，應(yīng)當(dāng)確定以下的方向性目標(biāo)：

1、2020年化學(xué)基礎(chǔ)產(chǎn)品中至少有10%來(lái)自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。

2、建立植物基(農(nóng)作物，林產(chǎn)，加工業(yè))系統(tǒng)，用有效的轉(zhuǎn)化加工工藝生產(chǎn)可再生原料，為2020年選中的產(chǎn)品提供經(jīng)濟(jì)合理、對(duì)環(huán)境瓜敏感的制造平臺(tái)。用此生產(chǎn)鏈來(lái)示范一個(gè)綜合的植物/農(nóng)作物基原料系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性和潛在效益，顯示工業(yè)應(yīng)用機(jī)遇的新領(lǐng)域，為2020年以后國(guó)內(nèi)和出口的需求做出貢獻(xiàn)。

3、在工業(yè)投資者、植物商、生產(chǎn)者、學(xué)術(shù)界和各級(jí)政府之間建立合作伙伴關(guān)系，開(kāi)發(fā)從小范圍到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，重新激活農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，改進(jìn)增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業(yè)與基礎(chǔ)材料制造業(yè)之間的差別。

“設(shè)想”中提出，科研與開(kāi)發(fā)方面要制定有詳細(xì)目的和要求的相應(yīng)計(jì)劃，支持上述方向性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，從而也可取得投資的優(yōu)勢(shì)。

植物/農(nóng)作物基資源利用現(xiàn)狀和前景

一、現(xiàn)狀

烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎(chǔ)原料，已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經(jīng)逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農(nóng)作物基資源目前尚未有效利用，主要是因?yàn)榭捎眯圆睢①|(zhì)量不高、供應(yīng)不穩(wěn)或是價(jià)格高。要推動(dòng)和提高植物/農(nóng)作物可再生資源應(yīng)用的興趣，需要從以下幾個(gè)方面來(lái)分析。

1、實(shí)用性

盡管消費(fèi)總量不高，但是植物基原料當(dāng)前在化學(xué)品方面應(yīng)用面很廣，如用于油漆、粘合劑及劑等。黃豆是植物袖的傳統(tǒng)原料，隨著基因工程進(jìn)展，可以生產(chǎn)滿足特殊劑市場(chǎng)需要的專門(mén)油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數(shù)氨基酸以及各種蛋白質(zhì)等化學(xué)品生產(chǎn)中，植物基資源是主要原料，詳見(jiàn)表2。

表2、美國(guó)植物基資源用量萬(wàn)t/a類別用量用途

木材8090紙，紙板，木質(zhì)素纖維復(fù)合材料

工業(yè)淀粉300粘合劑，聚合物，樹(shù)脂

植物油100表面活性劑，油墨，油漆，樹(shù)脂

天然橡膠100輪胎，家用品

木材提取物90油料，膠

纖維素50紡織纖維，聚合物

木質(zhì)素20粘合劑，丹寧，vanillin

在多數(shù)情況下，應(yīng)用的植物基材料主要是原始狀態(tài)分子。如木質(zhì)素纖維、植物油和橡膠等復(fù)雜分子的應(yīng)用也只有有限的改性。這就與石油化學(xué)工業(yè)構(gòu)成明顯的反差，石油化工則是用化學(xué)方法按需要將烴類裂解成幾種簡(jiǎn)單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎(chǔ)原料進(jìn)行化學(xué)合成，制造所需要的復(fù)雜的分子。

在少數(shù)情況下，植物/農(nóng)作物原料進(jìn)行裂解成為不同的基礎(chǔ)分子，例如高果糖的玉米生產(chǎn)糖漿和玉米淀粉發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。1996年美國(guó)用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發(fā)酵方法生產(chǎn)9億加侖(1加侖=4.546L,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實(shí)例看，植物基原料有一定實(shí)用性，雖還未生產(chǎn)像藥物那樣的高度專業(yè)化的分子，但卻包括了大量生產(chǎn)的中間體及產(chǎn)品。

2、供應(yīng)及質(zhì)量

植物系統(tǒng)地區(qū)分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導(dǎo)致供應(yīng)和質(zhì)量的差異。森林和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)縮小了天然野生植物的供應(yīng)差異。

生物質(zhì)的總產(chǎn)量雖然很大，但是由于沒(méi)有經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化技術(shù)而使其應(yīng)用受限制。一些新進(jìn)展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產(chǎn)品的機(jī)會(huì)，如果能在分離技術(shù)上進(jìn)一步創(chuàng)新，就可以推動(dòng)此應(yīng)用。生物質(zhì)資源可以來(lái)自快速增長(zhǎng)木材、田邊作物以及其他專門(mén)培植的植物物種。另一潛在的生物質(zhì)資源是當(dāng)前為食用和飼料種植的農(nóng)作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應(yīng)用其產(chǎn)量的一半。此4種作物估計(jì)每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質(zhì)計(jì),下同)遺留在田地中，總計(jì)約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結(jié)構(gòu)，但大部分運(yùn)出去，作為原料應(yīng)用。因此要求有適當(dāng)?shù)摹⒊杀镜偷膬?chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和加工技術(shù)。

供應(yīng)方面的主要問(wèn)題是對(duì)原始生產(chǎn)的管理。當(dāng)前，樹(shù)木可作木材和紙漿，種植農(nóng)作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒(méi)有在綜合利用上進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)植物/農(nóng)作物投入的成本評(píng)價(jià)基礎(chǔ)是未經(jīng)優(yōu)化的植物生產(chǎn)系統(tǒng)，因此經(jīng)濟(jì)性不佳。一些邊際土地的利用可以擴(kuò)大植物基可再生資源原料基地。但是從經(jīng)濟(jì)上比較，其很難達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行目標(biāo)。在估算其經(jīng)濟(jì)回報(bào)時(shí)，要考慮化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品的使用費(fèi)用。要增加可再生資源來(lái)源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應(yīng)是如何對(duì)良田建立優(yōu)化種植生產(chǎn)系統(tǒng)。

當(dāng)前低投入、低產(chǎn)出的植物生產(chǎn)對(duì)農(nóng)民難以盈利，并不利于農(nóng)村發(fā)展，也不能為加工業(yè)提供低價(jià)原料。但是在產(chǎn)出方面，數(shù)量和質(zhì)量相差甚大，從此系統(tǒng)得到的產(chǎn)品必然價(jià)格較高，嚴(yán)重地限制了經(jīng)濟(jì)上的可行性。而且，由于低產(chǎn)出生產(chǎn)就需要更多的土地，其對(duì)環(huán)境的單位影響常常大于更為強(qiáng)化、密集的系統(tǒng)。因此要優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)改善邊際土地的利用。此外利用生產(chǎn)率高的土地作為植物/農(nóng)作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數(shù)量和質(zhì)量上的波動(dòng)變化。

農(nóng)村根據(jù)市場(chǎng)需求規(guī)劃種植計(jì)劃，如根據(jù)乙醇市場(chǎng)還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進(jìn)行第2輪對(duì)品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對(duì)產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益有很大影響。面對(duì)“設(shè)想”需要擴(kuò)大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥品或聚合物等等選擇范圍。要根據(jù)供應(yīng)或需求來(lái)決策，就需要進(jìn)一步仔細(xì)研究有關(guān)課題。

3、植物/農(nóng)作物基原料成本

利用植物/農(nóng)作物基可再生資源主要是成本問(wèn)題，它與烴類相比是不經(jīng)濟(jì)的。工業(yè)生產(chǎn)要求大量的便宜原料。植物原料價(jià)格便宜，如果能開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)將極具競(jìng)爭(zhēng)能力。利用植物/農(nóng)作物基原料生產(chǎn)化學(xué)品的成本比較，詳見(jiàn)表3。

表3、植物/農(nóng)作物基化學(xué)品生產(chǎn)成本類別生產(chǎn)量萬(wàn)噸通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占總產(chǎn)量%

糠醛300.750.7897.0

粘合劑5001.651.4040.0

脂肪酸2500.460.3340.0

表面活性劑3500.450.4535.0

醋酸2300.330.3517.5

增塑劑801.502.5015.0

炭黑1500.500.4512.0

洗滌劑12601.101.7511.0

顏料15502.005.806.0

染料45012.0021.006.0

墻涂料7800.501.203.5

油墨3502.002.503.5

專用涂料2400.801.752.0

塑料30000.502.001.8

實(shí)際上,在制造業(yè)中選用不同的化學(xué)加工工藝對(duì)其成本影響很大。

植物/農(nóng)作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業(yè)原料提供的補(bǔ)充資源。成本問(wèn)題并非只限于原料,而且與加工過(guò)程有關(guān)，因此要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新的化學(xué)和生物加工工藝，才能擴(kuò)大植物基可再生資源應(yīng)用范圍，使之成為經(jīng)濟(jì)可行系統(tǒng)。

二、前景

由于植物/農(nóng)作物基可再生資源的來(lái)源不同，每種來(lái)源的原料又可以利用不同的加工工藝，構(gòu)成了一種多維的發(fā)展前景。本“設(shè)想”運(yùn)用矩陣分析方法進(jìn)行探討。不同投人的植物原料，可以運(yùn)用不同的加工系統(tǒng)，并取得各種不同的開(kāi)發(fā)效果。

1、廢料和副產(chǎn)物利用

從當(dāng)前看，利用機(jī)會(huì)多，但需要有新的加工技術(shù)才能使其成為更重要的資源。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

森林工業(yè)已經(jīng)將副產(chǎn)物利用發(fā)展成為一個(gè)較大的行業(yè)，如紙漿副產(chǎn)液轉(zhuǎn)化為磺酸木質(zhì)素表面活性劑CH3SOCH3以及用樹(shù)皮制丹寧。農(nóng)作物的磨榨工業(yè)開(kāi)發(fā)了許多應(yīng)用副產(chǎn)物進(jìn)行加工的工藝，如從燕麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產(chǎn)擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業(yè)，如蔬菜和水果卻沒(méi)有開(kāi)發(fā)相應(yīng)的副產(chǎn)利用加工工藝，經(jīng)常將副產(chǎn)淀粉和糖排放入周圍環(huán)境。副產(chǎn)物的利用具有許多發(fā)展機(jī)遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產(chǎn)物成本的手段，而且從戰(zhàn)略上看是擴(kuò)大利用植物基資源。

(2)改進(jìn)化學(xué)

木本植物和有些農(nóng)作物加工中有較高的木質(zhì)纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業(yè)一樣，可以將復(fù)雜分子轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小分子技術(shù)。便宜的植物衍生發(fā)酵制糖的開(kāi)發(fā)已在進(jìn)行。用金屬有機(jī)物化學(xué)將碳水化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋祷瘜W(xué)品是擴(kuò)大利用植物基原料的又一技術(shù)途徑。改進(jìn)化學(xué)方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經(jīng)濟(jì)回報(bào)率。

(3)生物加工

在比較復(fù)雜的料漿中用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)某種分子，再將其分離出來(lái)成為需要的產(chǎn)物。生物轉(zhuǎn)化是應(yīng)用微生物、細(xì)胞或不含細(xì)胞的酶系統(tǒng)的一步法工藝，它提供了改進(jìn)廢物料和副產(chǎn)物利用機(jī)會(huì)，隨著分離技術(shù)的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應(yīng)用。

(4)新分子

在此方面似乎不太重要，從廢料中生產(chǎn)新分子不是一條最佳途徑。

2、現(xiàn)有農(nóng)作物

從近期看擴(kuò)大應(yīng)用具有最佳機(jī)會(huì)。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

從化學(xué)工業(yè)整體看，并沒(méi)有|認(rèn)為植物衍生材料具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是具體|問(wèn)題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。

(2)改進(jìn)化學(xué)

如果植物衍生原料是結(jié)構(gòu)型的生物質(zhì)，含有木質(zhì)素和纖維素等成分，其具有一定優(yōu)勢(shì)。一些新技術(shù)，如綜合燃燒或金屬有機(jī)化學(xué)等都能提供更好地利用此類資源的機(jī)會(huì)。除林產(chǎn)資源外，約有5200億磅的生物質(zhì)資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現(xiàn)有資源的效益。新的工藝開(kāi)發(fā)可以提供利用糖和淀粉的機(jī)會(huì)。植物淀粉有不同來(lái)源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質(zhì)、用途都不同，因此需要改進(jìn)其化學(xué)方法，發(fā)揮其潛能。新化學(xué)工藝與生物加工及先進(jìn)的分離技術(shù)綜合起來(lái)可產(chǎn)生很大效益。

(3)生物加工工藝

植物作為生物加工原料量大而多樣，從結(jié)構(gòu)型生物質(zhì)到一些專門(mén)的植物組分，在生物加工方面潛在優(yōu)勢(shì)很大：用酶轉(zhuǎn)換玉米衍生的葡萄糖生產(chǎn)高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經(jīng)過(guò)發(fā)酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一些化學(xué)產(chǎn)品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進(jìn)一步加工制成許多種產(chǎn)品。當(dāng)前，用10億磅這種原料可得到價(jià)值13億美元產(chǎn)品，現(xiàn)在正在中試。多種學(xué)科進(jìn)行合作就可取得良好的效果，這是短期內(nèi)取得成效的一種良好運(yùn)行模式。

(4)新分子

植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是專用酶，可產(chǎn)生新分子。此工作目前只在很小的市場(chǎng)中進(jìn)行。當(dāng)市場(chǎng)對(duì)具有特殊性能的新產(chǎn)品需求增加，投入產(chǎn)出可能會(huì)促使其發(fā)展，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的綜合研究要沿著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)鏈進(jìn)行，從界定所需要的產(chǎn)品——需要的特性——分子結(jié)構(gòu)——中間體——酶技術(shù)——蛋白質(zhì)/基因工程——投入植物的最佳原料——生產(chǎn)優(yōu)化等。

3、新鮮農(nóng)作物

此項(xiàng)作為中期發(fā)展機(jī)遇。

(l)現(xiàn)代化學(xué)

因?yàn)榛瘜W(xué)工業(yè)一般不認(rèn)為農(nóng)作物的利用能獲得較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此新鮮農(nóng)作物并無(wú)吸引力。過(guò)去曾認(rèn)為可以降低成本，但是實(shí)際上的技術(shù)限制否定了其經(jīng)濟(jì)性。

(2)改進(jìn)化學(xué)

從投入產(chǎn)出看，存在類似問(wèn)題，如果改進(jìn)的化學(xué)工藝需要專門(mén)的農(nóng)作物，-新鮮農(nóng)作物可能會(huì)有優(yōu)勢(shì)。另一優(yōu)勢(shì)是在物流方面。按照改進(jìn)工藝實(shí)施和運(yùn)作規(guī)模，所需原料只能就近供應(yīng)新鮮農(nóng)作物。因此改進(jìn)工藝應(yīng)當(dāng)與供應(yīng)系統(tǒng)平行進(jìn)行才能互相支持共同發(fā)展。植物作為原料補(bǔ)充資源時(shí)，困難在于許多烴類加工裝置不位于農(nóng)作物和森林種植地區(qū)，而植物基原料運(yùn)輸費(fèi)用很高。

(3)生物加工工藝

與改性化學(xué)類似,區(qū)別在于如何將原料加工成中間體和最終產(chǎn)品。在技術(shù)上要考慮農(nóng)作物品種的適用性，一種生物工藝可以對(duì)多種品種進(jìn)行加工。優(yōu)化工藝是影響運(yùn)作經(jīng)濟(jì)很重要的因素。

4、改性基因類植物

這是中長(zhǎng)期發(fā)展機(jī)遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現(xiàn)碳水化合物經(jīng)濟(jì)，或是其他經(jīng)濟(jì)，這要看建立在生物工程基礎(chǔ)上的新工業(yè)平臺(tái)所能發(fā)揮的作用。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

基因改性植物基原料可能成為現(xiàn)有的烴類加工系統(tǒng)原料。但是，改性植物分子在烴類系統(tǒng)中降解所花代價(jià)太高。因此投入技術(shù)要能跨越加工技術(shù)，或者是較復(fù)雜的分子能直接得到并進(jìn)入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應(yīng)用此改性原料。當(dāng)然這些變革都要從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩方面來(lái)評(píng)價(jià)其效益。

(2)改性化學(xué)

對(duì)優(yōu)化植物/農(nóng)作物基原料投入和加工有好處，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行此方面研究。至于何時(shí)見(jiàn)效則要根據(jù)基因技術(shù)進(jìn)展及其達(dá)到工業(yè)化時(shí)間來(lái)確定。

(3)生物加工工藝

微生物或酶進(jìn)行基因改變達(dá)到強(qiáng)化工藝過(guò)程目的。生物工程具有長(zhǎng)期潛力，在原料投入和生物技術(shù)本身之間創(chuàng)優(yōu)，有時(shí)所需要的可作基礎(chǔ)原料的分子可以部分在植物原料內(nèi)進(jìn)行合成，用生物轉(zhuǎn)化或高度專門(mén)化的生物/化學(xué)工藝進(jìn)行分離。為了繼續(xù)應(yīng)用化石燃料生產(chǎn)專門(mén)產(chǎn)品，需要進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，使有限資源能取得最大的價(jià)值。

(4)新分子

過(guò)去20年中，塑料已成為最大的工業(yè)部門(mén)，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場(chǎng)將會(huì)根據(jù)消費(fèi)者的意愿和需求發(fā)生變化。材料科學(xué)將繼續(xù)發(fā)展，市場(chǎng)銷售者將繼續(xù)設(shè)計(jì)新的消費(fèi)品，塑料的未來(lái)變化難以預(yù)料。能作為新工業(yè)發(fā)展平臺(tái)基礎(chǔ)的新分子將會(huì)很多，物理與化學(xué)科學(xué)與生物工程材料結(jié)合將產(chǎn)生新的領(lǐng)域。植物基可再生資源將是未來(lái)的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎(chǔ)原料的渠道，支持社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施。開(kāi)發(fā)和拓寬其可能性，需要先進(jìn)的技術(shù)，這將是未來(lái)新領(lǐng)域。

生物技術(shù)的潛在影響及實(shí)施“設(shè)想”的工作途徑

生物技術(shù)的潛在影響

對(duì)一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以從如下幾個(gè)方面來(lái)分析：近來(lái)變化的速度和引入的速度、量度及其帶來(lái)利益的水平及公共公司投資、評(píng)價(jià)專利活動(dòng)和有關(guān)協(xié)會(huì)的活動(dòng)、觀察開(kāi)發(fā)進(jìn)程、審視所取得的成功進(jìn)展。

90年代初期，許多人對(duì)生物技術(shù)將對(duì)農(nóng)作物帶來(lái)很大變化是持懷疑態(tài)度的。到1996年，轉(zhuǎn)基因作物在產(chǎn)業(yè)化方面取得成功，明確地澄清了這個(gè)問(wèn)題。這些早期的成效是關(guān)于新的作物保護(hù)途徑，對(duì)保護(hù)植物生產(chǎn)免受病蟲(chóng)害起了重要作用，對(duì)進(jìn)一步了解和掌握如何改進(jìn)植物組分也很重要。

由于管理方面的需要，轉(zhuǎn)基因大田試驗(yàn)記錄由美國(guó)動(dòng)物和植物健康監(jiān)測(cè)服務(wù)中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉(zhuǎn)基因改變植物組分的工作正在進(jìn)行之中，試驗(yàn)范圍也在不斷擴(kuò)大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和PioneerHi-Bred等都在進(jìn)行。

為了改變植物組分以提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，改善加工性能，或是為了某些工業(yè)和制藥的應(yīng)用，一些轉(zhuǎn)基因改性品種已經(jīng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質(zhì)形態(tài)操作(typemonipulation)、纖維特性改性、產(chǎn)生抗體、工業(yè)酶生產(chǎn)、二級(jí)化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生產(chǎn)。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展非常迅速，為植物基材料擴(kuò)大應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑，使其可以為工業(yè)生產(chǎn)提供分子基礎(chǔ)原料和更為復(fù)雜的分子原料。用植物基原料主產(chǎn)聚合物，制造塑料就是一個(gè)成功事例。從A1-coligenenentrophus細(xì)菌的3種基因已經(jīng)能轉(zhuǎn)入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達(dá)14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。

在過(guò)去50年內(nèi)，通常用的植物培植產(chǎn)率已經(jīng)提高了3倍，根據(jù)農(nóng)作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產(chǎn)物。高級(jí)植物種植要用基因圖譜和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，進(jìn)一步提高食物和飼料生產(chǎn)需要供應(yīng)的植物基原料。

生物技術(shù)對(duì)植物基原料已經(jīng)產(chǎn)生革命性的影響。但是，用生物技術(shù)來(lái)改變植物，使之適合烴類經(jīng)濟(jì)需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進(jìn)一步弄清什么是工業(yè)鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來(lái)轉(zhuǎn)基因植物基可再生資源中具有最大的優(yōu)勢(shì)。

實(shí)施“設(shè)想”的工作途徑

要成功實(shí)施美國(guó)可再生資源開(kāi)發(fā)利用的戰(zhàn)略設(shè)想(以下簡(jiǎn)稱“設(shè)想”)中所提出的大綱，需要將研究、開(kāi)發(fā)、工業(yè)過(guò)程工程以及對(duì)未來(lái)的市場(chǎng)了解等項(xiàng)工作有效地集成起來(lái)。適應(yīng)“設(shè)想”的多學(xué)科計(jì)劃以及各個(gè)項(xiàng)目的協(xié)作都要求有一共同的目標(biāo)，向前沿技術(shù)邁進(jìn)。應(yīng)用改進(jìn)的化學(xué)工藝加工現(xiàn)有的農(nóng)作物，包括集成運(yùn)用生物工藝，可以納入短期計(jì)劃之內(nèi)，從當(dāng)前到今后10年可以著手實(shí)施。這是研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。另一個(gè)熱點(diǎn)是觀念上的飛躍，超越當(dāng)前的烴類化學(xué)，結(jié)合基因改性植物，運(yùn)用新的工藝，這可以納人中長(zhǎng)期計(jì)劃中，在10到20年甚至更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)實(shí)施并產(chǎn)生影響。上述兩個(gè)熱點(diǎn)都是當(dāng)前在研究中進(jìn)行投資，在不同期限內(nèi)可以取得回報(bào)。

如果在這些領(lǐng)域內(nèi)取得成功，在工業(yè)應(yīng)用上就可以有了一個(gè)可行的堅(jiān)實(shí)科學(xué)基礎(chǔ)。新鮮作物應(yīng)用開(kāi)發(fā)將被看作是一個(gè)降低這些系統(tǒng)成本的一種機(jī)制，或是改善供應(yīng)狀況(數(shù)量和質(zhì)量)，滿足工業(yè)發(fā)展需要。

當(dāng)審視植物基可再生資源的前景時(shí)，可以看到供應(yīng)鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發(fā)展有各自的地理優(yōu)勢(shì)，可以形成專門(mén)原料的加工中心，包括進(jìn)入國(guó)內(nèi)和國(guó)外兩個(gè)市場(chǎng)。對(duì)轉(zhuǎn)基因作物的鑒別保護(hù)機(jī)制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統(tǒng)都需要進(jìn)一步研究。

本“設(shè)想”并非要給各種問(wèn)題以答案，而是指出未來(lái)潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實(shí)現(xiàn)。下一階段就要進(jìn)行各方的協(xié)調(diào)工作，使多方面的投資者能有一個(gè)投入的基礎(chǔ)，針對(duì)“設(shè)想”提出的目標(biāo)進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作。該規(guī)劃要訂出各項(xiàng)目計(jì)劃，通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)來(lái)支持“設(shè)想”中提出的方向性指標(biāo)。各計(jì)劃項(xiàng)目要符合下列一個(gè)或幾個(gè)方面的要求。

優(yōu)化生物質(zhì)和農(nóng)作物基原料生產(chǎn)，達(dá)到計(jì)劃應(yīng)用要求狀況。

為植物基原料的供應(yīng)鏈提出裝置、地點(diǎn)、貯運(yùn)和分銷措施，包括加強(qiáng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的機(jī)制。

加速發(fā)展基于改性化學(xué)和生物工藝的新工藝，同時(shí)考慮利用植物/農(nóng)作物基可再生資源原料。

對(duì)多類投資者支持的項(xiàng)目，對(duì)上述三個(gè)方面中一個(gè)或一個(gè)以上將產(chǎn)生影響的項(xiàng)目，或是多學(xué)科項(xiàng)目等將給以優(yōu)先和優(yōu)惠待遇。投資項(xiàng)目選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮時(shí)間要求和潛在影響的大小來(lái)確定。

植物/農(nóng)作物基可再生資源對(duì)工業(yè)基礎(chǔ)原產(chǎn)的需求增長(zhǎng)是一個(gè)戰(zhàn)略性措施，也是使美國(guó)在21世紀(jì)繼續(xù)保持領(lǐng)先地位的戰(zhàn)略性選擇。開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)資源具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)方面的好處。機(jī)遇是明確的，考慮未來(lái)的設(shè)想是需要的，要聯(lián)合投資者對(duì)新途徑進(jìn)行投資，才能創(chuàng)造一個(gè)安全的未來(lái)。

“設(shè)想”文本中不止一處引用達(dá)爾文的名言“能夠幸存下來(lái)的物種，不是最強(qiáng)的，也不是最聰明的，而是能適應(yīng)變化的”。

2020年可再生資源應(yīng)用將增加五倍

《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想實(shí)施的技術(shù)指南》(以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)指南”)，是《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想》(以下簡(jiǎn)稱“設(shè)想”)的補(bǔ)充，提出的目的是：支持“設(shè)想”方向，確定發(fā)展中的主要障礙和問(wèn)題，確定優(yōu)先的研究領(lǐng)域。

要達(dá)到上述目的需要進(jìn)行協(xié)調(diào)觀念開(kāi)發(fā)，收集專家證明，組織多學(xué)科研討會(huì)、聽(tīng)證會(huì)，優(yōu)勢(shì)排隊(duì)試驗(yàn)和團(tuán)隊(duì)行動(dòng)計(jì)劃等多項(xiàng)工作。在“技術(shù)指南”編制過(guò)程中吸收了各方面人士的意見(jiàn)，參加研討的共有66名有關(guān)部門(mén)不同行業(yè)的專家。專家們就全球性問(wèn)題提出“設(shè)想”，針對(duì)“設(shè)想”結(jié)合現(xiàn)實(shí)狀況提出存在的主要障礙與問(wèn)題，再確定研究與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，從而找出優(yōu)先研究開(kāi)發(fā)的課題。這些課題所屬領(lǐng)域都是能為利用可再生資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起最大杠桿作用的研究領(lǐng)域。通過(guò)參加“技術(shù)指南”研究和編制的專家的專業(yè)情況反映出在化工制造中應(yīng)用生物基原料需要涉及多門(mén)學(xué)科。但是有3個(gè)產(chǎn)業(yè)是中心，即化學(xué)、生物和農(nóng)業(yè)，每個(gè)產(chǎn)業(yè)都涉及幾門(mén)不同的學(xué)科，如農(nóng)業(yè)，林業(yè)和石油化學(xué)。

1、農(nóng)業(yè)和林業(yè)

農(nóng)業(yè)：是一個(gè)廣泛的概念，包括谷物生產(chǎn)、林地和牧場(chǎng)等。這些土地上生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品和林產(chǎn)品一起構(gòu)成生物基材料，它們通過(guò)太陽(yáng)能，大氣中的CO2和土壤中養(yǎng)分進(jìn)行原始生產(chǎn)而成為可再生資源。美國(guó)擁有大量?jī)?yōu)良土地，豐富的自然水資源和先進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)資源保護(hù)和利用，每年可產(chǎn)生可再生資源的巨大財(cái)富。林業(yè)：在美國(guó)有超過(guò)6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業(yè)人口140萬(wàn)，每年生產(chǎn)價(jià)值2000億美元產(chǎn)品。過(guò)去10年內(nèi)，紙張部門(mén)的增長(zhǎng)比木材業(yè)快。木材和紙產(chǎn)品回收循環(huán)利用率高，每年有約4000萬(wàn)t紙?jiān)偕谩Ｃ绹?guó)的林業(yè)已經(jīng)制定出2020年發(fā)展設(shè)想以及相應(yīng)的研究計(jì)劃。該設(shè)想呼吁進(jìn)行研究，用先進(jìn)的生物和遙感技術(shù)以及樹(shù)木生理學(xué)和土壤科學(xué)等理論。

農(nóng)業(yè)和林業(yè)通過(guò)應(yīng)用基因?qū)W技術(shù)和轉(zhuǎn)基因植物等新手段將會(huì)出現(xiàn)大的躍進(jìn)。在不久的將來(lái)，可生產(chǎn)出大數(shù)量和高質(zhì)量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業(yè)部門(mén)提供原材料。而且還可以引入某些酶標(biāo)記基因，可能會(huì)在植物體內(nèi)制造完全新型的聚合物，并可大量生產(chǎn)，成為經(jīng)濟(jì)的消費(fèi)用品。

美國(guó)將技術(shù)進(jìn)展應(yīng)用于植物和農(nóng)作物的調(diào)整，使其在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和制造業(yè)中保持可持續(xù)發(fā)展的領(lǐng)先地位起著主要作用。國(guó)家的未來(lái)明顯地要依靠近期開(kāi)發(fā)可再生資源基礎(chǔ)的研究來(lái)支持。

2、石油化工業(yè)

化學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)和地理學(xué)等幾門(mén)學(xué)科在石油化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)人們生活產(chǎn)生的影響是50年前難以想像的。石油化學(xué)工業(yè)成功地創(chuàng)造了眾多產(chǎn)品，從高性能的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料到基礎(chǔ)化學(xué)品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。

石油化學(xué)工業(yè)：是資本密集型工業(yè)，已經(jīng)建立了可觀的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)處理和加工化石燃料。美國(guó)每天要用1390萬(wàn)桶烴類原料，多數(shù)是作為燃料型產(chǎn)品，用于化工及其他工業(yè)基礎(chǔ)原料生產(chǎn)，每天約為260萬(wàn)桶油短類原料。

近年來(lái)，工業(yè)化學(xué)品和塑料生產(chǎn)都有巨大的增長(zhǎng)。塑料工業(yè)從業(yè)人員120萬(wàn)人，有20000套生產(chǎn)加工裝置，過(guò)去在研究開(kāi)發(fā)上花費(fèi)以10億美元數(shù)計(jì)的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒(méi)有可再生資源，遲早有一天會(huì)變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬(wàn)億桶的石油開(kāi)采量，原油價(jià)格能否在每桶10美元以內(nèi)。世界原油生產(chǎn)已經(jīng)變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無(wú)可爭(zhēng)議的事實(shí)。重要的是考慮當(dāng)供應(yīng)呈峰值時(shí)未來(lái)價(jià)格的敏感度，而不是去爭(zhēng)論何時(shí)是油將用盡的理論時(shí)間。最近由于幾處新資源的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，在20年內(nèi)原油產(chǎn)量可能會(huì)有所增加。但是，必須注意美國(guó)一直是原油進(jìn)口國(guó)，50%原油靠進(jìn)口。如果原油進(jìn)口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲(chǔ)量按目前消費(fèi)水平只能維持約14年。如果保持目前進(jìn)口水平而不增加，也只能使用28年。當(dāng)然，將會(huì)有新的改進(jìn)的抽提技術(shù)，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。

用可再生資源補(bǔ)充石油化學(xué)品，要從現(xiàn)在開(kāi)始，由少量到大量逐步進(jìn)行，有關(guān)研究工作要立即開(kāi)始。不考慮化石原料供應(yīng)衰退時(shí)間表的爭(zhēng)論，由于人口增長(zhǎng)以及一些新興國(guó)家人們生活水平提高，需求將繼續(xù)增長(zhǎng)。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補(bǔ)充資源。因此，無(wú)論如何在美國(guó)開(kāi)發(fā)可再生資源作為工業(yè)原料都是十分重要的。

“設(shè)想”中提出的指標(biāo)是“2020年基礎(chǔ)化學(xué)品至少有10%來(lái)自植物衍生可再生資源，隨著發(fā)展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意無(wú)論是美國(guó)還是全世界總消費(fèi)量的增加是很快的，因?yàn)榧词?020年的10%目標(biāo)是按當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)總量計(jì)算，也比當(dāng)前消費(fèi)水平要提高4—5倍，絕對(duì)的增加更大。如果2020年消費(fèi)水平本身提高1倍，可再生資源的絕對(duì)指標(biāo)也要翻番。

換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環(huán)境下能完全取代烴類資源，而只有當(dāng)消費(fèi)產(chǎn)品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時(shí)間框架中，指標(biāo)可以是：可再生資源應(yīng)用使化石燃料能穩(wěn)定地維持現(xiàn)在的消費(fèi)水平。按此指標(biāo)可以形成以下的觀念：

由于不是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)替代戰(zhàn)略，可再生資源并不與非再生資源直接競(jìng)爭(zhēng)。

需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來(lái)滿足未來(lái)20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生資源，因?yàn)槟菚r(shí)的化石燃料將會(huì)很貴而且有限。滿足近期指標(biāo)的支持和研究完全與長(zhǎng)期目標(biāo)保持一致，這些方向性指標(biāo)，非常清楚地表明面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，需要從現(xiàn)在就采取行動(dòng)，應(yīng)當(dāng)開(kāi)始建立通向擴(kuò)大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎(chǔ)指標(biāo)外，其他一些相關(guān)的指標(biāo)也是很重要的，包括：

建立系統(tǒng)，通過(guò)加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)可靠性的基礎(chǔ)設(shè)施支持，將供應(yīng)、制造和分銷等活動(dòng)集成起來(lái)。

通過(guò)功能基因?qū)W來(lái)提高對(duì)植物新陳代謝的理解，優(yōu)化對(duì)專門(mén)的增值加工工藝的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，除應(yīng)用現(xiàn)有的組分外，要開(kāi)拓新型聚合物生產(chǎn)和應(yīng)用。要保證開(kāi)發(fā)的新工藝過(guò)程的效率高于95%，同時(shí)應(yīng)用伴生工藝，應(yīng)用所有副產(chǎn)物，消除廢料，保證新的平臺(tái)能在特殊的環(huán)境條件下堅(jiān)持目標(biāo)方向?qū)Υ_定目標(biāo)與研究指標(biāo)要反復(fù)交叉檢驗(yàn)，使其能堅(jiān)持可再生燃料/能源需要的目標(biāo)。

在生產(chǎn)和分銷中要開(kāi)發(fā)保持穩(wěn)定供應(yīng)的途徑，在年生產(chǎn)一定范圍基礎(chǔ)上控制一些因素，如價(jià)格、數(shù)量、性能、地區(qū)分布、質(zhì)量等。同時(shí)要制定提出這些因素的標(biāo)準(zhǔn)。

建立進(jìn)一步合作伙伴關(guān)系，改進(jìn)綜合集成，通過(guò)加強(qiáng)農(nóng)村發(fā)展來(lái)支持取得成功。

“設(shè)想”的目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)，主要要使本“技術(shù)指南”中所列出的目的大綱都能達(dá)到。基因改性植物生產(chǎn)專門(mén)的代謝產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)補(bǔ)充性的化學(xué)改性產(chǎn)品取得成效就可以達(dá)到2020年可再生資源應(yīng)用增加5倍的目標(biāo)。這些進(jìn)展也將為2020年以后的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

可再生資源應(yīng)用技術(shù)和市場(chǎng)的障礙及問(wèn)題

將可再生資源制成消費(fèi)產(chǎn)品的整個(gè)系統(tǒng)中有許多障礙和問(wèn)題，其中關(guān)鍵和問(wèn)題是：

植物科學(xué)方面：基因?qū)W、酶、新陳代謝和組分。

生產(chǎn)方面：?jiǎn)挝怀杀尽⑹章省⒊掷m(xù)性、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、植物設(shè)計(jì)。

加工方面：經(jīng)濟(jì)學(xué)、分離、轉(zhuǎn)化、生物催化、基礎(chǔ)設(shè)施。

應(yīng)用方面(由技術(shù)和材料驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題)：經(jīng)濟(jì)學(xué)、功能性、性能、新用途。

應(yīng)用方面(由市場(chǎng)和需求驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題)：價(jià)格性能比、性能、知覺(jué)、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。

現(xiàn)將上述關(guān)鍵和問(wèn)題擇要分別介紹于下。

一、關(guān)于應(yīng)用方面（材料驅(qū)動(dòng)問(wèn)題）

1、經(jīng)濟(jì)學(xué)

單位成本是當(dāng)前植物衍生材料使用的主要障礙，也是經(jīng)常引起爭(zhēng)論的一個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題的核心是競(jìng)爭(zhēng)性成本狀態(tài)。在多數(shù)情況下，應(yīng)用植物基原料的成本都比較高，難以與以烴類原料為基礎(chǔ)的加工工藝競(jìng)爭(zhēng)。但是，成本競(jìng)爭(zhēng)情況有幾個(gè)非常復(fù)雜的因素互相影響，諸如產(chǎn)品價(jià)值、材料成本、產(chǎn)量、需要加工程度以及所用基礎(chǔ)原料的性能等。因此如果未來(lái)的戰(zhàn)略只考慮降低本是不會(huì)成功的。最重要的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)因素不是成本本身，而是制得的產(chǎn)品和制造費(fèi)用的差價(jià)(即增值)。

產(chǎn)品價(jià)格是諸多因素的函數(shù)，諸如產(chǎn)品利用、性能、消費(fèi)者喜好和需求等，而制造成本則受原材料價(jià)格、供應(yīng)的持續(xù)性、加工、廢料處理費(fèi)用和投資等諸因素影響，要符合當(dāng)前的具有競(jìng)爭(zhēng)性的通用化學(xué)品工業(yè)的低成本需要。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，只進(jìn)行成本比較是有問(wèn)題的，因?yàn)槲磥?lái)的化石燃料的成本是難以預(yù)測(cè)的。

在當(dāng)前情況下，用烴類原料生產(chǎn)消費(fèi)型產(chǎn)品的加工效率是很高的。但這并非是化石原料本身具備的特點(diǎn)。因?yàn)槭突ひ呀?jīng)研究了100年，有了3代科學(xué)家，政府投入了大量資源才使之達(dá)到今日的水平。與之相比，植物基材料應(yīng)用尚處于較低的水平，開(kāi)拓植物基原料應(yīng)用來(lái)適應(yīng)已臻成熟的烴類加工需要并不是一條唯一的道路，目前應(yīng)用數(shù)量還是很少的。另一條路線是通過(guò)弄清植物衍生材料性能進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的組分。

2、功能性

改變植物中的不同組分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先進(jìn)行原料裂解降級(jí)成為簡(jiǎn)單的分子，隨后用它們?cè)傩泻铣蔀檩^復(fù)雜的分子和聚合物。植物中已經(jīng)含有不同形態(tài)的聚合物，可以在許多產(chǎn)品中應(yīng)用。但是，在現(xiàn)在加工系統(tǒng)中尚無(wú)大量應(yīng)用。用量有限的原因有幾個(gè)方面，其中主要的是由于缺乏對(duì)其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已經(jīng)由植物衍生的蛋白質(zhì)聚合物研制出塑料薄膜的試驗(yàn)產(chǎn)品，顯示出其應(yīng)用的潛力。而且，植物擁有立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以得到一些有價(jià)值的手性分子，如糖類、維生素、氨基酸等。從總體看，目前對(duì)植物基礎(chǔ)原料的反應(yīng)性和功能性尚不夠了解，因此限制了新應(yīng)用思路的產(chǎn)生。

二、關(guān)于應(yīng)用方面（需求驅(qū)動(dòng)問(wèn)題）

1、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的費(fèi)用

植物衍生材料應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵是市場(chǎng)開(kāi)發(fā)費(fèi)用高。正如許多新產(chǎn)品市場(chǎng)一樣，新產(chǎn)品的研究往往是由小公司開(kāi)始的，它們投資不足，缺乏繼續(xù)發(fā)展的資源，常常只停留在試驗(yàn)階段。工業(yè)化的成功率低，由于沒(méi)有一定的供應(yīng)量而常使產(chǎn)品衰落。因此，需要大力改進(jìn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和支持機(jī)制，而且要進(jìn)行與產(chǎn)品相關(guān)的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)，這是擴(kuò)大利用可再生資源的主要工作。目前市場(chǎng)上應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)都是基于石化產(chǎn)品，沒(méi)有適應(yīng)生物基產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，這也是要成功地與石化產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的另一障礙。

2、認(rèn)識(shí)問(wèn)題

植物衍生材料常給人以較低級(jí)的印象，這可能是由于當(dāng)前處于“石化時(shí)代”之故。對(duì)某些制造廠商來(lái)說(shuō)，它的性能較差，主要是因?yàn)槲吹脙?yōu)化。雖然公眾環(huán)境意識(shí)增強(qiáng)，但是對(duì)植物基產(chǎn)品需求尚不足以創(chuàng)造市場(chǎng)來(lái)拉動(dòng)技術(shù)開(kāi)發(fā)。因此，當(dāng)前可再生資源的進(jìn)展主要是基于技術(shù)推動(dòng)的結(jié)果，只有增加市場(chǎng)拉動(dòng)才能有力吸引公司更多投資。沒(méi)有要變革的沖擊，就不會(huì)有更多的變革。因此，如果沒(méi)有各種經(jīng)濟(jì)傾斜途徑，現(xiàn)狀是難以改變的。

三、加工問(wèn)題

1、基礎(chǔ)設(shè)施中分銷問(wèn)題

多年來(lái)石油化學(xué)工業(yè)已經(jīng)建立了加工和分銷烴類基礎(chǔ)產(chǎn)品的有效基礎(chǔ)設(shè)施。由于依賴進(jìn)口原油，美國(guó)的多數(shù)基礎(chǔ)設(shè)施是建設(shè)在海岸線上。因此，許多現(xiàn)有的加工裝置并不適合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工廠、榨油廠和玉米濕法加工廠進(jìn)行加工，它們最好接近于供應(yīng)地。要應(yīng)用大量植物原料就需要進(jìn)一步將供應(yīng)和加工制造集成起來(lái)。應(yīng)當(dāng)開(kāi)拓確立農(nóng)村發(fā)展優(yōu)勢(shì)和重點(diǎn)的戰(zhàn)略和措施，更好地鼓勵(lì)多用可再生資源。

2、分離技術(shù)

應(yīng)用植物于工業(yè)用途的一個(gè)關(guān)鍵是缺少植物組分的分離技術(shù)。樹(shù)木具有非常復(fù)雜的成分如木質(zhì)纖維素。此成分強(qiáng)度高，但要將它分離為有用的分子組分則很困難。多數(shù)農(nóng)作物收獲品是種子，它們含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油分和數(shù)萬(wàn)種其他組分。通常對(duì)許多谷物發(fā)芽和生長(zhǎng)都能進(jìn)行良好的安排，而對(duì)其作為原料進(jìn)行分別管理則很困難。一些除去原始粗組分的工藝，如榨油和提取糖分等已經(jīng)開(kāi)發(fā)，但如何將專門(mén)形態(tài)的蛋白質(zhì)和純的含碳組分分離則仍是困難。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，處理費(fèi)用很高而且技術(shù)困難，這是應(yīng)當(dāng)要解決的問(wèn)題。將反應(yīng)與分離集成起來(lái)的加工系統(tǒng)(如催化蒸餾)可能是一個(gè)解決問(wèn)題的方向。但是此類系統(tǒng)目前應(yīng)用有限。而且還未被開(kāi)發(fā)作為植物基原料方面的應(yīng)用。通過(guò)引入某些基因而使植物增加新的組分，就更需要應(yīng)用先進(jìn)的分離技術(shù)來(lái)回收有意義的新組分。例如生物聚合物開(kāi)發(fā)中目前就因缺少高效純凈的經(jīng)濟(jì)上可行的分餾工藝技術(shù)而受到限制。植物的組分如不能有效地分離出來(lái)，就不可能控制最終產(chǎn)品的特性和質(zhì)量。

3、轉(zhuǎn)換技術(shù)

要利用植物中各種組分的另一問(wèn)題是將這些非均相的混雜原料轉(zhuǎn)換成較為簡(jiǎn)單的分子，這才可以進(jìn)行進(jìn)一步反應(yīng)。在植物基原料中，加工工藝需要有高性能的多功能生物催化劑或是非均相催化劑，這些催化劑具有多種功能并可以進(jìn)行回收。

知識(shí)不足是另一關(guān)鍵，目前人們尚缺乏關(guān)于植物組分的自然差別和來(lái)自不同作物的同樣組分的特性等方面知識(shí)。這些知識(shí)的缺乏和不足就構(gòu)成難以鑒別植物的差異性，缺少鑒別的手段，因此也就難以考慮作為原料的應(yīng)用。發(fā)酵是用來(lái)將某些農(nóng)作物轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)品的工藝，轉(zhuǎn)化是非均相的。所用的轉(zhuǎn)化方式，副產(chǎn)利用和分離等方面仍有許多有待改進(jìn)之處。一般地說(shuō)，植物系統(tǒng)的復(fù)雜化學(xué)問(wèn)題使新型或改進(jìn)植物基加工工藝的設(shè)計(jì)較為困難。烴類化學(xué)制造中有豐富的氧化化學(xué)知識(shí)，還原化學(xué)方面較少，這些都是植物系統(tǒng)加工所需要的。目前特別缺少關(guān)于還原生物催化劑共生因子系統(tǒng)方面的實(shí)踐知識(shí)。

植物原料加工工藝開(kāi)發(fā)的另一個(gè)大的障礙是當(dāng)前缺乏有關(guān)的教育培訓(xùn)。目前化學(xué)工程課程中只有少數(shù)涉及生物化學(xué)課題，多數(shù)畢業(yè)生成為化學(xué)工程師只擁有非常基礎(chǔ)的生物工藝知識(shí)和有限的重要生物分離的知識(shí)。多年來(lái)，工藝化學(xué)家和工程師的培訓(xùn)重點(diǎn)都是烴類化學(xué)，考慮植物基可再生資源加工需要很少。

四、生產(chǎn)方面

1、收率、持續(xù)性和基礎(chǔ)設(shè)施

因?yàn)槟壳吧形蠢么罅恐参锘希静暮驮旒埻猓皇顷P(guān)注未來(lái)的供應(yīng)分銷而不是現(xiàn)實(shí)存在的問(wèn)題。但是，這些對(duì)實(shí)現(xiàn)可再生資源的目標(biāo)都是十分重要的。在供應(yīng)的持續(xù)性方面，數(shù)量和質(zhì)量都是未知數(shù)。如果植物基原料能加工成簡(jiǎn)單的碳分子，其持續(xù)性問(wèn)題就不成關(guān)鍵。但是如果要設(shè)計(jì)應(yīng)用其中某種特殊組分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某種專門(mén)組分，原料的質(zhì)量和數(shù)量的穩(wěn)定性就非常重要。

在一些情況下，供應(yīng)持續(xù)性中的不確定因素實(shí)際上就是風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)容。未來(lái)的石油化工供應(yīng)問(wèn)題和可再生資源供應(yīng)問(wèn)題都有風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)石油化工來(lái)說(shuō)，未來(lái)的供應(yīng)不桷定因素可能因世界上一些區(qū)域的政治變化而增加。而對(duì)植物基原料來(lái)說(shuō)，氣候可能成為不確定的地區(qū)因素。如果某些專門(mén)植物不能大量生產(chǎn)可能導(dǎo)致貿(mào)易上的不確定因素，這些問(wèn)題不需要采取斷然措施，但是需要重視通過(guò)改變基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)保證經(jīng)濟(jì)可靠性。另一個(gè)沖擊供應(yīng)持續(xù)性的不確定因素是未來(lái)的農(nóng)作物用途是作為食物還是作為工業(yè)原料。一方面是根據(jù)供應(yīng)短缺理論，認(rèn)為農(nóng)業(yè)難以供應(yīng)飛躍增長(zhǎng)的人口和消費(fèi)品增長(zhǎng)所需的原料。實(shí)際上，從需求角度看，食物和原料都在增長(zhǎng)，即使不考慮可再生資源進(jìn)行工業(yè)利用，食物本身也存在問(wèn)題。解決食物問(wèn)題的方案也可能就是解決工業(yè)原料問(wèn)題的方案。因此，在供應(yīng)方面必須應(yīng)用新技術(shù)，如生物技術(shù)，這樣才能保持產(chǎn)率不斷提高，使農(nóng)業(yè)能達(dá)到一個(gè)新的水平。

2、植物設(shè)計(jì)、植物科學(xué)、基因?qū)W

轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)顯示出令人鼓舞的前景，要進(jìn)一步充分利用尚有大量工作有待進(jìn)行。存在的一個(gè)主要障礙是對(duì)植物本身內(nèi)在新陳代謝過(guò)程還不夠了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，對(duì)植物新陳代謝和碳流的知識(shí)匱乏是其發(fā)展中的限制因素。

近年來(lái)功能基因?qū)W的進(jìn)展有望促進(jìn)對(duì)材料合成設(shè)計(jì)的理解。但是這門(mén)科學(xué)目前剛開(kāi)始，與類似的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相比所取得的支持還是很有限的。基因轉(zhuǎn)變中的另一成就是讓更多的專用基因嵌入和對(duì)質(zhì)體以及細(xì)胞核的常規(guī)轉(zhuǎn)變。在植物變化、基因?qū)W和生物信息等方面有著廣泛的研究項(xiàng)目，但是將這些出現(xiàn)的新技術(shù)應(yīng)用于可再生資源的專門(mén)研究則很少。

要使科學(xué)知識(shí)不斷深化，在一定程度上取決于消除這些主要障礙，有些已被稱為多學(xué)科的研究。但是，需要努力加強(qiáng)和協(xié)調(diào)才能促進(jìn)現(xiàn)有的障礙及時(shí)地被克服。換言之，基因管理的研究必須緊密地與植物內(nèi)含聚合物的功能性以及分離工程等研究相結(jié)合。

研究和開(kāi)發(fā)的課題

《美國(guó)植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想的技術(shù)指南》(以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)指南“)列出為解決植物/農(nóng)作物基可再生資源利用中的主要障礙應(yīng)當(dāng)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)的課題。“技術(shù)指南”按4個(gè)主要方面的障礙依重要性大小列出研究開(kāi)發(fā)課題，每個(gè)研究課題的影響都有其時(shí)間范圍，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、長(zhǎng)期表示2020年，近期目標(biāo)的達(dá)到可用以衡量面向2020年可再生資源開(kāi)發(fā)利用設(shè)想的前進(jìn)步伐。

一、植物科學(xué)研究方面

1、近期影響課題(按重要性依次減小順序排列,，下同)

(1)應(yīng)用功能基因?qū)W了解植物新陳代謝和組成，至少要與1種主要農(nóng)作物基因計(jì)劃結(jié)合；

(2)開(kāi)發(fā)能實(shí)時(shí)進(jìn)行植物組分的定量分析工具；

(3)改進(jìn)轉(zhuǎn)基因方法，特別是對(duì)麥桿基因的專門(mén)嵌入，要在1998年基礎(chǔ)上提高效益10倍；

(4)開(kāi)發(fā)1—2種主要農(nóng)作物的基因標(biāo)記系列，使之有助于擺在有用的可再生組件含量；

(5)將80%現(xiàn)有的germplasmbase進(jìn)行編目，有效利用各類淀粉、蛋白質(zhì)和油分；

(6)找尋發(fā)展中的生物信息學(xué)利用途徑，推動(dòng)可再生資源的研究和開(kāi)發(fā)，

(7)弄清nuclear-plastid相互作用。

2、中期影響課題

(1)在新陳代謝過(guò)程和碳流中至少弄清50個(gè)限制速率的關(guān)鍵步驟；

(2)利用功能基因?qū)W弄清分子、細(xì)胞和整個(gè)植物的控制管理；

(3)為主要植物用于可再生資源的組分制定標(biāo)準(zhǔn)；

(4)在2種植物中，建立碳庫(kù)并為細(xì)胞分割確定控制點(diǎn)；

(5)在plastid轉(zhuǎn)變中高效率(大于90%)方法的建立；

(6)創(chuàng)建示范工廠，使主要組分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是專門(mén)碳鍵(如C5)大于3O%；

(7)利用基因開(kāi)關(guān)的方法；

(8)建立為植物可再生資源利用的生物信息學(xué)基礎(chǔ)。

3、長(zhǎng)期影響課題

(1)重新設(shè)計(jì)新陳代謝過(guò)程，提供有用的碳結(jié)構(gòu)骨架；

(2)應(yīng)用有針對(duì)性進(jìn)化技術(shù)建立100個(gè)未來(lái)原料的品種庫(kù)；

(3)設(shè)計(jì)新型分子或改性現(xiàn)有化合物，使之適應(yīng)于功能需要；

(4)為提供工業(yè)用原料，創(chuàng)制2種新植物種類；

(5)利用簡(jiǎn)單的細(xì)胞組織進(jìn)行成本和能源效率評(píng)價(jià)；

(6)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)植物組分。

二、生產(chǎn)研究方面

1、近期影響課題

(1)提高畝產(chǎn)量10%~15%以降低原材料單位成本；

(2)改善農(nóng)業(yè)管理，提高肥料利用效率和蟲(chóng)害防治，

(3)確定至少10種影響原料組分和質(zhì)量的因素；

(4)對(duì)至少10種具有潛力的系統(tǒng)和植物類型的畝產(chǎn)效率進(jìn)行定標(biāo)趕超（如主要農(nóng)作物、林業(yè)和多年生種類等）；

(5)調(diào)節(jié)氣候條件對(duì)生產(chǎn)的影響；

(6)每年對(duì)2種農(nóng)作物的潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)或用其他方法評(píng)價(jià)畝產(chǎn)量；

(7)提高當(dāng)前農(nóng)業(yè)加工中廢料利用率5倍；

(8)在單位投入基礎(chǔ)上提高貧瘠土地產(chǎn)量2倍。

2、中期影響課題

(1)提高產(chǎn)量，使單位投入的碳產(chǎn)出為1998年基礎(chǔ)上的2倍；

(2)為長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)盡量減小土地、大氣和水利用影響的系統(tǒng)方法；

(3)對(duì)收獲產(chǎn)物和主要植物成分建立標(biāo)準(zhǔn)；

(4)專門(mén)設(shè)計(jì)收獲裝備，盡量增大碳的收獲；

(5)開(kāi)發(fā)新的利用方法，使現(xiàn)在遺留在土地上的農(nóng)作物45%能得到利用，

(6)培育適應(yīng)專門(mén)土地和土壤的農(nóng)作物；

(7)建立農(nóng)業(yè)信息學(xué)基礎(chǔ)，重點(diǎn)是不同來(lái)源的可再生資源植物類型、生產(chǎn)價(jià)值、質(zhì)量和單位成本。

3、長(zhǎng)期影響課題

(l)在化石燃料排出廢氣中CO2的固定；

(2)從現(xiàn)在植物/農(nóng)作物生產(chǎn)中消除碳的廢料；

(3)設(shè)計(jì)新的農(nóng)作物/植物生長(zhǎng)系統(tǒng)，優(yōu)化原料回收率(大于95%可利用)；

(4)對(duì)主要能源獲取和固定，提高化合效率；

(5)對(duì)收獲前期工作和部分就地加工的裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)；

(6)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)。

三、加工研究方面

1、近期影響課題

(1)改進(jìn)分離技術(shù)，處理大于95%的非均—植物材料；

(2)改進(jìn)單體基礎(chǔ)原料變換的生物催化劑；

(3)開(kāi)發(fā)3種具有高選擇性的快速反應(yīng)強(qiáng)力催化劑；

(4)為將植物聚合物轉(zhuǎn)換為有用的單體，找出新型和性能優(yōu)良的酶(具有10倍活性)并進(jìn)行評(píng)價(jià)；

(5)將微生物進(jìn)行工程化，改善非均—植物的發(fā)酵；

(6)提高廢物利用率2倍；

(7)開(kāi)發(fā)高效的除水技術(shù)并對(duì)改進(jìn)的非水溶劑反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)；

(8)在植物材料中利用天然立體化學(xué)方法的評(píng)價(jià)。

2、中期影響課題

(1)應(yīng)用5種以上高級(jí)分離系統(tǒng)(如自行清凈膜、離子交換、精餾等)；

(2)為經(jīng)濟(jì)捕集植物單體和聚合物開(kāi)發(fā)改進(jìn)的分離——純化技術(shù)；

(3)為2種以上植物類型建立經(jīng)濟(jì)共生系統(tǒng)；

(4)通過(guò)分子進(jìn)化技術(shù)設(shè)計(jì)并創(chuàng)制50種新型酶；

(5)開(kāi)發(fā)100種以上具有性能成本特性的新型酶庫(kù)；

(6)研究反應(yīng)性分級(jí)系統(tǒng)；

(7)對(duì)微生物、酶和化學(xué)品庫(kù)的性能建立信息學(xué)基礎(chǔ)，用于特殊的轉(zhuǎn)化。

3、長(zhǎng)期影響課題

(1)實(shí)現(xiàn)原料加工中無(wú)廢料的多種產(chǎn)出的連續(xù)工藝；

(2)為改性植物和組分設(shè)計(jì)新設(shè)備；

(3)為3種以上新產(chǎn)品(如將工程化酶轉(zhuǎn)入植物并在收獲中得到活化)設(shè)計(jì)新機(jī)制；

(4)固態(tài)酶轉(zhuǎn)化；

(5)設(shè)計(jì)14種化學(xué)與生物結(jié)合型反應(yīng)器；

(6)評(píng)價(jià)植物組分在分離前相內(nèi)的作用。

四、應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施研究方面

1、近期影響課題

(3)探求3種在現(xiàn)有加工裝置(如玉米濕法加工廠、紙漿廠)上擴(kuò)大應(yīng)用植物原料的機(jī)遇；

(4)分析測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)90%以上的主要植物組分進(jìn)行定量；

(5)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)單位性能成本和增值成本的方法；

(6)評(píng)價(jià)運(yùn)輸系統(tǒng)及成本；

(7)計(jì)算出100%年加工貯存量和投人產(chǎn)出的需求量；

(8)創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施，擴(kuò)大利用農(nóng)業(yè)廢料。

2、中期影響課匾

(1)深入掌握植物中10種以上組分和碳鍵新陳代謝體的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系知識(shí)；

(2)開(kāi)發(fā)對(duì)高質(zhì)量原材料的100%鑒別保護(hù)系統(tǒng)；

(3)為價(jià)值驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)和定貨實(shí)現(xiàn)營(yíng)銷系統(tǒng)；

(4)對(duì)在同一地點(diǎn)的多目的利用區(qū)的協(xié)同作用進(jìn)行評(píng)價(jià)；

(5)對(duì)原材料組分和加工過(guò)程中的中間產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定量分析手段(小于3分鐘/試樣)；

(6)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)預(yù)測(cè)手段，準(zhǔn)確性大于95%；

(7)在一組植物原料性能基礎(chǔ)上建立信息學(xué)基礎(chǔ)，如單位成本、性能、功能性、最佳來(lái)源、應(yīng)用范圍等。

3、長(zhǎng)期影響課題

(1)所需功能進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備植物化合物至少10種；

(2)在植物生產(chǎn)區(qū)內(nèi)開(kāi)發(fā)至少5個(gè)制造利用中心；

(3)開(kāi)發(fā)3種以上有新功能的新材料；

(4)提出擴(kuò)大利用可再生資源所需的教育培訓(xùn)需求；

(5)在植物組分功能間協(xié)同作用的利用；

(6)設(shè)計(jì)最終產(chǎn)品的貯存和運(yùn)輸，使之到達(dá)銷售中心和出口；

(7)為供需關(guān)系的控制創(chuàng)建減輕超過(guò)90%風(fēng)險(xiǎn)的戰(zhàn)略。

當(dāng)前，美國(guó)有一些項(xiàng)目已在進(jìn)行，可視為工業(yè)原料中應(yīng)用可再生資源的先驅(qū)，也可視為本“技術(shù)指南”中研究項(xiàng)目的示范事例。其一是在轉(zhuǎn)基因植物開(kāi)發(fā)中的聚羥基丁酸酯(PIB)。PHB可在植物中生成，作為制造生物降解塑料的原料，用適當(dāng)?shù)募?xì)菌基因進(jìn)行轉(zhuǎn)化并弄清植物內(nèi)在的新陳代謝路徑，從而構(gòu)成制備方法。現(xiàn)在正在進(jìn)行分離、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等項(xiàng)工作。

其二是用玉米淀粉作原料，通過(guò)酶反應(yīng)制備聚乳酸(PLA)。Cargi11-Dow合資企業(yè)已在充分研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步投資數(shù)百萬(wàn)美元建立制造裝置進(jìn)行工業(yè)開(kāi)發(fā)。PLA是一種生物裂解聚合物，原料是由玉米濕法加工工藝制備的葡萄糖，其中發(fā)酵過(guò)程和酶的活性是重要因素。最終的PLA樹(shù)脂可視用戶制膜、纖維、碳制品和涂層的需要分別制出不同規(guī)格品種。PLA具有聚苯乙烯、聚烯烴和纖維素的功能性。

協(xié)同與合作是取得成功的途徑

未來(lái)利用可再生資源需要采取一條多學(xué)科和跨行業(yè)途徑。在許多領(lǐng)域內(nèi)的研究成就都提供了發(fā)展機(jī)遇，如生物聚合物、立體結(jié)構(gòu)型分子、新型酶、新材料和轉(zhuǎn)基因設(shè)計(jì)等。但是每個(gè)方面內(nèi)的任何進(jìn)展如果只當(dāng)作孤立的技術(shù)領(lǐng)域是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要更有力的相關(guān)研究計(jì)劃，采取平行的和協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行工作，才能取得成果。

要取得有效益的進(jìn)展必須采取多學(xué)科的途徑，這是非常清楚的。但是，任何一個(gè)組織都難以具備有如此深度和廣度的技術(shù)能力。因此，對(duì)研究提供的支持應(yīng)當(dāng)是多方面的，而且要在跨行業(yè)的系統(tǒng)中進(jìn)行。

“植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想”(以下簡(jiǎn)稱“設(shè)想”)中提出的要求需將重點(diǎn)瞄準(zhǔn)有限的熱點(diǎn)目標(biāo)同步取得進(jìn)展。對(duì)于研究工作則需要有準(zhǔn)確的時(shí)間表和系統(tǒng)中各方面的廣泛交流，所有這些都要走相互協(xié)同的道路。例如，一位科學(xué)家可能發(fā)現(xiàn)一種新型聚合物，具有可以作為高級(jí)生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的價(jià)值受到以下一些因素的限制：發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)幕颉⑿玛惔x過(guò)程可靠性、:最佳作物類型是否能有足夠的產(chǎn)率和可承受的成本、各種聚合物組分分離可能和利用此材料制造新產(chǎn)品的方法等。所有這些因素都需通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)才能取得相應(yīng)的進(jìn)展。進(jìn)行這些研究開(kāi)發(fā)要采取最佳途徑保證研究成果關(guān)鍵的目標(biāo)互相協(xié)調(diào)、平行地進(jìn)行，此途徑要鼓勵(lì)私營(yíng)部門(mén)的參與。

當(dāng)前，植物和農(nóng)作物作為生物質(zhì)和原料已被應(yīng)用，諸如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪酸和異戊二烯化合物。林業(yè)主要是為紙漿和造紙?zhí)峁┰稀｜S豆則是用于油墨和涂料。玉米通過(guò)濕法加工發(fā)酵工藝已經(jīng)進(jìn)入幾個(gè)工業(yè)部門(mén)，但是各種用量都很少。由于基因工程可以通過(guò)新陳代謝操作使植物或農(nóng)作物生成有功能需要的材料，從而顯示出新的發(fā)展機(jī)遇。

“技術(shù)指南”已經(jīng)突出了未來(lái)取得進(jìn)展的途徑，而且確定了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的目標(biāo)。成功地達(dá)到這些目標(biāo)就可實(shí)現(xiàn)“設(shè)想”中確定的到2020年可再生資源利用增加5倍的目的，同時(shí)也為2020年以后進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。按“技術(shù)指南”目標(biāo)提出課題是人們用所有的天然資源滿足不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)品和能源的需要。當(dāng)前進(jìn)行研究將為今后的產(chǎn)品選擇提供機(jī)會(huì)。可再生資源需要將注意焦點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面：發(fā)展方向、最佳科學(xué)思維的應(yīng)用、最先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和最高級(jí)智能水平的繼續(xù)研究等。本“技術(shù)指南”已經(jīng)提出了需求和研究開(kāi)發(fā)課題，其目的就是為美國(guó)開(kāi)拓實(shí)施一條成功的可再生資源戰(zhàn)略。而且也選出了需要優(yōu)先支持的領(lǐng)域，它們都是從幾個(gè)已經(jīng)確定的科學(xué)研究和工業(yè)開(kāi)發(fā)需求中選擇出來(lái)的，而且考慮了在高級(jí)可再生資源的關(guān)鍵部門(mén)有最大的投資回報(bào)。

未來(lái)世界許多方面都會(huì)延續(xù)但將發(fā)生變化。幸運(yùn)的是我們已看見(jiàn)其需求并具有科學(xué)智慧適應(yīng)變化的發(fā)展。美國(guó)要保持領(lǐng)先地位就要繼續(xù)采取迅速的行動(dòng)來(lái)滿足擴(kuò)大利用可持續(xù)發(fā)展的可再生資源的需求。不斷的科學(xué)突破和技術(shù)進(jìn)步(正如“技術(shù)指南”文件中所列出的項(xiàng)目和課題)才能滿足資源利用的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)正在我們面前，我們面臨的挑戰(zhàn)是為滿足人們對(duì)產(chǎn)品不斷增長(zhǎng)的需求。

“技術(shù)指南”中從兩個(gè)方面表明多學(xué)科和跨部門(mén)的研究開(kāi)發(fā)對(duì)實(shí)現(xiàn)“設(shè)想”的重要性：

一是植物的投人，同時(shí)要考慮廢料和副產(chǎn)物利用、改性基因?qū)W的應(yīng)用。

篇8

隨著適用性研究和開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，人們可以發(fā)現(xiàn)許多經(jīng)濟(jì)上可行的方案來(lái)滿足整個(gè)地球的需求。該"設(shè)想"確定了方向和相應(yīng)的規(guī)劃，采取措施建立利用植物系統(tǒng)中能源和碳源的可再生資源基礎(chǔ)。面臨的挑戰(zhàn)是嚴(yán)重的，但機(jī)遇也是難以衡量的。人類可以適應(yīng)變化，但必須接受所面臨的挑戰(zhàn)。序言中從兩方面進(jìn)一步闡明“設(shè)想”提出的背景：

1、界定植物/農(nóng)作物基資源

植物/農(nóng)作物基(有時(shí)用生物基bio-based)資源是指來(lái)自于一定范圍的植物系統(tǒng)，主要是農(nóng)作物、林產(chǎn)品和食品、飼料和纖維工業(yè)加工過(guò)程中的副產(chǎn)物。它們可以通過(guò)一年生的作物和樹(shù)種，多年生植物和短期輪作樹(shù)種等途徑在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)再生。石油化學(xué)品原本也是以植物為基礎(chǔ)，其基本分子為烴類。植物/農(nóng)作物基可再生資源當(dāng)前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質(zhì)素和植物油。也有一些量少高值的分子是來(lái)自二級(jí)植物新陳代謝。另一個(gè)主要區(qū)別是烴類及其提取系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)并加工處理其所需要的原料型產(chǎn)品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認(rèn)定，但某種植物會(huì)含有某種資源，加工后會(huì)留下什么，尚未完全搞清。

最近生物技術(shù)進(jìn)展可以改變植物成分和酶提取系統(tǒng)，這就為現(xiàn)在需要的化學(xué)產(chǎn)品和新型中間人體及產(chǎn)品制造提供了新的經(jīng)濟(jì)機(jī)遇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)的森林、耕地、牧場(chǎng)等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農(nóng)作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產(chǎn)大量植物/農(nóng)作物基資源。過(guò)去50年，這類資源的重點(diǎn)主要是面向食物、飼料和纖維生產(chǎn)。

2、烴類經(jīng)濟(jì)

20世紀(jì)后期，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，生產(chǎn)增長(zhǎng)率有很大提高，尤其是各發(fā)達(dá)國(guó)家，一些發(fā)展中國(guó)家也不斷增長(zhǎng)。成功的增長(zhǎng)和發(fā)展過(guò)程中起主要作用的是烴類經(jīng)濟(jì)。自20年代以來(lái)，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當(dāng)前所享受的經(jīng)濟(jì)效益和生活水準(zhǔn)。許多國(guó)家都依靠這種資源來(lái)滿足能源和原材料的需要。

在過(guò)去50年中，大量的研究開(kāi)發(fā)在能源生產(chǎn)和基礎(chǔ)產(chǎn)品制造方面創(chuàng)造了許多可以大量增值的工藝過(guò)程。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)明顯地受人們提高生活水準(zhǔn)的意愿所驅(qū)動(dòng)，以創(chuàng)造各種產(chǎn)品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國(guó)1996年玉米、黃豆和小米等生產(chǎn)用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經(jīng)濟(jì)角度看還不能趕上工業(yè)原料，而以烴類為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)卻繁榮昌盛。

烴類雖然將繼續(xù)起到非常有效的經(jīng)濟(jì)發(fā)展平臺(tái)作用，但是在其未來(lái)應(yīng)用中卻有若干問(wèn)題有待解決。首先是對(duì)石油化學(xué)產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境問(wèn)題日益受到關(guān)注，隨著又產(chǎn)生了許多相關(guān)的問(wèn)題。化石燃料是一類正在減少的原料資源。應(yīng)用植物/農(nóng)作物基資源作為一種補(bǔ)充，由于它們是可再生的，所以為經(jīng)濟(jì)有序地向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

通過(guò)對(duì)能源狀態(tài)的審視就可看到可再生資源作為一種補(bǔ)充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲(chǔ)量，如按現(xiàn)在消費(fèi)水平計(jì)算只能提供50-100年，此處的一個(gè)重要假設(shè)是“現(xiàn)在消費(fèi)水平”是保持不變，但是從全世界人口增長(zhǎng)和生活水準(zhǔn)變化來(lái)考慮，此假設(shè)是不合理的。當(dāng)前世界上按人口平均的能源消費(fèi)水平差距很大，詳見(jiàn)表1，許多發(fā)展中國(guó)家都將增加能源消費(fèi)。未來(lái)的能源供應(yīng)問(wèn)題是多方面的，因?yàn)榘l(fā)展中國(guó)家人口眾多。例如，中國(guó)按人口平均能源消費(fèi)相當(dāng)于美國(guó)水平的1/3，其需要增加的能量數(shù)量約相當(dāng)于美國(guó)現(xiàn)在全年能源使用總量。

表1當(dāng)前按人口平均能源消費(fèi)水平kwh/人美國(guó)法國(guó)日本巴西泰國(guó)中國(guó)

122007500700015001200900

一些有效利用烴類的開(kāi)發(fā)將有助于需要增長(zhǎng)問(wèn)題的解決，但是對(duì)烴類找到補(bǔ)充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)基礎(chǔ)。

新技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用需要時(shí)間。石油化學(xué)工業(yè)本身的發(fā)展就是一個(gè)事例。1920年烴類原材料經(jīng)濟(jì)并不像今天這樣具有吸引力，過(guò)了50年，開(kāi)始適應(yīng)化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農(nóng)作物基系統(tǒng)達(dá)到同樣現(xiàn)代化水平也需要時(shí)間。

當(dāng)前正是開(kāi)展大量研究開(kāi)發(fā)工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開(kāi)始在各種可供選擇的途徑中提出選擇標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候。現(xiàn)在進(jìn)行研究并不意味系統(tǒng)要立即改變，但是，烴類經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)學(xué)未來(lái)將出現(xiàn)問(wèn)題：要支付高額環(huán)境費(fèi)用，或是由于原料缺少而價(jià)格上揚(yáng)。

投資適用性研究可以在未來(lái)能源和原材料間進(jìn)行相關(guān)的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長(zhǎng)期，選擇植物/農(nóng)作物基可再生資源可能是要兼顧環(huán)境方面容許和經(jīng)濟(jì)方面具有吸引力。而在近期，研究和開(kāi)發(fā)可能只在一些領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行，使植物/農(nóng)作物可再生資源能開(kāi)始進(jìn)入基本化學(xué)原料市場(chǎng)，從而擴(kuò)大資源基礎(chǔ)，延長(zhǎng)有價(jià)值的化石燃料儲(chǔ)備的應(yīng)用壽命。

在上述背景環(huán)境下，通過(guò)研究討論，提出了2020年開(kāi)發(fā)利用植物/農(nóng)作物可再生資源的設(shè)想的目標(biāo)；“設(shè)想”是要通過(guò)植物/農(nóng)作物基可再生資源的開(kāi)發(fā)來(lái)提供經(jīng)濟(jì)繼續(xù)發(fā)展、生活的健康標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)大的國(guó)家安全。植物/農(nóng)作物基可再生資源可以改變當(dāng)前對(duì)日益減少的非再生資源的依賴。

本“設(shè)想”的內(nèi)涵重點(diǎn)是建立新的觀念，即植物基資源是越來(lái)越重要的工業(yè)原料資源。非再生資源可能因經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設(shè)想”反對(duì)等到危機(jī)發(fā)生時(shí)現(xiàn)開(kāi)始啟動(dòng)替代。

展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無(wú)的，它對(duì)滿足未來(lái)的需求非常迫切。當(dāng)然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現(xiàn)在就要開(kāi)始，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展有足夠的時(shí)間，保證解決環(huán)境而進(jìn)行良好的合作。

要取得有成效的進(jìn)展，應(yīng)當(dāng)確定以下的方向性目標(biāo)：

1、2020年化學(xué)基礎(chǔ)產(chǎn)品中至少有10%來(lái)自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。

2、建立植物基(農(nóng)作物，林產(chǎn)，加工業(yè))系統(tǒng)，用有效的轉(zhuǎn)化加工工藝生產(chǎn)可再生原料，為2020年選中的產(chǎn)品提供經(jīng)濟(jì)合理、對(duì)環(huán)境瓜敏感的制造平臺(tái)。用此生產(chǎn)鏈來(lái)示范一個(gè)綜合的植物/農(nóng)作物基原料系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性和潛在效益，顯示工業(yè)應(yīng)用機(jī)遇的新領(lǐng)域，為2020年以后國(guó)內(nèi)和出口的需求做出貢獻(xiàn)。

3、在工業(yè)投資者、植物商、生產(chǎn)者、學(xué)術(shù)界和各級(jí)政府之間建立合作伙伴關(guān)系，開(kāi)發(fā)從小范圍到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，重新激活農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，改進(jìn)增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業(yè)與基礎(chǔ)材料制造業(yè)之間的差別。

“設(shè)想”中提出，科研與開(kāi)發(fā)方面要制定有詳細(xì)目的和要求的相應(yīng)計(jì)劃，支持上述方向性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，從而也可取得投資的優(yōu)勢(shì)。

植物/農(nóng)作物基資源利用現(xiàn)狀和前景

一、現(xiàn)狀

烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎(chǔ)原料，已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經(jīng)逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農(nóng)作物基資源目前尚未有效利用，主要是因?yàn)榭捎眯圆睢①|(zhì)量不高、供應(yīng)不穩(wěn)或是價(jià)格高。要推動(dòng)和提高植物/農(nóng)作物可再生資源應(yīng)用的興趣，需要從以下幾個(gè)方面來(lái)分析。

1、實(shí)用性

盡管消費(fèi)總量不高，但是植物基原料當(dāng)前在化學(xué)品方面應(yīng)用面很廣，如用于油漆、粘合劑及劑等。黃豆是植物袖的傳統(tǒng)原料，隨著基因工程進(jìn)展，可以生產(chǎn)滿足特殊劑市場(chǎng)需要的專門(mén)油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數(shù)氨基酸以及各種蛋白質(zhì)等化學(xué)品生產(chǎn)中，植物基資源是主要原料，詳見(jiàn)表2。

表2、美國(guó)植物基資源用量萬(wàn)t/a類別用量用途

木材8090紙，紙板，木質(zhì)素纖維復(fù)合材料

工業(yè)淀粉300粘合劑，聚合物，樹(shù)脂

植物油100表面活性劑，油墨，油漆，樹(shù)脂

天然橡膠100輪胎，家用品

木材提取物90油料，膠

纖維素50紡織纖維，聚合物

木質(zhì)素20粘合劑，丹寧，vanillin

在多數(shù)情況下，應(yīng)用的植物基材料主要是原始狀態(tài)分子。如木質(zhì)素纖維、植物油和橡膠等復(fù)雜分子的應(yīng)用也只有有限的改性。這就與石油化學(xué)工業(yè)構(gòu)成明顯的反差，石油化工則是用化學(xué)方法按需要將烴類裂解成幾種簡(jiǎn)單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎(chǔ)原料進(jìn)行化學(xué)合成，制造所需要的復(fù)雜的分子。

在少數(shù)情況下，植物/農(nóng)作物原料進(jìn)行裂解成為不同的基礎(chǔ)分子，例如高果糖的玉米生產(chǎn)糖漿和玉米淀粉發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。1996年美國(guó)用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發(fā)酵方法生產(chǎn)9億加侖(1加侖=4.546l,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實(shí)例看，植物基原料有一定實(shí)用性，雖還未生產(chǎn)像藥物那樣的高度專業(yè)化的分子，但卻包括了大量生產(chǎn)的中間體及產(chǎn)品。

2、供應(yīng)及質(zhì)量

植物系統(tǒng)地區(qū)分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導(dǎo)致供應(yīng)和質(zhì)量的差異。森林和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)縮小了天然野生植物的供應(yīng)差異。

生物質(zhì)的總產(chǎn)量雖然很大，但是由于沒(méi)有經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化技術(shù)而使其應(yīng)用受限制。一些新進(jìn)展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產(chǎn)品的機(jī)會(huì)，如果能在分離技術(shù)上進(jìn)一步創(chuàng)新，就可以推動(dòng)此應(yīng)用。生物質(zhì)資源可以來(lái)自快速增長(zhǎng)木材、田邊作物以及其他專門(mén)培植的植物物種。另一潛在的生物質(zhì)資源是當(dāng)前為食用和飼料種植的農(nóng)作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應(yīng)用其產(chǎn)量的一半。此4種作物估計(jì)每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質(zhì)計(jì),下同)遺留在田地中，總計(jì)約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結(jié)構(gòu)，但大部分運(yùn)出去，作為原料應(yīng)用。因此要求有適當(dāng)?shù)摹⒊杀镜偷膬?chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和加工技術(shù)。

供應(yīng)方面的主要問(wèn)題是對(duì)原始生產(chǎn)的管理。當(dāng)前，樹(shù)木可作木材和紙漿，種植農(nóng)作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒(méi)有在綜合利用上進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)植物/農(nóng)作物投入的成本評(píng)價(jià)基礎(chǔ)是未經(jīng)優(yōu)化的植物生產(chǎn)系統(tǒng)，因此經(jīng)濟(jì)性不佳。一些邊際土地的利用可以擴(kuò)大植物基可再生資源原料基地。但是從經(jīng)濟(jì)上比較，其很難達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行目標(biāo)。在估算其經(jīng)濟(jì)回報(bào)時(shí)，要考慮化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品的使用費(fèi)用。要增加可再生資源來(lái)源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應(yīng)是如何對(duì)良田建立優(yōu)化種植生產(chǎn)系統(tǒng)。

當(dāng)前低投入、低產(chǎn)出的植物生產(chǎn)對(duì)農(nóng)民難以盈利，并不利于農(nóng)村發(fā)展，也不能為加工業(yè)提供低價(jià)原料。但是在產(chǎn)出方面，數(shù)量和質(zhì)量相差甚大，從此系統(tǒng)得到的產(chǎn)品必然價(jià)格較高，嚴(yán)重地限制了經(jīng)濟(jì)上的可行性。而且，由于低產(chǎn)出生產(chǎn)就需要更多的土地，其對(duì)環(huán)境的單位影響常常大于更為強(qiáng)化、密集的系統(tǒng)。因此要優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)改善邊際土地的利用。此外利用生產(chǎn)率高的土地作為植物/農(nóng)作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數(shù)量和質(zhì)量上的波動(dòng)變化。

農(nóng)村根據(jù)市場(chǎng)需求規(guī)劃種植計(jì)劃，如根據(jù)乙醇市場(chǎng)還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進(jìn)行第2輪對(duì)品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對(duì)產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益有很大影響。面對(duì)“設(shè)想”需要擴(kuò)大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥品或聚合物等等選擇范圍。要根據(jù)供應(yīng)或需求來(lái)決策，就需要進(jìn)一步仔細(xì)研究有關(guān)課題。

3、植物/農(nóng)作物基原料成本

利用植物/農(nóng)作物基可再生資源主要是成本問(wèn)題，它與烴類相比是不經(jīng)濟(jì)的。工業(yè)生產(chǎn)要求大量的便宜原料。植物原料價(jià)格便宜，如果能開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)將極具競(jìng)爭(zhēng)能力。利用植物/農(nóng)作物基原料生產(chǎn)化學(xué)品的成本比較，詳見(jiàn)表3。

表3、植物/農(nóng)作物基化學(xué)品生產(chǎn)成本類別生產(chǎn)量萬(wàn)噸通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占總產(chǎn)量%

糠醛300.750.7897.0

粘合劑5001.651.4040.0

脂肪酸2500.460.3340.0

表面活性劑3500.450.4535.0

醋酸2300.330.3517.5

增塑劑801.502.5015.0

炭黑1500.500.4512.0

洗滌劑12601.101.7511.0

顏料15502.005.806.0

染料45012.0021.006.0

墻涂料7800.501.203.5

油墨3502.002.503.5

專用涂料2400.801.752.0

塑料30000.502.001.8

實(shí)際上,在制造業(yè)中選用不同的化學(xué)加工工藝對(duì)其成本影響很大。

植物/農(nóng)作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業(yè)原料提供的補(bǔ)充資源。成本問(wèn)題并非只限于原料,而且與加工過(guò)程有關(guān)，因此要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新的化學(xué)和生物加工工藝，才能擴(kuò)大植物基可再生資源應(yīng)用范圍，使之成為經(jīng)濟(jì)可行系統(tǒng)。

二、前景

由于植物/農(nóng)作物基可再生資源的來(lái)源不同，每種來(lái)源的原料又可以利用不同的加工工藝，構(gòu)成了一種多維的發(fā)展前景。本“設(shè)想”運(yùn)用矩陣分析方法進(jìn)行探討。不同投人的植物原料，可以運(yùn)用不同的加工系統(tǒng)，并取得各種不同的開(kāi)發(fā)效果。

1、廢料和副產(chǎn)物利用

從當(dāng)前看，利用機(jī)會(huì)多，但需要有新的加工技術(shù)才能使其成為更重要的資源。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

森林工業(yè)已經(jīng)將副產(chǎn)物利用發(fā)展成為一個(gè)較大的行業(yè)，如紙漿副產(chǎn)液轉(zhuǎn)化為磺酸木質(zhì)素表面活性劑ch3soch3以及用樹(shù)皮制丹寧。農(nóng)作物的磨榨工業(yè)開(kāi)發(fā)了許多應(yīng)用副產(chǎn)物進(jìn)行加工的工藝，如從燕麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產(chǎn)擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業(yè)，如蔬菜和水果卻沒(méi)有開(kāi)發(fā)相應(yīng)的副產(chǎn)利用加工工藝，經(jīng)常將副產(chǎn)淀粉和糖排放入周圍環(huán)境。副產(chǎn)物的利用具有許多發(fā)展機(jī)遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產(chǎn)物成本的手段，而且從戰(zhàn)略上看是擴(kuò)大利用植物基資源。

(2)改進(jìn)化學(xué)

木本植物和有些農(nóng)作物加工中有較高的木質(zhì)纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業(yè)一樣，可以將復(fù)雜分子轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小分子技術(shù)。便宜的植物衍生發(fā)酵制糖的開(kāi)發(fā)已在進(jìn)行。用金屬有機(jī)物化學(xué)將碳水化合物轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋祷瘜W(xué)品是擴(kuò)大利用植物基原料的又一技術(shù)途徑。改進(jìn)化學(xué)方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經(jīng)濟(jì)回報(bào)率。

(3)生物加工

在比較復(fù)雜的料漿中用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)某種分子，再將其分離出來(lái)成為需要的產(chǎn)物。生物轉(zhuǎn)化是應(yīng)用微生物、細(xì)胞或不含細(xì)胞的酶系統(tǒng)的一步法工藝，它提供了改進(jìn)廢物料和副產(chǎn)物利用機(jī)會(huì)，隨著分離技術(shù)的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應(yīng)用。

(4)新分子

在此方面似乎不太重要，從廢料中生產(chǎn)新分子不是一條最佳途徑。

2、現(xiàn)有農(nóng)作物

從近期看擴(kuò)大應(yīng)用具有最佳機(jī)會(huì)。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

從化學(xué)工業(yè)整體看，并沒(méi)有|認(rèn)為植物衍生材料具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是具體|問(wèn)題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。

(2)改進(jìn)化學(xué)

如果植物衍生原料是結(jié)構(gòu)型的生物質(zhì)，含有木質(zhì)素和纖維素等成分，其具有一定優(yōu)勢(shì)。一些新技術(shù)，如綜合燃燒或金屬有機(jī)化學(xué)等都能提供更好地利用此類資源的機(jī)會(huì)。除林產(chǎn)資源外，約有5200億磅的生物質(zhì)資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現(xiàn)有資源的效益。新的工藝開(kāi)發(fā)可以提供利用糖和淀粉的機(jī)會(huì)。植物淀粉有不同來(lái)源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質(zhì)、用途都不同，因此需要改進(jìn)其化學(xué)方法，發(fā)揮其潛能。新化學(xué)工藝與生物加工及先進(jìn)的分離技術(shù)綜合起來(lái)可產(chǎn)生很大效益。

(3)生物加工工藝

植物作為生物加工原料量大而多樣，從結(jié)構(gòu)型生物質(zhì)到一些專門(mén)的植物組分，在生物加工方面潛在優(yōu)勢(shì)很大：用酶轉(zhuǎn)換玉米衍生的葡萄糖生產(chǎn)高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經(jīng)過(guò)發(fā)酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一些化學(xué)產(chǎn)品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進(jìn)一步加工制成許多種產(chǎn)品。當(dāng)前，用10億磅這種原料可得到價(jià)值13億美元產(chǎn)品，現(xiàn)在正在中試。多種學(xué)科進(jìn)行合作就可取得良好的效果，這是短期內(nèi)取得成效的一種良好運(yùn)行模式。

(4)新分子

植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是專用酶，可產(chǎn)生新分子。此工作目前只在很小的市場(chǎng)中進(jìn)行。當(dāng)市場(chǎng)對(duì)具有特殊性能的新產(chǎn)品需求增加，投入產(chǎn)出可能會(huì)促使其發(fā)展，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的綜合研究要沿著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)鏈進(jìn)行，從界定所需要的產(chǎn)品——需要的特性——分子結(jié)構(gòu)——中間體——酶技術(shù)——蛋白質(zhì)/基因工程——投入植物的最佳原料——生產(chǎn)優(yōu)化等。

3、新鮮農(nóng)作物

此項(xiàng)作為中期發(fā)展機(jī)遇。

(l)現(xiàn)代化學(xué)

因?yàn)榛瘜W(xué)工業(yè)一般不認(rèn)為農(nóng)作物的利用能獲得較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此新鮮農(nóng)作物并無(wú)吸引力。過(guò)去曾認(rèn)為可以降低成本，但是實(shí)際上的技術(shù)限制否定了其經(jīng)濟(jì)性。

(2)改進(jìn)化學(xué)

從投入產(chǎn)出看，存在類似問(wèn)題，如果改進(jìn)的化學(xué)工藝需要專門(mén)的農(nóng)作物，-新鮮農(nóng)作物可能會(huì)有優(yōu)勢(shì)。另一優(yōu)勢(shì)是在物流方面。按照改進(jìn)工藝實(shí)施和運(yùn)作規(guī)模，所需原料只能就近供應(yīng)新鮮農(nóng)作物。因此改進(jìn)工藝應(yīng)當(dāng)與供應(yīng)系統(tǒng)平行進(jìn)行才能互相支持共同發(fā)展。植物作為原料補(bǔ)充資源時(shí)，困難在于許多烴類加工裝置不位于農(nóng)作物和森林種植地區(qū)，而植物基原料運(yùn)輸費(fèi)用很高。

(3)生物加工工藝

與改性化學(xué)類似,區(qū)別在于如何將原料加工成中間體和最終產(chǎn)品。在技術(shù)上要考慮農(nóng)作物品種的適用性，一種生物工藝可以對(duì)多種品種進(jìn)行加工。優(yōu)化工藝是影響運(yùn)作經(jīng)濟(jì)很重要的因素。

4、改性基因類植物

這是中長(zhǎng)期發(fā)展機(jī)遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現(xiàn)碳水化合物經(jīng)濟(jì)，或是其他經(jīng)濟(jì)，這要看建立在生物工程基礎(chǔ)上的新工業(yè)平臺(tái)所能發(fā)揮的作用。

(1)現(xiàn)代化學(xué)

基因改性植物基原料可能成為現(xiàn)有的烴類加工系統(tǒng)原料。但是，改性植物分子在烴類系統(tǒng)中降解所花代價(jià)太高。因此投入技術(shù)要能跨越加工技術(shù)，或者是較復(fù)雜的分子能直接得到并進(jìn)入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應(yīng)用此改性原料。當(dāng)然這些變革都要從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩方面來(lái)評(píng)價(jià)其效益。

(2)改性化學(xué)

對(duì)優(yōu)化植物/農(nóng)作物基原料投入和加工有好處，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行此方面研究。至于何時(shí)見(jiàn)效則要根據(jù)基因技術(shù)進(jìn)展及其達(dá)到工業(yè)化時(shí)間來(lái)確定。

(3)生物加工工藝

微生物或酶進(jìn)行基因改變達(dá)到強(qiáng)化工藝過(guò)程目的。生物工程具有長(zhǎng)期潛力，在原料投入和生物技術(shù)本身之間創(chuàng)優(yōu)，有時(shí)所需要的可作基礎(chǔ)原料的分子可以部分在植物原料內(nèi)進(jìn)行合成，用生物轉(zhuǎn)化或高度專門(mén)化的生物/化學(xué)工藝進(jìn)行分離。為了繼續(xù)應(yīng)用化石燃料生產(chǎn)專門(mén)產(chǎn)品，需要進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，使有限資源能取得最大的價(jià)值。

(4)新分子

過(guò)去20年中，塑料已成為最大的工業(yè)部門(mén)，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場(chǎng)將會(huì)根據(jù)消費(fèi)者的意愿和需求發(fā)生變化。材料科學(xué)將繼續(xù)發(fā)展，市場(chǎng)銷售者將繼續(xù)設(shè)計(jì)新的消費(fèi)品，塑料的未來(lái)變化難以預(yù)料。能作為新工業(yè)發(fā)展平臺(tái)基礎(chǔ)的新分子將會(huì)很多，物理與化學(xué)科學(xué)與生物工程材料結(jié)合將產(chǎn)生新的領(lǐng)域。植物基可再生資源將是未來(lái)的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎(chǔ)原料的渠道，支持社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施。開(kāi)發(fā)和拓寬其可能性，需要先進(jìn)的技術(shù)，這將是未來(lái)新領(lǐng)域。

生物技術(shù)的潛在影響及實(shí)施“設(shè)想”的工作途徑

生物技術(shù)的潛在影響

對(duì)一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以從如下幾個(gè)方面來(lái)分析：近來(lái)變化的速度和引入的速度、量度及其帶來(lái)利益的水平及公共公司投資、評(píng)價(jià)專利活動(dòng)和有關(guān)協(xié)會(huì)的活動(dòng)、觀察開(kāi)發(fā)進(jìn)程、審視所取得的成功進(jìn)展。

90年代初期，許多人對(duì)生物技術(shù)將對(duì)農(nóng)作物帶來(lái)很大變化是持懷疑態(tài)度的。到1996年，轉(zhuǎn)基因作物在產(chǎn)業(yè)化方面取得成功，明確地澄清了這個(gè)問(wèn)題。這些早期的成效是關(guān)于新的作物保護(hù)途徑，對(duì)保護(hù)植物生產(chǎn)免受病蟲(chóng)害起了重要作用，對(duì)進(jìn)一步了解和掌握如何改進(jìn)植物組分也很重要。

由于管理方面的需要，轉(zhuǎn)基因大田試驗(yàn)記錄由美國(guó)動(dòng)物和植物健康監(jiān)測(cè)服務(wù)中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉(zhuǎn)基因改變植物組分的工作正在進(jìn)行之中，試驗(yàn)范圍也在不斷擴(kuò)大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和pioneerhi-bred等都在進(jìn)行。

為了改變植物組分以提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，改善加工性能，或是為了某些工業(yè)和制藥的應(yīng)用，一些轉(zhuǎn)基因改性品種已經(jīng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質(zhì)形態(tài)操作(typemonipulation)、纖維特性改性、產(chǎn)生抗體、工業(yè)酶生產(chǎn)、二級(jí)化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生產(chǎn)。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展非常迅速，為植物基材料擴(kuò)大應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑，使其可以為工業(yè)生產(chǎn)提供分子基礎(chǔ)原料和更為復(fù)雜的分子原料。用植物基原料主產(chǎn)聚合物，制造塑料就是一個(gè)成功事例。從a1-coligenenentrophus細(xì)菌的3種基因已經(jīng)能轉(zhuǎn)入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達(dá)14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。

在過(guò)去50年內(nèi)，通常用的植物培植產(chǎn)率已經(jīng)提高了3倍，根據(jù)農(nóng)作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產(chǎn)物。高級(jí)植物種植要用基因圖譜和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，進(jìn)一步提高食物和飼料生產(chǎn)需要供應(yīng)的植物基原料。

生物技術(shù)對(duì)植物基原料已經(jīng)產(chǎn)生革命性的影響。但是，用生物技術(shù)來(lái)改變植物，使之適合烴類經(jīng)濟(jì)需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進(jìn)一步弄清什么是工業(yè)鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來(lái)轉(zhuǎn)基因植物基可再生資源中具有最大的優(yōu)勢(shì)。

實(shí)施“設(shè)想”的工作途徑

要成功實(shí)施美國(guó)可再生資源開(kāi)發(fā)利用的戰(zhàn)略設(shè)想(以下簡(jiǎn)稱“設(shè)想”)中所提出的大綱，需要將研究、開(kāi)發(fā)、工業(yè)過(guò)程工程以及對(duì)未來(lái)的市場(chǎng)了解等項(xiàng)工作有效地集成起來(lái)。適應(yīng)“設(shè)想”的多學(xué)科計(jì)劃以及各個(gè)項(xiàng)目的協(xié)作都要求有一共同的目標(biāo)，向前沿技術(shù)邁進(jìn)。應(yīng)用改進(jìn)的化學(xué)工藝加工現(xiàn)有的農(nóng)作物，包括集成運(yùn)用生物工藝，可以納入短期計(jì)劃之內(nèi)，從當(dāng)前到今后10年可以著手實(shí)施。這是研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。另一個(gè)熱點(diǎn)是觀念上的飛躍，超越當(dāng)前的烴類化學(xué)，結(jié)合基因改性植物，運(yùn)用新的工藝，這可以納人中長(zhǎng)期計(jì)劃中，在10到20年甚至更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)實(shí)施并產(chǎn)生影響。上述兩個(gè)熱點(diǎn)都是當(dāng)前在研究中進(jìn)行投資，在不同期限內(nèi)可以取得回報(bào)。

如果在這些領(lǐng)域內(nèi)取得成功，在工業(yè)應(yīng)用上就可以有了一個(gè)可行的堅(jiān)實(shí)科學(xué)基礎(chǔ)。新鮮作物應(yīng)用開(kāi)發(fā)將被看作是一個(gè)降低這些系統(tǒng)成本的一種機(jī)制，或是改善供應(yīng)狀況(數(shù)量和質(zhì)量)，滿足工業(yè)發(fā)展需要。

當(dāng)審視植物基可再生資源的前景時(shí)，可以看到供應(yīng)鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發(fā)展有各自的地理優(yōu)勢(shì)，可以形成專門(mén)原料的加工中心，包括進(jìn)入國(guó)內(nèi)和國(guó)外兩個(gè)市場(chǎng)。對(duì)轉(zhuǎn)基因作物的鑒別保護(hù)機(jī)制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統(tǒng)都需要進(jìn)一步研究。

本“設(shè)想”并非要給各種問(wèn)題以答案，而是指出未來(lái)潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實(shí)現(xiàn)。下一階段就要進(jìn)行各方的協(xié)調(diào)工作，使多方面的投資者能有一個(gè)投入的基礎(chǔ)，針對(duì)“設(shè)想”提出的目標(biāo)進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作。該規(guī)劃要訂出各項(xiàng)目計(jì)劃，通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)來(lái)支持“設(shè)想”中提出的方向性指標(biāo)。各計(jì)劃項(xiàng)目要符合下列一個(gè)或幾個(gè)方面的要求。

優(yōu)化生物質(zhì)和農(nóng)作物基原料生產(chǎn)，達(dá)到計(jì)劃應(yīng)用要求狀況。

為植物基原料的供應(yīng)鏈提出裝置、地點(diǎn)、貯運(yùn)和分銷措施，包括加強(qiáng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的機(jī)制。

加速發(fā)展基于改性化學(xué)和生物工藝的新工藝，同時(shí)考慮利用植物/農(nóng)作物基可再生資源原料。

對(duì)多類投資者支持的項(xiàng)目，對(duì)上述三個(gè)方面中一個(gè)或一個(gè)以上將產(chǎn)生影響的項(xiàng)目，或是多學(xué)科項(xiàng)目等將給以優(yōu)先和優(yōu)惠待遇。投資項(xiàng)目選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮時(shí)間要求和潛在影響的大小來(lái)確定。

植物/農(nóng)作物基可再生資源對(duì)工業(yè)基礎(chǔ)原產(chǎn)的需求增長(zhǎng)是一個(gè)戰(zhàn)略性措施，也是使美國(guó)在21世紀(jì)繼續(xù)保持領(lǐng)先地位的戰(zhàn)略性選擇。開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)資源具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)方面的好處。機(jī)遇是明確的，考慮未來(lái)的設(shè)想是需要的，要聯(lián)合投資者對(duì)新途徑進(jìn)行投資，才能創(chuàng)造一個(gè)安全的未來(lái)。

“設(shè)想”文本中不止一處引用達(dá)爾文的名言“能夠幸存下來(lái)的物種，不是最強(qiáng)的，也不是最聰明的，而是能適應(yīng)變化的”。

2020年可再生資源應(yīng)用將增加五倍

《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想實(shí)施的技術(shù)指南》(以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)指南”)，是《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想》(以下簡(jiǎn)稱“設(shè)想”)的補(bǔ)充，提出的目的是：支持“設(shè)想”方向，確定發(fā)展中的主要障礙和問(wèn)題，確定優(yōu)先的研究領(lǐng)域。

要達(dá)到上述目的需要進(jìn)行協(xié)調(diào)觀念開(kāi)發(fā)，收集專家證明，組織多學(xué)科研討會(huì)、聽(tīng)證會(huì)，優(yōu)勢(shì)排隊(duì)試驗(yàn)和團(tuán)隊(duì)行動(dòng)計(jì)劃等多項(xiàng)工作。在“技術(shù)指南”編制過(guò)程中吸收了各方面人士的意見(jiàn)，參加研討的共有66名有關(guān)部門(mén)不同行業(yè)的專家。專家們就全球性問(wèn)題提出“設(shè)想”，針對(duì)“設(shè)想”結(jié)合現(xiàn)實(shí)狀況提出存在的主要障礙與問(wèn)題，再確定研究與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，從而找出優(yōu)先研究開(kāi)發(fā)的課題。這些課題所屬領(lǐng)域都是能為利用可再生資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起最大杠桿作用的研究領(lǐng)域。通過(guò)參加“技術(shù)指南”研究和編制的專家的專業(yè)情況反映出在化工制造中應(yīng)用生物基原料需要涉及多門(mén)學(xué)科。但是有3個(gè)產(chǎn)業(yè)是中心，即化學(xué)、生物和農(nóng)業(yè)，每個(gè)產(chǎn)業(yè)都涉及幾門(mén)不同的學(xué)科，如農(nóng)業(yè)，林業(yè)和石油化學(xué)。

1、農(nóng)業(yè)和林業(yè)

農(nóng)業(yè)：是一個(gè)廣泛的概念，包括谷物生產(chǎn)、林地和牧場(chǎng)等。這些土地上生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品和林產(chǎn)品一起構(gòu)成生物基材料，它們通過(guò)太陽(yáng)能，大氣中的co2和土壤中養(yǎng)分進(jìn)行原始生產(chǎn)而成為可再生資源。美國(guó)擁有大量?jī)?yōu)良土地，豐富的自然水資源和先進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)資源保護(hù)和利用，每年可產(chǎn)生可再生資源的巨大財(cái)富。林業(yè)：在美國(guó)有超過(guò)6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業(yè)人口140萬(wàn)，每年生產(chǎn)價(jià)值2000億美元產(chǎn)品。過(guò)去10年內(nèi)，紙張部門(mén)的增長(zhǎng)比木材業(yè)快。木材和紙產(chǎn)品回收循環(huán)利用率高，每年有約4000萬(wàn)t紙?jiān)偕谩Ｃ绹?guó)的林業(yè)已經(jīng)制定出2020年發(fā)展設(shè)想以及相應(yīng)的研究計(jì)劃。該設(shè)想呼吁進(jìn)行研究，用先進(jìn)的生物和遙感技術(shù)以及樹(shù)木生理學(xué)和土壤科學(xué)等理論。

農(nóng)業(yè)和林業(yè)通過(guò)應(yīng)用基因?qū)W技術(shù)和轉(zhuǎn)基因植物等新手段將會(huì)出現(xiàn)大的躍進(jìn)。在不久的將來(lái)，可生產(chǎn)出大數(shù)量和高質(zhì)量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業(yè)部門(mén)提供原材料。而且還可以引入某些酶標(biāo)記基因，可能會(huì)在植物體內(nèi)制造完全新型的聚合物，并可大量生產(chǎn)，成為經(jīng)濟(jì)的消費(fèi)用品。

美國(guó)將技術(shù)進(jìn)展應(yīng)用于植物和農(nóng)作物的調(diào)整，使其在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和制造業(yè)中保持可持續(xù)發(fā)展的領(lǐng)先地位起著主要作用。國(guó)家的未來(lái)明顯地要依靠近期開(kāi)發(fā)可再生資源基礎(chǔ)的研究來(lái)支持。

2、石油化工業(yè)

化學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)和地理學(xué)等幾門(mén)學(xué)科在石油化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)人們生活產(chǎn)生的影響是50年前難以想像的。石油化學(xué)工業(yè)成功地創(chuàng)造了眾多產(chǎn)品，從高性能的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料到基礎(chǔ)化學(xué)品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。

石油化學(xué)工業(yè)：是資本密集型工業(yè)，已經(jīng)建立了可觀的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)處理和加工化石燃料。美國(guó)每天要用1390萬(wàn)桶烴類原料，多數(shù)是作為燃料型產(chǎn)品，用于化工及其他工業(yè)基礎(chǔ)原料生產(chǎn)，每天約為260萬(wàn)桶油短類原料。

近年來(lái)，工業(yè)化學(xué)品和塑料生產(chǎn)都有巨大的增長(zhǎng)。塑料工業(yè)從業(yè)人員120萬(wàn)人，有20000套生產(chǎn)加工裝置，過(guò)去在研究開(kāi)發(fā)上花費(fèi)以10億美元數(shù)計(jì)的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒(méi)有可再生資源，遲早有一天會(huì)變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬(wàn)億桶的石油開(kāi)采量，原油價(jià)格能否在每桶10美元以內(nèi)。世界原油生產(chǎn)已經(jīng)變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無(wú)可爭(zhēng)議的事實(shí)。重要的是考慮當(dāng)供應(yīng)呈峰值時(shí)未來(lái)價(jià)格的敏感度，而不是去爭(zhēng)論何時(shí)是油將用盡的理論時(shí)間。最近由于幾處新資源的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，在20年內(nèi)原油產(chǎn)量可能會(huì)有所增加。但是，必須注意美國(guó)一直是原油進(jìn)口國(guó)，50%原油靠進(jìn)口。如果原油進(jìn)口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲(chǔ)量按目前消費(fèi)水平只能維持約14年。如果保持目前進(jìn)口水平而不增加，也只能使用28年。當(dāng)然，將會(huì)有新的改進(jìn)的抽提技術(shù)，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。

用可再生資源補(bǔ)充石油化學(xué)品，要從現(xiàn)在開(kāi)始，由少量到大量逐步進(jìn)行，有關(guān)研究工作要立即開(kāi)始。不考慮化石原料供應(yīng)衰退時(shí)間表的爭(zhēng)論，由于人口增長(zhǎng)以及一些新興國(guó)家人們生活水平提高，需求將繼續(xù)增長(zhǎng)。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補(bǔ)充資源。因此，無(wú)論如何在美國(guó)開(kāi)發(fā)可再生資源作為工業(yè)原料都是十分重要的。

“設(shè)想”中提出的指標(biāo)是“2020年基礎(chǔ)化學(xué)品至少有10%來(lái)自植物衍生可再生資源，隨著發(fā)展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意無(wú)論是美國(guó)還是全世界總消費(fèi)量的增加是很快的，因?yàn)榧词?020年的10%目標(biāo)是按當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)總量計(jì)算，也比當(dāng)前消費(fèi)水平要提高4—5倍，絕對(duì)的增加更大。如果2020年消費(fèi)水平本身提高1倍，可再生資源的絕對(duì)指標(biāo)也要翻番。

換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環(huán)境下能完全取代烴類資源，而只有當(dāng)消費(fèi)產(chǎn)品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時(shí)間框架中，指標(biāo)可以是：可再生資源應(yīng)用使化石燃料能穩(wěn)定地維持現(xiàn)在的消費(fèi)水平。按此指標(biāo)可以形成以下的觀念：

由于不是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)替代戰(zhàn)略，可再生資源并不與非再生資源直接競(jìng)爭(zhēng)。

需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來(lái)滿足未來(lái)20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生資源，因?yàn)槟菚r(shí)的化石燃料將會(huì)很貴而且有限。滿足近期指標(biāo)的支持和研究完全與長(zhǎng)期目標(biāo)保持一致，這些方向性指標(biāo)，非常清楚地表明面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，需要從現(xiàn)在就采取行動(dòng)，應(yīng)當(dāng)開(kāi)始建立通向擴(kuò)大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎(chǔ)指標(biāo)外，其他一些相關(guān)的指標(biāo)也是很重要的，包括：

建立系統(tǒng)，通過(guò)加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)可靠性的基礎(chǔ)設(shè)施支持，將供應(yīng)、制造和分銷等活動(dòng)集成起來(lái)。

通過(guò)功能基因?qū)W來(lái)提高對(duì)植物新陳代謝的理解，優(yōu)化對(duì)專門(mén)的增值加工工藝的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，除應(yīng)用現(xiàn)有的組分外，要開(kāi)拓新型聚合物生產(chǎn)和應(yīng)用。要保證開(kāi)發(fā)的新工藝過(guò)程的效率高于95%，同時(shí)應(yīng)用伴生工藝，應(yīng)用所有副產(chǎn)物，消除廢料，保證新的平臺(tái)能在特殊的環(huán)境條件下堅(jiān)持目標(biāo)方向?qū)Υ_定目標(biāo)與研究指標(biāo)要反復(fù)交叉檢驗(yàn)，使其能堅(jiān)持可再生燃料/能源需要的目標(biāo)。

在生產(chǎn)和分銷中要開(kāi)發(fā)保持穩(wěn)定供應(yīng)的途徑，在年生產(chǎn)一定范圍基礎(chǔ)上控制一些因素，如價(jià)格、數(shù)量、性能、地區(qū)分布、質(zhì)量等。同時(shí)要制定提出這些因素的標(biāo)準(zhǔn)。

建立進(jìn)一步合作伙伴關(guān)系，改進(jìn)綜合集成，通過(guò)加強(qiáng)農(nóng)村發(fā)展來(lái)支持取得成功。

“設(shè)想”的目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)，主要要使本“技術(shù)指南”中所列出的目的大綱都能達(dá)到。基因改性植物生產(chǎn)專門(mén)的代謝產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)補(bǔ)充性的化學(xué)改性產(chǎn)品取得成效就可以達(dá)到2020年可再生資源應(yīng)用增加5倍的目標(biāo)。這些進(jìn)展也將為2020年以后的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

可再生資源應(yīng)用技術(shù)和市場(chǎng)的障礙及問(wèn)題

將可再生資源制成消費(fèi)產(chǎn)品的整個(gè)系統(tǒng)中有許多障礙和問(wèn)題，其中關(guān)鍵和問(wèn)題是：

植物科學(xué)方面：基因?qū)W、酶、新陳代謝和組分。

生產(chǎn)方面：?jiǎn)挝怀杀尽⑹章省⒊掷m(xù)性、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、植物設(shè)計(jì)。

加工方面：經(jīng)濟(jì)學(xué)、分離、轉(zhuǎn)化、生物催化、基礎(chǔ)設(shè)施。

應(yīng)用方面(由技術(shù)和材料驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題)：經(jīng)濟(jì)學(xué)、功能性、性能、新用途。

應(yīng)用方面(由市場(chǎng)和需求驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題)：價(jià)格性能比、性能、知覺(jué)、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。

現(xiàn)將上述關(guān)鍵和問(wèn)題擇要分別介紹于下。

一、關(guān)于應(yīng)用方面（材料驅(qū)動(dòng)問(wèn)題）

1、經(jīng)濟(jì)學(xué)

單位成本是當(dāng)前植物衍生材料使用的主要障礙，也是經(jīng)常引起爭(zhēng)論的一個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題的核心是競(jìng)爭(zhēng)性成本狀態(tài)。在多數(shù)情況下，應(yīng)用植物基原料的成本都比較高，難以與以烴類原料為基礎(chǔ)的加工工藝競(jìng)爭(zhēng)。但是，成本競(jìng)爭(zhēng)情況有幾個(gè)非常復(fù)雜的因素互相影響，諸如產(chǎn)品價(jià)值、材料成本、產(chǎn)量、需要加工程度以及所用基礎(chǔ)原料的性能等。因此如果未來(lái)的戰(zhàn)略只考慮降低本是不會(huì)成功的。最重要的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)因素不是成本本身，而是制得的產(chǎn)品和制造費(fèi)用的差價(jià)(即增值)。

產(chǎn)品價(jià)格是諸多因素的函數(shù)，諸如產(chǎn)品利用、性能、消費(fèi)者喜好和需求等，而制造成本則受原材料價(jià)格、供應(yīng)的持續(xù)性、加工、廢料處理費(fèi)用和投資等諸因素影響，要符合當(dāng)前的具有競(jìng)爭(zhēng)性的通用化學(xué)品工業(yè)的低成本需要。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，只進(jìn)行成本比較是有問(wèn)題的，因?yàn)槲磥?lái)的化石燃料的成本是難以預(yù)測(cè)的。

在當(dāng)前情況下，用烴類原料生產(chǎn)消費(fèi)型產(chǎn)品的加工效率是很高的。但這并非是化石原料本身具備的特點(diǎn)。因?yàn)槭突ひ呀?jīng)研究了100年，有了3代科學(xué)家，政府投入了大量資源才使之達(dá)到今日的水平。與之相比，植物基材料應(yīng)用尚處于較低的水平，開(kāi)拓植物基原料應(yīng)用來(lái)適應(yīng)已臻成熟的烴類加工需要并不是一條唯一的道路，目前應(yīng)用數(shù)量還是很少的。另一條路線是通過(guò)弄清植物衍生材料性能進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的組分。

2、功能性

改變植物中的不同組分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先進(jìn)行原料裂解降級(jí)成為簡(jiǎn)單的分子，隨后用它們?cè)傩泻铣蔀檩^復(fù)雜的分子和聚合物。植物中已經(jīng)含有不同形態(tài)的聚合物，可以在許多產(chǎn)品中應(yīng)用。但是，在現(xiàn)在加工系統(tǒng)中尚無(wú)大量應(yīng)用。用量有限的原因有幾個(gè)方面，其中主要的是由于缺乏對(duì)其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已經(jīng)由植物衍生的蛋白質(zhì)聚合物研制出塑料薄膜的試驗(yàn)產(chǎn)品，顯示出其應(yīng)用的潛力。而且，植物擁有立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以得到一些有價(jià)值的手性分子，如糖類、維生素、氨基酸等。從總體看，目前對(duì)植物基礎(chǔ)原料的反應(yīng)性和功能性尚不夠了解，因此限制了新應(yīng)用思路的產(chǎn)生。

二、關(guān)于應(yīng)用方面（需求驅(qū)動(dòng)問(wèn)題）

1、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的費(fèi)用

植物衍生材料應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵是市場(chǎng)開(kāi)發(fā)費(fèi)用高。正如許多新產(chǎn)品市場(chǎng)一樣，新產(chǎn)品的研究往往是由小公司開(kāi)始的，它們投資不足，缺乏繼續(xù)發(fā)展的資源，常常只停留在試驗(yàn)階段。工業(yè)化的成功率低，由于沒(méi)有一定的供應(yīng)量而常使產(chǎn)品衰落。因此，需要大力改進(jìn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和支持機(jī)制，而且要進(jìn)行與產(chǎn)品相關(guān)的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)，這是擴(kuò)大利用可再生資源的主要工作。目前市場(chǎng)上應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)都是基于石化產(chǎn)品，沒(méi)有適應(yīng)生物基產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，這也是要成功地與石化產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的另一障礙。

2、認(rèn)識(shí)問(wèn)題

植物衍生材料常給人以較低級(jí)的印象，這可能是由于當(dāng)前處于“石化時(shí)代”之故。對(duì)某些制造廠商來(lái)說(shuō)，它的性能較差，主要是因?yàn)槲吹脙?yōu)化。雖然公眾環(huán)境意識(shí)增強(qiáng)，但是對(duì)植物基產(chǎn)品需求尚不足以創(chuàng)造市場(chǎng)來(lái)拉動(dòng)技術(shù)開(kāi)發(fā)。因此，當(dāng)前可再生資源的進(jìn)展主要是基于技術(shù)推動(dòng)的結(jié)果，只有增加市場(chǎng)拉動(dòng)才能有力吸引公司更多投資。沒(méi)有要變革的沖擊，就不會(huì)有更多的變革。因此，如果沒(méi)有各種經(jīng)濟(jì)傾斜途徑，現(xiàn)狀是難以改變的。

三、加工問(wèn)題

1、基礎(chǔ)設(shè)施中分銷問(wèn)題

多年來(lái)石油化學(xué)工業(yè)已經(jīng)建立了加工和分銷烴類基礎(chǔ)產(chǎn)品的有效基礎(chǔ)設(shè)施。由于依賴進(jìn)口原油，美國(guó)的多數(shù)基礎(chǔ)設(shè)施是建設(shè)在海岸線上。因此，許多現(xiàn)有的加工裝置并不適合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工廠、榨油廠和玉米濕法加工廠進(jìn)行加工，它們最好接近于供應(yīng)地。要應(yīng)用大量植物原料就需要進(jìn)一步將供應(yīng)和加工制造集成起來(lái)。應(yīng)當(dāng)開(kāi)拓確立農(nóng)村發(fā)展優(yōu)勢(shì)和重點(diǎn)的戰(zhàn)略和措施，更好地鼓勵(lì)多用可再生資源。

2、分離技術(shù)

應(yīng)用植物于工業(yè)用途的一個(gè)關(guān)鍵是缺少植物組分的分離技術(shù)。樹(shù)木具有非常復(fù)雜的成分如木質(zhì)纖維素。此成分強(qiáng)度高，但要將它分離為有用的分子組分則很困難。多數(shù)農(nóng)作物收獲品是種子，它們含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油分和數(shù)萬(wàn)種其他組分。通常對(duì)許多谷物發(fā)芽和生長(zhǎng)都能進(jìn)行良好的安排，而對(duì)其作為原料進(jìn)行分別管理則很困難。一些除去原始粗組分的工藝，如榨油和提取糖分等已經(jīng)開(kāi)發(fā)，但如何將專門(mén)形態(tài)的蛋白質(zhì)和純的含碳組分分離則仍是困難。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，處理費(fèi)用很高而且技術(shù)困難，這是應(yīng)當(dāng)要解決的問(wèn)題。將反應(yīng)與分離集成起來(lái)的加工系統(tǒng)(如催化蒸餾)可能是一個(gè)解決問(wèn)題的方向。但是此類系統(tǒng)目前應(yīng)用有限。而且還未被開(kāi)發(fā)作為植物基原料方面的應(yīng)用。通過(guò)引入某些基因而使植物增加新的組分，就更需要應(yīng)用先進(jìn)的分離技術(shù)來(lái)回收有意義的新組分。例如生物聚合物開(kāi)發(fā)中目前就因缺少高效純凈的經(jīng)濟(jì)上可行的分餾工藝技術(shù)而受到限制。植物的組分如不能有效地分離出來(lái)，就不可能控制最終產(chǎn)品的特性和質(zhì)量。

3、轉(zhuǎn)換技術(shù)

要利用植物中各種組分的另一問(wèn)題是將這些非均相的混雜原料轉(zhuǎn)換成較為簡(jiǎn)單的分子，這才可以進(jìn)行進(jìn)一步反應(yīng)。在植物基原料中，加工工藝需要有高性能的多功能生物催化劑或是非均相催化劑，這些催化劑具有多種功能并可以進(jìn)行回收。

知識(shí)不足是另一關(guān)鍵，目前人們尚缺乏關(guān)于植物組分的自然差別和來(lái)自不同作物的同樣組分的特性等方面知識(shí)。這些知識(shí)的缺乏和不足就構(gòu)成難以鑒別植物的差異性，缺少鑒別的手段，因此也就難以考慮作為原料的應(yīng)用。發(fā)酵是用來(lái)將某些農(nóng)作物轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)品的工藝，轉(zhuǎn)化是非均相的。所用的轉(zhuǎn)化方式，副產(chǎn)利用和分離等方面仍有許多有待改進(jìn)之處。一般地說(shuō)，植物系統(tǒng)的復(fù)雜化學(xué)問(wèn)題使新型或改進(jìn)植物基加工工藝的設(shè)計(jì)較為困難。烴類化學(xué)制造中有豐富的氧化化學(xué)知識(shí)，還原化學(xué)方面較少，這些都是植物系統(tǒng)加工所需要的。目前特別缺少關(guān)于還原生物催化劑共生因子系統(tǒng)方面的實(shí)踐知識(shí)。

植物原料加工工藝開(kāi)發(fā)的另一個(gè)大的障礙是當(dāng)前缺乏有關(guān)的教育培訓(xùn)。目前化學(xué)工程課程中只有少數(shù)涉及生物化學(xué)課題，多數(shù)畢業(yè)生成為化學(xué)工程師只擁有非常基礎(chǔ)的生物工藝知識(shí)和有限的重要生物分離的知識(shí)。多年來(lái)，工藝化學(xué)家和工程師的培訓(xùn)重點(diǎn)都是烴類化學(xué)，考慮植物基可再生資源加工需要很少。

四、生產(chǎn)方面

1、收率、持續(xù)性和基礎(chǔ)設(shè)施

因?yàn)槟壳吧形蠢么罅恐参锘希静暮驮旒埻猓皇顷P(guān)注未來(lái)的供應(yīng)分銷而不是現(xiàn)實(shí)存在的問(wèn)題。但是，這些對(duì)實(shí)現(xiàn)可再生資源的目標(biāo)都是十分重要的。在供應(yīng)的持續(xù)性方面，數(shù)量和質(zhì)量都是未知數(shù)。如果植物基原料能加工成簡(jiǎn)單的碳分子，其持續(xù)性問(wèn)題就不成關(guān)鍵。但是如果要設(shè)計(jì)應(yīng)用其中某種特殊組分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某種專門(mén)組分，原料的質(zhì)量和數(shù)量的穩(wěn)定性就非常重要。

在一些情況下，供應(yīng)持續(xù)性中的不確定因素實(shí)際上就是風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)容。未來(lái)的石油化工供應(yīng)問(wèn)題和可再生資源供應(yīng)問(wèn)題都有風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)石油化工來(lái)說(shuō)，未來(lái)的供應(yīng)不桷定因素可能因世界上一些區(qū)域的政治變化而增加。而對(duì)植物基原料來(lái)說(shuō)，氣候可能成為不確定的地區(qū)因素。如果某些專門(mén)植物不能大量生產(chǎn)可能導(dǎo)致貿(mào)易上的不確定因素，這些問(wèn)題不需要采取斷然措施，但是需要重視通過(guò)改變基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)保證經(jīng)濟(jì)可靠性。另一個(gè)沖擊供應(yīng)持續(xù)性的不確定因素是未來(lái)的農(nóng)作物用途是作為食物還是作為工業(yè)原料。一方面是根據(jù)供應(yīng)短缺理論，認(rèn)為農(nóng)業(yè)難以供應(yīng)飛躍增長(zhǎng)的人口和消費(fèi)品增長(zhǎng)所需的原料。實(shí)際上，從需求角度看，食物和原料都在增長(zhǎng)，即使不考慮可再生資源進(jìn)行工業(yè)利用，食物本身也存在問(wèn)題。解決食物問(wèn)題的方案也可能就是解決工業(yè)原料問(wèn)題的方案。因此，在供應(yīng)方面必須應(yīng)用新技術(shù)，如生物技術(shù)，這樣才能保持產(chǎn)率不斷提高，使農(nóng)業(yè)能達(dá)到一個(gè)新的水平。

2、植物設(shè)計(jì)、植物科學(xué)、基因?qū)W

轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)顯示出令人鼓舞的前景，要進(jìn)一步充分利用尚有大量工作有待進(jìn)行。存在的一個(gè)主要障礙是對(duì)植物本身內(nèi)在新陳代謝過(guò)程還不夠了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，對(duì)植物新陳代謝和碳流的知識(shí)匱乏是其發(fā)展中的限制因素。

近年來(lái)功能基因?qū)W的進(jìn)展有望促進(jìn)對(duì)材料合成設(shè)計(jì)的理解。但是這門(mén)科學(xué)目前剛開(kāi)始，與類似的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相比所取得的支持還是很有限的。基因轉(zhuǎn)變中的另一成就是讓更多的專用基因嵌入和對(duì)質(zhì)體以及細(xì)胞核的常規(guī)轉(zhuǎn)變。在植物變化、基因?qū)W和生物信息等方面有著廣泛的研究項(xiàng)目，但是將這些出現(xiàn)的新技術(shù)應(yīng)用于可再生資源的專門(mén)研究則很少。

要使科學(xué)知識(shí)不斷深化，在一定程度上取決于消除這些主要障礙，有些已被稱為多學(xué)科的研究。但是，需要努力加強(qiáng)和協(xié)調(diào)才能促進(jìn)現(xiàn)有的障礙及時(shí)地被克服。換言之，基因管理的研究必須緊密地與植物內(nèi)含聚合物的功能性以及分離工程等研究相結(jié)合。

研究和開(kāi)發(fā)的課題

《美國(guó)植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想的技術(shù)指南》(以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)指南“)列出為解決植物/農(nóng)作物基可再生資源利用中的主要障礙應(yīng)當(dāng)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)的課題。“技術(shù)指南”按4個(gè)主要方面的障礙依重要性大小列出研究開(kāi)發(fā)課題，每個(gè)研究課題的影響都有其時(shí)間范圍，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、長(zhǎng)期表示2020年，近期目標(biāo)的達(dá)到可用以衡量面向2020年可再生資源開(kāi)發(fā)利用設(shè)想的前進(jìn)步伐。

一、植物科學(xué)研究方面

1、近期影響課題(按重要性依次減小順序排列,，下同)

(1)應(yīng)用功能基因?qū)W了解植物新陳代謝和組成，至少要與1種主要農(nóng)作物基因計(jì)劃結(jié)合；

(2)開(kāi)發(fā)能實(shí)時(shí)進(jìn)行植物組分的定量分析工具；

(3)改進(jìn)轉(zhuǎn)基因方法，特別是對(duì)麥桿基因的專門(mén)嵌入，要在1998年基礎(chǔ)上提高效益10倍；

(4)開(kāi)發(fā)1—2種主要農(nóng)作物的基因標(biāo)記系列，使之有助于擺在有用的可再生組件含量；

(5)將80%現(xiàn)有的germplasmbase進(jìn)行編目，有效利用各類淀粉、蛋白質(zhì)和油分；

(6)找尋發(fā)展中的生物信息學(xué)利用途徑，推動(dòng)可再生資源的研究和開(kāi)發(fā)，

(7)弄清nuclear-plastid相互作用。

2、中期影響課題

(1)在新陳代謝過(guò)程和碳流中至少弄清50個(gè)限制速率的關(guān)鍵步驟；

(2)利用功能基因?qū)W弄清分子、細(xì)胞和整個(gè)植物的控制管理；

(3)為主要植物用于可再生資源的組分制定標(biāo)準(zhǔn)；

(4)在2種植物中，建立碳庫(kù)并為細(xì)胞分割確定控制點(diǎn)；

(5)在plastid轉(zhuǎn)變中高效率(大于90%)方法的建立；

(6)創(chuàng)建示范工廠，使主要組分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是專門(mén)碳鍵(如c5)大于3o%；

(7)利用基因開(kāi)關(guān)的方法；

(8)建立為植物可再生資源利用的生物信息學(xué)基礎(chǔ)。

3、長(zhǎng)期影響課題

(1)重新設(shè)計(jì)新陳代謝過(guò)程，提供有用的碳結(jié)構(gòu)骨架；

(2)應(yīng)用有針對(duì)性進(jìn)化技術(shù)建立100個(gè)未來(lái)原料的品種庫(kù)；

(3)設(shè)計(jì)新型分子或改性現(xiàn)有化合物，使之適應(yīng)于功能需要；

(4)為提供工業(yè)用原料，創(chuàng)制2種新植物種類；

(5)利用簡(jiǎn)單的細(xì)胞組織進(jìn)行成本和能源效率評(píng)價(jià)；

(6)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)植物組分。

二、生產(chǎn)研究方面

1、近期影響課題

(1)提高畝產(chǎn)量10%~15%以降低原材料單位成本；

(2)改善農(nóng)業(yè)管理，提高肥料利用效率和蟲(chóng)害防治，

(3)確定至少10種影響原料組分和質(zhì)量的因素；

(4)對(duì)至少10種具有潛力的系統(tǒng)和植物類型的畝產(chǎn)效率進(jìn)行定標(biāo)趕超（如主要農(nóng)作物、林業(yè)和多年生種類等）；

(5)調(diào)節(jié)氣候條件對(duì)生產(chǎn)的影響；

(6)每年對(duì)2種農(nóng)作物的潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)或用其他方法評(píng)價(jià)畝產(chǎn)量；

(7)提高當(dāng)前農(nóng)業(yè)加工中廢料利用率5倍；

(8)在單位投入基礎(chǔ)上提高貧瘠土地產(chǎn)量2倍。

2、中期影響課題

(1)提高產(chǎn)量，使單位投入的碳產(chǎn)出為1998年基礎(chǔ)上的2倍；

(2)為長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)盡量減小土地、大氣和水利用影響的系統(tǒng)方法；

(3)對(duì)收獲產(chǎn)物和主要植物成分建立標(biāo)準(zhǔn)；

(4)專門(mén)設(shè)計(jì)收獲裝備，盡量增大碳的收獲；

(5)開(kāi)發(fā)新的利用方法，使現(xiàn)在遺留在土地上的農(nóng)作物45%能得到利用，

(6)培育適應(yīng)專門(mén)土地和土壤的農(nóng)作物；

(7)建立農(nóng)業(yè)信息學(xué)基礎(chǔ)，重點(diǎn)是不同來(lái)源的可再生資源植物類型、生產(chǎn)價(jià)值、質(zhì)量和單位成本。

3、長(zhǎng)期影響課題

(l)在化石燃料排出廢氣中co2的固定；

(2)從現(xiàn)在植物/農(nóng)作物生產(chǎn)中消除碳的廢料；

(3)設(shè)計(jì)新的農(nóng)作物/植物生長(zhǎng)系統(tǒng)，優(yōu)化原料回收率(大于95%可利用)；

(4)對(duì)主要能源獲取和固定，提高化合效率；

(5)對(duì)收獲前期工作和部分就地加工的裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)；

(6)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)。

三、加工研究方面

1、近期影響課題

(1)改進(jìn)分離技術(shù)，處理大于95%的非均—植物材料；

(2)改進(jìn)單體基礎(chǔ)原料變換的生物催化劑；

(3)開(kāi)發(fā)3種具有高選擇性的快速反應(yīng)強(qiáng)力催化劑；

(4)為將植物聚合物轉(zhuǎn)換為有用的單體，找出新型和性能優(yōu)良的酶(具有10倍活性)并進(jìn)行評(píng)價(jià)；

(5)將微生物進(jìn)行工程化，改善非均—植物的發(fā)酵；

(6)提高廢物利用率2倍；

(7)開(kāi)發(fā)高效的除水技術(shù)并對(duì)改進(jìn)的非水溶劑反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)；

(8)在植物材料中利用天然立體化學(xué)方法的評(píng)價(jià)。

2、中期影響課題

(1)應(yīng)用5種以上高級(jí)分離系統(tǒng)(如自行清凈膜、離子交換、精餾等)；

(2)為經(jīng)濟(jì)捕集植物單體和聚合物開(kāi)發(fā)改進(jìn)的分離——純化技術(shù)；

(3)為2種以上植物類型建立經(jīng)濟(jì)共生系統(tǒng)；

(4)通過(guò)分子進(jìn)化技術(shù)設(shè)計(jì)并創(chuàng)制50種新型酶；

(5)開(kāi)發(fā)100種以上具有性能成本特性的新型酶庫(kù)；

(6)研究反應(yīng)性分級(jí)系統(tǒng)；

(7)對(duì)微生物、酶和化學(xué)品庫(kù)的性能建立信息學(xué)基礎(chǔ)，用于特殊的轉(zhuǎn)化。

3、長(zhǎng)期影響課題

(1)實(shí)現(xiàn)原料加工中無(wú)廢料的多種產(chǎn)出的連續(xù)工藝；

(2)為改性植物和組分設(shè)計(jì)新設(shè)備；

(3)為3種以上新產(chǎn)品(如將工程化酶轉(zhuǎn)入植物并在收獲中得到活化)設(shè)計(jì)新機(jī)制；

(4)固態(tài)酶轉(zhuǎn)化；

(5)設(shè)計(jì)14種化學(xué)與生物結(jié)合型反應(yīng)器；

(6)評(píng)價(jià)植物組分在分離前相內(nèi)的作用。

四、應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施研究方面

1、近期影響課題

(3)探求3種在現(xiàn)有加工裝置(如玉米濕法加工廠、紙漿廠)上擴(kuò)大應(yīng)用植物原料的機(jī)遇；

(4)分析測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)90%以上的主要植物組分進(jìn)行定量；

(5)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)單位性能成本和增值成本的方法；

(6)評(píng)價(jià)運(yùn)輸系統(tǒng)及成本；

(7)計(jì)算出100%年加工貯存量和投人產(chǎn)出的需求量；

(8)創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施，擴(kuò)大利用農(nóng)業(yè)廢料。

2、中期影響課匾

(1)深入掌握植物中10種以上組分和碳鍵新陳代謝體的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系知識(shí)；

(2)開(kāi)發(fā)對(duì)高質(zhì)量原材料的100%鑒別保護(hù)系統(tǒng)；

(3)為價(jià)值驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)和定貨實(shí)現(xiàn)營(yíng)銷系統(tǒng)；

(4)對(duì)在同一地點(diǎn)的多目的利用區(qū)的協(xié)同作用進(jìn)行評(píng)價(jià)；

(5)對(duì)原材料組分和加工過(guò)程中的中間產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定量分析手段(小于3分鐘/試樣)；

(6)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)預(yù)測(cè)手段，準(zhǔn)確性大于95%；

(7)在一組植物原料性能基礎(chǔ)上建立信息學(xué)基礎(chǔ)，如單位成本、性能、功能性、最佳來(lái)源、應(yīng)用范圍等。

3、長(zhǎng)期影響課題

(1)所需功能進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備植物化合物至少10種；

(2)在植物生產(chǎn)區(qū)內(nèi)開(kāi)發(fā)至少5個(gè)制造利用中心；

(3)開(kāi)發(fā)3種以上有新功能的新材料；

(4)提出擴(kuò)大利用可再生資源所需的教育培訓(xùn)需求；

(5)在植物組分功能間協(xié)同作用的利用；

(6)設(shè)計(jì)最終產(chǎn)品的貯存和運(yùn)輸，使之到達(dá)銷售中心和出口；

(7)為供需關(guān)系的控制創(chuàng)建減輕超過(guò)90%風(fēng)險(xiǎn)的戰(zhàn)略。

當(dāng)前，美國(guó)有一些項(xiàng)目已在進(jìn)行，可視為工業(yè)原料中應(yīng)用可再生資源的先驅(qū)，也可視為本“技術(shù)指南”中研究項(xiàng)目的示范事例。其一是在轉(zhuǎn)基因植物開(kāi)發(fā)中的聚羥基丁酸酯(pib)。phb可在植物中生成，作為制造生物降解塑料的原料，用適當(dāng)?shù)募?xì)菌基因進(jìn)行轉(zhuǎn)化并弄清植物內(nèi)在的新陳代謝路徑，從而構(gòu)成制備方法。現(xiàn)在正在進(jìn)行分離、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)等項(xiàng)工作。

其二是用玉米淀粉作原料，通過(guò)酶反應(yīng)制備聚乳酸(pla)。cargi11-dow合資企業(yè)已在充分研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步投資數(shù)百萬(wàn)美元建立制造裝置進(jìn)行工業(yè)開(kāi)發(fā)。pla是一種生物裂解聚合物，原料是由玉米濕法加工工藝制備的葡萄糖，其中發(fā)酵過(guò)程和酶的活性是重要因素。最終的pla樹(shù)脂可視用戶制膜、纖維、碳制品和涂層的需要分別制出不同規(guī)格品種。pla具有聚苯乙烯、聚烯烴和纖維素的功能性。

協(xié)同與合作是取得成功的途徑

未來(lái)利用可再生資源需要采取一條多學(xué)科和跨行業(yè)途徑。在許多領(lǐng)域內(nèi)的研究成就都提供了發(fā)展機(jī)遇，如生物聚合物、立體結(jié)構(gòu)型分子、新型酶、新材料和轉(zhuǎn)基因設(shè)計(jì)等。但是每個(gè)方面內(nèi)的任何進(jìn)展如果只當(dāng)作孤立的技術(shù)領(lǐng)域是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要更有力的相關(guān)研究計(jì)劃，采取平行的和協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行工作，才能取得成果。

要取得有效益的進(jìn)展必須采取多學(xué)科的途徑，這是非常清楚的。但是，任何一個(gè)組織都難以具備有如此深度和廣度的技術(shù)能力。因此，對(duì)研究提供的支持應(yīng)當(dāng)是多方面的，而且要在跨行業(yè)的系統(tǒng)中進(jìn)行。

“植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設(shè)想”(以下簡(jiǎn)稱“設(shè)想”)中提出的要求需將重點(diǎn)瞄準(zhǔn)有限的熱點(diǎn)目標(biāo)同步取得進(jìn)展。對(duì)于研究工作則需要有準(zhǔn)確的時(shí)間表和系統(tǒng)中各方面的廣泛交流，所有這些都要走相互協(xié)同的道路。例如，一位科學(xué)家可能發(fā)現(xiàn)一種新型聚合物，具有可以作為高級(jí)生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的價(jià)值受到以下一些因素的限制：發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)幕颉⑿玛惔x過(guò)程可靠性、:最佳作物類型是否能有足夠的產(chǎn)率和可承受的成本、各種聚合物組分分離可能和利用此材料制造新產(chǎn)品的方法等。所有這些因素都需通過(guò)研究和開(kāi)發(fā)才能取得相應(yīng)的進(jìn)展。進(jìn)行這些研究開(kāi)發(fā)要采取最佳途徑保證研究成果關(guān)鍵的目標(biāo)互相協(xié)調(diào)、平行地進(jìn)行，此途徑要鼓勵(lì)私營(yíng)部門(mén)的參與。

當(dāng)前，植物和農(nóng)作物作為生物質(zhì)和原料已被應(yīng)用，諸如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪酸和異戊二烯化合物。林業(yè)主要是為紙漿和造紙?zhí)峁┰稀｜S豆則是用于油墨和涂料。玉米通過(guò)濕法加工發(fā)酵工藝已經(jīng)進(jìn)入幾個(gè)工業(yè)部門(mén)，但是各種用量都很少。由于基因工程可以通過(guò)新陳代謝操作使植物或農(nóng)作物生成有功能需要的材料，從而顯示出新的發(fā)展機(jī)遇。

“技術(shù)指南”已經(jīng)突出了未來(lái)取得進(jìn)展的途徑，而且確定了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的目標(biāo)。成功地達(dá)到這些目標(biāo)就可實(shí)現(xiàn)“設(shè)想”中確定的到2020年可再生資源利用增加5倍的目的，同時(shí)也為2020年以后進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。按“技術(shù)指南”目標(biāo)提出課題是人們用所有的天然資源滿足不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)品和能源的需要。當(dāng)前進(jìn)行研究將為今后的產(chǎn)品選擇提供機(jī)會(huì)。可再生資源需要將注意焦點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面：發(fā)展方向、最佳科學(xué)思維的應(yīng)用、最先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和最高級(jí)智能水平的繼續(xù)研究等。本“技術(shù)指南”已經(jīng)提出了需求和研究開(kāi)發(fā)課題，其目的就是為美國(guó)開(kāi)拓實(shí)施一條成功的可再生資源戰(zhàn)略。而且也選出了需要優(yōu)先支持的領(lǐng)域，它們都是從幾個(gè)已經(jīng)確定的科學(xué)研究和工業(yè)開(kāi)發(fā)需求中選擇出來(lái)的，而且考慮了在高級(jí)可再生資源的關(guān)鍵部門(mén)有最大的投資回報(bào)。

未來(lái)世界許多方面都會(huì)延續(xù)但將發(fā)生變化。幸運(yùn)的是我們已看見(jiàn)其需求并具有科學(xué)智慧適應(yīng)變化的發(fā)展。美國(guó)要保持領(lǐng)先地位就要繼續(xù)采取迅速的行動(dòng)來(lái)滿足擴(kuò)大利用可持續(xù)發(fā)展的可再生資源的需求。不斷的科學(xué)突破和技術(shù)進(jìn)步(正如“技術(shù)指南”文件中所列出的項(xiàng)目和課題)才能滿足資源利用的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)正在我們面前，我們面臨的挑戰(zhàn)是為滿足人們對(duì)產(chǎn)品不斷增長(zhǎng)的需求。

“技術(shù)指南”中從兩個(gè)方面表明多學(xué)科和跨部門(mén)的研究開(kāi)發(fā)對(duì)實(shí)現(xiàn)“設(shè)想”的重要性：

一是植物的投人，同時(shí)要考慮廢料和副產(chǎn)物利用、改性基因?qū)W的應(yīng)用。