10月18日,中國資源循環集團有限公司在天津正式挂牌成立。據悉,中國資源循環集團有限公司将專門從事資源循環利用,承擔打造全國性、功能性資源回收再利用平台的重要任務。
中藥資源作為國家戰略資源,是中藥産業和健康服務業發展的物質基礎和保障。中藥資源利用效率低下,廢棄物處理和排放過程中造成的資源浪費和環境污染已成為行業發展面臨的新的重大問題。據統計,以生産藥材為業态的中藥農業,每年産生的“非藥用部位”高達上億噸;生産中成藥、配方顆粒及各門類的大健康産品的中藥工業,每年産生的固體廢棄物及副産物高達6500餘萬噸,液态廢棄物達數億噸。
近年來,以筆者團隊為代表的國内外學者圍繞中藥資源循環利用及其産業鍊構建,分别從學科建設、理論構建、技術創新、模式形成、産業示範全鍊條開展了系統研究,為引導産業向着循環經濟發展模式和綠色低碳生産方式轉變作出了貢獻。筆者團隊的中藥資源循環利用研究成果榮獲2018年度國家科技進步獎二等獎和2019年度中國循環經濟協會科學技術獎一等獎。
中國資源循環集團有限公司的成立給中藥産業界以深刻啟示。筆者呼籲,中藥産業界應關注中藥資源循環利用問題,中藥循環經濟大有可為。以下對中藥資源循環利用的理論構建、技術創新、産業示範等内容進行介紹。
學科建設與理論構建
資源循環利用的核心目的是“變廢物為财富”。資源的多宜性和多用性基本原理決定了中藥資源産業化過程副産物及廢棄物資源化模式的多元性和利用途徑的多樣化。基于以上認識,筆者團隊将藥用生物資源學與天然藥物化學、食品化學、飼料化學、肥料化學等學科理論及技術體系交叉融合,構建形成中藥資源化學新興交叉學科。該學科以中藥材生産加工過程資源性化學成分多宜性利用價值揭示及資源化利用為主要研究任務,資源循環利用為其重要研究内容。中藥資源化學學科,2012年獲批國家中醫藥管理局重點學科,2023年入選國家中醫藥管理局高水平中醫藥重點學科。
在此基礎上,進一步基于資源多宜性基本原理和循環經濟減量化(Reduce)、再利用(Reuse)、資源化(Recycle)的核心原則,提出中藥資源循環利用的理論基礎,其核心内容主要為:中藥資源循環利用是在系統思維指導下的基于生态學原理及熱力學定律的能量高效利用和資源物質循環,其經濟本質是生态經濟,動力是效益最大化,其産業化過程是受主觀、客觀條件共同約束下的漸進實踐過程等。
上述學科及理論基礎的提出及建立,為推動中藥資源利用由粗放低效向精細高值化轉變,推動中藥資源産業由線性經濟模式向循環經濟模式轉變,服務于“雙碳”(碳達峰與碳中和的簡稱)目标的實現提供了重要理論支撐。
技術創新與瓶頸突破
中藥廢棄物及副産物資源再生回收能力是資源循環經濟産業發展水平的直接體現。雖然中藥資源所占比例較小,但其複雜性和特殊性決定了其循環利用技術體系建立的艱巨性。近年來,研究團隊基于中藥資源全産業鍊各環節産生的廢棄物及副産物的形成背景、利用現狀、生态壓力諸因素,結合社會需求、行業及區域經濟發展水平及相關适宜技術的成熟度,通過長期探索實踐,集成創新了化學轉化、生物轉化、物理轉化三套關鍵技術體系,為中藥資源的循環利用奠定了技術基礎。
微生物轉化是目前農林廢棄物資源化利用過程中常用的關鍵技術。在生物轉化過程中獲得高效的功能菌種是其發酵技術的源頭和核心技術。與傳統轉化底物比較,多數中藥廢棄物及副産物含有抑菌物質,殘留有機溶劑,市場缺少有效轉化菌種。為此,筆者團隊針對不同品種中藥廢棄物及副産物獨特的理化特性及其潛在資源化價值取向,采用現代高通量篩選技術,成功篩選并馴化得到适宜于産纖維素酶發酵的草酸青黴菌株、擴展青黴菌株,适宜于制備植物多糖的中間蒼白杆菌株等。在此基礎上,經基因工程菌構建形成以生物酶、低聚糖、生物醇為目标産物的系列高産菌株,突破了中藥廢棄物生物轉化技術瓶頸,并推廣應用于甘草藥渣、丹參藥渣、黃芪藥渣等十餘種中藥廢棄物及副産物的轉化利用,為行業提供了示範。
以農林廢棄物為代表的生物質在缺氧條件下經高溫裂解形成生物碳、木醋液、可燃氣,是目前用于生物質處理和轉化利用的有效方式。中藥固體廢棄物在一定程度上與農林廢棄物具有較高的相似性,但也有其物料來源多樣、理化性質差異較大等特性,傳統熱解工藝及裝備較難适應中藥廢棄物的炭化處理。為此,課題組在革新炭化工藝的基礎上,研制形成直燃下吸式固定床熱解炭化、直燃式流化床熱解炭化以及幹餾法等适宜于中藥廢棄物及副産物熱解炭化技術及裝備,并進行了聯産生物質炭、木醋液、可燃氣等系列産品的産業化開發。引入熱裂解技術,形成分離工程-熱裂解耦合技術體系,并自主研制适宜于高含水難處理中藥固廢物的熱循環預處理-炭化/氣化一體化裝備,創制形成動态傳熱提效的中藥固廢物新型幹餾炭化設備。該技術體系的創建與應用為中藥固廢物聯産制備醫藥/化工産品及其生物炭、木醋液、可燃氣等資源性産品提供了轉化增效途徑。
模式形成與産業示範
資源的多宜性和多用性基本原理,決定了中藥資源産業化過程副産物及廢棄物資源化模式的多元性和利用途徑的多樣化。研究團隊基于不同類型廢棄物的理化性質、資源化潛力等特點,創建了五類中藥資源循環利用模式:基于藥材生産過程傳統非藥用部位的新資源藥材、醫藥産品開發模式;基于中藥固廢物及副産物的生物酶、低聚糖、生物醇等系列産品開發模式;基于中藥固廢物的炭-液-氣聯産産品開發模式;基于藥材生産過程傳統非藥用部位的功能食品開發模式;基于中藥固廢物的功能材料制備及産品開發模式。
中藥材采收加工過程中産生的非藥用部位大多含有與其藥用部位相似的化學組成,部分非藥用部位在民間尚有藥用記載,因此開展中藥非藥用部位的新資源藥材及醫藥産品開發為其資源化利用重要途徑。丹參為常用活血化瘀藥物,我國每年丹參藥材種植過程産生20餘萬噸廢棄莖葉,它們因缺乏有效利用途徑而廢棄。筆者團隊研究發現,丹參莖葉中富含以丹酚酸、迷疊香酸為代表的酚酸類組分,并具有顯著的活血化瘀功效,據此研究制定了丹參莖葉藥材質量标準,作為新資源藥材已收錄于《陝西省藥材标準》。在此基礎上建立了以丹參莖葉替代丹參藥材作為丹酚酸醫藥/化工原料的高值化利用的制備工藝,實現了丹參藥材生産過程廢棄物及副産物的循環利用,提升了丹參藥材的生産效益和效率。目前,已有多種藥材非藥用部位實現了醫藥産品資源化利用,如人參莖葉、山楂葉、黃芩莖葉、山楂核、地黃葉等。
中成藥生産過程中産生的高含水複合藥渣資源化利用與無害化處置,是目前中藥資源循環利用過程中備受關注的研究内容。研究團隊針對中藥制藥等深加工過程高含水中藥複合藥渣排放等環境難題,與國内大型制藥企業合作攻關,通過組合多級脫水及餘熱回收技術,突破了高含水複合藥渣熱解氣化難題,建成年處理10萬噸藥渣的熱解氣化複合熱蒸汽生産線,産生的熱量供應工廠能源需求,實現企業内部自循環,節約燃料成本,同時也節約了藥渣清運和處理費用。熱解後剩餘草木灰用于有機肥生産及中藥種植基地作肥料,實現了企業内部的資源循環利用和藥渣零排放,産生了良好的示範效應,經濟及生态效益顯著。此外,研究團隊針對中藥複合藥渣肥料化利用過程中腐熟速度慢、轉化效率低等技術難題,通過構建專用發酵菌種複合預處理技術,實現中藥複合藥渣的快速腐熟,同時通過測土配方打造形成高品質金銀花中藥材生産專用肥,一方面提升了中藥渣有機肥的生産效益,另一方面有效減少了中藥材種植過程中的化肥施用量,實現了經濟和生态效益共赢。
中藥資源人圍繞中藥資源産業化過程中的減量化、再利用,近二十年的創新實踐為中藥資源産業循環經濟體系的構建奠定了堅實基礎。但同時應注意到,限于中藥資源行業領域的複雜性及現有政策法規的約束性,現有研究成果在産業化過程中仍存在一定的局限性。具體表現為:一方面,中藥資源産業涉及中藥農業、中藥工業兩大産業鍊條,所産生的廢棄物及副産物來源複雜,組成多樣,理化特性差異較大,資源化程度不一,因此開展中藥資源産業化過程廢棄物及副産物的循環利用與産業化開發具有複雜性和連續性。另一方面,中藥資源循環經濟體系的構建不僅取決于科學技術的發展程度,同時與配套政策法規的建設密切相關,現有政策法規在一定程度上制約了中藥廢棄物及副産物多元化利用研究成果的有效轉化。因此,實現中藥資源産業循環經濟模式的構建亟待政府、社會和企業共同倡導,在充分論證的前提下,基于循環經濟發展理念,從政策保障層面拓寬中藥廢棄物及副産物的資源化利用途徑,以全面推動中藥資源産業循環利用與綠色發展。
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