橡膠材料與我們的生活密切相關(guān)，老百姓每天的衣食住行都離不開橡膠材料。但目前傳統(tǒng)的天然橡膠和合成橡膠都面臨資源不足的難題。于是，各國把目光對準了生物基橡膠的開發(fā)。
橡膠資源日益缺乏
橡膠材料按照來源可以分為來自三葉香蕉樹膠乳的天然橡膠，以及源自化石基原料的合成橡膠。自1839年美國人固特異(Good Year)發(fā)明硫化橡膠以來，天然橡膠與合成橡膠陸續(xù)進入現(xiàn)代社會的方方面面，至今已經(jīng)為現(xiàn)代文明社會服務(wù)了近180年，在今后相當長的時間內(nèi)，也還將繼續(xù)服務(wù)于現(xiàn)代文明社會。
但是，目前無論是合成橡膠還是天然橡膠，都面臨著資源不足的難題。合成橡膠以石油等化石資源為原料，在能源、資源與環(huán)境都受到嚴重挑戰(zhàn)的今天，以大量不可再生的能源、資源消耗為代價的現(xiàn)代合成橡膠工業(yè)，正面臨著嚴峻的考驗。根據(jù)英國BP石油公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前全球探明的石油儲備只夠維持42年的消耗、天然氣儲備只夠維持60年的消耗、煤炭儲備只夠維持130年的消耗，合成橡膠的發(fā)展將不可持續(xù)。
同時，我國石油資源嚴重不足，60%依賴進口，超過80%以上的石油被當做能源消耗掉，而貢獻到石油化工的石油原料僅為12%。我國合成橡膠的發(fā)展不但受制于油氣資源短缺的困境，還會受到化石能源旺盛需求的擠壓，未來很有可能面臨無米下鍋的窘境。
隨著全球變暖趨勢日益明顯，以化石資源為原料的合成橡膠工業(yè)也面臨著節(jié)能減排的壓力。歐盟正在著手立法，考慮今后輸入歐盟的產(chǎn)品必須加大可再生資源的比例，其中輪胎將是受到重點監(jiān)控的產(chǎn)品。美、日等發(fā)達國家政府也正在制定標準，規(guī)范可再生資源的范圍以及檢測方法。
天然橡膠方面，由于受到氣候、病蟲害以及地緣政治的影響，我國天然橡膠的發(fā)展面臨嚴峻的形勢。我國天然橡膠消耗巨大，自產(chǎn)不足，嚴重依賴進口，2017年消耗天然橡膠548萬噸，占到全球總消耗量的42%，其中自產(chǎn)81萬噸、進口546萬噸。而三葉橡膠樹僅適生于南北緯15度的熱帶雨林里內(nèi)，我國適種面積幾乎開發(fā)殆盡，天然橡膠進一步發(fā)展的潛力有限。再加上三葉橡膠樹面臨南美葉疫病的威脅，使全球天然橡膠種植產(chǎn)業(yè)十分脆弱。此外，天然橡膠的收割無法實現(xiàn)大規(guī)模機械化作業(yè)，年輕人越來越多地遠離種植農(nóng)場、進入大城市工作，三葉橡膠的種植與收獲面臨勞工日益短缺的困境。
生物基橡膠是新思路
面對這種情況，一些發(fā)達國家已行動起來，未雨綢繆，規(guī)劃生物基橡膠的發(fā)展方向，布局生物基橡膠的工業(yè)框架。
所謂生物橡基橡膠，指的是利用生物基原材料合成制備的橡膠，以及利用三葉橡膠樹之外的其他植物產(chǎn)生的膠乳所生產(chǎn)的橡膠。
在合成橡膠方面，歐美發(fā)達國家注重傳統(tǒng)橡膠合成單體的生物基化，比如美國固特異(Goodyear)公司利用糖源開發(fā)生物基異戊二烯，進而合成出生物基異戊橡膠，最終制備出生物基異戊橡膠輪胎；阿朗新科利用甘蔗渣開發(fā)出生物基乙烯，與石油基丙烯共聚合，合成生物基三元乙丙橡膠，其中的生物基原料比例可達70%。2018年世界杯比賽用球就是使用阿郎新科的這種材料制作，實現(xiàn)了生物基橡膠的真正應(yīng)用。此外，阿朗新科也建設(shè)了一套生物基異丁烯中試裝置，過
并試產(chǎn)出一批由生物基原料合成的丁基橡膠。
美、日、歐不產(chǎn)天然橡膠，因此對于替代性天然橡膠的開發(fā)更為急迫。2007年，美國組成PENRA聯(lián)盟并實施“卓越計劃(2007-2011-2020)”，歐盟于2008年組成EU-pearls聯(lián)盟實施“珍珠計劃(2008-2012)”，隨后又組成DRIVE4EU聯(lián)盟啟動第二期“驅(qū)動計劃(2014-2018)”。這些計劃的目的都是立足本地區(qū)開發(fā)三葉橡膠以外的可替代膠源，滿足本土對于天然橡膠的需求，降低對于東南亞三葉橡膠的依賴。在這些計劃中，蒲公英橡膠都是他們的首選目標。
2013年，德國大陸輪胎公司在歐盟“珍珠計劃”的基礎(chǔ)上，獨自投資3500萬歐元在位于波羅的海岸的安克拉姆建設(shè)了蒲公英橡膠研發(fā)中心，目標是利用蒲公英橡膠低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及超柔軟特性，開發(fā)適合于歐洲冬季氣候條件的雪地胎，占據(jù)了蒲公英橡膠產(chǎn)業(yè)化先機。
日本國土面積狹小，無法獨自開發(fā)蒲公英橡膠等第二天然膠源。因此，日本普利司通北美研發(fā)中心參與到PENRA聯(lián)盟中，以確保未來天然橡膠的穩(wěn)定供應(yīng)。目前。歐美已經(jīng)制備出蒲公英橡膠輪胎和自行車胎，正向著商業(yè)化的路線穩(wěn)步前進。
我國已經(jīng)迎頭趕上
面對發(fā)達國家在生物基橡膠研發(fā)領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢，我國也不甘落后，積極搶占未來生物基橡膠這一戰(zhàn)略材料的制高點，爭取形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)化開發(fā)模式，避免受制于人。
在合成橡膠方面，不同于國外大公司專注于傳統(tǒng)單體的生物基轉(zhuǎn)化，我國走了一條不同的道路：利用糖、淀粉以及纖維素等生物質(zhì)原料發(fā)酵得到醇、酸等生物基單體，直接轉(zhuǎn)化為生物基橡膠，省去了中間由生物基單體轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)單體的步驟，提高了效率，降低了成本。目前，北京化工大學(xué)張立群團隊已經(jīng)開發(fā)出兩款具有競爭力的生物基橡膠，分別是面向橡膠制品制造的生物基共聚酯橡膠，以及面向輪胎制品的生物基衣康酸酯橡膠。
在天然橡膠方面，我國以中國橡膠工業(yè)協(xié)會、中國石油和化學(xué)聯(lián)合會為依托，分別成立了中國杜仲產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟和中國蒲公英橡膠產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，指導(dǎo)并推動原產(chǎn)于我國中西部的杜仲橡膠和原產(chǎn)于我國新疆的蒲公英橡膠的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。
2017年8月，中國科技部正式批復(fù)新型生物基橡膠材料制備技術(shù)及應(yīng)用示范國家重點研發(fā)計劃立項。項目研發(fā)經(jīng)費3200萬元，其中國撥經(jīng)費1200萬元、配套經(jīng)費2000萬元。研究內(nèi)容涵蓋千噸級生物基共聚酯橡膠、生物基衣康酸酯橡膠、杜仲橡膠以及百噸級蒲公英橡膠中試裝置的研發(fā)與建設(shè)，以及輪胎、輸送帶、密封件等下游應(yīng)用產(chǎn)品的試制。
生物基橡膠項目的成功立項，標志著我國正式開啟了生物基橡膠的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)工作。我國的生物基橡膠開發(fā)也由之前的獨立單位、獨立個人、獨立研發(fā)或者小范圍合作研發(fā)階段正式進入到多家單位優(yōu)勢互補、相互合作，大規(guī)模兵團協(xié)作攻堅克難階段。2018年10月15日，項目通過了專家組的年度考核，為項目今后的成功落地奠定了扎實基礎(chǔ)。
目前，我國已經(jīng)成功試制出生物基衣糠酸酯橡膠轎車輪胎、生物基共聚酯橡膠制品、杜仲橡膠航空輪胎和蒲公英橡膠概念輪胎等生物基橡膠制品?？梢灶A(yù)見，在不久的將來，應(yīng)用上述生物基橡膠材料制備產(chǎn)品就會逐步滲入到我們的生產(chǎn)生活中，成為構(gòu)建未來高度文明社會有機元素。