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生物化工是生物學、化學、工程學等多學科組成的交叉學科,研究有生物體或生物活性物質參與的過程中的基本理論和工程技術。它是一級學科「化學工程與技術」中的一個重要分支和重點發展的二級學科,在生物技術產業化過程中起著關鍵作用。

1發展

生物技術產業的投資利潤率高達17.6%,是信息產業的2倍。近十年,全球生物技術產業的產值以每3年增加5倍的速度增長。中國生物化工行業經過長期發展,已有一定基礎,特別是改革開放以後,生物化工的發展進入了一個嶄新的階段。
生物化工產業的發展與傳統化工相比優勢明顯,國家對生物化工產業的發展十分重視,尤其是在生物化工技術方面,中國「863」和「973」計劃都將生物技術納入重點資助領域,生物化工產業化步伐正在加快,生物化工產業發展勢頭良好;向君分析將來化工領域20%-30%的化學工藝過程將會被生物技術過程所取代,生物技術產業將成為21世紀的主導產業之一,生物化工將成為21世紀的重要化工產業。認為,由於生物化工涉及面廣,涉及的行業多,所以從事生物化工的企業較多,近年來,雖然由於行業競爭日趨激烈,生物化工企業有較大幅度減少,但與生命科學(主要指醫藥和農業生化技術)諸侯割據的局面相比,生物化工行業依然是百花齊放,百家爭鳴。既有像諾華、捷利康等從事生命科學的世界性大公司,也有像DSM、諾和諾德等大型的精細化工公司,當然也有在某一方面有專長的小公司如Altus等。而且,由於世界大公司正把注意力向生命科學部分轉移,生物化工行業百花齊放的局面在很長一段時間內不會有較大改變。
2013-2017年中國生物化工行業深度調研與投資戰略規劃分析報告》顯示,全球生物化工年銷售額在400億美元左右,每年約以8%-10%的速率增長。從產品結構來看,生物化工領域生產規模範圍極廣,市場年需求量僅為千克級的干擾素、促紅細胞生長素等昂貴產品與年需求量逾萬噸的抗生素、酶、食品與飼料添加劑、日用與農業生化製品等低價位產品幾乎平分秋色。具體來看,高價位的產品市場份額在50%-60%,低價位的產品市場份額在40%-50%。而且,根據近年來生物化工的發展趨勢及人們對醫藥衛生的重視來看,高價位產品的發展速率高於低價位產品。
生物化工涉及面廣,許多生化公司都有自已的專長,它們之間為了商業利益的合作也非常活躍。此外,隨著從事傳統行業的生產廠家的加入,由於技術與生產方面的原因,它們與從事生物化工開發與生產的企業合作也很頻繁。所有這一切,都使生物化工行業的合作越來越廣泛。

2學科概況

生物化工(Biological Chemical Engineering)是一門以實驗研究為基礎、理論和工程應用並重,綜合遺傳工程、細胞工程、酶工程與工程技術理論,通過工程研究、過程設計、操作的優化與控制,實現生物過程的目標產物。因此它在生物技術中有著重要地位。本學科也是生物技術的一個重要組成部分,將為解決人類所面臨的資源、能源、食品、健康和環境等重大問題起到積極的作用。
生物化工學科起始於第二次世界大戰時期,以抗生素的深層發酵和大規模生產技術的研究為標誌。20世紀60年代末至80年代中期,轉基因技術、生物催化與轉比技術、動植物細胞培養技術、新型生物反應器和新型生物分離技術等開發和研究的成功,使本學科進入了新的發展時期,學科體系逐步完善。20世紀後期,隨著以基因工程為代表的高新技術的迅速崛起,為本學科的進一步發展開闢了新領域。

3培養目標

1.博士學位應具有堅實寬廣的生物化工的理論基礎、實驗知識和廣闊的學術視野,對本學科及化學、生物學和化學工程等相關學科的某些領域的現狀、發展趨勢和研究前沿具有系統深入的了解,能熟練掌握、運用本學科的理論分析方法、實驗研究方法以及計算機技術,具有創造性地。獨立地從事本學科領域的科學研究的能力。至少掌握一門外國語,能熟練地閱讀本專業的外文資料,具有一定的寫作能力和進行國際學術交流的能力。能勝任高等院校、科研院所、企業和其它單位的教學、科研或技術管理工作。
2.碩士學位應具有系統的生物化工的理論基礎、實驗知識。了解本學科及化學、生物學和化學工程等相關學科某些領域的現狀和發展趨勢。掌握本學科的現代實驗技能、研究方法和計算機技術,具備生物化工方面的科學研究能力。較為熟練地掌握一門外國語,能閱讀本專業的外文資料。能承擔高等院校、科研院所、企業和其它單位的教學、科研和技術管理工作。

4業務範圍

課程設置
(1)博士學位
基礎理論課 高等應用數學。 專業課 生物化工前沿,其他相關學科課程。
(2)碩士學位
基礎理論課
應用數學,計算機技術,細胞生理與遺傳學,高等生物化學,傳遞現象。
專業課 生物反應及反應器理論,生物分離工程,生化過程技術經濟;根據具體研究方向設置的課程。

5主要相關學科

除化學工程與技術一級學科中其它二級學科外,還有以下相關學科:生物學、化學、藥學、環境科學與工程、植物保護和農業資源應用、控制科學和工程.以及食品科學、發酵工程學等。

6發展前景

生物能源一直是人類賴以生存的重要能源,它是僅次於煤炭、石油和天然氣而居於世界能源消費總量第四位的能源,在整個能源系統中佔有重要地位。有關專家估計,生物質能極有可能成為未來可持續能源系統的組成部分,到下世紀中葉,採用新技術生產的各種生物質替代燃料將佔全球總能耗的40%以上。
當前,能源緊張和環保問題日益成為制約中國經濟可持續發展的主要瓶頸,迫切需要建構一個穩定、經濟、清潔和安全的能源供應體系。因此,補充替代能源的選擇勢在必行。
全世界每年通過光合作用生成的生物質能約為50億噸,其中僅1%用作能源,但它已為全球提供了14%的能源。生物質能利用主要包括生物質能發電和生物燃料。生物質能發電方面,主要是直接燃燒發電和利用先進的小型燃氣輪機聯合循環發電。生物燃料是指通過生物資源生產的石油替代能源,包括生物乙醇、生物柴油、ETBE(乙基叔丁基醚)、生物氣體、生物甲醇與生物二甲醚。
國外的生物質能技術和裝置多已實現了規模化產業經營。美國、瑞典和奧地利生物質轉化為高品位能源利用方面已具有相當可觀的規模,分別占該國一次能源消耗量的4%、16%和10%。
生物質能利用技術主要有直接燃燒、生物化學轉化和熱化學轉化三大類。在許多農村地區普遍採用爐灶燃燒,而鍋爐燃燒熱效率較高,熱電聯產時可達90%以上。生物化學轉化主要指以厭氧發酵和生物酶技術為主,將工業有機廢液和人畜糞便等非固體生物質分解為沼氣;而生物酶技術是把生物質生化轉化為乙醇。
生物質能與傳統化石能源相比具有可再生性、低污染性、分佈廣泛性和儲量豐富的特點。生物質屬可再生資源,通過植物的光合作用可以再生,與風能、太陽能等同屬可再生能源,資源豐富,可保證能源的永續利用。生物質的硫含量、氮含量低,燃燒過程中生成的SOX、NOX較少,因而可有效地減輕溫室效應。生物質能儲量豐富,根據專家家估算,地球陸地每年生產1000-1250億噸生物質;海洋年生產500億噸生物質。生物質能源的年生產量遠遠超過全世界總能源需求量,相當於世界總能耗的10倍。

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