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【学科前瞻三十年】

费强:发展生物化工学科,助力“双一流”大学建设

来源:交大新闻网 日期 2018-11-26 17:04 点击:

作为国民经济的主要支柱之一,化工产业对国内生产总值(GDP)贡献可高达20%。作为化工产业发展的主要科技驱动力,化学工程与技术学科的发展对化工产业创新、科技人才培养以及“双一流”大学建设起着至关重要的作用。现代科学技术的发展不仅要在某单一研究领域完成突破,更是要融汇多个研究方向以实现学科的全面发展。生物化工作为化学工程与技术一级学科下属的五个二级学科之一,是化学工程与生物技术相结合的有机体,同时也是一个融合发酵工程、生物工程、基因工程、酶工程和制药工程等多研究方向的交叉学科。与传统石化产业相比,生物化工技术可以利用工业微生物转化可再生资源,在温和的反应条件下实现石油基产品的生物合成替代。因其生产过程对环境友好且有前期投入较小的特点,生物化工产业已成为化工领域的重要力量。鉴于生物化工上述特点,与其相关的技术可广泛应用于包括生物能源、生物炼制、生物过程强化、绿色化工和生物制药在内的多个新兴产业和领域。目前利用合成生物学技术和高密度发酵策略,四十多种有机酸,五十多种生物农药,六十多种工业酶制剂已经通过高效生物化工平台和特定微生物实现产业化生产。

一、前沿研究热点

随着习近平总书记提出“五大理念”和在巴黎国际峰会上做出“节能减排”承诺以及“十三五”计划提出低碳生活和可持续发展的规划,未来生物化工学科的发展将会更加紧密地围绕能源、资源、环境和社会发展等领域的现状和具体问题提供有针对性的解决方案。如何利用现代技术缓解“减排”压力和提供生物合成替代路线也成为生物化工学科的发展趋势。利用基因重组技术改造工业微生物并强化其生化反应效率,可有效地将秸秆中的糖基化合物、木质素和温室气体中的甲烷、二氧化碳进行定向转化,在控制污染源头的同时将废弃物生物合成为大宗化学品、轻工食品、保健品、饲料、农药、肥料等生物基产品和平台化合物,实现变废为宝和可持续发展的目的。因此,利用合成生物学技术实现秸秆高效生物利用和温室气体有效生物固定必将成为未来的研究热点。此外,我国计划在2020年前实现生物燃料全面覆盖,以及“可再生能源与氢能技术”“合成生物学”等重点专项相继发布和启动,也为生物化工相关技术在能源领域的发展提供了新的机遇。目前,可代替石化能源的生物乙醇、生物柴油、生物航煤的研制正在从实验室研发阶段向大规模生产阶段过度。在此过程中,扩展原料来源、构建工业菌种、增强转化效率、提升平台生产力也将成为生物化工技术的发展方向。综上,生物化工学科的发展不仅可以促进生物产业创新发展与经济绿色增长,还能为建设“双一流”大学提供有力的支撑。

二、对学科建设的思考

随着化学工程与技术学科被定义为学校战略必争学科,近年来化工学院取得重要成果。2016年化学工程与技术学科首次参评教育部全国学科评估即进入全国前20%。作为重要的二级学科,生物化工的建立也将为建设一流学科群提供有力支撑。目前生物化工学科已在生物法固定天然气和沼气制备生物基平台化合物方面取得重要进展,该研究已获得多项国家及省部级项目的支持,现正在进行中试测试并为商业化提供转化技术平台。虽然化工学院已在生物化工领域取得了一定进展,但目前在生物化工的学科建设过程中仍面临整体研究基础偏薄,综合科研实力较弱等问题。鉴于此,学院现主要集中力量发展国际前沿且具有较大潜力的小众创新性研究方向,通过建立2-3个特色研究体系,尽快树立学校生物化工“小而强、少而精”的学科特点,在此基础上成立多个特色团队以带动生物化工整体科研水平上升。因此,现阶段生物化工学科的建设仍以“打地基、抓基础、建团队”为主要目标,结合海内外生物化工学科发展及研发动态,通过引进高层次人才集中力量建立大团队,并在充分体现团队内各科研人员研究特色的同时,实现以点带面,以面带全的多维度、立体交叉互助式发展。利用团队的良好发展创造吸引人才有利环境,实现人才的凝聚效益,进而提高化工学科的整体水平。

三、展望创新港与学科发展

学科建设内核是人才和师资力量的积累,而学科发展核心则是学生科研兴趣和能力的培养,同时人才的稳定又是吸引优良学生的重要条件。所以,通过形成“团队建设吸引人才加盟、人才汇聚吸收学生加入、学生培养助力学科发展、学科发展支撑团队成长”的良性循环发展模式,可有效实现弯道超车,在最短的时间内完成团队建设和人才培养,帮助新学科快速建立和壮大。同时生物化工的发展,也要以能够提供生物产业和社会经济发展所急需的科技力量为原则,从而充分体现工程科学对国计民生的意义和价值。结合上述的学科发展想法和中国西部科技创新港建设理念,化工学院正在积极筹建生物化工研究所,通过此举为学科建设和创新港发展提供有力的支撑点。生物化工的学科发展仍会以“扎根西部,服务国家,世界一流”为宗旨,以“创新驱动发展”为动力,通过创造良好的科研环境和基础,广泛吸纳海内外生物化工领域的高层次特色人才加入,实现科技革新。在未来5年内,生物化工的建设将以化学工程一级学科的发展目标为方针,紧密结合生物产业和国家政策走向,提早在生物能源、碳一气体生物固定、低值生物质资源化利用、合成生物学等前沿领域完成布局并开展相关研究。在10-15年内,实现在数个研究方向达到国际一流水平,培养一批卓越人才和领军学者,形成多支具有良好科研基础、独树一帜研究方向、国际前沿科研平台、多领域交叉融合特点的创新团队。以生物化工学科建设为纽带,广泛加强与海内外知名专家、科研院校的合作关系,为提升化工学院和学校在生物化工领域的国际影响力、深入贯彻国家“一带一路”倡议提供平台,助力化工学科、一流学科群和一流大学的同步建设与发展。


作者简介:

费强,男,38岁,工学博士。西安交通大学化学工程与技术学院教授、博士生导师。西安交大“青年拔尖人才计划”入选者。研究方向:利用基因工程技术和高密度发酵手段,高效转化可再生资源(沼气、秸秆、废弃有机物等)制备高值平台化合物、生物能源和药物中间体。

邮箱:feiqiang@xjtu.edu.cn

文字:化工学院 费强
编辑:星 火

 
 
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