专利点“草”成金：秸秆变“白色黄金”

当金黄麦田的废料化身为生态友好材料，“秸秆魔法”正引领我们从“田间弃物”迈向“白色黄金”的绿色未来。

麦田里打捆的秸秆

2025年秋收季，江苏灌南县的农田里，农民老张将原本焚烧的小麦秸秆打包卖给当地生物材料工厂，每亩增收200元。这些秸秆经过多道工序处理，最终变成欧盟超市里售价30欧元的可降解咖啡杯。

在全球禁塑令和碳中和的大背景下，中国每年产生的秸秆资源约为12亿吨，若全量转化为生物塑料，可替代约1.2亿吨石油基塑料，减排量相当于约3.2亿辆燃油车停驶一年。中国企业正以专利为扇，以创新为翼，让秸秆实现从“田间废料”到“产业新星”的华丽转身。

从“两步走”到“一步到位”

的创新演绎

普通的秸秆看似平凡，却由三大天然高分子构成：纤维素、木质素与半纤维素。前两者约占秸秆干重的半数，是生物塑料的骨架；半纤维素则能拆解成有价值的低聚糖。这几种天然高分子，正是制备可降解塑料的“化学原石”。

要使秸秆有效利用，关键在于将其中的纤维素和木质素转化为可注塑的“热塑性”材料。四川农业大学苏治平教授团队采用“动态共价化学”方法，调控纤维素分子链，使其在加热和剪切作用下实现“断链与重组”，成功研制出一种兼具热塑性、自修复性和可完全生物降解的高性能材料。该材料既便于加工成型，又可于受损后自行修复，最终在土壤中完全分解。这一突破使纤维素材料由刚性转向柔性，焕发“新生”。相关成果发表于《Chemical Engineering Journal》《ACS Nano》等期刊，并在校内外多次展示，备受关注。苏治平团队视秸秆为具有“记忆”和“韧性”的活性材料，不仅重塑了纤维素结构，更彻底变革了秸秆加工方式，实现了从天然复合物向工业智能材料的跨越。

在安徽省农业科学院，盛良全教授团队将秸秆中的纤维素和半纤维素通过化学与酶解转化为低聚木糖，这是一种功能小分子，用于食品、医药和塑料助剂，提升材料稳定性和降解速度。与苏治平团队的分子结构改造策略对比，体现中国秸秆资源化的多元技术。此技术中试生产线于2023年建成，年产数十吨高纯度低聚木糖，为生物塑料提供新组分并提升秸秆附加值。

尽管对科研人员而言，各种单项试验已见成效，但要让技术走出实验室，就需要考虑如何在农田和工厂之间，搭建起一座高效、低耗、绿色的桥梁。攻克这一道关口，意味着要把复杂的多段工艺，压缩为一条“快车道”，这就是所谓的“一步法”。

在传统工艺中，从秸秆变成塑料，需要经历“粉碎-预处理-提取-改性-成型”等多个步骤，每一步都意味着能耗、人力和设备的增加。而“一步法”的构想，是让工艺更简洁、更环保，把复杂的“菜市场式”流程，浓缩成一口锅的“一站式”生产。

以江苏某龙头企业为代表的团队，率先探索“一步法”生物塑料工艺。他们在一台特制反应器里，直接将粉碎并除水后的秸秆，与起催化转化作用的绿色助剂一起加热、加压，使得纤维素、木质素同步裂解、聚合，最终一次性输出符合食品级或包装级标准的生物塑料颗粒。这种“化学快餐”式的创新，大幅缩短了生产链条，并且更加绿色环保：由于减少了高温多段加热，能耗有所降低；无需多次清洗和中和，废水减排明显；原料处理到成品出炉一锅完成，成本大幅下降。该技术在江苏灌南地区的厂区试点后，日产量提升近两倍，且生产周期由数日缩至数小时，真正实现了“化学快餐”式的生产革命。

从最初的“两步走”到如今的“一步到位”，中国企业用一系列具有自主知识产权的技术，成功将秸秆从“废料”变成可持续发展的“白色黄金”。中国秸秆利用技术的每一次腾飞，都在向世界证明：创新不只属于大城市高塔，也属于那片泥土与麦秆交织的乡野。

从跟跑到领跑的全球专利布局

当实验室的秸秆资源化技术逐渐成熟，另一场没有硝烟的战争已在全球专利战场打响。专利不仅是企业手中最锋利的“利刃”，更是筑牢市场壁垒的“护城河”。统计显示，中国在秸秆利用领域的专利申请量占全球的绝大多数，相关专利中约81.7%申请来自中国。在这一轮全球布局中，中国企业正从“跟跑者”奋力跻身“领跑者”，挑战巴斯夫、杜邦等化工巨头。

在秸秆基复合材料领域，“界面相容性”是关键难题。未经处理的秸秆纤维亲水，而多数生物高分子疏水，导致二者相容性差。为解决这一问题，国内多家高校与企业团队从分子层面开展技术攻关。一种方法采用硅烷类偶联剂，在秸秆纤维表面嫁接功能分子，建立纤维素与PLA的稳定化学连接，从而提升材料力学性能。另一种方案使用钛酸酯类偶联剂预处理秸秆粉末，增强其界面亲和性后，再与PLA或PHA等可降解材料共混挤出，既提高了材料强度，又实现了堆肥环境下的高效降解，平衡了环保与性能。

在完成“分子级加固”之后，产业化应用的下一步便是构建一套高效、绿色的原料供给体系。毕竟，再先进的界面改性，也离不开质量稳定、来源充足的秸秆原料。为此，国内多家企业与高校围绕秸秆预处理和分离工艺展开技术攻关，逐步形成了以微波处理、超声断裂和超临界CO₂萃取为核心的三条技术路径。

微波处理利用秸秆自身含水加热膨胀，在短时间内破坏纤维细胞壁结构，与传统热煮相比，微波加热速率更快、能耗更低，能显著降低后续分离难度。而超声断裂技术，则通过空化效应进一步打散纤维束，提高表面积与反应活性，不仅提升了纤维素提取率，还减少了对化学试剂的依赖。在更高阶的预处理技术中，超临界CO₂萃取技术以其溶解能力强、无残留、能耗低的特点，实现了木质素等活性组分的高效提取。这三项技术的协同应用，构建起一个从破壁到提取的绿色闭环，不仅提升了秸秆资源的整体利用效率，也为高性能复合材料的规模化生产提供了坚实保障。

中国企业在巩固国内市场优势的同时，积极拓展国际专利布局，在秸秆基材料领域专利申请量超2.5万件，其中300余件通过PCT进入欧美、东南亚和非洲市场。地方政府与企业协同推动国际合作，如山东莱西市首创的秸秆“五化”资源化模式，被联合国机构誉为“农业绿色转型的教科书范例”，通过肥料化、饲料化、能源化、基料化和原料化实现全域循环利用。2019至2024年，莱西连续承办亚太秸秆国际研讨会，其经验推广至柬埔寨、印尼等30余国，为东南亚农业废弃物治理提供“区域方案”。中国企业通过“走出去+抱团取暖”策略，形成从原料到终端应用的闭环，摆脱以往“跟跑”局面。

与此同时，国际化工巨头也在加紧构筑自己的专利壁垒。以巴斯夫为例，其在2,5-呋喃二甲酸（FDCA）合成及下游聚酯化工艺上掌握多项核心专利，据业内估计，相关技术的授权费用可高达产品售价的10%至15%，从而对后进者形成了显著壁垒。同时，包括杜邦和帝斯曼在内的多家跨国化学公司，依托“生物酶＋基因编辑”技术体系，围绕纤维素酶和发酵菌株的性能优化建立了庞大的专利组合，进一步拉大了与行业新入局者在成本和效率方面的差距。

应对这种局势，中国企业正借助交叉许可与联合开发的方式积极破局。例如，江苏一家高新技术公司将其在秸秆预处理和复合材料领域的多项专利，授权给欧洲菌株技术方，换取高性能发酵菌种。经中试验证，该合作使整体转化率提升至70%以上，产品性能与成本控制双双优化。这种“联合开发+交叉许可”的方式，不仅打破了国际巨头的技术封锁，还催生了性能更优、成本更低的新一代秸秆生物塑料工艺。

从界面改性到预处理技术革新，从全球专利布局到交叉许可破局，中国企业以专利为“棋子”和“盔甲”，在国际舞台上不断抢占先机。在这个庞大的专利棋局中，每一项发明都不只是技术突破，更是通往全球市场的话语权；每一次国际合作，都为乡村废料的高值化利用注入了新的动力。

从“白色污染”到“负碳经济”

的产业革命

随着技术的进步，秸秆生物塑料正朝着更高性能、更广应用的方向发展。曾经微不足道的农业剩余物，正悄然蜕变为咖啡杯的杯盖、物流打包盒的坚固壁腔，甚至冬奥场馆墙体中的保温层——每一件融入秸秆成分的制品，都不仅是在替代传统材料，更是在重新定义“可持续”的边界，让“零废弃”的理想在流水线上照进现实，承载着农耕文明的重托，迈向现代工业的未来。

首先，纳米纤维素作为秸秆资源化的“2.0版本”材料，展现出极大潜力。来自中国科学院和多所高校的研究表明，通过酸碱预处理结合超声剥离，可将秸秆转化为直径约20～30纳米、长度数微米的纳米纤维素。这些纤维素具备极高的长径比和优良的结晶结构，可用作高分子复合材料的增强填料，其杨氏模量与抗拉强度均大幅优于未改性的原始纤维。虽然该技术目前主要停留在实验室和中试阶段，但已有示范项目将其应用于3D打印强化、功能涂层及食品包装膜等领域，标志着秸秆基纳米纤维素从学术探索向市场落地的稳步推进。

与此同时，秸秆生物炭技术在环境修复与土壤改良中扮演着“多面手”角色。有相关研究提出，通过在秸秆炭化过程中添加碱金属或轻金属盐，以增加生物炭的比表面积和活性官能团，显著提升对重金属和有机污染物的吸附能力。在多个土壤修复项目中，这类改性生物炭对Pb2+、Cd2+等离子的去除效率可达80%以上，同时还能改善土壤通气性与保水性。此外，北京、广州等地的污水处理厂已将秸秆炭化滤料应用于工业和生活污水的深度处理中，既降低了处理成本，也为秸秆增收打开了新通道。

以秸秆为原料制成的环保咖啡杯

在这些技术环节持续演进的同时，秸秆复合材料的产业化应用已迎来第一波“爆发”。在可降解消费品领域，秸秆与聚乳酸复合材料迅速打开市场，广泛用于餐具、包装薄膜等绿色产品中。有企业在掌握核心改性技术后，成功将秸秆在产品中的质量占比提升至50%以上，且通过了欧盟EN13432降解认证，产品远销海外。

在建筑领域，秸秆基复合保温板和隔热泡沫也正在替代传统矿棉、聚苯乙烯泡沫等高能耗材料，以其导热系数低、无VOC排放的特点，广泛应用于绿色住宅、公共建筑与装配式建筑项目中。这些产品的不断落地验证了一个事实：秸秆不仅能替代塑料，更具备改变材料体系的潜能。

不仅如此，生物塑料整体产业格局也正在重塑。据统计，全球生物塑料产能2025年预计突破500万吨，2026年主流生物塑料价格有望与石油基持平，中国生物降解塑料市场规模年均增长率约38%，远超全球平均水平。这背后不仅有政策引导、消费者觉醒的助力，更离不开基础专利的持续支撑与企业的技术迭代。例如，秸秆预处理效率的提升、高效协同酶系的开发、分离纯化工艺的优化、聚合过程的精准控制等技术的突破，显著降低了生物基单体的生产成本。相关基础专利的密集布局，为企业构筑了核心技术壁垒。

与此同时，领先企业的连续化、大型化生产装置的建设与经验积累，大幅提升了生产效率和产品一致性。正是这些看似细枝末节的技术创新，才构筑起整个行业高质量发展的骨架。

从技术研发到产业应用，秸秆生物塑料的发展正逐步实现从“白色污染”到“负碳经济”的转变。从实验室到田间地头，从纸面专利到工厂产线，从可降解薄膜到绿色建材，每一步都凝聚着技术人员的智慧与产业链的协作。在这条通往未来的路上，秸秆不再是被遗弃的“农残废料”，而是可持续发展理念的承载者、绿色制造的起点和“双碳”目标的践行者。

专利织就的绿色罗盘

一根被焚烧的秸秆，经过千余项专利与无数次实验的“淬炼”，最终成为承载绿色未来的“白色黄金”。从纳米纤维素到多功能生物炭，从“一步法”生物塑料到绿色建筑材料，专利技术构建了秸秆资源化的完整路径，也为循环农业与低碳产业注入了新动力。它们犹如一张张绿色罗盘，指引着农业废弃物向高附加值的新材料产业迈进。

或许在不久的将来，你在超市购买的一个咖啡杯、你住进的一栋“零甲醛建筑”、你穿上的一件可降解纤维冲锋衣，它们的前身，正是一根被秋风吹落、无人问津的秸秆。而这一切的背后，是中国科技创新与知识产权保护体系的强大支撑，是我们对自然资源与未来责任的深刻回答。让每一根秸秆闪耀科技与绿色的光芒，这正是“废料魔术”真正的奇迹所在。（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心）

（文章来源：《创意世界》2026年1月号）

01

微店订阅

请扫左侧杂志微店二维码订阅或点击下方小程序链接购买。

02

邮局订阅

各地邮局均可订阅，邮发代号：2-652。亦可扫左侧“中国邮政微商城”二维码订阅。

03

报社订阅

请汇款至以下账户，并将汇款凭证发至本刊通联发行部。

开户银行：中国工商银行北京海淀区北太平庄支行

户名：中国知识产权报社

账号：0200010009014482891

通联发行部热线：010-82034385、010-82034281（传真）

【点击下方小程序购买本期杂志】

编校：苑宝平

/ / / /

/ / /

/ /

/ / /

/ / /