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“雙碳”背景下，生物基化學品與材料是當今全球新材料的熱點之一，來自可再生原料的綠色產品越發受到青睞，條件溫和、綠色環保的生物加工過程受到業界更多關注。現代生物制造已成為全球新一輪科技革命和產業變革的戰略制高點。

各國政策推動力度明顯加大

美國在2010年就將生物經濟研究作為政府優先支持的領域。2012年4月發布《國家生物經濟藍圖》，確定了生物經濟戰略目標；2022年9月發布《國家生物技術和生物制造計劃》行政命令，將生物技術和生物經濟的全球競爭提升到關乎國家安全的高度，希望建立可持續的生物經濟發展模式；今年3月，為強化在生物技術、供應鏈等方面的優勢，美國進一步發布《美國生物技術和生物制造的宏觀目標和優先事項》。

我國于2022年5月首次發布生物經濟五年規劃——《“十四五”生物經濟發展規劃》，明確生物經濟是實現高水平科技自立自強的重要方向，提出依托生物制造技術，實現化工原料和過程的生物技術替代，推動化工、醫藥、材料、輕工等重要工業產品制造與生物技術深度融合。到2025年，生物經濟總量規模邁上新臺階，科技綜合實力得到新提升。今年1月，工信部等六部門印發《加快非糧生物基材料創新發展三年行動方案》，提出到2025年，非糧生物質原料利用和應用技術基本成熟，部分非糧生物基產品競爭力與化石基產品相當的目標。生物制造產業發展迎來歷史機遇。

生物制造產品競爭優勢初顯

生物制造能改變傳統化學品的生產方式，顯著降低碳排放。例如，“三烯三苯”是傳統工業中重要的基礎原料，可通過生物制造過程獲得。而生物反應過程中的乳酸、糠醛、琥珀酸、衣康酸、丙烯酸、己內酰胺等平臺化合物，可衍生大量石化下游產品。巴西Braskem公司早在2010年便推出由甘蔗乙醇生產的生物基聚乙烯（PE）產品，隨后陸續推出生物基乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、生物基PE蠟等，目前產能20萬噸/年，計劃到2030年擴大至100萬噸/年。相比傳統化學工藝，甘蔗—乙烯技術可減少約60%的能耗和40%的溫室氣體排放；生物基1，4-丁二醇（BDO）可減少超過70%的溫室氣體排放；纖維素基聚羥基脂肪酸酯（PHA）對溫室氣體減排的貢獻甚至超過90%。

生物技術還能使傳統工藝或產品的效率、性能明顯提升。尼龍6，12的重要縮聚單體十二烷二酸（DDDA），在傳統石化路線中需在高溫高壓條件下經歷4個步驟獲得，而生物路線僅需1—2步反應即可得到。用厭氧氨氧化菌等微生物配合同步短程硝化工藝，可使高氮、高磷、高鹽廢水處理效率提升2至4倍，污泥減少60%—80%。

除此之外，生物技術能創造具有良好生物相容性和表面自修復性等特殊功能的新型化學品，在人造軟骨、紡絲纖維、人工血管、電子產品、軍工特種材料等領域具有廣闊應用前景。經合組織（OECD）預測，2030年，約35%的碳基化學品和其他工業產品將來自生物制造，2060年有望達到50%以上。

多項核心技術不斷取得突破

我國生物制造發展需要用好非糧原料，而技術突破是降低原料處理成本、提高產品競爭力的重要途徑。目前我國非糧生物質原料主要包括廢棄油脂、農林業廢棄物、水生植物、禽畜糞便、城市生活垃圾、鋼廠尾氣等。在廢棄油脂利用方面，中國石化石科院開發了異構選擇性好的新型催化劑RBI-30以及擁有合適孔結構的分子篩，使生物航煤收率從44%提高至56.9%。在秸稈木質素利用方面，中科院大連化物所提出木質素自供氫解聚新思路，通過對催化材料表界面活性位的構筑，實現C-O、C-C鍵的精準活化與重構，得到芳香酮、磷光材料、芐胺衍生物等高附加值產品。

合成生物學技術的發展使得更多化學品能夠通過精確設計和改造而獲得。中科院天津工業生物技術研究所通過設計11步生化反應實現從二氧化碳到淀粉的人工合成，且效率達到玉米淀粉生物合成的8.5倍。譚天偉院士團隊基于合成生物學和代謝工程技術開發出新型生物燃料、精細化學品、酶制劑和蛋白類藥物等。元英進院士團隊建立了酵母基因組混菌標簽缺陷定位方法和雙標靶向精準修復方法，以及化學雙重誘導的基因組重排精準調控方法，解決了菌株退化的難題。

我國生物制造仍需直面挑戰

當前，隨著生物技術革命浪潮席卷全球，生物產業不斷壯大，為生物經濟發展奠定了必要基礎。但我國生物制造產業的發展仍存在一些亟待突破的瓶頸。

首先需直面原料潛力問題。隨著1，3-丙二醇、琥珀酸、1，4-丁二醇等重要化學品通過生物制造成功實現產業化，許多材料已開始嘗試用生物技術生產。但原料，特別是非糧原料的供應問題，是一項不可回避的挑戰。相比于當前化石基化學品及基礎材料的龐大體量，根據OECD的預測，若2030年35%左右的碳基化學品來自生物制造，即使不考慮生物質利用的技術難度和成本競爭力，單是原料的可持續供應就是一大難題。

其次是技術瓶頸問題。目前我國生物制造產業關鍵核心技術和前瞻技術儲備不足。核心菌種80%以上來自國外大型公司的非授權使用，酶制劑80%以上依賴進口。而核心菌種和酶制劑是生物制造技術的價值核心，其技術水平直接關系到我國生物基產品的生產能力與競爭力。

此外，還要解決標準標識的問題。對于替代傳統化學品的生物基產品，目前我國研發平臺較為分散，產業鏈及應用所需的整體技術支撐尚未全面形成，產品標準、檢測評價方法、標識溯源體系等方面仍存在缺失，檢測能力也與行業快速增長的需求不匹配。

多維統籌推動生物制造發展

當前，生物技術和生物制造廣泛影響著經濟與社會發展，需要從原料、產品、技術、保障體系等多維度統籌謀劃，系統推進生物制造產業發展。

首先，既要重視原料多元化，也要注重產品高值化。二氧化碳作為第三代生物制造路線的重要原料，拓展了傳統非糧生物質的原料范疇。但幾乎各代生物質原料的規模化利用均存在成本高的問題。因此，選擇適合的產品方向十分重要。可考慮與化學路線相比更具成本或技術優勢的生物制造路線產品，或附加值較高、減排意義較大的產品。對于前者，可參考1，3-丙二醇、生物基癸二酸、衣康酸等；對于后者，可參考生物航煤、生物基丁二醇（BDO）、戊二胺等。

其次，技術攻關要立足當前，更要著眼長遠，重視前端及前沿技術儲備。工業酶、菌種是生物制造技術體系的關鍵，是生物制造產業的前端技術。我國生物制造需要在底盤菌株構建、改造以及與其相關的生產裝備研發、技術體系建設等方面加快步伐。其中以二氧化碳為原料的工業生物轉化技術，基于人工智能、大數據的工業酶、工業菌種的工程生物學創制技術，與塑料、纖維、橡膠等現有化工材料主流產業相銜接的關鍵產品技術，以及生物合成快速工程化、系統集成等技術值得重點關注。

再次，產業發展提速需要有力的保障體系。目前，我國在生物技術特別是合成生物學領域加大了支持力度，合成生物技術已被多地列入“十四五”規劃中，一批瞄準化石基產品替代的生物制造項目已落地。此時亟須加快建立并完善生物基產品評價方法、標準及管理體系、產品溯源服務或認證制度，以及“原料—制備—制品—流通—用戶—處置”全鏈條精細化管理機制等，為生物基含量測定、產品降解性能、重點產品碳排放核算、低碳產品評價、產品溯源等提供基礎保障。

轉自：中國石油報