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從上世紀40年代氨基酸的大規模發酵和生產，到用生物制造生產青蒿素，以及近幾年合成生物技術的發展……如今生物制造已經成為利用生物技術把產品轉為工業化的一種重要制造模式，也成為綠色發展的“突破口”。美國、歐盟、中國等全球主要經濟體紛紛制定生物制造發展戰略及行動計劃，搶抓全球生物經濟發展機遇。

那么，究竟為什么要發展生物制造?生物制造對于綠色發展又有什么重要作用?我國生物技術重點發展方向在哪里?在近期召開的中國(濟南)透明質酸產業大會上，中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉帶來的主題分享“綠色生物制造改變未來”對此進行了解讀。

生物制造掀起“綠色”革命

生物制造，是利用生物體機能進行物質加工與合成的綠色生產方式，有望在能源、化工和醫藥等領域改變世界工業制造格局。《“十四五”生物經濟發展規劃》明確將生物制造作為生物經濟戰略性新興產業發展方向。

從當前全球發展趨勢來看，龐大的人口增長壓力、環境壓力、能源和食物短缺等問題亟待被解決。“要解決這些問題，我們需要依靠新的經濟模式，即生物經濟。”對此，譚天偉指出，“生物經濟的重要部分就是依靠制造業，全球正在興起一場源于生物技術和生物制造的工業革命。”

預計未來十年，石油化工、煤化工產品的35%可被生物制造產品替代，成為可再生產品，對能源、材料、化工等領域產生廣泛影響。譚天偉表示，“生物制造有望在本世紀末占有全球制造業1/3以上的產能，是繼農業經濟、工業經濟、數字經濟之后的第四次產業浪潮。”

生物制造本身具有原料可再生、過程清潔高效等特征，可從根本上改變化工、醫藥、能源、輕工等傳統制造業高度依賴化石原料和“高污染、高排放”不可持續的加工模式，進而減少工業經濟對生態環境的影響，推動綠色增長和經濟社會可持續發展。

具體在低碳發展方面，生物制造可以利用天然可再生原料，實現化學過程無法合成、或者合成效率很低的石油化工產品的生物過程合成，促進二氧化碳的減排和轉化利用，構建出工業經濟發展的可再生原料路線。

尤其要實現2030年碳達峰、2060年碳中和的“雙碳”目標，在譚天偉看來，我國面臨著不小的壓力，如主要的化工行業原油，天然氣，航空燃料，液體燃料等領域，都面臨著巨大的碳排放壓力，而生物制造將成為有效的解決手段之一。

對此，譚天偉進行了例舉，“每一噸航空燃料排出來的碳是3.2噸，而1/3用生物航空燃料替代就能減碳3000多萬噸。”從生物基材料的角度來看，“我國85%的塑料有可能被生物基代替，一噸石油基的塑料排放二氧化碳3.1億噸，生物基的排放只有0.6億噸。”據統計,我國每年消耗塑料約在7000-8000萬噸左右,假設有1/3石油基的塑料能被生物基的塑料替代，減少的碳排放也是相當可觀的。

此外，生物制造將在糧食安全、農業生產等領域發揮重要作用。譚天偉表示，糧食安全將依賴技術的創新，我國的大豆、玉米以及肉類還有很大的部分依賴于進口，同時也面臨著糧食安全問題。“未來我們將擺脫受制于人的情況，用細胞培養人造肉、人造蛋白和人造油脂等，生產出安全可口的食物。”

生物制造已成為大國競爭焦點

世界經合組織(OECD)報告預測，2030年OECD國家將形成基于可再生資源的生物經濟形態，生物制造的經濟和環境效益將超過生物農業和生物醫藥，在生物經濟中的貢獻率達到39%。近年來，世界主要經濟體的生物制造產業規模不斷擴大，對經濟增長的貢獻持續加大。

針對生物制造和生物經濟發展，目前中國、美國等在內的國家都制定了相關政策和計劃。據譚天偉介紹，生物制造的重要地位不次于“芯片”，美國前年開始起已經把生物技術列為禁止出口的關鍵技術，并在減碳、增強農業和糧食創新等方面制定了生物技術和生物制造的具體行動計劃。

我國國家和地方政府也不斷出臺生物制造、生物經濟相關發展政策。可以說，大力發展生物制造產業，將助力我國加快構建綠色低碳循環經濟體系，推動生物經濟實現高質量發展。

譚天偉強調，“生物制造已經成為中國與美國等國競爭的重要領域。”

對于當前競爭態勢，譚天偉表示，“在上游的催化劑設計包括基礎數據庫軟件等方面，美國的優勢比較明顯，他們的短板是主要的企業已經外流，在供應鏈完整性上存在很大的問題。”

而我國是世界第一制造大國，生物制造從源頭上降低碳排放，是傳統產業轉型升級的“綠色動力”，但是同樣面臨發展難題。據譚天偉介紹，我國發酵行業擁有300億產值、3000萬噸的規模，但很多關鍵裝備和材料依然是短板，高端反應器、培養基和分離純化介質仍被國外公司所壟斷。

對此，譚天偉提出了未來我國生物技術重點的發展方向，“一是提高自主創新能力，包括細胞的設計、編程、方法等作為基本保障；二是提升產業的支撐能力，包括反應器、分離介質、高通量篩選等，另外關注重點創新產品。”

如在先進燃燒、可再生材料、生命健康，以及二氧化碳的產品上進行重點創新，實現航空燃料制造的關鍵技術突破；用生物制造提升和改造化學工業；用生物制造重新設計全球的食品供應鏈；在碳減排方面，用生物制造把二氧化碳轉化掉，將光合作用變成微生物的細胞工廠來實現……

如今，我國現代生物制造產業迎來了加速拓展期，生物制造已經滲透到食品、生物醫藥、能源等方面。到2030年，25%的有機化學品、20%的化石原料可能都從生物基里面獲取，生物制造在生產經濟里面的貢獻率將超過現在生物能源和生物醫藥的占比。

針對中國生物制造的未來發展，譚天偉以三點作為總結：“提高我國自主創新能力，保障產業支撐能力，引領我國生物經濟發展。”

本文由余杭科協重新排版編輯