生物制造产业发展的机遇和挑战

生物制造产业发展的机遇和挑战

三百年工业文明的发展，人类在科技上取得了令人瞩目的成就。然而，经济的迅速发展消耗了大量的化石资源，从而导致一系列环境问题逐渐浮现，给地球的生态系统和人类健康带来了严重威胁。温室效应导致全球气候变暖，海平面上升；微塑料颗粒污染了土壤和水源，进入了食物链，出现在人体血液中；化学有毒气体的排放对空气质量造成了严重影响。这些环境问题不仅影响了地球生态系统的平衡，还对人类的健康造成了潜在威胁。

为了应对这些环境问题，发展循环经济成为重要的手段。循环经济理论以“减量化（reduce）、再利用（reuse）、资源化（recycle）”为原则，其中减量化属于输入端，通过在源头减少排放，从根本改善环境问题。在2022年11月亚太经合组织第二十九次领导人非正式会议上，更是提出“生物－循环－绿色”的协同发展的创新思路，通过生物原料替代实现绿色低碳发展。

生物制造是利用生物组织或生物体（酶、微生物细胞等）进行物质加工，生产相关工业产品的先进工业模式。生物制造的材料和产品可以有效减少甚至消除传统化石基材料和产品对生态环境和人类健康造成的持续危害，为工业实现低碳、绿色和可持续发展提供了转型思路和解决路径。

一、全球生物制造产业的发展空间

为实现绿色、低碳和可持续发展，全球范围内掀起了一场用生物可再生资源替代化石资源的大变革，以生物基材料替代石油基材料，生物质能源替代化石能源是后石油时代变革的必然，生物产业将是这场变革的重要引领者。据美国《生物质技术路线图》提出，2030年生物基化学品将替代25%的有机化学品和20%的石油燃料。据欧盟《工业生物技术远景规划》，2030年生物基原料将替代6%～12%的化工原料、30%～60%的精细化学品；2050年在航空领域全部使用可持续生物航煤。据世界经合组织（OECD）在2011年预测，未来十年至少有20%的石化产品可由生物基产品替代，而目前替代率不到5%，存在巨大的市场缺口。

2023年3 月22日，美国针对2022年9月12日拜登签署的《促进生物技术与生物制造创新，实现可持续、安全、可靠的美国生物经济》的行政命令，又发布了《生物技术与生物制造宏大目标》报告，目标是在 20 年内用生物基塑料替代现有 90%的塑料，生物燃料占海运50%；到2030年，生产30亿加仑（约114亿升）可持续生物航煤/年；在供应链端，20年内通过可持续和具有成本效益的生物制造方式生产美国化学品至少30%的需求。

2023年12月，《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会（COP28）达成一项“历史性协议”，首次将“摆脱化石燃料”写入文本，呼吁缔约方尽快实现净零排放，这是联合国气候峰会举行近30年来，世界各国首次一致同意从化石能源转型。协议还呼吁在2030年前将全球可再生能源产能增加2倍，将能源效率的年增长率提高1倍。

二、中国生物制造产业的政策保障

近年来，中国政府对于发展生物制造产业非常重视，各部门陆续出台了相关政策，从顶层设计上指明了产业发展方向和提供了产业发展指南。

2022年5月10日，国家发展和改革委员会印发了《“十四五”生物经济发展规划》，明确提出“生物经济应优先发展生物育种、生物农业、生物制造、生物医药、生物安全等五大产业”，明确了生物制造的产业定位。

2023年1月23日，工业和信息化部等六部门印发《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》的通知，提出要“引导基于大宗农作物秸秆及剩余物等非粮生物质的生物基材料产业创新发展，促进工农业协调发展，助力乡村振兴和美丽中国建设”，明确把国家对生物原料的产业发展方向，定位在非粮生物质，并为此给出了明确要求和积极的推动。

2023年4月6日，国家能源局关于印发《2023年能源工作指导意见》的通知，提出“支持纤维素等非粮燃料乙醇生产核心技术攻关和试点示范，研究推动生物燃料多元化利用”的要求，在非粮生物质燃料方向给出了明确指导意见。

2023年12月29日，工业和信息化部、国家发展改革委、教育部、财政部、中国人民银行、税务总局、金融监管总局、中国证监会等八部门联合印发《关于加快传统制造业转型升级的指导意见》，提出“积极发展应用非粮生物基材料等绿色低碳材料”的要求。

2024年《政府工作报告》明确提出：“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”，将“生物制造”首次写入政府工作报告。

我国政府已经意识到发展生物制造产业的战略意义和价值，结合我国的粮食安全现状，大力推动非粮生物制造技术路径，为中国特色生物制造产业发展指明了方向。

三、非粮生物制造的重要作用

生物制造是一种以生物技术为核心的先进生产方式，具有原料可再生、过程清洁高效等显著特征，有助于推动经济的绿色低碳发展。

我国非粮生物质总量每年约20亿吨，其中秸秆约9亿吨、农林废弃物约11亿吨，根据非粮生物制造企业的当前技术和工艺水平，现有非粮生物质总量可生产约2亿吨生物材料和2亿吨生物燃料，并联产约6亿～8亿吨植物源黄腐酸和3亿～4亿吨高纯度木质素，可以大幅减少石油用量和解决能源紧缺问题，把生物质资源吃干榨净，真正实现绿色、环保、低碳、可持续和高质量发展的目标。

1. 加快实现双碳目标

碳达峰碳中和目标可以有效减缓全球变暖气候变暖趋势，减少化石能源的大规模使用。化石资源的使用会把原存于煤、石油等地下资源中的碳，通过燃烧或加工生成二氧化碳等温室气体排放到大气中，从而造成大气中的温室气体浓度越来越高。

生物产业的基础原料主要来自植物，植物中所含的碳主要是吸收大气中的二氧化碳所形成，所以生物资源作为原料，其所带的碳来自大气，并没有额外增加大气中的碳含量，从而实现碳排放的源头减量。与终端回收循环利用等路径相比，源头减碳是实现快速降低碳排放目标的最佳方式。

2. 减少源头塑料污染

塑料已成为现代人类生活不可或缺的重要原料，人们在享受传统的化石基塑料制品所带来的便利同时，塑料本身所带来的问题也逐步显现：

1）导致大气升温。由于塑料制品是基于化石资源，因此从开采、生产到处置过程都会产生大量温室气体，并导致大气温度持续提升；

2）产生微塑料颗粒：无论是化工塑料还是化纤制品，在使用过程中都会产生大量塑料微颗粒，流入地表和江河湖海，进入生物链，在陆地动植物以及海洋生物甚至人体都发现微塑料颗粒的踪迹；

3）释放有毒气体：化工塑料、化纤制品在自身老化或填埋时，会产生和排放有毒气体，损害人类和动植物健康；

4）影响土壤质地：如塑料农地膜在使用后，塑料碎片会在土壤中长期残留，改变土壤质地，影响植物生长；

5）江河湖海污染：进入江河湖海水域的塑料、化纤碎片被江河湖海里的鱼类、鸟类等生物误食会导致死亡。

以上这些问题已然对可持续发展造成负面影响，对生态环境构成了巨大威胁。而使用生物基原料制造生物塑料制品，不但可以实现与化石基塑料制品类似的性能，保持原有的使用习惯和使用感受，而且实现了源头减量，可以从根本上消除化石基塑料制品带来的危害，为塑料污染治理提供了有效解决路径。

3. 助力美丽乡村建设

非粮生物制造的原料主要来自于农作物秸秆及其他非粮作物，目前我国非粮生物技术已经实现产业化突破，在乡村发展非粮生物制造产业，完全符合循环经济的原则，并且能够拉动当地产业投资强度，提高产业运行效率，实现绿色低碳高质量发展，以产业发展实现乡村振兴的可持续性，将有力促进工农业协调发展，助力乡村振兴和美丽中国建设。

4. 推动工业绿色发展

根据《“十四五”工业绿色发展规划》提出的工业绿色发展的目标，要实现碳排放强度持续下降，单位工业增加值二氧化碳排放降低18%，污染物排放强度显著下降，有害物质源头管控能力持续加强，资源利用水平明显提高。重点行业资源产出率持续提升，大宗工业固废综合利用率达到 57%。

推广生物制造产业，通过源头替代，实现碳排放强度大幅下降。其次在生产过程中，化学废水的排放量大幅减少。最终废旧的生物产品可以通过降解形式进行处置，在封闭应用场景还可以通过回收，进行循环利用或集中处置。

5. 保护黑土地

2022年6月24日第十三届全国人民代表大会常务委员会第三十五次会议通过《中华人民共和国黑土地保护法》，提出“科学减少化肥施用量，鼓励增施有机肥料，推广土壤生物改良等技术”“推广生物技术或者生物制剂防治病虫害等绿色防控技术，科学减少化学农药、除草剂使用量，合理使用农用薄膜等农业生产资料”的要求。

生物制造产业，除了产品本身具有的生物基特性，其加工过程中的剩余物副产品，也是具有综合利用的生物制品。在农业场景中，可广泛应用生物农地膜、生物驱虫剂、生物农药、生物生长促进剂等产品，可以减少或替代传统塑料地膜、杀虫剂、农药、化肥的使用，对黑土地保护也会带来实际效果。

四、产业和技术的发展带来成本持续降低

1. 生物制造产业的市场发展潜力巨大

随着生物制造产业在技术和工艺上逐步成熟，除了在生物能源上可以通过生物乙醇或生物航煤来替代部分汽油和柴油，在生物材料方面，其相对于传统化石资源制品的优势和替代性也逐渐加强，对于日常使用的生活塑料用品、工程塑料、膜袋制品、纺织服装，都可以与化石基制品具有相似的使用性能，并且在不改变原有使用习惯的同时，还增加有生物制品的某些优势特性。面对2030年前碳达峰和2060年前碳中和的国家战略目标实现节点的临近，通过逐步提升生物制造产品在市场应用中的占比，从而减少化石资源的使用，可以有效降低产品碳排放，从而有力保证双碳目标的顺利实现。

从全球化石基材料产量数据来看，目前全球年生产总量约5亿吨，其中塑料产量约4亿吨，中国约1.2亿吨；化纤产量约1亿吨，中国约7100万吨。预计到2030年，全球年生产总量增长到6.5亿吨，到2050年预计全球年生产总量将达到8.5亿吨。以生物材料中应用范围最广的聚乳酸材料为例，超过50%～60%的化石基材料可以被聚乳酸材料所替代，所以对于生物制造产业而言，其拥有巨大的市场增长空间和无限的发展潜力。

随着市场增长，生物制造的生产产能持续增加，即使在技术没有重大变化的情况下，也将带来持续的成本降低，这将有利于逐步扩大生物基材料替代化石基材料的种类和数量规模。

2. 技术持续进步推动成本持续降低

安徽丰原集团在非粮生物制造技术和生产工艺上取得重大突破，以秸秆为原料高效生产优质低价聚乳酸已经成为现实，打破原有以淀粉为原料制备聚乳酸的高成本瓶颈，为生物制造产业的规模化发展提供了重要保障。

据介绍，目前使用化石原料生产的塑料母粒，市场平均价格为9000～10000元/吨，如果使用玉米等淀粉原料生产生物基材料聚乳酸，市场价格约18000元/吨，而利用安徽丰原集团的新技术和新工艺，以秸秆等非粮生物原料生产的聚乳酸成本可控制在13000元/吨左右。再加上聚乳酸纤维布料和聚乳酸环保塑料具有可回收可重复利用的特性，如果按30%～40%的回收利用率，产品价格有望降至11000元/吨。同时聚乳酸的碳足迹与化石基材料的产品碳足迹相比较，每吨聚乳酸可减少4～5吨的碳排放量，若按欧盟合规市场近期平均碳交易价80欧元/吨的测算，聚乳酸产品的最终综合成本可降至9000元/吨左右，这已经与化工塑料母粒的成本相当。

随着生物制造成本逐渐降低，未来五年，生物制造产业的优势将逐步加强，必将打开生物循环绿色经济大发展的新局面，大幅减少全球塑料污染治理的难度，并为保障粮食安全和石油安全做出贡献。

五、生物制造产业当前发展的瓶颈与建议

尽管生物制造产业在理论上拥有巨大的潜力，其发展仍面临一些瓶颈和挑战。这些瓶颈涉及技术、经济、政策、市场和社会等多个层面。具体分析如下：

1. 产品研发亟待加强

1）技术研发不足：一方面，生物制造依赖于生物技术的进步，一些关键技术如菌株的培育，生物转化效率的提升，产品的提纯，下游应用产品的开发等方面的研发仍不足，特别是下游应用的开发，限制了整个产业的发展速度。

2）技术成熟度低：除了聚乳酸等多年使用的生物材料以外，很多新的生物材料还在中试阶段，距离商业化的要求还有距离，需要更多的时间和资金进行开发和测试。

2. 成本价格仍需降低

1） 高成本投入：生物制造的初期研发投入和生产成本相对较高，尤其是在研发新技术和扩大生产时在设备设施上的投入较高。

2） 市场竞争力：与传统化工产品相比，生物制造产品的产品种类和数量规模均不占优，缺乏规模效应，同时与高度成熟的化工产品比，在不考虑补贴和碳关税的影响下，没有价格竞争优势。

3. 政策法规需要完善

1） 政策环境：虽然中国已将生物制造列为战略性新兴产业并制定了相关规划，但具体的操作层面的支持如财税优惠、资金扶持等还不够明确。

2） 法规滞后：生物制造产业由于采用了生物质原料，故而要针对生物质产品所带来的新问题新情况进行监管，比如生物制品中对于生物质含量的规范性要求，需要在标准和法规层面持续更新和完善。

4. 市场接受度与商业化进程慢

1） 市场认知：市场对生物制造产品的认知度不高，消费者对这类新产品的接受程度有限，影响产品的市场推广。

2） 商业化路径不明确：生物制造从实验室到商业化生产的路径复杂，缺少成熟的商业模式和成功的商业化案例指引。

5. 原材料供应与生物资源利用不足

1）原料供应波动：生物制造依赖生物质等原材料，其供应受季节、气候等多种因素影响，供应稳定性需要提前做好应对。

2）生物资源开发不足：尽管中国生物物种资源丰富，但对这些资源的开发和利用率还不高，未能充分利用这些资源优势。

考虑到上述瓶颈，生物制造产业可以采取以下策略以促进其健康发展：

1）鼓励各地政策创新，合理产业布局，积极引导消费，完善配套标准，加大政府的政策扶持和资金投入，特别是在税收优惠、创新奖励以及研发资金方面，鼓励开展针对非粮生物基材料的认证、检测和追溯等工作，创造产业发展所需的良好生态环境。

2）各地要加大对塑料污染治理的执行力度，适度扩大塑料制品的限制使用范围，严格执法，为生物制造产业提供可持续增长空间。

3）优化产业结构，鼓励区域协调发展，形成生物制造产业的集群优势和特色产业链。

4）加强国际合作，了解国外市场需求和管理要求，提高产品的国际竞争力。

5）增强公众对生物制造概念的认知，通过媒体宣传、科普教育等方式提高市场接受度。

总体来说，生物制造产业的发展具有重要的战略意义和广阔的市场前景，但也面临着众多挑战和瓶颈。通过顶层设计的优化、政策支持的加强、关键技术的突破以及市场需求的培育等措施，可以有效推动生物制造产业的高质量发展和可持续进步。