生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)

生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)

三百年工業(yè)文明的發(fā)展，人類在科技上取得了令人矚目的成就。然而，經(jīng)濟的迅速發(fā)展消耗了大量的化石資源，從而導致一系列環(huán)境問題逐漸浮現(xiàn)，給地球的生態(tài)系統(tǒng)和人類健康帶來了嚴重威脅。溫室效應導致全球氣候變暖，海平面上升；微塑料顆粒污染了土壤和水源，進入了食物鏈，出現(xiàn)在人體血液中；化學有毒氣體的排放對空氣質(zhì)量造成了嚴重影響。這些環(huán)境問題不僅影響了地球生態(tài)系統(tǒng)的平衡，還對人類的健康造成了潛在威脅。

為了應對這些環(huán)境問題，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟成為重要的手段。循環(huán)經(jīng)濟理論以“減量化（reduce）、再利用（reuse）、資源化（recycle）”為原則，其中減量化屬于輸入端，通過在源頭減少排放，從根本改善環(huán)境問題。在2022年11月亞太經(jīng)合組織第二十九次領導人非正式會議上，更是提出“生物－循環(huán)－綠色”的協(xié)同發(fā)展的創(chuàng)新思路，通過生物原料替代實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。

生物制造是利用生物組織或生物體（酶、微生物細胞等）進行物質(zhì)加工，生產(chǎn)相關工業(yè)產(chǎn)品的先進工業(yè)模式。生物制造的材料和產(chǎn)品可以有效減少甚至消除傳統(tǒng)化石基材料和產(chǎn)品對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成的持續(xù)危害，為工業(yè)實現(xiàn)低碳、綠色和可持續(xù)發(fā)展提供了轉(zhuǎn)型思路和解決路徑。

一、全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間

為實現(xiàn)綠色、低碳和可持續(xù)發(fā)展，全球范圍內(nèi)掀起了一場用生物可再生資源替代化石資源的大變革，以生物基材料替代石油基材料，生物質(zhì)能源替代化石能源是后石油時代變革的必然，生物產(chǎn)業(yè)將是這場變革的重要引領者。據(jù)美國《生物質(zhì)技術路線圖》提出，2030年生物基化學品將替代25%的有機化學品和20%的石油燃料。據(jù)歐盟《工業(yè)生物技術遠景規(guī)劃》，2030年生物基原料將替代6%～12%的化工原料、30%～60%的精細化學品；2050年在航空領域全部使用可持續(xù)生物航煤。據(jù)世界經(jīng)合組織（OECD）在2011年預測，未來十年至少有20%的石化產(chǎn)品可由生物基產(chǎn)品替代，而目前替代率不到5%，存在巨大的市場缺口。

2023年3 月22日，美國針對2022年9月12日拜登簽署的《促進生物技術與生物制造創(chuàng)新，實現(xiàn)可持續(xù)、安全、可靠的美國生物經(jīng)濟》的行政命令，又發(fā)布了《生物技術與生物制造宏大目標》報告，目標是在 20 年內(nèi)用生物基塑料替代現(xiàn)有 90%的塑料，生物燃料占海運50%；到2030年，生產(chǎn)30億加侖（約114億升）可持續(xù)生物航煤/年；在供應鏈端，20年內(nèi)通過可持續(xù)和具有成本效益的生物制造方式生產(chǎn)美國化學品至少30%的需求。

2023年12月，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會（COP28）達成一項“歷史性協(xié)議”，首次將“擺脫化石燃料”寫入文本，呼吁締約方盡快實現(xiàn)凈零排放，這是聯(lián)合國氣候峰會舉行近30年來，世界各國首次一致同意從化石能源轉(zhuǎn)型。協(xié)議還呼吁在2030年前將全球可再生能源產(chǎn)能增加2倍，將能源效率的年增長率提高1倍。

二、中國生物制造產(chǎn)業(yè)的政策保障

近年來，中國政府對于發(fā)展生物制造產(chǎn)業(yè)非常重視，各部門陸續(xù)出臺了相關政策，從頂層設計上指明了產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和提供了產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南。

2022年5月10日，國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)了《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，明確提出“生物經(jīng)濟應優(yōu)先發(fā)展生物育種、生物農(nóng)業(yè)、生物制造、生物醫(yī)藥、生物安全等五大產(chǎn)業(yè)”，明確了生物制造的產(chǎn)業(yè)定位。

2023年1月23日，工業(yè)和信息化部等六部門印發(fā)《加快非糧生物基材料創(chuàng)新發(fā)展三年行動方案》的通知，提出要“引導基于大宗農(nóng)作物秸稈及剩余物等非糧生物質(zhì)的生物基材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，促進工農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興和美麗中國建設”，明確把國家對生物原料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，定位在非糧生物質(zhì)，并為此給出了明確要求和積極的推動。

2023年4月6日，國家能源局關于印發(fā)《2023年能源工作指導意見》的通知，提出“支持纖維素等非糧燃料乙醇生產(chǎn)核心技術攻關和試點示范，研究推動生物燃料多元化利用”的要求，在非糧生物質(zhì)燃料方向給出了明確指導意見。

2023年12月29日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、教育部、財政部、中國人民銀行、稅務總局、金融監(jiān)管總局、中國證監(jiān)會等八部門聯(lián)合印發(fā)《關于加快傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導意見》，提出“積極發(fā)展應用非糧生物基材料等綠色低碳材料”的要求。

2024年《政府工作報告》明確提出：“積極打造生物制造、商業(yè)航天、低空經(jīng)濟等新增長引擎”，將“生物制造”首次寫入政府工作報告。

我國政府已經(jīng)意識到發(fā)展生物制造產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略意義和價值，結(jié)合我國的糧食安全現(xiàn)狀，大力推動非糧生物制造技術路徑，為中國特色生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。

三、非糧生物制造的重要作用

生物制造是一種以生物技術為核心的先進生產(chǎn)方式，具有原料可再生、過程清潔高效等顯著特征，有助于推動經(jīng)濟的綠色低碳發(fā)展。

我國非糧生物質(zhì)總量每年約20億噸，其中秸稈約9億噸、農(nóng)林廢棄物約11億噸，根據(jù)非糧生物制造企業(yè)的當前技術和工藝水平，現(xiàn)有非糧生物質(zhì)總量可生產(chǎn)約2億噸生物材料和2億噸生物燃料，并聯(lián)產(chǎn)約6億～8億噸植物源黃腐酸和3億～4億噸高純度木質(zhì)素，可以大幅減少石油用量和解決能源緊缺問題，把生物質(zhì)資源吃干榨凈，真正實現(xiàn)綠色、環(huán)保、低碳、可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展的目標。

1. 加快實現(xiàn)雙碳目標

碳達峰碳中和目標可以有效減緩全球變暖氣候變暖趨勢，減少化石能源的大規(guī)模使用。化石資源的使用會把原存于煤、石油等地下資源中的碳，通過燃燒或加工生成二氧化碳等溫室氣體排放到大氣中，從而造成大氣中的溫室氣體濃度越來越高。

生物產(chǎn)業(yè)的基礎原料主要來自植物，植物中所含的碳主要是吸收大氣中的二氧化碳所形成，所以生物資源作為原料，其所帶的碳來自大氣，并沒有額外增加大氣中的碳含量，從而實現(xiàn)碳排放的源頭減量。與終端回收循環(huán)利用等路徑相比，源頭減碳是實現(xiàn)快速降低碳排放目標的最佳方式。

2. 減少源頭塑料污染

塑料已成為現(xiàn)代人類生活不可或缺的重要原料，人們在享受傳統(tǒng)的化石基塑料制品所帶來的便利同時，塑料本身所帶來的問題也逐步顯現(xiàn)：

1）導致大氣升溫。由于塑料制品是基于化石資源，因此從開采、生產(chǎn)到處置過程都會產(chǎn)生大量溫室氣體，并導致大氣溫度持續(xù)提升；

2）產(chǎn)生微塑料顆粒：無論是化工塑料還是化纖制品，在使用過程中都會產(chǎn)生大量塑料微顆粒，流入地表和江河湖海，進入生物鏈，在陸地動植物以及海洋生物甚至人體都發(fā)現(xiàn)微塑料顆粒的蹤跡；

3）釋放有毒氣體：化工塑料、化纖制品在自身老化或填埋時，會產(chǎn)生和排放有毒氣體，損害人類和動植物健康；

4）影響土壤質(zhì)地：如塑料農(nóng)地膜在使用后，塑料碎片會在土壤中長期殘留，改變土壤質(zhì)地，影響植物生長；

5）江河湖海污染：進入江河湖海水域的塑料、化纖碎片被江河湖海里的魚類、鳥類等生物誤食會導致死亡。

以上這些問題已然對可持續(xù)發(fā)展造成負面影響，對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了巨大威脅。而使用生物基原料制造生物塑料制品，不但可以實現(xiàn)與化石基塑料制品類似的性能，保持原有的使用習慣和使用感受，而且實現(xiàn)了源頭減量，可以從根本上消除化石基塑料制品帶來的危害，為塑料污染治理提供了有效解決路徑。

3. 助力美麗鄉(xiāng)村建設

非糧生物制造的原料主要來自于農(nóng)作物秸稈及其他非糧作物，目前我國非糧生物技術已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破，在鄉(xiāng)村發(fā)展非糧生物制造產(chǎn)業(yè)，完全符合循環(huán)經(jīng)濟的原則，并且能夠拉動當?shù)禺a(chǎn)業(yè)投資強度，提高產(chǎn)業(yè)運行效率，實現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的可持續(xù)性，將有力促進工農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興和美麗中國建設。

4. 推動工業(yè)綠色發(fā)展

根據(jù)《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》提出的工業(yè)綠色發(fā)展的目標，要實現(xiàn)碳排放強度持續(xù)下降，單位工業(yè)增加值二氧化碳排放降低18%，污染物排放強度顯著下降，有害物質(zhì)源頭管控能力持續(xù)加強，資源利用水平明顯提高。重點行業(yè)資源產(chǎn)出率持續(xù)提升，大宗工業(yè)固廢綜合利用率達到 57%。

推廣生物制造產(chǎn)業(yè)，通過源頭替代，實現(xiàn)碳排放強度大幅下降。其次在生產(chǎn)過程中，化學廢水的排放量大幅減少。最終廢舊的生物產(chǎn)品可以通過降解形式進行處置，在封閉應用場景還可以通過回收，進行循環(huán)利用或集中處置。

5. 保護黑土地

2022年6月24日第十三屆全國人民代表大會常務委員會第三十五次會議通過《中華人民共和國黑土地保護法》，提出“科學減少化肥施用量，鼓勵增施有機肥料，推廣土壤生物改良等技術”“推廣生物技術或者生物制劑防治病蟲害等綠色防控技術，科學減少化學農(nóng)藥、除草劑使用量，合理使用農(nóng)用薄膜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料”的要求。

生物制造產(chǎn)業(yè)，除了產(chǎn)品本身具有的生物基特性，其加工過程中的剩余物副產(chǎn)品，也是具有綜合利用的生物制品。在農(nóng)業(yè)場景中，可廣泛應用生物農(nóng)地膜、生物驅(qū)蟲劑、生物農(nóng)藥、生物生長促進劑等產(chǎn)品，可以減少或替代傳統(tǒng)塑料地膜、殺蟲劑、農(nóng)藥、化肥的使用，對黑土地保護也會帶來實際效果。

四、產(chǎn)業(yè)和技術的發(fā)展帶來成本持續(xù)降低

1. 生物制造產(chǎn)業(yè)的市場發(fā)展?jié)摿薮?/span>

隨著生物制造產(chǎn)業(yè)在技術和工藝上逐步成熟，除了在生物能源上可以通過生物乙醇或生物航煤來替代部分汽油和柴油，在生物材料方面，其相對于傳統(tǒng)化石資源制品的優(yōu)勢和替代性也逐漸加強，對于日常使用的生活塑料用品、工程塑料、膜袋制品、紡織服裝，都可以與化石基制品具有相似的使用性能，并且在不改變原有使用習慣的同時，還增加有生物制品的某些優(yōu)勢特性。面對2030年前碳達峰和2060年前碳中和的國家戰(zhàn)略目標實現(xiàn)節(jié)點的臨近，通過逐步提升生物制造產(chǎn)品在市場應用中的占比，從而減少化石資源的使用，可以有效降低產(chǎn)品碳排放，從而有力保證雙碳目標的順利實現(xiàn)。

從全球化石基材料產(chǎn)量數(shù)據(jù)來看，目前全球年生產(chǎn)總量約5億噸，其中塑料產(chǎn)量約4億噸，中國約1.2億噸；化纖產(chǎn)量約1億噸，中國約7100萬噸。預計到2030年，全球年生產(chǎn)總量增長到6.5億噸，到2050年預計全球年生產(chǎn)總量將達到8.5億噸。以生物材料中應用范圍最廣的聚乳酸材料為例，超過50%～60%的化石基材料可以被聚乳酸材料所替代，所以對于生物制造產(chǎn)業(yè)而言，其擁有巨大的市場增長空間和無限的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

隨著市場增長，生物制造的生產(chǎn)產(chǎn)能持續(xù)增加，即使在技術沒有重大變化的情況下，也將帶來持續(xù)的成本降低，這將有利于逐步擴大生物基材料替代化石基材料的種類和數(shù)量規(guī)模。

2. 技術持續(xù)進步推動成本持續(xù)降低

安徽豐原集團在非糧生物制造技術和生產(chǎn)工藝上取得重大突破，以秸稈為原料高效生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低價聚乳酸已經(jīng)成為現(xiàn)實，打破原有以淀粉為原料制備聚乳酸的高成本瓶頸，為生物制造產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展提供了重要保障。

據(jù)介紹，目前使用化石原料生產(chǎn)的塑料母粒，市場平均價格為9000～10000元/噸，如果使用玉米等淀粉原料生產(chǎn)生物基材料聚乳酸，市場價格約18000元/噸，而利用安徽豐原集團的新技術和新工藝，以秸稈等非糧生物原料生產(chǎn)的聚乳酸成本可控制在13000元/噸左右。再加上聚乳酸纖維布料和聚乳酸環(huán)保塑料具有可回收可重復利用的特性，如果按30%～40%的回收利用率，產(chǎn)品價格有望降至11000元/噸。同時聚乳酸的碳足跡與化石基材料的產(chǎn)品碳足跡相比較，每噸聚乳酸可減少4～5噸的碳排放量，若按歐盟合規(guī)市場近期平均碳交易價80歐元/噸的測算，聚乳酸產(chǎn)品的最終綜合成本可降至9000元/噸左右，這已經(jīng)與化工塑料母粒的成本相當。

隨著生物制造成本逐漸降低，未來五年，生物制造產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢將逐步加強，必將打開生物循環(huán)綠色經(jīng)濟大發(fā)展的新局面，大幅減少全球塑料污染治理的難度，并為保障糧食安全和石油安全做出貢獻。

五、生物制造產(chǎn)業(yè)當前發(fā)展的瓶頸與建議

盡管生物制造產(chǎn)業(yè)在理論上擁有巨大的潛力，其發(fā)展仍面臨一些瓶頸和挑戰(zhàn)。這些瓶頸涉及技術、經(jīng)濟、政策、市場和社會等多個層面。具體分析如下：

1. 產(chǎn)品研發(fā)亟待加強

1）技術研發(fā)不足：一方面，生物制造依賴于生物技術的進步，一些關鍵技術如菌株的培育，生物轉(zhuǎn)化效率的提升，產(chǎn)品的提純，下游應用產(chǎn)品的開發(fā)等方面的研發(fā)仍不足，特別是下游應用的開發(fā)，限制了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。

2）技術成熟度低：除了聚乳酸等多年使用的生物材料以外，很多新的生物材料還在中試階段，距離商業(yè)化的要求還有距離，需要更多的時間和資金進行開發(fā)和測試。

2. 成本價格仍需降低

1） 高成本投入：生物制造的初期研發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對較高，尤其是在研發(fā)新技術和擴大生產(chǎn)時在設備設施上的投入較高。

2） 市場競爭力：與傳統(tǒng)化工產(chǎn)品相比，生物制造產(chǎn)品的產(chǎn)品種類和數(shù)量規(guī)模均不占優(yōu)，缺乏規(guī)模效應，同時與高度成熟的化工產(chǎn)品比，在不考慮補貼和碳關稅的影響下，沒有價格競爭優(yōu)勢。

3. 政策法規(guī)需要完善

1） 政策環(huán)境：雖然中國已將生物制造列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)并制定了相關規(guī)劃，但具體的操作層面的支持如財稅優(yōu)惠、資金扶持等還不夠明確。

2） 法規(guī)滯后：生物制造產(chǎn)業(yè)由于采用了生物質(zhì)原料，故而要針對生物質(zhì)產(chǎn)品所帶來的新問題新情況進行監(jiān)管，比如生物制品中對于生物質(zhì)含量的規(guī)范性要求，需要在標準和法規(guī)層面持續(xù)更新和完善。

4. 市場接受度與商業(yè)化進程慢

1） 市場認知：市場對生物制造產(chǎn)品的認知度不高，消費者對這類新產(chǎn)品的接受程度有限，影響產(chǎn)品的市場推廣。

2） 商業(yè)化路徑不明確：生物制造從實驗室到商業(yè)化生產(chǎn)的路徑復雜，缺少成熟的商業(yè)模式和成功的商業(yè)化案例指引。

5. 原材料供應與生物資源利用不足

1）原料供應波動：生物制造依賴生物質(zhì)等原材料，其供應受季節(jié)、氣候等多種因素影響，供應穩(wěn)定性需要提前做好應對。

2）生物資源開發(fā)不足：盡管中國生物物種資源豐富，但對這些資源的開發(fā)和利用率還不高，未能充分利用這些資源優(yōu)勢。

考慮到上述瓶頸，生物制造產(chǎn)業(yè)可以采取以下策略以促進其健康發(fā)展：

1）鼓勵各地政策創(chuàng)新，合理產(chǎn)業(yè)布局，積極引導消費，完善配套標準，加大政府的政策扶持和資金投入，特別是在稅收優(yōu)惠、創(chuàng)新獎勵以及研發(fā)資金方面，鼓勵開展針對非糧生物基材料的認證、檢測和追溯等工作，創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的良好生態(tài)環(huán)境。

2）各地要加大對塑料污染治理的執(zhí)行力度，適度擴大塑料制品的限制使用范圍，嚴格執(zhí)法，為生物制造產(chǎn)業(yè)提供可持續(xù)增長空間。

3）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，鼓勵區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，形成生物制造產(chǎn)業(yè)的集群優(yōu)勢和特色產(chǎn)業(yè)鏈。

4）加強國際合作，了解國外市場需求和管理要求，提高產(chǎn)品的國際競爭力。

5）增強公眾對生物制造概念的認知，通過媒體宣傳、科普教育等方式提高市場接受度。

總體來說，生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義和廣闊的市場前景，但也面臨著眾多挑戰(zhàn)和瓶頸。通過頂層設計的優(yōu)化、政策支持的加強、關鍵技術的突破以及市場需求的培育等措施，可以有效推動生物制造產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展和可持續(xù)進步。