深度丨生物制造：引领化工产业变革

在全球绿色转型浪潮与“双碳”目标驱动下，生物制造正成为化工行业转型升级的关键引擎。生物制造以合成生物学为核心，并融合生物技术与工程化手段，凭借低碳环保工艺等优势，打破了传统化工高能耗、高污染的发展困局，为化工行业开辟从“石化基”向“生物基”跨越的新路径。当下，越来越多化工企业以生物制造为突破口，加速技术迭代与产业布局，推动行业向绿色化、高端化、智能化方向迈进。

*本文刊登于《中国石油和化工》杂志第6期*

传统材料工业长期依赖化石资源，高能耗、高污染、高排放的发展模式难以为继。联合国官网发布的数据显示，全世界每年生产超过4亿吨塑料，而其中的一半只作一次性用途。而在这部分里，只有不到10%被回收。反观生物基材料，以淀粉、纤维素、油脂等可再生物质为原料，通过生物制造等技术实现“从生物中来，到生物中去”的循环闭环，从根本上改变“大量生产、大量消费、大量废弃”的线性经济模式。

生物制造是指以生物质为原料，通过生物技术手段制备的新型材料。与传统石油基材料相比，生物基材料在生产过程中显著降低碳排放，减少对化石资源的依赖，是实现“双碳”目标的重要路径。2022年，美国发布的“国家生物技术和生物制造计划”显示，在本世纪末之前，生物工程可能占全球制造业产出的1/3以上，价值接近30万亿美元。

记者从业内专家处了解到，生物基材料不仅是技术创新的产物，更是未来产业竞争的战略高地，其发展不仅是技术革命，更是产业生态的重构。中国工程院院士陈坚表示，生物制造具有绿色、高效、可持续特点，以生物质等为原料，借助菌种、细胞、酶等生物体代谢机能或催化功能，结合工程学技术实现目标产品规模化生产加工。陈坚告诉记者，生物制造以淀粉（糖）、生物质等，还有二氧化碳等低碳化合物为原料，通过合成生物学、精准发酵等技术体系创制工程菌株并逐级放大培养，再对发酵液进行分离纯化，即可得到产物。其产品体系十分丰富，广泛涵盖食品、医药、化工（日用化学品）、农业、酶制剂等领域。

例如备受关注的中科院人工合成淀粉技术，该技术具有更高的能量转化效率与合成速度，相比自然界数个月的合成时间，实验室里只需约4个小时即可完成淀粉的合成，且相比玉米2%的理论能量转化效率，该技术从太阳能到淀粉的转化率为7%，提高了3.5倍，淀粉合成速率更是玉米淀粉合成速率的8.5倍。

再如，由微生物合成的PHA（聚羟基脂肪酸酯）可完全降解为水和二氧化碳，在包装、医疗等领域替代传统塑料。值得一提的是，PHA的高分子特性使其在聚合方式上具有多样性，这种多样性进一步拓宽了PHA的应用领域。当PHA被用作精细化工产品时，它可以发挥出色的黏合剂和水乳胶体功能，为化工行业带来新的选择。同时，PHA生产过程绿色低碳，作为一种天然产物，可在1~3年内于自然环境中完全降解，降解效率是传统塑料的100倍，且不会在人体内产生“微塑料”。据行业预测，2030年全球PHA市场规模有望突破百亿美元。

当前，传统化工行业面临资源与环境双重挑战，而生物制造正以其绿色、高效的独特优势，逐渐成为行业转型升级的新方向。相关报道显示，生物制造能改变传统化学品的生产方式，显著降低碳排放。例如，“三烯三苯”是传统工业中重要的基础原料，可通过生物制造过程获得。而生物反应过程中的乳酸、糠醛、琥珀酸、衣康酸、丙烯酸、己内酰胺等平台化合物，可衍生大量石化下游产品。

生物制造正不断开辟多元场景新蓝海，加速渗透至国民经济各领域。“生物制造的技术核心在于合成生物学和精准发酵技术。”陈坚介绍说，合成生物学的核心是通过设计、改造天然生物体或合成新生物体，而精准发酵则是将“定制分子”的基因线路编码植入微生物细胞工厂，精准控制发酵全流程，定向生产蛋白质、脂肪、维生素等目标产物。

为更好地进行说明，陈坚向记者进行了形象化的比喻。他表示，合成生物学将每个细胞视作一个自动化的工厂，底盘细胞如同厂房，内含由生物元件（基因）组装成的众多生产线（代谢途径）。“合成生物学有两个目标，一是通过更换元件对已有生产线升级改造，以提高其产能。二是设计搭建出一条人工定制的新生产线。”陈坚告诉记者。

2015年，屠呦呦因青蒿素治疗疟疾的发现而获得诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素是从中药青蒿中提取的抗疟疾药物，在原植物中青蒿素含量很低，仅为1%左右。但通过生物制造的方法，能够实现青蒿素的商业化生产。“只用一个100立方米的发酵罐，一年的产量相当于提取5万亩青蒿。”陈坚表示。

作为生物制造的优势领域，化妆品行业将迎来新的产业变革。据介绍，化妆品原来主要包括植物提取和化学合成两种方法。前者是从天然植物组织中提取有效成分，但缺点是有效成分含量低，同时分离难、成本高，且易受原材料限制。化学合成则主要是利用简单分子，通过一系列化学反应进行合成，包括表面活性剂、增稠剂、防腐剂、香精香料、防晒剂和合成保湿剂等。具有高纯度、成本低、可控性强等优点，但也存在环境负担大、能耗高、消费者接受度低等缺点。而以淀粉、木质素、农林/畜禽废弃物等生物质为原料合成化妆品原料，具有成本低且绿色环保等优势。陈坚认为，生物质是化妆品原料产业发展的必然趋势。

记者了解到，随着生物技术的迅猛发展，生物制造从实验室走向大规模工业化应用，开始重塑化工产业格局。不少传统化工企业纷纷投身生物制造领域，通过技术创新与跨界合作，探索可持续发展的新路径，在传统与创新的交融中，开启化工行业发展新篇章。

在转型生物制造方面，央企、民企均有业务布局。2023年，北京微构工场生物技术有限公司宣布完成3.59亿元A+轮融资。本轮融资正是由中国石油集团昆仑资本有限公司（中石油昆仑资本）领投。据悉，微构工场是一家专注于合成生物学与生物制造前沿领域的创新科技公司，依托自主研发、全球首创的嗜盐菌底盘体系，开发多种创新型PHA解决方案。

此外，国内精细化工龙头新和成，多年来以“化工+”“生物+”为核心技术平台，在国内率先实现维生素A、E等产品关键中间体的产业化，在维生素、蛋氨酸、香精香料、PPS等领域构筑了领先的技术实力。

目前，我国生物制造产业已形成区域化、集群化发展态势。长三角地区依托科研和人才优势，成为重点企业聚集地；北京、广东等地在原始技术创新领域领先；华北、华中和西部地区则聚焦特色天然产物和食品配料的生产。这种多区域协同发展的模式，为生物基材料的全面推广奠定了坚实基础。

2024年、2025年，生物制造连续两年写入政府工作报告，标志着这一战略性新兴产业正式上升为国家战略，成为继农业经济、工业经济、数字经济之后的“第四次产业浪潮”。与此同时，我国密集出台政策支持生物制造发展。中央层面，国家发改委等部门出台《“十四五”生物经济发展规划》，明确提出“依托生物制造技术，实现化工原料和过程的生物技术替代”目标，且2024年中央财政专项拨款超300亿元支持关键技术攻关。地方上，广东省最新发布的《加快建设生物制造产业创新高地行动方案》提出，到2027年产业规模达5000亿元，2035年突破万亿元，打造具有全球竞争力的产业集群。

尽管前景广阔，生物基材料产业化仍面临不少挑战。核心技术方面，复杂化合物的合成路径优化、细胞工厂代谢调控机制尚未完全明晰；生产成本方面，部分生物基材料生产成本较传统材料高10%～20%；产业链协同方面，从原料种植到加工应用的全链条标准化体系待完善。

破局之道在于构建“政产学研用”深度融合的创新生态。陈坚表示，通过“大学搞基础创新、企业抓应用转化”的模式，建成从“基因元件挖掘—细胞工厂构建—中试放大—产业化”的全链条研发体系，可有效解决传统产学研“两张皮”问题。（赵晓飞）