當前，生物技術(shù)不斷從醫藥、農業(yè)、食品向工業(yè)領(lǐng)域（如化工、材料及能源）轉移。汽油、柴油、塑料、橡膠、纖維及許多大宗傳統石油化工產(chǎn)品，正不斷被來(lái)自可再生原料的工業(yè)生物制造產(chǎn)品替代。高溫、高壓、高污染的化學(xué)工業(yè)過(guò)程，也正不斷向條件溫和、清潔環(huán)保的生物加工過(guò)程轉移。

生物制造是以工業(yè)生物技術(shù)為核心手段，通過(guò)改造現有制造過(guò)程或利用生物質(zhì)、二氧化碳等可再生原料生產(chǎn)能源、材料與化學(xué)品，實(shí)現原料、過(guò)程及產(chǎn)品綠色化的新模式。作為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，生物制造是生物基產(chǎn)品實(shí)現產(chǎn)業(yè)化的基礎平臺，也是合成生物學(xué)等基礎科學(xué)創(chuàng )新在具體過(guò)程中的應用。

我國是世界第一制造大國，生物制造將從原料源頭上降低碳排放，是傳統產(chǎn)業(yè)轉型升級的“綠色動(dòng)力”，也是“綠色發(fā)展”的重要突破口。隨著(zhù)現代生物制造產(chǎn)業(yè)的加速形成與擴展，一個(gè)大規模的生物制造產(chǎn)業(yè)即將到來(lái)。

變革化工制造模式

化工產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟和國防工業(yè)重要的基礎性行業(yè)，生物制造則是變革我國化工制造模式、破解石化原料瓶頸的重大方向。

受限于資源匱乏，我國化工原料對外依存度較高。2018年，石油、天然橡膠等對外依存度分別達到70%與76%，尼龍等對國民經(jīng)濟有重大影響的高端產(chǎn)品高度依賴(lài)進(jìn)口，這也折射出當前我國化工領(lǐng)域產(chǎn)品體系、技術(shù)體系、產(chǎn)業(yè)體系與知識產(chǎn)權體系存在的諸多問(wèn)題，急需在新的綠色原料和技術(shù)路線(xiàn)方面取得突破。

使用生物質(zhì)等綠色資源生產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品，可為我國未來(lái)化工原料多元化戰略提供一個(gè)新的重要突破口。

理論上，90%的傳統石油化工產(chǎn)品都可以由生物制造獲得。建立以可再生生物質(zhì)資源為原料的生物制造路線(xiàn)，實(shí)現化工產(chǎn)品生產(chǎn)原料向可再生原料轉移，不僅可節約數千萬(wàn)噸輕質(zhì)石腦油原料，同時(shí)也可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)由中低端向中高端邁進(jìn)，創(chuàng )造一個(gè)全新的化工產(chǎn)業(yè)鏈和經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)，對實(shí)現我國化工產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展具有重要意義。

目前，生物燃料乙醇、重大化工產(chǎn)品1,3—丙二醇、生物可降解塑料聚乳酸和聚羥基烷酸酯等生物基產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現規?；圃?，聚酯材料、橡膠、合成纖維等傳統石化基高聚物單體的生物合成技術(shù)不斷創(chuàng )新。全球生物基產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的比例已從2000年的不到1%增長(cháng)到現在的10%，并以每年高于20%的速度增長(cháng)，展現出生物基經(jīng)濟強勁的發(fā)展勢頭。

生物制造還是促進(jìn)我國實(shí)現“碳中和”發(fā)展目標的重要途徑。近年來(lái)隨著(zhù)工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始使用可再生原料，例如玉米、農業(yè)和林業(yè)殘留物、能源作物甚至二氧化碳生產(chǎn)液體生物燃料和有機化學(xué)品。不斷涌現的新型碳捕集和利用技術(shù)，可以將工業(yè)排放中的廢碳（如鋼鐵行業(yè)工業(yè)尾氣，甚至空氣中的二氧化碳）用作化學(xué)品的原料，轉化為液體燃料和化學(xué)品，不僅減少了二氧化碳的工業(yè)排放量，還減少了化工過(guò)程的總碳足跡。

產(chǎn)業(yè)核心層面仍存短板

我國生物制造產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅速。

在生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，我國正在加速由發(fā)酵工業(yè)大國向發(fā)酵強國轉變，產(chǎn)業(yè)發(fā)展平穩，產(chǎn)品產(chǎn)量于2018年達到2961.6萬(wàn)噸，總產(chǎn)值2472億元，新型發(fā)酵產(chǎn)品品種和衍生新產(chǎn)品持續增多。

在生物基材料單體與聚合物產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，我國已形成以生物材料單體制備、生物基樹(shù)脂合成與改性、生物基材料應用為主的生物基材料產(chǎn)業(yè)鏈。目前已建成產(chǎn)能約2萬(wàn)噸生物基1,3—丙二醇、生物基丁二酸生產(chǎn)線(xiàn)。聚乳酸（PLA）年產(chǎn)能1萬(wàn)噸，位居世界第二。聚羥基脂肪酸酯（PHA）年總產(chǎn)能超過(guò)2萬(wàn)噸，產(chǎn)品類(lèi)型和產(chǎn)量國際領(lǐng)先。

在生物能源方面，自2017年《關(guān)于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車(chē)用乙醇汽油的實(shí)施方案》（簡(jiǎn)稱(chēng)“實(shí)施方案”）公布以來(lái)，我國燃料乙醇發(fā)展規模迅速擴大。作為世界上第三大生物乙醇生產(chǎn)國和應用國，我國目前已建成產(chǎn)能500萬(wàn)噸，在建產(chǎn)能合計超過(guò)300萬(wàn)噸。

然而，當前生物制造產(chǎn)業(yè)核心層面仍然存在短板，表現為關(guān)鍵核心技術(shù)和前瞻技術(shù)儲備不足、核心裝備研發(fā)落后、市場(chǎng)化程度低、競爭力不足。

當前，美國、丹麥、荷蘭、日本等國的企業(yè)在酶制劑等現代發(fā)酵行業(yè)中處于技術(shù)壟斷地位。我國在大宗發(fā)酵產(chǎn)品（氨基酸、有機酸、維生素等）等具備規模優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域普遍存在工業(yè)生產(chǎn)催化劑知識產(chǎn)權侵權的隱患。丙二醇、尼龍等重大化學(xué)品也遭遇全方位的專(zhuān)利封鎖，尚未打破杜邦等國外大型化工集團的壟斷。與發(fā)達國家相比，我國科技戰略架構、底層核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備還存在差距，產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍面臨巨大挑戰。

抓住戰略發(fā)展機遇期

未來(lái)，生物制造將向原料利用多元化、生物轉化體系高效化、產(chǎn)品高值化等方向發(fā)展，構建從可再生原料到終端產(chǎn)品的全產(chǎn)業(yè)鏈。

原料方面，以淀粉和油脂為代表的第一代生物制造目前占據主導地位，處于成熟的商業(yè)化階段。以木質(zhì)纖維素（如玉米秸稈）為原料的第二代生物制造將逐步進(jìn)入中試和產(chǎn)業(yè)化示范階段。通過(guò)酶制劑的高效水解將纖維素制備成葡萄糖、木糖等可發(fā)酵糖，對于未來(lái)超大規模生物制造產(chǎn)業(yè)體系的建立具有決定性作用，是綠色制造的重要支撐。

以二氧化碳為原料的生物轉化是第三代的生物制造路線(xiàn)，可有效降低生物工業(yè)制造的原料成本，降低對化石資源的過(guò)分依賴(lài)，已引起世界各國政府的高度重視。歐盟、美國、加拿大、英國、澳大利亞等均制定了將二氧化碳作為工業(yè)生物技術(shù)的新型替代原料的相關(guān)技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖。以二氧化碳生物利用為契機，建立以二氧化碳為原料的工業(yè)生物轉化新路線(xiàn)，加速推進(jìn)我國生物制造產(chǎn)業(yè)的原料路線(xiàn)轉移，將有助于我國在生物經(jīng)濟新一輪國際競爭中贏(yíng)得先機。

需要突破的重點(diǎn)方向還包括：開(kāi)發(fā)二氧化碳、甲烷有機碳原料的利用途徑，突破其生物轉化的物質(zhì)與能量利用瓶頸；設計能夠將二氧化碳和電子源轉化為液體燃料和化學(xué)品的微生物；開(kāi)發(fā)新型工具，實(shí)現二氧化碳固定器中碳濃度/固定途徑的工程設計，打造由碳原料出發(fā)，生產(chǎn)各種燃料和化學(xué)品的生物制造路線(xiàn)。

未來(lái)還應加快顛覆性技術(shù)創(chuàng )新，建立先進(jìn)生物制造技術(shù)體系。生物制造的技術(shù)價(jià)值核心在于高效優(yōu)質(zhì)的生物催化劑（工業(yè)酶和菌種）及圍繞酶和菌種的一系列生產(chǎn)裝備、技術(shù)與體系。革命性的新一代酶和菌種、技術(shù)往往能完全改變整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展走勢，快速占領(lǐng)絕大多數市場(chǎng)份額，甚至開(kāi)發(fā)出全新的市場(chǎng)。所以，自主的核心酶和菌種是生物制造產(chǎn)業(yè)的“芯片”。隨著(zhù)工業(yè)生物研究逐漸進(jìn)入大數據和人工智能時(shí)代，前沿生物技術(shù)與計算機、物理、化學(xué)等技術(shù)的結合將為工業(yè)酶創(chuàng )制、菌種合成與篩選等提供數據與技術(shù)支撐。

與此同時(shí)，我國還需要重點(diǎn)發(fā)展融合人工智能的工業(yè)酶和工業(yè)菌種的工程生物學(xué)創(chuàng )制，突破工業(yè)酶篩選與快速定向進(jìn)化、過(guò)程大數據指導的生物合成快速工程化、生物制造裝備與系統集成等系列關(guān)鍵技術(shù)；建立利用不同生物質(zhì)原料，實(shí)現高產(chǎn)率、高濃度生產(chǎn)可再生材料及高價(jià)值化學(xué)品的生物制造技術(shù)體系和產(chǎn)品體系。

我國的生物制造產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)攻堅和商業(yè)化應用開(kāi)拓的關(guān)鍵階段，一旦眾多產(chǎn)品的生物路線(xiàn)商業(yè)化，將會(huì )極大推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。因此，抓住生物制造戰略發(fā)展和機遇期，加快生物制造戰略性布局和前瞻性技術(shù)創(chuàng )新，加快從基因組到工業(yè)合成技術(shù)、裝備的突破，支撐生物基化學(xué)品、生物基材料、生物能源等重大產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)，帶動(dòng)數萬(wàn)億元規模的新興生物產(chǎn)業(yè)，以生物制造推動(dòng)“農業(yè)工業(yè)化、工業(yè)綠色化、產(chǎn)業(yè)國際化”，對于我國走新型工業(yè)化道路、實(shí)現財富綠色增長(cháng)和社會(huì )經(jīng)濟可持續發(fā)展具有重大戰略意義。

來(lái)源：《中國科學(xué)報》