二、我国生物制造产业发展现状与存在的问题

我国生物制造产业虽然起步较晚，近年来发展迅速，以低成本、大规模等优势取得了部分大宗产品在产量、规模上的市场优势，在创制生物经济新路线和推动传统化工产业技术升级等应用研究方面已有一定基础，在部分关键产业领域生物炼制技术成熟度方面已走到前列。在生物发酵产业领域，我国正在加速由发酵工业大国向发酵强国转变，产业发展平稳，产品产量于2018年达到2961.6万吨，总产值2472亿元，新型发酵产品品种和衍生新产品持续增多。生物基材料单体与聚合物产业领域，已形成以可再生资源为原料的生物材料单体制备、生物基树脂合成与改性、生物基材料应用为主的生物基材料产业链。已建成产能约2万吨生物基1,3-丙二醇、生物基丁二酸的生产线。聚乳酸（PLA）年产能1万吨，位居世界第二。聚羟基脂肪酸酯（PHA）年总产能超过2万吨，产品类型和产量国际领先。生物能源方面，自2017年《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》（简称“实施方案”）公布以来，我国燃料乙醇发展规模迅速扩大。作为世界上第三大生物乙醇生产国和应用国，仅次于美国和巴西，目前已建成产能500万吨，在建产能合计超过300万吨。

然而，当前生物制造产业的核心层面仍然存在短板，表现为关键核心技术和前瞻技术储备不足、核心装备研发落后、市场化程度低、竞争力不足。美国、丹麦、荷兰、日本等国的企业在酶制剂等现代发酵行业中处于技术垄断地位。我国在大宗发酵产品（氨基酸、有机酸、维生素等）等具备规模优势的产业领域普遍存在工业生产催化剂知识产权侵权的隐患。丙二醇、尼龙等重大化学品也遭遇全方位的专利封锁，尚未打破杜邦等国外大型化工集团的垄断。与发达国家相比，我国科技战略架构、底层核心技术、关键装备还存在差距，产业发展仍面临巨大挑战。

三、绿色生物制造的未来发展路径与方向

（一）推进原料体系多元化战略，加快绿色原料路线的突破

未来生物制造将向原料利用多元化、生物转化体系高效化、产品高值化等方向发展，构建从可再生原料到终端产品的全产业链。原料方面，以淀粉和油脂为代表的第一代生物制造目前将占据主导地位，处于成熟的商业化阶段。以木质纤维素（如玉米秸秆）为原料的第二代生物制造逐步进入中试和产业化示范阶段。通过酶制剂的高效水解将纤维素制备成葡萄糖、木糖等可发酵糖，对于未来超大规模生物制造产业体系的建立具有决定性作用，是绿色制造的重要支撑。以CO2为原料的生物转化是第三代的生物制造路线，可有效降低生物工业制造的原料成本，降低对化石资源的过分依赖，已引起世界各国政府的高度重视。欧盟、美国、加拿大、英国、澳大利亚等均制定了将CO2作为工业生物技术的新型替代原料的相关技术发展路线图。以CO2生物利用为契机，建立以CO2为原料的工业生物转化新路线，加速推进我国生物制造产业的原料路线转移，将有助于我国在生物经济新一轮国际竞争中赢得先机。需要突破的重点方向包括：开发CO2、CH4有机碳一原料的利用途径，突破其生物转化的物质与能量利用瓶颈；设计能够将CO2和电子源转化为液体燃料和化学品的微生物；开发新型工具，实现CO2固定器中碳浓度/固定途径的工程设计，实现由碳一原料出发，生产各种燃料和化学品的生物制造路线。

（二）加快颠覆性技术创新，建立先进生物制造技术体系

生物制造的技术价值核心在于高效优质的生物催化剂（工业酶和菌种），以及围绕酶和菌种的一系列生产装备、技术与体系。以生物基化学品、生物基材料、生物液体燃料为代表的新兴生物制造业由于发展历史较短，正处于飞速发展阶段，往往革命性的新一代酶和菌种、技术能完全改变整个产业的发展走势，快速占领绝大多数市场份额，甚至开发出全新的市场。所以自主的核心酶和菌种生物制造产业的“芯片”是新兴生物制造产业发展的根源。随着工业生物研究逐渐进入大数据和人工智能时代，前沿生物技术与计算机、物理、化学等技术的结合将为工业酶创制、菌种合成与筛选等提供数据与技术支撑。未来需要重点发展融合人工智能的工业酶和工业菌种的工程生物学创制，突破工业酶筛选与快速定向进化、过程大数据指导的生物合成快速工程化、生物制造装备与系统集成等系列关键技术；建立利用不同生物质原料，实现高产率、高浓度生产可再生材料及高价值化学品的生物制造技术体系和产品体系。

四、展望

未来绿色生物制造相关技术将渗透到包括能源、材料、医药、食品、环境保护等多个国民经济支柱产业的发展，对我国传统产业的转型升级也将起到极为重要的作用。生命科学和工业生物技术的高速发展使得以前无法实现的产品生物制造变成了可能。我国的生物制造产业正处于技术攻坚和商业化应用开拓的关键阶段，一旦众多产品的生物路线商业化，将会极大推动产业的快速发展。因此，抓住生物制造战略发展和机遇期，加快生物制造战略性布局和前瞻性技术创新，加快从基因组到工业合成技术、装备突破，支撑生物基化学品、生物基材料、生物能源等重大产品的绿色生产，带动数万亿规模的新兴生物产业，以生物制造推动“农业工业化、工业绿色化、产业国际化”，对于我国走新型工业化道路，实现财富绿色增长和社会经济可持续发展具有重大战略意义。

（作者：谭天伟、陈必强、张会丽、崔子恒，北京化工大学生命科学与技术学院）