在全球綠色轉型浪潮與“雙碳”目標驅動下，生物制造正成為化工行業轉型升級的關鍵引擎。生物制造以合成生物學為核心，并融合生物技術與工程化手段，憑借低碳環保工藝等優勢，打破了傳統化工高能耗、高污染的發展困局，為化工行業開辟從“石化基”向“生物基”跨越的新路徑。當下，越來越多化工企業以生物制造為突破口，加速技術迭代與產業布局，推動行業向綠色化、高端化、智能化方向邁進。

　　*本文刊登于《中國石油和化工》雜志第6期*

變革之力

生物制造重塑產業基因

　　傳統材料工業長期依賴化石資源，高能耗、高污染、高排放的發展模式難以為繼。聯合國官網發布的數據顯示，全世界每年生產超過4億噸塑料，而其中的一半只作一次性用途。而在這部分里，只有不到10%被回收。反觀生物基材料，以淀粉、纖維素、油脂等可再生物質為原料，通過生物制造等技術實現“從生物中來，到生物中去”的循環閉環，從根本上改變“大量生產、大量消費、大量廢棄”的線性經濟模式。

　　生物制造是指以生物質為原料，通過生物技術手段制備的新型材料。與傳統石油基材料相比，生物基材料在生產過程中顯著降低碳排放，減少對化石資源的依賴，是實現“雙碳”目標的重要路徑。2022年，美國發布的“國家生物技術和生物制造計劃”顯示，在本世紀末之前，生物工程可能占全球制造業產出的1/3以上，價值接近30萬億美元。

　　記者從業內專家處了解到，生物基材料不僅是技術創新的產物，更是未來產業競爭的戰略高地，其發展不僅是技術革命，更是產業生態的重構。中國工程院院士陳堅表示，生物制造具有綠色、高效、可持續特點，以生物質等為原料，借助菌種、細胞、酶等生物體代謝機能或催化功能，結合工程學技術實現目標產品規模化生產加工。陳堅告訴記者，生物制造以淀粉(糖)、生物質等，還有二氧化碳等低碳化合物為原料，通過合成生物學、精準發酵等技術體系創制工程菌株并逐級放大培養，再對發酵液進行分離純化，即可得到產物。其產品體系十分豐富，廣泛涵蓋食品、醫藥、化工(日用化學品)、農業、酶制劑等領域。

　　例如備受關注的中科院人工合成淀粉技術，該技術具有更高的能量轉化效率與合成速度，相比自然界數個月的合成時間，實驗室里只需約4個小時即可完成淀粉的合成，且相比玉米2%的理論能量轉化效率，該技術從太陽能到淀粉的轉化率為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(聚羥基脂肪酸酯)可完全降解為水和二氧化碳，在包裝、醫療等領域替代傳統塑料。值得一提的是，PHA的高分子特性使其在聚合方式上具有多樣性，這種多樣性進一步拓寬了PHA的應用領域。當PHA被用作精細化工產品時，它可以發揮出色的黏合劑和水乳膠體功能，為化工行業帶來新的選擇。同時，PHA生產過程綠色低碳，作為一種天然產物，可在1~3年內于自然環境中完全降解，降解效率是傳統塑料的100倍，且不會在人體內產生“微塑料”。據行業預測，2030年全球PHA市場規模有望突破百億美元。

創新之勢

生物制造的技術躍遷

　　當前，傳統化工行業面臨資源與環境雙重挑戰，而生物制造正以其綠色、高效的獨特優勢，逐漸成為行業轉型升級的新方向。相關報道顯示，生物制造能改變傳統化學品的生產方式，顯著降低碳排放。例如，“三烯三苯”是傳統工業中重要的基礎原料，可通過生物制造過程獲得。而生物反應過程中的乳酸、糠醛、琥珀酸、衣康酸、丙烯酸、己內酰胺等平臺化合物，可衍生大量石化下游產品。

　　生物制造正不斷開辟多元場景新藍海，加速滲透至國民經濟各領域。“生物制造的技術核心在于合成生物學和精準發酵技術。”陳堅介紹說，合成生物學的核心是通過設計、改造天然生物體或合成新生物體，而精準發酵則是將“定制分子”的基因線路編碼植入微生物細胞工廠，精準控制發酵全流程，定向生產蛋白質、脂肪、維生素等目標產物。

　　為更好地進行說明，陳堅向記者進行了形象化的比喻。他表示，合成生物學將每個細胞視作一個自動化的工廠，底盤細胞如同廠房，內含由生物元件(基因)組裝成的眾多生產線(代謝途徑)。“合成生物學有兩個目標，一是通過更換元件對已有生產線升級改造，以提高其產能。二是設計搭建出一條人工定制的新生產線。”陳堅告訴記者。

　　2015年，屠呦呦因青蒿素治療瘧疾的發現而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。青蒿素是從中藥青蒿中提取的抗瘧疾藥物，在原植物中青蒿素含量很低，僅為1%左右。但通過生物制造的方法，能夠實現青蒿素的商業化生產。“只用一個100立方米的發酵罐，一年的產量相當于提取5萬畝青蒿。”陳堅表示。

　　作為生物制造的優勢領域，化妝品行業將迎來新的產業變革。據介紹，化妝品原來主要包括植物提取和化學合成兩種方法。前者是從天然植物組織中提取有效成分，但缺點是有效成分含量低，同時分離難、成本高，且易受原材料限制。化學合成則主要是利用簡單分子，通過一系列化學反應進行合成，包括表面活性劑、增稠劑、防腐劑、香精香料、防曬劑和合成保濕劑等。具有高純度、成本低、可控性強等優點，但也存在環境負擔大、能耗高、消費者接受度低等缺點。而以淀粉、木質素、農林/畜禽廢棄物等生物質為原料合成化妝品原料，具有成本低且綠色環保等優勢。陳堅認為，生物質是化妝品原料產業發展的必然趨勢。

融合之勢

生物制造的化工實踐

　　記者了解到，隨著生物技術的迅猛發展，生物制造從實驗室走向大規模工業化應用，開始重塑化工產業格局。不少傳統化工企業紛紛投身生物制造領域，通過技術創新與跨界合作，探索可持續發展的新路徑，在傳統與創新的交融中，開啟化工行業發展新篇章。

　　在轉型生物制造方面，央企、民企均有業務布局。2023年，北京微構工場生物技術有限公司宣布完成3.59億元A+輪融資。本輪融資正是由中國石油集團昆侖資本有限公司(中石油昆侖資本)領投。據悉，微構工場是一家專注于合成生物學與生物制造前沿領域的創新科技公司，依托自主研發、全球首創的嗜鹽菌底盤體系，開發多種創新型PHA解決方案。

　　此外，國內精細化工龍頭新和成，多年來以“化工+”“生物+”為核心技術平臺，在國內率先實現維生素A、E等產品關鍵中間體的產業化，在維生素、蛋氨酸、香精香料、PPS等領域構筑了領先的技術實力。

　　目前，我國生物制造產業已形成區域化、集群化發展態勢。長三角地區依托科研和人才優勢，成為重點企業聚集地;北京、廣東等地在原始技術創新領域領先;華北、華中和西部地區則聚焦特色天然產物和食品配料的生產。這種多區域協同發展的模式，為生物基材料的全面推廣奠定了堅實基礎。

破局之路

生物制造的產業化攻堅

　　2024年、2025年，生物制造連續兩年寫入政府工作報告，標志著這一戰略性新興產業正式上升為國家戰略，成為繼農業經濟、工業經濟、數字經濟之后的“第四次產業浪潮”。與此同時，我國密集出臺政策支持生物制造發展。中央層面，國家發改委等部門出臺《“十四五”生物經濟發展規劃》，明確提出“依托生物制造技術，實現化工原料和過程的生物技術替代”目標，且2024年中央財政專項撥款超300億元支持關鍵技術攻關。地方上，廣東省最新發布的《加快建設生物制造產業創新高地行動方案》提出，到2027年產業規模達5000億元，2035年突破萬億元，打造具有全球競爭力的產業集群。

　　盡管前景廣闊，生物基材料產業化仍面臨不少挑戰。核心技術方面，復雜化合物的合成路徑優化、細胞工廠代謝調控機制尚未完全明晰;生產成本方面，部分生物基材料生產成本較傳統材料高10%～20%;產業鏈協同方面，從原料種植到加工應用的全鏈條標準化體系待完善。

　　破局之道在于構建“政產學研用”深度融合的創新生態。陳堅表示，通過“大學搞基礎創新、企業抓應用轉化”的模式，建成從“基因元件挖掘—細胞工廠構建—中試放大—產業化”的全鏈條研發體系，可有效解決傳統產學研“兩張皮”問題。