中国生物工程学会会刊     创刊于2005年

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工业生物技术——生物基化学品市场与产业化分析

时间:2018-05-23来源:未知 点击:

资源和环境可持续发展的双重考量,以可再生的生物质资源替代不 可再生的化石资源制备化学品是未来发展的主要趋势。一方面,基因组学、蛋 白组学、代谢组学及系统生物学等技术的进步,共同构建了化学品的生物合成 通道;另一方面,在各国政府政策和计划的鼓励、刺激下,大型跨国石油和化 工集团斥巨资投入生物化工产业,发展面向生物制造的工业生物技术。文章从 产业化角度出发,对全球主要生物基化学品市场现状、主要研发企业、研发现 状、竞争格局、替代石油基的成本及减少温室气体排放等角度进行了分析。

生物基化学品是指利用可再生的生 物质(淀粉、葡萄糖、木质纤维素等) 为原料生产的高需求量的大宗化学品和 高附加值的精细化学品等产品。因生物 基化学品加工技术多绿色低碳,具有加 工流程短、投资少、成本低、不污染环 境等优势,深受消费者的欢迎。随着一 些大型项目建成投用,工业生物技术开 始加速发展,许多著名品牌也转向使用 生物基化学品以满足消费者对更可持续 产品的需求。

1 全球生物基化学品市场现状及趋势

由于摆脱了对化石原料的依赖,同 时避免了石油基产品制备过程的高能耗 和高污染,基于资源和环境可持续发展 的双重考量,以可再生的生物质资源替 代不可再生的化石资源制备化学品是未 来发展的主要趋势。世界经济合作与发 展组织预计,到2025年,全球生物基化 学品的产值将超过5000亿美元/年,约 占全部化学品的25%。目前,全球生物 经济处于起步向快速发展的跃升期,生 物制造产业势头强劲,已成为现代生物 经济和生物产业发展的重点,然而该行 业面临的关键问题是如何巩固已有市 场,不断扩大市场并提高生物基化学 品的经济性,为相关产品建立强大的 供应链。

从全球主要生物基产品市场来看, 生物乙醇占主导地位,销售额达580亿美 元/年,其次是一些较小、但仍然重要的 产品,如正丁醇、糠醛、乙酸、乳酸和 木糖醇等(表1)。市场最小的产品有3-羟基丙醛(HPA)、丙烯酸、异戊二 烯、己二酸、5-羟甲基糠醛(5-HMF) 和异丁烯。此外,生物基琥珀酸是市场 增长最快的产品,主要源于其产业所 涉及的广度和深度。从价格来看,目 前生物基2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、 乙酰丙酸、金合欢烯和聚羟基烷基酸酯 (PHA)的价格最高,一旦相关转换技 术实现商业化,预计这些产品价格可能 下降到1000美元/吨。

2 全球生物基化学品

市场竞争格局 基于政策、融资、公众认知与 消费需求、研发活动水平、商业活动 水平、原料供应及成本、其他生产成 本等评价角度,比较了欧盟、美国、 巴西和中国的生物基化学品竞争情况 (表2)。总体来说,欧盟在研发水 平方面拥有优势,美国在政策支持、 融资、研发水平、原料供应和成本方 面具有优势,巴西在原料供应及成本 方面拥有优势,而中国在融资成本、 商业活动水平和其他生产成本方面拥 有优势。如在政策方面,欧盟、美 国、巴西和中国均重视生物基化学品 的研发、生产和市场应用,尤其是美 国,其2012 年发布的“国家生物经 济蓝图”将发展生物基化学品作为生 物经济的主要内容之一,美国农业部 推出了生物优先计划来鼓励民众购 买及使用生物基产品。我国政府自 “九五”起就不断加大对生物基化学 品的研发投入,“十二五”将生物产 业作为大力发展和重点扶持的战略新 兴产业,并出台相关财税政策扶持。 欧盟发布“创新可持续发展:欧洲生 物经济”战略,提出增加研发投入和 开发生物基产品市场等内容。

3 典型生物基化学品产业化分析

生物质原料替代石油基原料、生 物法替代化学法是国际化学品制造 业发展的重点方向。近年来,基因组 学、蛋白组学、代谢组学及系统生物 学等技术的进步,共同构建了化学品 的生物合成通道。在各国政府政策 和计划的鼓励、刺激下,英国石油 公司(BP)、壳牌(Shell)、巴斯 夫(BASF)、杜邦(Dupont)、陶 氏化学(Dow Chemical)等大型跨国 石油和化工集团斥巨资投入生物化工 产业,发展面向生物制造的工业生物 技术。目前,已建立丙烯酸、己二酸 (ADA)、1,4-丁二醇(BDO)、聚 乙烯(PE)、聚乳酸(PLA)等传 统石油化工产品的生物制造路线,生 物合成技术已经或即将产业化。 表3对10种典型生物基化学品的 主要研发者、研发现状、主要市场及 应用、替代石油基成本和温室气体排 放情况进行比较,从产品研发的企业 竞争角度来看,不同产品领域,形成 不同竞争态势,如生物基丙烯酸开 发已形成两个关键的战略伙伴关系, 即巴斯夫/嘉吉/诺维信(欧盟地区) 和OPXBio/陶氏(美国区),而巴西 Braskem公司是PE唯一的商业化生产 者;从研发现状来看,大部分仍处于 中试到示范阶段,部分实现商业化规 模,如生物基琥珀酸;从市场应用方 面来看,大部分用于替代石油基产 品,部分产品用于替代现有产品,如 FDCA替代TPA用于聚酯生产,产生 新一代PEF聚合物;从相对于石油基 产品的替代成本来看,部分替代品会 低于石油基产品,如生物基丙烯酸和生 物基BDO,而部分产品如生物基丁二酸 成本竞争力与石油基产品相当,生物基 琥珀酸几乎与化石替代品相当,价格有 望更低;从温室气体减排方面,所有生 物基化学品在不同程度上降低温室气体 排放量,这也是生物基化学品越来越受 到消费者欢迎的原因之一。