中国生物工程学会会刊     创刊于2005年

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中国工业生物技术行业现状分析与发展前景

时间:2019-04-09来源:未知 作者:李祯祺 徐萍 刘斌 点击:

近年来, 全球的生物技术 发展速度迅猛,不仅取得了数 量众多、振奋人心的成果,而 且推动了产业创新链条的升级、 换代与更迭。生物技术早已成 为高科技的战略性新兴产业技 术之一,越来越多地应用于基 础化学品及其聚合物,乃至特 殊化学品的生产。随着现代生物 技术发展逐渐进入大规模产业化 阶段,许多具备成本效益的制造 技术与生产技术相继面世,工业 生物技术行业迅速发展,在与化 学合成竞争的同时,成为提振现 代生物经济的重要推手。

工业生物技术是利用微生 物、植物和动物细胞或酶的生物 催化功能,进行大规模的物质加 工与转化的先进制造技术,涉及 食品、饲料、造纸、纺织、化工、 能源等许多重要的工业领域[1]。 由于生命科学在向系统化、定量 化的方向快速发展,设计改造生 物体功能与发展先进的工业生物 技术体系将创造行业发展的重大 机遇,催生新的生物科技产业革 命,促进可持续经济体系的形成 与发展。

1 工业生物技术发展的战略 需求与政策环境

1.1 工业生物技术的优势特点引 起全球重视

由于工业生物技术能够显著 地降低原料与能量等生产成本的 消耗,同时会减少环境污染与温 室气体的排放,因此工业生物技 术对于实现低碳经济与工业可持 续发展、促进经济发展方式与人 类生活方式的根本性变革具有重 大战略意义。

经济合作发展组织(OECD) 对6个发达国家进行分析的结果 表明:工业生物技术的应用可 以降低工业能耗的15% ~ 80%、 原料消耗的35% ~ 75%、空气 污染的50% ~ 90%、水污染的 33% ~ 80%, 以及生产成本的 9% ~ 90%[2]。该组织预测, 生 物技术对OECD成员国的国内生 产总值(GDP)的贡献将会达到 2.7%, 将有35%的化学品和其 他工业产品可能涉及工业生物技 术。同时,工业生物技术产品的 销售额将会占整个生物技术产业 的39%,超过农业生物技术和医 药生物技术,位居第一[3]。此外, 据世界自然基金会(WWF)估 测,到2030年,工业生物技术每 年将可降低10亿~ 25亿吨的CO2 排放[4]。总之,工业生物技术过 程可以获得与化学制造相同甚至 更好的产品,能够大幅降低原材 料与能源消耗及操作成本,减少 废弃物的产生与排放。

1.2 生物技术、工具和手段的迅 猛发展推动工业生物技术不断前行

自公元前6000年葡萄酿酒和 酵母酿酒开始,奶酪、酸奶、醋 等发酵食品不断为人们所发现与 创造,工业生物技术崭露头角。 在巴斯德证明“发酵是微生物活 动的结果”之后,弗莱明于1928 年从培养皿中提取出了青霉素。 随着第二次世界大战的开始,大 规模发酵技术开始用于制备药品 及工业产品。20世纪后半叶开 始,分子生物学的突破性成就引 发了现代生物技术发展的三次浪 潮。学科的交叉与融合促进了生 物技术的不断进步及其产品的推 陈出新。2000年,聚乳酸的上市 标志着工业生物技术开启了新的 篇章。近年来,工业生物技术的 快速发展,促使高校与研究机构 的基础研究技术手段高速推进。

基于系统生物学的分析及网 络构建,合成生物学应用模块来 构建和组装新的生物系统,开辟 了人工生命工业应用的全新途 径。系统工程与系统生物学的观 点有助于生物剖析层次的递进解 构,合成生物学、基因编辑等前 沿技术的进步加速工业生物技术 产业化。这些技术能够深刻解读 生物分子元件的结构与功能,采 用科学的读写方式,编辑以微生 物为代表的细胞工厂的遗传信 息,通过对生命的精确化设计与 人工再造,创建全新的、高效的 代谢途径,从而实现对生命性状 与功能的人工控制,最终获得传 统化学合成无法获得的新型高价 值化工产品。利用这种方式,既 可以实现天然产物的生物合成, 也能够完成平台化学品的合成生 物制造,还可以达到转化利用二 氧化碳的目的,具有巨大的经济 效益与社会效益。麦肯锡全球研 究院(McKinsey Global Institute) 发布的研究报告将合成生物学列 入未来十二大颠覆性技术之一的 “下一代基因组学”之中,预计 到2025年,合成生物学与工业生 物技术的经济影响将达到1000 亿 美元[5]。

目前,美国、欧盟、日本等 科技创新的领先国家或经济体在 合成生物学领域大力建设相关的 研究中心、平台、实验室等实体 机构。Wilson中心合成生物学项 目的统计数据显示,截至2016 年 2月,全球合成生物学实体机构 (包括公司、高校、研究所、实 验室等)约565个,主要集中在 美国(388个)、英国(69个)、 德国(41个)、中国(27个)和 日本(21个)。这些机构正在或 即将为工业生物技术行业提供强 大的助力。

1.3 工业生物技术行业的风险投 资净存量与年均复合增长率稳步 上升

风险投资(VC)已成为新生 代工业生物科技公司的主要资金 来源。21世纪初期,针对工业生 物技术的VC活动相当有限。VC 净存量从2002年的7.66亿美元 小幅上涨至2006年的8.44亿美 元, 年均复合增长率(CAGR) 仅为2%。不过,当风险投资者 发现工业生物技术是一个极具潜 力与吸引力的投资机会后,他们 在2007年将当年的VC投资额大 幅提升至17亿美元左右,并将 VC净存量从8.44亿美元增至约 23亿美元。2008 ~ 2013年, 每 年新的VC投资额为4亿~ 7 亿 美元, 撤资额为2亿~ 4.5亿美 元。2007 ~ 2013年, 随着每年 的VC投资额高于撤资额,VC净 存量稳步增长,CAGR达到25%。 截至2013年年底,88家公司的 VC净存量约为36亿美元。纵观 2002 ~ 2013 年,VC公司对107 家工业生物技术公司投资总额达 63亿美元,撤资额为28亿美元 (图1)[6]。


 

经分析,工业生物技术行业 VC活动的区域主要集中在美国 和欧洲。尤其是针对美国生物燃 料公司的重大投资,是形成上述 大额数字背后的主要驱动因素。 近年来,大多数投资者逐渐将焦 点转向更为成熟、风险更小的投资项目。2009年之前,VC总额 的大部分会分配给成立不足3 年 的新公司;而金融危机爆发之后, 更多VC针对成立3年以上的成熟 公司展开,形成相对保守的投资 政策,阻碍了该行业外部资本的 利用。VC投资者更关注融资该行 业的研发公司,特别是拥有专利 技术保护的公司。工业生物技术 公司的专利申请会在投资期间大 幅下降,表明VC投资者关注商 业化过程而非新技术的开发,从 而转移公司的重点,将其技术转 化为创新点和增长点[7]。

对工业生物技术公司的投资 动向分析发现,VC倾向于生物燃 料与生物化学品。据撤资的数据 显示,2006年和2012年的撤资活 动最为密集。其中,2006年生物 燃料和生物化学品VC出现了非 常频繁的撤资行为。之后,生物 化学品VC撤资主要发生在2008 年,生物燃料VC撤资主要发生 在2009年和2012年。通过对生 物燃料VC数据的仔细观察,发 现其早期的投资活动很少,大额 投资活动发生在2006 年、2007 年 和2012 年(2006 ~ 2012 年, 生 物燃料的投资显著增加,可能归 因于2006年和2011 ~ 2012年石 油价格的强劲攀升),并于2013 年年底形成了20亿美元以上的 VC净存量。生物化学品的VC情 况是,其自2002 年VC净存量超 过7亿美元后,投资力度在2007 年和2009年不断加大,并于2013 年年底形成了23亿美元的VC净 存量。对于生物活性物质的VC 情况,其2002 年VC净存量同样 超过了7亿美元,经过2006年的 重大撤资和2009 年的强劲注资 后,2013 年年底的VC净存量约 为12 亿美元,约为生物化学品 VC净存量的一半。

与生物技术领域的其他产业 相比,工业生物技术的研发投入 仍然较低,在医药、工业与农业 技术中的总量中仅占2%,远低于 医药生物技术的87%。工业生物 技术具有投入小、见效快、产出 大等特点,相对较少地受到生物 伦理、生物安全、气候变化与环 保政策等风险因素的影响,能够 代表未来工业循环经济可持续发 展的方向。生物工业的低投入和 低金融风险特性吸引了大量、多 样化的参与者,技术得以更快的 革新和应用,并驱动市场快速成 长。其快速和分布式部署特性则 扩大了原料多样性并使远距离、 小规模的原料供应成为可能,有 利于可持续的原料利用和温室气 体减排,减少了环境不良影响;同 时,小规模和资本效率高的设 施还能够降低化学制造的经济 壁垒,推动公平的资源全球化 利用[8]。

1.4 工业生物技术成为发达国家 与新兴经济体的战略培育方向

鉴于工业生物技术的低碳 环保与先进制造产业的重大需 求,诸多发达国家都构建了目标 宏远的战略愿景,制定了齐整有 序的行动路线图,以推动工业生 物技术与产业的稳步发展。美国 在《2020年制造业挑战的展望》[9] 中明确提出, 将“ 生物制造技 术”列为2020年制造技术挑战 的11个主要战略方向之一,并 在《生物质技术路线图》等计划 任务中设立了“2020 年, 实现 化学工业的原料、水资源及能量 的消耗降低30%[10],污染物排放 和污染扩散减少30%[11] ;2030 年 替代25%有机化学品和20%石 油燃料[9]”的宏远目标,在《生 物学产业化:加速先进化工产品 制造路线图》[12]中提出生物学产 业化的发展愿景——“在未来十 年(2015 ~ 2025年),将通过生 物学方法合成化工产品的能力逐 步改善,提升到与传统化工方法 相媲美的程度”。在推动生物学 产业化发展的技术路线图中,美 国从原料与预处理、发酵与过 程、设计工具链、代谢途径、底 盘生物和测试6个维度出发,以 1 ~ 10年为完成年限,设定了碳 源价格逐步降低、水相过程用水 回收量不断提升、多种微生物的 迅速驯化、生物高优先性与高选 择性参数测定等多个具体可量化 的目标。美国科学院(NAS)国 家理事会认为,联邦政府科研资 助机构应当支持“为推进和整合 原材料、生物有机体底盘和有机 通路研发、发酵过程等所需的科 学研究和重大基础性技术”。通 过广泛使用包括合成生物学的生 物学方法、开发新的生物学过程 模型和实验方法,并确保监管、 风险评估和人力资源配置到位, 美国将加速重大化工产品合成向 生物学制造转化[13]。美国国家委 员会预测,到2020年将有50%的 有机化学品和材料源自生物质原 料[14]。2016年美国农业部的研究 报告指出,2014年生物基产品行 业为美国经济贡献了3930亿美元 和422 万个就业岗位。

欧洲《工业生物技术2025 远景规划》[15]期望完成向基于生物技术型社会的“华丽转 身”,力争于2025年实现“生物 能源替代化石能源20%;化学品 替代10% ~ 20%,其中化工原料 替代6% ~ 12%,精细化学品替代 30% ~ 60%”。2015 年6月,欧洲 工业生物技术研究与创新平台中心 (BIO-TIC)在其项目最高政策会 议上发布了《推动生物经济—— 面向欧洲不断繁荣的工业生物技 术工业路线图》[16],确定了工业 生物技术的主要研究方向。预计 到2030年,欧盟的工业生物技术 产品市场将增长至500亿欧元。 欧洲生物产业协会(EuropaBio) 2016 年9月发布的研究表明,工 业生物技术为欧盟提供了48.6 万 个全职工作岗位,创造了316 亿 欧元的产值。

除了美国和欧盟等主要经济 体外,工业生物技术在日本、韩 国、加拿大、俄罗斯、澳大利 亚、巴西、阿根廷等国家也受到 了高度重视,被纳入到这些国家 的生物经济专属战略或生物经济 相关战略中,并在科研投入和产 业化等方面迅速发展。

1.5 中国的工业生物技术政策环 境日趋完善

我国能源、资源、环境形势 的现实不容乐观,与国家的现代 工业化经济进程发生了剧烈冲 突。我国目前已经成为全球最大 的温室气体排放国,到2020年要 实现“单位GDP CO2排放比2005 年下降40% ~ 45%”的目标,面 临着巨大压力,极具挑战性。而 工业生物技术能够将工业污染从 末端治理转变为源头控制,通过 改变能源、化工、纺织、医药等 领域的工业格局,开创一个兼具 环境、经济和社会可持续性发展 的新纪元。因此,通过经济结构 的调整变革经济增长方式,建立 节约、清洁、安全的核心技术, 构筑绿色、低碳与可持续的产业 经济势在必行[17]。

我国具有发展工业生物技术 的迫切需求与良好的工业基础, 生物制造产业早已被列入我国优 先发展的战略性新兴产业。近年 来,我国不仅在“十二五”期间 提出了《“十二五”生物技术发展 规划》[18]、《“十二五”国家战略 性新兴产业发展规划》[19]、《生 物产业发展规划》[20]等涵盖工业 生物技术的国家发展战略,而且 出台了一系列该领域的专项规划。 2015年5月,《中国制造2025》[21] 中明确指出“全面推行绿色制 造,将新材料、生物医药等列为 重点领域突破发展;要求努力构 建高效、清洁、低碳、循环的 绿色制造体系,大力促进新材 料、新能源、高端装备、生物产 业绿色低碳发展”。2016年12月, 《“十三五”生物产业发展规划》[22] 提出“推动生物制造规模化应 用,创新生物能源发展模式,促 进生物环保技术应用取得突破”。 2017 年5 月,《“十三五”生物技 术创新专项规划》[23] 在坚持创新 发展、着力提高发展质量和效益 层面,提出拓展产业发展空间、 支持生物技术新兴产业发展和 传统产业优化升级的要求。在 其支持的7 个支撑重点领域中, 生物化工、生物能源、生物环 保3 个领域与工业生物技术密 切相关。

2 中国工业生物技术的行业 现状与发展前景

经过“十一五”、“十二五” 一系列政策的带动和扶持,中国 工业生物技术进入快速发展时 期。中央财政投入引导,地方、 企业经费配套,为工业生物技术 研发和产业化提供了资金保障。 “十二五”期间,科学技术部通 过国家“863”计划的精密部署, 围绕重大化工产品的先进生物制 造、微生物基因组育种、工业酶 分子改造等关键领域共布局15 个项目,国拨经费超过6.5亿元, 自筹经费超过22亿元,总经费 达28亿元以上。课题承担单位广 泛覆盖了企业、科研院所和高校 等创新主体,其中企业牵头课题 占62%。除了在上述关键领域实 现核心技术的重点突破外,还在 工业生物催化技术、生物炼制技 术、现代发酵工程技术、绿色生 物加工技术等关键技术上取得了 重大进展。与此同时,该领域开 发了30种重大产品,并实现产业 化(包括4 ~ 5 种生物材料、7 ~ 9 种C2 ~ C4化工原料、14 ~ 15 种 精细化学品、2 ~ 3种能源产品和 4 ~ 5种绿色生物工艺)[24]。主要 代表成果包括生物法生产富马酸 及其衍生物、全有机溶剂中化学- 酶法高效制备手性菊酯、植物甾 醇生物转化制备雄烯二酮、手性 醇的生物不对称合成、基因组理 性设计助推氨基酸产业升级、生 物聚合物材料的全生物合成与丁 二酸的高效生物合成[25] 。 通过一大批国家重点实验

室、工程技术研究中心、产业技 术创新战略联盟及产业基地的组建,工业生物技术行业的产学研 资源得以优化整合,显著提升了 行业的自主创新能力与国际竞争 力。如天津工业生物技术研究所 在国际上率先实现全生物法生 产L-丙氨酸并产业化, 生产成 本和能耗较传统工艺降低40%以 上,废水量降低90%。截至2017 年6月,该技术已为华恒生物新 增产值5亿元, 创汇4000万美 元,产品国际市场占有率超过 70%,带动形成了一个丙氨酸化 工的全新产业链[26]。又如, 中 国科学院理化技术研究所具备较 强的酶法明胶技术和产业化优 势,其研发的酶法明胶技术将生 产周期由50 ~ 60天缩短至3 天 以内, 吨胶耗水量由400 ~ 600 吨降低至200吨,凝冻强度为200 Bloom g以上的产品由传统碱法工艺 的50% ~ 60%提高到100%, 生 产车间占地面积减少30%,用工 量减少10%,吨胶生产成本降低 10%。2016 年9月, 该技术在宁 夏鑫浩源生物科技股份有限公司 实现3000 吨/年生产线投产运行, 标志着我国自主研发的酶法骨明 胶生产工艺技术经过中试、工业 示范正式进入规模化、商业化运 营阶段[27]。

当前,我国经济发展已经进 入新常态,正处于增速变化、结 构优化和动力转化阶段。随着土 地、能源、资源、环境约束趋 紧,增长速度从高速转向中高 速,同时我国实体经济结构性供 需失衡,因此培育新的增长动力 迫在眉睫[28]。随着“五位一体” 总体布局和“四个全面”战略布 局的贯彻落实,创新、协调、绿 色、开放、共享的发展理念不断 深入,以及供给侧结构性改革的 逐步推进,无论是大宗发酵产业 的升级改造,还是化工产业的嵌 入式应用,都要将“去产能、降 成本、补短板”作为重点任务来 实施。目前,我国氨基酸、维生 素、有机酸等大宗发酵产品规模 稳居全球第一;生物能源年替代 化石能源量超过3300万吨标准 煤,处于世界前列[22];乙二醇、 丁醇、乙烯等已实现生物法制 造,生物塑料、生化纤维等新材 料生物法生产初具规模;泛酸、丙 烯酰胺、乳链菌肽等占据世界市 场50% ~ 70%的份额,原料消耗、 废物排放量等减少50%以上[29]。 经过“十二五”期间的大力 发展,中国工业生物技术产业 主要产品的产值已经超过5500 亿元, 年均增速达到8%以上。 2016年,我国发酵行业主要产品 产量达到2629万吨, 与2015 年 相比增长8.3%,扭转了近年来一 直低位徘徊的局面。其中,氨基 酸实现了快速增长,淀粉糖、酶 制剂、酵母、功能发酵制品保持 了稳定增长,多元醇行业小幅增 长,有机酸行业负增长。2016 年 主要出口产品的出口量达到408 万吨,同比增长18.6%,大大高 于2015 年3.3%的增幅。受原料 玉米价格下降等因素影响,淀粉 糖、赖氨酸、乳酸、葡萄糖酸钠 出口量实现了两位数增长,味精、 柠檬酸、多元醇、酵母由于出口 价格的持续降低也保持了较稳定 增长,酶制剂出现了负增长[30]。 工业生物技术企业规模不断扩大, 产业集中度进一步增强,部分主要 产品产能规模前6 家企业的产能占 全国产能的80%以上[31];其产业 集群区域呈现出原料产地为主的 分布态势(表1)。

然而,我国工业生物技术行 业仍面临着挑战性。尽管我国大 宗发酵产品的产量占据了国际领 先地位,但这是以高资源消耗、 高能耗和低人工成本竞争得来 的,生产菌株的水平仍较为低下; 我国企业虽然在新兴生物产业 (如生物燃料、生物基化学品、 生物材料)有一定基础,但新型 产品的生产技术相对匮乏;我国 主要以化学法生产高附加值化学 品(如精细化学品、医药化学品 与中间体),对环境污染严重;国 外企业垄断了酶制剂领域的绝大 部分的国内市场,而国内企业不 仅生产的酶种较为有限,而且生 产水平不高;以纺织、造纸、冶 金、采矿为代表的高污染行业覆 盖面广,消耗巨大,污染严重。

2.1 生物基化学品行业现状

目前,生物基化学品的产品 丰富多样,而且应用范围十分广 泛(表2),市场价值巨大。美国 农业部于2016年发布报告称,到 2025年,生物基化学品将占据全 球化学品22%的市场份额,其年 度产值将超过5000 亿美元。 我国全生物法生产琥珀酸、 D-乳酸、1,3- 丙二醇、生物柴油、 长链二元酸等大宗化学品的产 业化进程正在稳步推进,未来 将大幅度推动产业链下游的拓 宽与延伸。

尽管前景乐观,但我国的生 物基产业亟需进行转型升级,应 向更高性能、精细化及多元化 的下游衍生品进行拓展。纵观美国、欧洲和日本等国家和地 区,其精细化学品产业化进程顺 利,商业模式成熟,主要以市场 为主导,由研发实力强大的精细 化工及农粮生化企业为主要推动 力。而我国主要停留在技术含量 相对较低的大宗发酵产品。目前 这些行业均面临一定程度的产能 过剩,产品在品类的中低端市场 展开同质化竞争,导致行业利润 快速下滑[32]。

2.2 生物基材料行业现状

目前,全球生物基材料产能 已达3000万吨以上, 每年增长 速率超过20%。世界各国纷纷制 定相关法律法规促进其发展和使 用,生物基材料的应用正在从高 端功能性材料和医用材料领域向 大宗工业材料和生活消费品领域 转移,在日用塑料制品、化纤服 装、农用地膜等方面逐渐实现规 模化应用[33]。我国的生物基材 料产业已经在环渤海、长三角、 珠三角等区域初步形成了产业 集群。

在日用塑料制品方面,生物 基塑料(BBP) 是一类重要的、 迅速发展的新型生物基产品,主 要包括生物基合成材料、生物 基再生纤维等。其中, 可降解 生物基塑料的典型产品包括聚乳 酸(PLA)、二元酸二元醇共聚 酯、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚 乙烯醇(PVA)、二氧化碳共聚 物(PPC)等,非生物降解生物 基塑料的典型产品包括生物聚乙 烯(BPE)、聚酰胺(PA)等。我 国的技术研究及产业化主要侧重 于生产生物降解塑料,主要包括 PLA、PHA、PPC、聚丁二酸丁 二酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸 丁二酯(PBSA)、聚对苯二甲酸- 己二酸丁二酯(PBAT)、生物基 聚酰胺(BPA)等聚合物,以及 淀粉基塑料等[34]。

生物基纤维是生物基材料重 要的应用方向之一。目前,生物 基纤维按照原料来源以及纤维 加工工艺的不同,可以分为生 物基合成纤维、海洋生物基纤 维、生物蛋白质纤维以及新型纤 维素纤维。生物基合成纤维包 括PLA纤维、聚羟基丁酸-戊酸 酯(PHBV)/PLA共混纤维、聚 对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(PTT) 纤维、聚对苯二甲酸混二醇酯 (PDT)纤维、聚对苯二甲酸丁二 醇酯(PBT)纤维、PBS纤维、聚 酰胺(PA56)纤维等多种类型, 其中我国PLA纤维产能约1.5 万 吨/年。海洋生物基纤维包括壳 聚糖纤维和海藻纤维,目前建成 的产业化生产线均是我国拥有自 主知识产权且自行设计的,年产 能约为4500吨。生物基新型纤 维素纤维,可以根据溶剂和原料 的差异分为新溶剂法纤维(如 Lyocell纤维和离子液体纤维素 纤维)和新资源纤维素纤维(如 竹浆纤维和麻浆纤维)。目前, Lyocell纤维国内产能达到了3.2 万吨/年,竹浆纤维产能已达到 12 万吨/年[35]。

2.3 生物燃料行业现状

据世界生物质能协会(WBA) 发布的《2017全球生物能源统计 报告》数据显示,生物能源作为行业贡献最大与最具生命力的可 再生能源, 其2014年的总消费 量为50.5EJ,占全球能源结构的 14%;2016 ~ 2020年, 预计全 球生物燃料市场会保持稳定的上 升态势,年均复合增长率将达到 12.5%[36]。我国生物质能源的潜 力很大,主要为生物乙醇、生物 柴油和生物质发电。然而,根据 BP公司《2015年世界能源统计 评论》[37]的数据显示,我国的生 物燃料发展速度较慢,居全球第七 位。后来者如阿根廷、印度尼西亚 发展速度很快[38]。

虽然我国是仅次于美国和巴 西的全球第三大生物乙醇生产国 和应用国,但2015年我国生物乙 醇产量仅占全球总产量的3.17% (约230万吨),距离发展完善的 市场还有极大的提升空间。我国 汽油年产量已经超过1.2亿吨, 而生物乙醇的产量仅达到汽油产 量的2%左右。由于我国汽油的 用途绝大部分为车用汽油,若在 全国范围内按照现行车用乙醇汽 油E10标准来推广使用,那么所 需的燃料乙醇具备约千万吨的上 升空间。基于此,我国于2017 年 9月联合印发《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》,扩大生物燃 料乙醇生产和推广使用车用乙 醇汽油。

目前,我国共有7家生物乙 醇定点生产企业。其中,河南天 冠企业集团年产能为70万吨,位 居全国第一;吉林燃料乙醇有限 公司、中粮生化(安徽)股份有 限公司分别以60万吨和51万吨 的年产能位列三甲之中。

此外, 我国生物柴油产业 发展也处于成长期,生物柴油 总产量为300 万~ 350 万吨,但 由于受到原料供应的限制,生 产装置开工率不足,2014 年产 量约为121 万吨,尚无法满足巨 大的市场需求[39]。截至2015 年 4 月,据安迅思数据显示,我国 正规的生物柴油企业不足10 家。 生物柴油产业在我国市场发展 一直不理想,推广难度大、终 端用户抵制、利润分配不均衡 等因素制约着我国生物柴油产 业的发展[40]。

2.4 生物环保行业现状

从全球生物环保技术产业化 发展历程来看,德国较早开展生 物环保技术的研发,此后荷兰等 国在该领域快速发展商业化的技 术。目前,德国、荷兰、英国、 法国、美国、加拿大、日本等许 多国家的生物环保技术成果已经 进入商品化与产业化的发展阶 段,并且催生了一批企业。据美 国环境商业国际公司(EBI)的 数据显示,2014年,全球环保产 业产值达到1.047万亿美元,比 2013 年增长了3.6%[41]。

我国的生物环保技术起步较 晚,但在政策激励和研发增长的 双重驱动下,未来的发展前景可 期。尤其是近年来,在生态文明 建设加速的背景下,涉及水污 染、大气污染、土壤污染等多个 领域的多项环保政策的陆续出 台,为生物技术的发展和应用提 供了动力。

2.5 酶制剂行业现状

目前,全球已发现并鉴定的 酶至少有8000 多种,其中已经 开发生产的酶制剂至少有5000 多种,已经工业化生产的酶制 剂约200 种,常见的30 多种[42]。 工业酶制剂对产品品质的要求 很高,因而需要菌种、生产技 术研发方面的长期积淀和不断 优化。目前,全球酶制剂市场 主要由几家跨国企业垄断,尤 其是诺维信占据了全球近一半 的市场(表3)。



我国酶制剂产业正向“ 高 档次、高活性、高质量、高水 平、多领域”方向发展。21世纪 以来,我国酶制剂产业总体生产 和销售形势较好,产品产量保持 了持续攀升和高增长的态势,逐 步形成了一个较稳定的生产格局 和市场格局,基本告别了无序竞 争,进入了良性发展的轨道,出 现了一批有特色有规模的重点生 产企业[44]。在饲用酶制剂领域, 涌现出了溢多利、新华扬、挑战 集团、北京昕大洋、夏盛等典型 企业;在纤维素酶领域,尤特尔、 夏盛、江西博兰、高宝、康地恩 等企业有所涉猎;在中温淀粉酶 领域,江阴百圣龙、杰诺等企业 展开研发工作。在我国,以诺维 信和杰能科为主导的跨国企业进 入中国酶制剂市场后,占据了约 2/3的市场份额;与之相比,国内 企业在市场竞争中仍然处于低端 竞争的层面,以低端酶(如淀粉 酶、糖化酶)为主,行业呈现出 竞争白热化的态势。

3 中国工业生物技术行业展望

工业生物技术产品比传统石 化产品平均节能30% ~ 50%,减少环境影响20% ~ 60%,微生物 及其组成成分正在越来越多地被 用于清除工业废物、修复生态系 统,生物质能正在成为推动能源 生产消费革命的重要力量,一个 基于碳循环利用的绿色经济模式 正在建立[22]。

工业生物技术是生物制造的 核心科技。首先,需要解决制约 工业生物技术发展的核心科技问 题,主要包括:①建立以纤维素 原料为主、油脂和含碳气体为辅 的工业生物技术可持续原料体 系;②建立以合成生物技术和生 化-热化学联合技术为核心的低 成本生物制造工艺路线;③建立 以精细化学品、材料化学品及生 物基产品衍生转化为核心的工业生 物技术产品体系。同时,需要建立 促进工业生物技术发展的关键技术 体系,主要包括高效生物催化剂关 键技术体系(如高通量筛选技术、 单细胞基因组技术、蛋白质设计合 成技术、高效蛋白表达技术、基因 组操作技术和合成生物技术)与工 业生物过程和工艺技术(如光合生 物技术、智能发酵过程控制技术、 绿色生物工艺技术、生物质生物炼 制技术和含碳气体生物转化利用技 术),同时兼顾生物技术的转化研 究问题。

随着先进制造产业涵盖领域 与发展规模日益扩大,工业生物 技术行业已经成为国民经济的新 增长点,正在从传统发酵工业向 现代生物制造产业转变,其产业 水平不断提高、产业规模不断扩 大、产业总值稳步增长。“两个 替代”理念逐步践行:随着生物 炼制技术的不断进步,行业原材 料正在从石油原料迈向生物质原 料;而工业生物催化技术的逐渐 成熟,促使高能耗、高污染的有 机合成逐渐为绿色可持续的生物 合成所取代。绿色生物工艺的新 方法、新技术、新工具不断涌 现,推动造纸、轻纺、采矿、冶 金等传统产业开启节能降耗的转 型与变革,使其蓬勃发展。尤其 当以合成生物学、系统生物学、 定量生物学为代表的生命科学技 术成为新的技术制高点后,工 业微生物分子育种技术不断进 步,植物化学药物与保健品的 植物提取正在转向生物合成制 造,该领域形成了创新驱动发 展、环境经济共荣的良好态势。 同时,通过国际资本、技术与 市场的不断渗透融合,国际企 业相继本土化,国内企业也通 过合理定位、良性竞争的模式 不断发展壮大。

当前,全球生物科技领域呈 现出系统化突破性发展态势,生 物及交叉应用领域不断涌现出颠 覆性创新应用。随着我国国家创 新驱动发展战略的深入实施,创 新型国家建设进程加速,我国生 物工业发展面临重要发展机遇和 投资前景。我国在工业生物技术 领域自主创新能力显著增强,生 产技术水平大幅提高,逐渐形成了产品多样化、产出能力强、市 场转化活跃的产业技术创新体 系,在国内外取得一定影响力。 未来,在国家产业政策推动、技 术进步牵引、行业深化调整和民 生需求增长的多重因素作用下,我国生物工业未来发展前景可 期,在原料、技术、产品和工艺 环节孕育大量投资发展机会。