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中國工業生物技術行業現狀分析與發展前景

時間:2019-04-09來源:未知 作者:李禎祺 徐萍 劉斌 點擊:

近年來, 全球的生物技術 發展速度迅猛,不僅取得了數 量眾多、振奮人心的成果,而 且推動了產業創新鏈條的升級、 換代與更迭。生物技術早已成 為高科技的戰略性新興產業技 術之一,越來越多地應用于基 礎化學品及其聚合物,乃至特 殊化學品的生產。隨著現代生物 技術發展逐漸進入大規模產業化 階段,許多具備成本效益的制造 技術與生產技術相繼面世,工業 生物技術行業迅速發展,在與化 學合成競爭的同時,成為提振現 代生物經濟的重要推手。

工業生物技術是利用微生 物、植物和動物細胞或酶的生物 催化功能,進行大規模的物質加 工與轉化的先進制造技術,涉及 食品、飼料、造紙、紡織、化工、 能源等許多重要的工業領域[1]。 由于生命科學在向系統化、定量 化的方向快速發展,設計改造生 物體功能與發展先進的工業生物 技術體系將創造行業發展的重大 機遇,催生新的生物科技產業革 命,促進可持續經濟體系的形成 與發展。

1 工業生物技術發展的戰略 需求與政策環境

1.1 工業生物技術的優勢特點引 起全球重視

由于工業生物技術能夠顯著 地降低原料與能量等生產成本的 消耗,同時會減少環境污染與溫 室氣體的排放,因此工業生物技 術對于實現低碳經濟與工業可持 續發展、促進經濟發展方式與人 類生活方式的根本性變革具有重 大戰略意義。

經濟合作發展組織(OECD) 對6個發達國家進行分析的結果 表明:工業生物技術的應用可 以降低工業能耗的15% ~ 80%、 原料消耗的35% ~ 75%、空氣 污染的50% ~ 90%、水污染的 33% ~ 80%, 以及生產成本的 9% ~ 90%[2]。該組織預測, 生 物技術對OECD成員國的國內生 產總值(GDP)的貢獻將會達到 2.7%, 將有35%的化學品和其 他工業產品可能涉及工業生物技 術。同時,工業生物技術產品的 銷售額將會占整個生物技術產業 的39%,超過農業生物技術和醫 藥生物技術,位居第一[3]。此外, 據世界自然基金會(WWF)估 測,到2030年,工業生物技術每 年將可降低10億~ 25億噸的CO2 排放[4]。總之,工業生物技術過 程可以獲得與化學制造相同甚至 更好的產品,能夠大幅降低原材 料與能源消耗及操作成本,減少 廢棄物的產生與排放。

1.2 生物技術、工具和手段的迅 猛發展推動工業生物技術不斷前行

自公元前6000年葡萄釀酒和 酵母釀酒開始,奶酪、酸奶、醋 等發酵食品不斷為人們所發現與 創造,工業生物技術嶄露頭角。 在巴斯德證明“發酵是微生物活 動的結果”之后,弗萊明于1928 年從培養皿中提取出了青霉素。 隨著第二次世界大戰的開始,大 規模發酵技術開始用于制備藥品 及工業產品。20世紀后半葉開 始,分子生物學的突破性成就引 發了現代生物技術發展的三次浪 潮。學科的交叉與融合促進了生 物技術的不斷進步及其產品的推 陳出新。2000年,聚乳酸的上市 標志著工業生物技術開啟了新的 篇章。近年來,工業生物技術的 快速發展,促使高校與研究機構 的基礎研究技術手段高速推進。

基于系統生物學的分析及網 絡構建,合成生物學應用模塊來 構建和組裝新的生物系統,開辟 了人工生命工業應用的全新途 徑。系統工程與系統生物學的觀 點有助于生物剖析層次的遞進解 構,合成生物學、基因編輯等前 沿技術的進步加速工業生物技術 產業化。這些技術能夠深刻解讀 生物分子元件的結構與功能,采 用科學的讀寫方式,編輯以微生 物為代表的細胞工廠的遺傳信 息,通過對生命的精確化設計與 人工再造,創建全新的、高效的 代謝途徑,從而實現對生命性狀 與功能的人工控制,最終獲得傳 統化學合成無法獲得的新型高價 值化工產品。利用這種方式,既 可以實現天然產物的生物合成, 也能夠完成平臺化學品的合成生 物制造,還可以達到轉化利用二 氧化碳的目的,具有巨大的經濟 效益與社會效益。麥肯錫全球研 究院(McKinsey Global Institute) 發布的研究報告將合成生物學列 入未來十二大顛覆性技術之一的 “下一代基因組學”之中,預計 到2025年,合成生物學與工業生 物技術的經濟影響將達到1000 億 美元[5]。

目前,美國、歐盟、日本等 科技創新的領先國家或經濟體在 合成生物學領域大力建設相關的 研究中心、平臺、實驗室等實體 機構。Wilson中心合成生物學項 目的統計數據顯示,截至2016 年 2月,全球合成生物學實體機構 (包括公司、高校、研究所、實 驗室等)約565個,主要集中在 美國(388個)、英國(69個)、 德國(41個)、中國(27個)和 日本(21個)。這些機構正在或 即將為工業生物技術行業提供強 大的助力。

1.3 工業生物技術行業的風險投 資凈存量與年均復合增長率穩步 上升

風險投資(VC)已成為新生 代工業生物科技公司的主要資金 來源。21世紀初期,針對工業生 物技術的VC活動相當有限。VC 凈存量從2002年的7.66億美元 小幅上漲至2006年的8.44億美 元, 年均復合增長率(CAGR) 僅為2%。不過,當風險投資者 發現工業生物技術是一個極具潛 力與吸引力的投資機會后,他們 在2007年將當年的VC投資額大 幅提升至17億美元左右,并將 VC凈存量從8.44億美元增至約 23億美元。2008 ~ 2013年, 每 年新的VC投資額為4億~ 7 億 美元, 撤資額為2億~ 4.5億美 元。2007 ~ 2013年, 隨著每年 的VC投資額高于撤資額,VC凈 存量穩步增長,CAGR達到25%。 截至2013年年底,88家公司的 VC凈存量約為36億美元。縱觀 2002 ~ 2013 年,VC公司對107 家工業生物技術公司投資總額達 63億美元,撤資額為28億美元 (圖1)[6]。


 

經分析,工業生物技術行業 VC活動的區域主要集中在美國 和歐洲。尤其是針對美國生物燃 料公司的重大投資,是形成上述 大額數字背后的主要驅動因素。 近年來,大多數投資者逐漸將焦 點轉向更為成熟、風險更小的投資項目。2009年之前,VC總額 的大部分會分配給成立不足3 年 的新公司;而金融危機爆發之后, 更多VC針對成立3年以上的成熟 公司展開,形成相對保守的投資 政策,阻礙了該行業外部資本的 利用。VC投資者更關注融資該行 業的研發公司,特別是擁有專利 技術保護的公司。工業生物技術 公司的專利申請會在投資期間大 幅下降,表明VC投資者關注商 業化過程而非新技術的開發,從 而轉移公司的重點,將其技術轉 化為創新點和增長點[7]。

對工業生物技術公司的投資 動向分析發現,VC傾向于生物燃 料與生物化學品。據撤資的數據 顯示,2006年和2012年的撤資活 動最為密集。其中,2006年生物 燃料和生物化學品VC出現了非 常頻繁的撤資行為。之后,生物 化學品VC撤資主要發生在2008 年,生物燃料VC撤資主要發生 在2009年和2012年。通過對生 物燃料VC數據的仔細觀察,發 現其早期的投資活動很少,大額 投資活動發生在2006 年、2007 年 和2012 年(2006 ~ 2012 年, 生 物燃料的投資顯著增加,可能歸 因于2006年和2011 ~ 2012年石 油價格的強勁攀升),并于2013 年年底形成了20億美元以上的 VC凈存量。生物化學品的VC情 況是,其自2002 年VC凈存量超 過7億美元后,投資力度在2007 年和2009年不斷加大,并于2013 年年底形成了23億美元的VC凈 存量。對于生物活性物質的VC 情況,其2002 年VC凈存量同樣 超過了7億美元,經過2006年的 重大撤資和2009 年的強勁注資 后,2013 年年底的VC凈存量約 為12 億美元,約為生物化學品 VC凈存量的一半。

與生物技術領域的其他產業 相比,工業生物技術的研發投入 仍然較低,在醫藥、工業與農業 技術中的總量中僅占2%,遠低于 醫藥生物技術的87%。工業生物 技術具有投入小、見效快、產出 大等特點,相對較少地受到生物 倫理、生物安全、氣候變化與環 保政策等風險因素的影響,能夠 代表未來工業循環經濟可持續發 展的方向。生物工業的低投入和 低金融風險特性吸引了大量、多 樣化的參與者,技術得以更快的 革新和應用,并驅動市場快速成 長。其快速和分布式部署特性則 擴大了原料多樣性并使遠距離、 小規模的原料供應成為可能,有 利于可持續的原料利用和溫室氣 體減排,減少了環境不良影響;同 時,小規模和資本效率高的設 施還能夠降低化學制造的經濟 壁壘,推動公平的資源全球化 利用[8]。

1.4 工業生物技術成為發達國家 與新興經濟體的戰略培育方向

鑒于工業生物技術的低碳 環保與先進制造產業的重大需 求,諸多發達國家都構建了目標 宏遠的戰略愿景,制定了齊整有 序的行動路線圖,以推動工業生 物技術與產業的穩步發展。美國 在《2020年制造業挑戰的展望》[9] 中明確提出, 將“ 生物制造技 術”列為2020年制造技術挑戰 的11個主要戰略方向之一,并 在《生物質技術路線圖》等計劃 任務中設立了“2020 年, 實現 化學工業的原料、水資源及能量 的消耗降低30%[10],污染物排放 和污染擴散減少30%[11] ;2030 年 替代25%有機化學品和20%石 油燃料[9]”的宏遠目標,在《生 物學產業化:加速先進化工產品 制造路線圖》[12]中提出生物學產 業化的發展愿景——“在未來十 年(2015 ~ 2025年),將通過生 物學方法合成化工產品的能力逐 步改善,提升到與傳統化工方法 相媲美的程度”。在推動生物學 產業化發展的技術路線圖中,美 國從原料與預處理、發酵與過 程、設計工具鏈、代謝途徑、底 盤生物和測試6個維度出發,以 1 ~ 10年為完成年限,設定了碳 源價格逐步降低、水相過程用水 回收量不斷提升、多種微生物的 迅速馴化、生物高優先性與高選 擇性參數測定等多個具體可量化 的目標。美國科學院(NAS)國 家理事會認為,聯邦政府科研資 助機構應當支持“為推進和整合 原材料、生物有機體底盤和有機 通路研發、發酵過程等所需的科 學研究和重大基礎性技術”。通 過廣泛使用包括合成生物學的生 物學方法、開發新的生物學過程 模型和實驗方法,并確保監管、 風險評估和人力資源配置到位, 美國將加速重大化工產品合成向 生物學制造轉化[13]。美國國家委 員會預測,到2020年將有50%的 有機化學品和材料源自生物質原 料[14]。2016年美國農業部的研究 報告指出,2014年生物基產品行 業為美國經濟貢獻了3930億美元 和422 萬個就業崗位。

歐洲《工業生物技術2025 遠景規劃》[15]期望完成向基于生物技術型社會的“華麗轉 身”,力爭于2025年實現“生物 能源替代化石能源20%;化學品 替代10% ~ 20%,其中化工原料 替代6% ~ 12%,精細化學品替代 30% ~ 60%”。2015 年6月,歐洲 工業生物技術研究與創新平臺中心 (BIO-TIC)在其項目最高政策會 議上發布了《推動生物經濟—— 面向歐洲不斷繁榮的工業生物技 術工業路線圖》[16],確定了工業 生物技術的主要研究方向。預計 到2030年,歐盟的工業生物技術 產品市場將增長至500億歐元。 歐洲生物產業協會(EuropaBio) 2016 年9月發布的研究表明,工 業生物技術為歐盟提供了48.6 萬 個全職工作崗位,創造了316 億 歐元的產值。

除了美國和歐盟等主要經濟 體外,工業生物技術在日本、韓 國、加拿大、俄羅斯、澳大利 亞、巴西、阿根廷等國家也受到 了高度重視,被納入到這些國家 的生物經濟專屬戰略或生物經濟 相關戰略中,并在科研投入和產 業化等方面迅速發展。

1.5 中國的工業生物技術政策環 境日趨完善

我國能源、資源、環境形勢 的現實不容樂觀,與國家的現代 工業化經濟進程發生了劇烈沖 突。我國目前已經成為全球最大 的溫室氣體排放國,到2020年要 實現“單位GDP CO2排放比2005 年下降40% ~ 45%”的目標,面 臨著巨大壓力,極具挑戰性。而 工業生物技術能夠將工業污染從 末端治理轉變為源頭控制,通過 改變能源、化工、紡織、醫藥等 領域的工業格局,開創一個兼具 環境、經濟和社會可持續性發展 的新紀元。因此,通過經濟結構 的調整變革經濟增長方式,建立 節約、清潔、安全的核心技術, 構筑綠色、低碳與可持續的產業 經濟勢在必行[17]。

我國具有發展工業生物技術 的迫切需求與良好的工業基礎, 生物制造產業早已被列入我國優 先發展的戰略性新興產業。近年 來,我國不僅在“十二五”期間 提出了《“十二五”生物技術發展 規劃》[18]、《“十二五”國家戰略 性新興產業發展規劃》[19]、《生 物產業發展規劃》[20]等涵蓋工業 生物技術的國家發展戰略,而且 出臺了一系列該領域的專項規劃。 2015年5月,《中國制造2025》[21] 中明確指出“全面推行綠色制 造,將新材料、生物醫藥等列為 重點領域突破發展;要求努力構 建高效、清潔、低碳、循環的 綠色制造體系,大力促進新材 料、新能源、高端裝備、生物產 業綠色低碳發展”。2016年12月, 《“十三五”生物產業發展規劃》[22] 提出“推動生物制造規模化應 用,創新生物能源發展模式,促 進生物環保技術應用取得突破”。 2017 年5 月,《“十三五”生物技 術創新專項規劃》[23] 在堅持創新 發展、著力提高發展質量和效益 層面,提出拓展產業發展空間、 支持生物技術新興產業發展和 傳統產業優化升級的要求。在 其支持的7 個支撐重點領域中, 生物化工、生物能源、生物環 保3 個領域與工業生物技術密 切相關。

2 中國工業生物技術的行業 現狀與發展前景

經過“十一五”、“十二五” 一系列政策的帶動和扶持,中國 工業生物技術進入快速發展時 期。中央財政投入引導,地方、 企業經費配套,為工業生物技術 研發和產業化提供了資金保障。 “十二五”期間,科學技術部通 過國家“863”計劃的精密部署, 圍繞重大化工產品的先進生物制 造、微生物基因組育種、工業酶 分子改造等關鍵領域共布局15 個項目,國撥經費超過6.5億元, 自籌經費超過22億元,總經費 達28億元以上。課題承擔單位廣 泛覆蓋了企業、科研院所和高校 等創新主體,其中企業牽頭課題 占62%。除了在上述關鍵領域實 現核心技術的重點突破外,還在 工業生物催化技術、生物煉制技 術、現代發酵工程技術、綠色生 物加工技術等關鍵技術上取得了 重大進展。與此同時,該領域開 發了30種重大產品,并實現產業 化(包括4 ~ 5 種生物材料、7 ~ 9 種C2 ~ C4化工原料、14 ~ 15 種 精細化學品、2 ~ 3種能源產品和 4 ~ 5種綠色生物工藝)[24]。主要 代表成果包括生物法生產富馬酸 及其衍生物、全有機溶劑中化學- 酶法高效制備手性菊酯、植物甾 醇生物轉化制備雄烯二酮、手性 醇的生物不對稱合成、基因組理 性設計助推氨基酸產業升級、生 物聚合物材料的全生物合成與丁 二酸的高效生物合成[25] 。 通過一大批國家重點實驗

室、工程技術研究中心、產業技 術創新戰略聯盟及產業基地的組建,工業生物技術行業的產學研 資源得以優化整合,顯著提升了 行業的自主創新能力與國際競爭 力。如天津工業生物技術研究所 在國際上率先實現全生物法生 產L-丙氨酸并產業化, 生產成 本和能耗較傳統工藝降低40%以 上,廢水量降低90%。截至2017 年6月,該技術已為華恒生物新 增產值5億元, 創匯4000萬美 元,產品國際市場占有率超過 70%,帶動形成了一個丙氨酸化 工的全新產業鏈[26]。又如, 中 國科學院理化技術研究所具備較 強的酶法明膠技術和產業化優 勢,其研發的酶法明膠技術將生 產周期由50 ~ 60天縮短至3 天 以內, 噸膠耗水量由400 ~ 600 噸降低至200噸,凝凍強度為200 Bloom g以上的產品由傳統堿法工藝 的50% ~ 60%提高到100%, 生 產車間占地面積減少30%,用工 量減少10%,噸膠生產成本降低 10%。2016 年9月, 該技術在寧 夏鑫浩源生物科技股份有限公司 實現3000 噸/年生產線投產運行, 標志著我國自主研發的酶法骨明 膠生產工藝技術經過中試、工業 示范正式進入規模化、商業化運 營階段[27]。

當前,我國經濟發展已經進 入新常態,正處于增速變化、結 構優化和動力轉化階段。隨著土 地、能源、資源、環境約束趨 緊,增長速度從高速轉向中高 速,同時我國實體經濟結構性供 需失衡,因此培育新的增長動力 迫在眉睫[28]。隨著“五位一體” 總體布局和“四個全面”戰略布 局的貫徹落實,創新、協調、綠 色、開放、共享的發展理念不斷 深入,以及供給側結構性改革的 逐步推進,無論是大宗發酵產業 的升級改造,還是化工產業的嵌 入式應用,都要將“去產能、降 成本、補短板”作為重點任務來 實施。目前,我國氨基酸、維生 素、有機酸等大宗發酵產品規模 穩居全球第一;生物能源年替代 化石能源量超過3300萬噸標準 煤,處于世界前列[22];乙二醇、 丁醇、乙烯等已實現生物法制 造,生物塑料、生化纖維等新材 料生物法生產初具規模;泛酸、丙 烯酰胺、乳鏈菌肽等占據世界市 場50% ~ 70%的份額,原料消耗、 廢物排放量等減少50%以上[29]。 經過“十二五”期間的大力 發展,中國工業生物技術產業 主要產品的產值已經超過5500 億元, 年均增速達到8%以上。 2016年,我國發酵行業主要產品 產量達到2629萬噸, 與2015 年 相比增長8.3%,扭轉了近年來一 直低位徘徊的局面。其中,氨基 酸實現了快速增長,淀粉糖、酶 制劑、酵母、功能發酵制品保持 了穩定增長,多元醇行業小幅增 長,有機酸行業負增長。2016 年 主要出口產品的出口量達到408 萬噸,同比增長18.6%,大大高 于2015 年3.3%的增幅。受原料 玉米價格下降等因素影響,淀粉 糖、賴氨酸、乳酸、葡萄糖酸鈉 出口量實現了兩位數增長,味精、 檸檬酸、多元醇、酵母由于出口 價格的持續降低也保持了較穩定 增長,酶制劑出現了負增長[30]。 工業生物技術企業規模不斷擴大, 產業集中度進一步增強,部分主要 產品產能規模前6 家企業的產能占 全國產能的80%以上[31];其產業 集群區域呈現出原料產地為主的 分布態勢(表1)。

然而,我國工業生物技術行 業仍面臨著挑戰性。盡管我國大 宗發酵產品的產量占據了國際領 先地位,但這是以高資源消耗、 高能耗和低人工成本競爭得來 的,生產菌株的水平仍較為低下; 我國企業雖然在新興生物產業 (如生物燃料、生物基化學品、 生物材料)有一定基礎,但新型 產品的生產技術相對匱乏;我國 主要以化學法生產高附加值化學 品(如精細化學品、醫藥化學品 與中間體),對環境污染嚴重;國 外企業壟斷了酶制劑領域的絕大 部分的國內市場,而國內企業不 僅生產的酶種較為有限,而且生 產水平不高;以紡織、造紙、冶 金、采礦為代表的高污染行業覆 蓋面廣,消耗巨大,污染嚴重。

2.1 生物基化學品行業現狀

目前,生物基化學品的產品 豐富多樣,而且應用范圍十分廣 泛(表2),市場價值巨大。美國 農業部于2016年發布報告稱,到 2025年,生物基化學品將占據全 球化學品22%的市場份額,其年 度產值將超過5000 億美元。 我國全生物法生產琥珀酸、 D-乳酸、1,3- 丙二醇、生物柴油、 長鏈二元酸等大宗化學品的產 業化進程正在穩步推進,未來 將大幅度推動產業鏈下游的拓 寬與延伸。

盡管前景樂觀,但我國的生 物基產業亟需進行轉型升級,應 向更高性能、精細化及多元化 的下游衍生品進行拓展。縱觀美國、歐洲和日本等國家和地 區,其精細化學品產業化進程順 利,商業模式成熟,主要以市場 為主導,由研發實力強大的精細 化工及農糧生化企業為主要推動 力。而我國主要停留在技術含量 相對較低的大宗發酵產品。目前 這些行業均面臨一定程度的產能 過剩,產品在品類的中低端市場 展開同質化競爭,導致行業利潤 快速下滑[32]。

2.2 生物基材料行業現狀

目前,全球生物基材料產能 已達3000萬噸以上, 每年增長 速率超過20%。世界各國紛紛制 定相關法律法規促進其發展和使 用,生物基材料的應用正在從高 端功能性材料和醫用材料領域向 大宗工業材料和生活消費品領域 轉移,在日用塑料制品、化纖服 裝、農用地膜等方面逐漸實現規 模化應用[33]。我國的生物基材 料產業已經在環渤海、長三角、 珠三角等區域初步形成了產業 集群。

在日用塑料制品方面,生物 基塑料(BBP) 是一類重要的、 迅速發展的新型生物基產品,主 要包括生物基合成材料、生物 基再生纖維等。其中, 可降解 生物基塑料的典型產品包括聚乳 酸(PLA)、二元酸二元醇共聚 酯、聚羥基烷酸酯(PHA)、聚 乙烯醇(PVA)、二氧化碳共聚 物(PPC)等,非生物降解生物 基塑料的典型產品包括生物聚乙 烯(BPE)、聚酰胺(PA)等。我 國的技術研究及產業化主要側重 于生產生物降解塑料,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)、聚對苯二甲酸- 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]。

生物基纖維是生物基材料重 要的應用方向之一。目前,生物 基纖維按照原料來源以及纖維 加工工藝的不同,可以分為生 物基合成纖維、海洋生物基纖 維、生物蛋白質纖維以及新型纖 維素纖維。生物基合成纖維包 括PLA纖維、聚羥基丁酸-戊酸 酯(PHBV)/PLA共混纖維、聚 對苯二甲酸1,3-丙二醇酯(PTT) 纖維、聚對苯二甲酸混二醇酯 (PDT)纖維、聚對苯二甲酸丁二 醇酯(PBT)纖維、PBS纖維、聚 酰胺(PA56)纖維等多種類型, 其中我國PLA纖維產能約1.5 萬 噸/年。海洋生物基纖維包括殼 聚糖纖維和海藻纖維,目前建成 的產業化生產線均是我國擁有自 主知識產權且自行設計的,年產 能約為4500噸。生物基新型纖 維素纖維,可以根據溶劑和原料 的差異分為新溶劑法纖維(如 Lyocell纖維和離子液體纖維素 纖維)和新資源纖維素纖維(如 竹漿纖維和麻漿纖維)。目前, Lyocell纖維國內產能達到了3.2 萬噸/年,竹漿纖維產能已達到 12 萬噸/年[35]。

2.3 生物燃料行業現狀

據世界生物質能協會(WBA) 發布的《2017全球生物能源統計 報告》數據顯示,生物能源作為行業貢獻最大與最具生命力的可 再生能源, 其2014年的總消費 量為50.5EJ,占全球能源結構的 14%;2016 ~ 2020年, 預計全 球生物燃料市場會保持穩定的上 升態勢,年均復合增長率將達到 12.5%[36]。我國生物質能源的潛 力很大,主要為生物乙醇、生物 柴油和生物質發電。然而,根據 BP公司《2015年世界能源統計 評論》[37]的數據顯示,我國的生 物燃料發展速度較慢,居全球第七 位。后來者如阿根廷、印度尼西亞 發展速度很快[38]。

雖然我國是僅次于美國和巴 西的全球第三大生物乙醇生產國 和應用國,但2015年我國生物乙 醇產量僅占全球總產量的3.17% (約230萬噸),距離發展完善的 市場還有極大的提升空間。我國 汽油年產量已經超過1.2億噸, 而生物乙醇的產量僅達到汽油產 量的2%左右。由于我國汽油的 用途絕大部分為車用汽油,若在 全國范圍內按照現行車用乙醇汽 油E10標準來推廣使用,那么所 需的燃料乙醇具備約千萬噸的上 升空間。基于此,我國于2017 年 9月聯合印發《關于擴大生物燃 料乙醇生產和推廣使用車用乙醇 汽油的實施方案》,擴大生物燃 料乙醇生產和推廣使用車用乙 醇汽油。

目前,我國共有7家生物乙 醇定點生產企業。其中,河南天 冠企業集團年產能為70萬噸,位 居全國第一;吉林燃料乙醇有限 公司、中糧生化(安徽)股份有 限公司分別以60萬噸和51萬噸 的年產能位列三甲之中。

此外, 我國生物柴油產業 發展也處于成長期,生物柴油 總產量為300 萬~ 350 萬噸,但 由于受到原料供應的限制,生 產裝置開工率不足,2014 年產 量約為121 萬噸,尚無法滿足巨 大的市場需求[39]。截至2015 年 4 月,據安迅思數據顯示,我國 正規的生物柴油企業不足10 家。 生物柴油產業在我國市場發展 一直不理想,推廣難度大、終 端用戶抵制、利潤分配不均衡 等因素制約著我國生物柴油產 業的發展[40]。

2.4 生物環保行業現狀

從全球生物環保技術產業化 發展歷程來看,德國較早開展生 物環保技術的研發,此后荷蘭等 國在該領域快速發展商業化的技 術。目前,德國、荷蘭、英國、 法國、美國、加拿大、日本等許 多國家的生物環保技術成果已經 進入商品化與產業化的發展階 段,并且催生了一批企業。據美 國環境商業國際公司(EBI)的 數據顯示,2014年,全球環保產 業產值達到1.047萬億美元,比 2013 年增長了3.6%[41]。

我國的生物環保技術起步較 晚,但在政策激勵和研發增長的 雙重驅動下,未來的發展前景可 期。尤其是近年來,在生態文明 建設加速的背景下,涉及水污 染、大氣污染、土壤污染等多個 領域的多項環保政策的陸續出 臺,為生物技術的發展和應用提 供了動力。

2.5 酶制劑行業現狀

目前,全球已發現并鑒定的 酶至少有8000 多種,其中已經 開發生產的酶制劑至少有5000 多種,已經工業化生產的酶制 劑約200 種,常見的30 多種[42]。 工業酶制劑對產品品質的要求 很高,因而需要菌種、生產技 術研發方面的長期積淀和不斷 優化。目前,全球酶制劑市場 主要由幾家跨國企業壟斷,尤 其是諾維信占據了全球近一半 的市場(表3)。



我國酶制劑產業正向“ 高 檔次、高活性、高質量、高水 平、多領域”方向發展。21世紀 以來,我國酶制劑產業總體生產 和銷售形勢較好,產品產量保持 了持續攀升和高增長的態勢,逐 步形成了一個較穩定的生產格局 和市場格局,基本告別了無序競 爭,進入了良性發展的軌道,出 現了一批有特色有規模的重點生 產企業[44]。在飼用酶制劑領域, 涌現出了溢多利、新華揚、挑戰 集團、北京昕大洋、夏盛等典型 企業;在纖維素酶領域,尤特爾、 夏盛、江西博蘭、高寶、康地恩 等企業有所涉獵;在中溫淀粉酶 領域,江陰百圣龍、杰諾等企業 展開研發工作。在我國,以諾維 信和杰能科為主導的跨國企業進 入中國酶制劑市場后,占據了約 2/3的市場份額;與之相比,國內 企業在市場競爭中仍然處于低端 競爭的層面,以低端酶(如淀粉 酶、糖化酶)為主,行業呈現出 競爭白熱化的態勢。

3 中國工業生物技術行業展望

工業生物技術產品比傳統石 化產品平均節能30% ~ 50%,減少環境影響20% ~ 60%,微生物 及其組成成分正在越來越多地被 用于清除工業廢物、修復生態系 統,生物質能正在成為推動能源 生產消費革命的重要力量,一個 基于碳循環利用的綠色經濟模式 正在建立[22]。

工業生物技術是生物制造的 核心科技。首先,需要解決制約 工業生物技術發展的核心科技問 題,主要包括:①建立以纖維素 原料為主、油脂和含碳氣體為輔 的工業生物技術可持續原料體 系;②建立以合成生物技術和生 化-熱化學聯合技術為核心的低 成本生物制造工藝路線;③建立 以精細化學品、材料化學品及生 物基產品衍生轉化為核心的工業生 物技術產品體系。同時,需要建立 促進工業生物技術發展的關鍵技術 體系,主要包括高效生物催化劑關 鍵技術體系(如高通量篩選技術、 單細胞基因組技術、蛋白質設計合 成技術、高效蛋白表達技術、基因 組操作技術和合成生物技術)與工 業生物過程和工藝技術(如光合生 物技術、智能發酵過程控制技術、 綠色生物工藝技術、生物質生物煉 制技術和含碳氣體生物轉化利用技 術),同時兼顧生物技術的轉化研 究問題。

隨著先進制造產業涵蓋領域 與發展規模日益擴大,工業生物 技術行業已經成為國民經濟的新 增長點,正在從傳統發酵工業向 現代生物制造產業轉變,其產業 水平不斷提高、產業規模不斷擴 大、產業總值穩步增長。“兩個 替代”理念逐步踐行:隨著生物 煉制技術的不斷進步,行業原材 料正在從石油原料邁向生物質原 料;而工業生物催化技術的逐漸 成熟,促使高能耗、高污染的有 機合成逐漸為綠色可持續的生物 合成所取代。綠色生物工藝的新 方法、新技術、新工具不斷涌 現,推動造紙、輕紡、采礦、冶 金等傳統產業開啟節能降耗的轉 型與變革,使其蓬勃發展。尤其 當以合成生物學、系統生物學、 定量生物學為代表的生命科學技 術成為新的技術制高點后,工 業微生物分子育種技術不斷進 步,植物化學藥物與保健品的 植物提取正在轉向生物合成制 造,該領域形成了創新驅動發 展、環境經濟共榮的良好態勢。 同時,通過國際資本、技術與 市場的不斷滲透融合,國際企 業相繼本土化,國內企業也通 過合理定位、良性競爭的模式 不斷發展壯大。

當前,全球生物科技領域呈 現出系統化突破性發展態勢,生 物及交叉應用領域不斷涌現出顛 覆性創新應用。隨著我國國家創 新驅動發展戰略的深入實施,創 新型國家建設進程加速,我國生 物工業發展面臨重要發展機遇和 投資前景。我國在工業生物技術 領域自主創新能力顯著增強,生 產技術水平大幅提高,逐漸形成了產品多樣化、產出能力強、市 場轉化活躍的產業技術創新體 系,在國內外取得一定影響力。 未來,在國家產業政策推動、技 術進步牽引、行業深化調整和民 生需求增長的多重因素作用下,我國生物工業未來發展前景可 期,在原料、技術、產品和工藝 環節孕育大量投資發展機會。

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