生物基化學(xué)品市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)化分析

于建榮 毛開云 陳大明 王恒哲

（中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)信息中心，上海 200031）

生物基化學(xué)品市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)化分析

于建榮 毛開云 陳大明 王恒哲

（中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)信息中心，上海 200031）

于建榮，碩士，研究館員，碩士研究生導(dǎo)師。主要從事生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，尤其是 “人口健康與醫(yī)藥創(chuàng)新領(lǐng)域”、“先進(jìn)工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域”的學(xué)科情報(bào)和戰(zhàn)略情報(bào)研究 。

E-mail:jryu@sibs.ac.cn

基于資源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的雙重考量，以可再生的生物質(zhì)資源替代不可再生的化石資源制備化學(xué)品是未來發(fā)展的主要趨勢(shì)。一方面，基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)等技術(shù)的進(jìn)步，共同構(gòu)建了化學(xué)品的生物合成通道；另一方面，在各國(guó)政府政策和計(jì)劃的鼓勵(lì)、刺激下，大型跨國(guó)石油和化工集團(tuán)斥巨資投入生物化工產(chǎn)業(yè)，發(fā)展面向生物制造的工業(yè)生物技術(shù)。文章從產(chǎn)業(yè)化角度出發(fā)，對(duì)全球主要生物基化學(xué)品市場(chǎng)現(xiàn)狀、主要研發(fā)企業(yè)、研發(fā)現(xiàn)狀、競(jìng)爭(zhēng)格局、替代石油基的成本及減少溫室氣體排放等角度進(jìn)行了分析。

生物基化學(xué)品是指利用可再生的生物質(zhì)（淀粉、葡萄糖、木質(zhì)纖維素等）為原料生產(chǎn)的高需求量的大宗化學(xué)品和高附加值的精細(xì)化學(xué)品等產(chǎn)品。因生物基化學(xué)品加工技術(shù)多綠色低碳，具有加工流程短、投資少、成本低、不污染環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，深受消費(fèi)者的歡迎。隨著一些大型項(xiàng)目建成投用，工業(yè)生物技術(shù)開始加速發(fā)展，許多著名品牌也轉(zhuǎn)向使用生物基化學(xué)品以滿足消費(fèi)者對(duì)更可持續(xù)產(chǎn)品的需求。

1 全球生物基化學(xué)品市場(chǎng)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

由于擺脫了對(duì)化石原料的依賴，同時(shí)避免了石油基產(chǎn)品制備過程的高能耗和高污染，基于資源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的雙重考量，以可再生的生物質(zhì)資源替代不可再生的化石資源制備化學(xué)品是未來發(fā)展的主要趨勢(shì)。世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織預(yù)計(jì)，到2025年，全球生物基化學(xué)品的產(chǎn)值將超過5000億美元/年，約占全部化學(xué)品的25%。目前，全球生物經(jīng)濟(jì)處于起步向快速發(fā)展的躍升期，生物制造產(chǎn)業(yè)勢(shì)頭強(qiáng)勁，已成為現(xiàn)代生物經(jīng)濟(jì)和生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，然而該行業(yè)面臨的關(guān)鍵問題是如何鞏固已有市場(chǎng)，不斷擴(kuò)大市場(chǎng)并提高生物基化學(xué)品的經(jīng)濟(jì)性，為相關(guān)產(chǎn)品建立強(qiáng)大的供應(yīng)鏈。

從全球主要生物基產(chǎn)品市場(chǎng)來看，生物乙醇占主導(dǎo)地位，銷售額達(dá)580億美元/年，其次是一些較小、但仍然重要的產(chǎn)品，如正丁醇、糠醛、乙酸、乳酸和木糖醇等（表1）。市場(chǎng)最小的產(chǎn)品有3-羥基丙醛（HPA）、丙烯酸、異戊二烯、己二酸、5-羥甲基糠醛（5-HMF）和異丁烯。此外，生物基琥珀酸是市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的產(chǎn)品，主要源于其產(chǎn)業(yè)所涉及的廣度和深度。從價(jià)格來看，目前生物基2,5-呋喃二甲酸（FDCA）、乙酰丙酸、金合歡烯和聚羥基烷基酸酯（PHA）的價(jià)格最高，一旦相關(guān)轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，預(yù)計(jì)這些產(chǎn)品價(jià)格可能下降到1000美元/噸。

注：數(shù)據(jù)來源于TAYLOR R, NATTRASS L, ALBERTS G, et al.From the sugar platform to biofuels and biochemicals: final report for the European Commission Directorate-General Energy.London: E4tech/Re-CORD/Wageningen UR, 2015.表2、表3數(shù)據(jù)均同此來源。

2 全球生物基化學(xué)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

基于政策、融資、公眾認(rèn)知與消費(fèi)需求、研發(fā)活動(dòng)水平、商業(yè)活動(dòng)水平、原料供應(yīng)及成本、其他生產(chǎn)成本等評(píng)價(jià)角度，比較了歐盟、美國(guó)、巴西和中國(guó)的生物基化學(xué)品競(jìng)爭(zhēng)情況（表2）?？傮w來說，歐盟在研發(fā)水平方面擁有優(yōu)勢(shì)，美國(guó)在政策支持、融資、研發(fā)水平、原料供應(yīng)和成本方面具有優(yōu)勢(shì)，巴西在原料供應(yīng)及成本方面擁有優(yōu)勢(shì)，而中國(guó)在融資成本、商業(yè)活動(dòng)水平和其他生產(chǎn)成本方面擁有優(yōu)勢(shì)。如在政策方面，歐盟、美國(guó)、巴西和中國(guó)均重視生物基化學(xué)品的研發(fā)、生產(chǎn)和市場(chǎng)應(yīng)用，尤其是美國(guó)，其2012 年發(fā)布的“國(guó)家生物經(jīng)濟(jì)藍(lán)圖”將發(fā)展生物基化學(xué)品作為生物經(jīng)濟(jì)的主要內(nèi)容之一，美國(guó)農(nóng)業(yè)部推出了生物優(yōu)先計(jì)劃來鼓勵(lì)民眾購(gòu)買及使用生物基產(chǎn)品。我國(guó)政府自“九五”起就不斷加大對(duì)生物基化學(xué)品的研發(fā)投入，“十二五”將生物產(chǎn)業(yè)作為大力發(fā)展和重點(diǎn)扶持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，并出臺(tái)相關(guān)財(cái)稅政策扶持。歐盟發(fā)布“創(chuàng)新可持續(xù)發(fā)展：歐洲生物經(jīng)濟(jì)”戰(zhàn)略，提出增加研發(fā)投入和開發(fā)生物基產(chǎn)品市場(chǎng)等內(nèi)容。

3 典型生物基化學(xué)品產(chǎn)業(yè)化分析

生物質(zhì)原料替代石油基原料、生物法替代化學(xué)法是國(guó)際化學(xué)品制造業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。近年來，基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)等技術(shù)的進(jìn)步，共同構(gòu)建了化學(xué)品的生物合成通道。在各國(guó)政府政策和計(jì)劃的鼓勵(lì)、刺激下，英國(guó)石油公司（BP）、殼牌（Shell）、巴斯夫（BASF）、杜邦（Dupont）、陶氏化學(xué)（Dow Chemical）等大型跨國(guó)石油和化工集團(tuán)斥巨資投入生物化工產(chǎn)業(yè)，發(fā)展面向生物制造的工業(yè)生物技術(shù)。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）等傳統(tǒng)石油化工產(chǎn)品的生物制造路線，生物合成技術(shù)已經(jīng)或即將產(chǎn)業(yè)化。

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表3對(duì)10種典型生物基化學(xué)品的主要研發(fā)者、研發(fā)現(xiàn)狀、主要市場(chǎng)及應(yīng)用、替代石油基成本和溫室氣體排放情況進(jìn)行比較，從產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)角度來看，不同產(chǎn)品領(lǐng)域，形成不同競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，如生物基丙烯酸開發(fā)已形成兩個(gè)關(guān)鍵的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，即巴斯夫/嘉吉/諾維信（歐盟地區(qū)）和OPXBio/陶氏（美國(guó)區(qū)），而巴西Braskem公司是PE唯一的商業(yè)化生產(chǎn)者；從研發(fā)現(xiàn)狀來看，大部分仍處于中試到示范階段，部分實(shí)現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模，如生物基琥珀酸；從市場(chǎng)應(yīng)用方面來看，大部分用于替代石油基產(chǎn)品，部分產(chǎn)品用于替代現(xiàn)有產(chǎn)品，如FDCA替代TPA用于聚酯生產(chǎn)，產(chǎn)生新一代PEF聚合物；從相對(duì)于石油基產(chǎn)品的替代成本來看，部分替代品會(huì)低于石油基產(chǎn)品，如生物基丙烯酸和生物基BDO，而部分產(chǎn)品如生物基丁二酸成本競(jìng)爭(zhēng)力與石油基產(chǎn)品相當(dāng)，生物基琥珀酸幾乎與化石替代品相當(dāng)，價(jià)格有望更低；從溫室氣體減排方面，所有生物基化學(xué)品在不同程度上降低溫室氣體排放量，這也是生物基化學(xué)品越來越受到消費(fèi)者歡迎的原因之一。

注：BTU為英熱單位（British thermal unit），英、美等國(guó)采用的一種計(jì)算熱量的單位，它等于1磅純水溫度升高1°F（5/9℃）所需的熱量，1百萬英熱單位=1055兆焦。

10.3969/j.issn.1674-0319.2016.03.005