非糧生物基材料：以技術(shù)打底方可一路前行

劉艷

隨著全球生物技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革加速推進(jìn)，以生物催化為核心的生物化工技術(shù)生產(chǎn)的生物基材料和化學(xué)品，因生產(chǎn)條件溫和、過程能耗較低、能部分減少碳排放，越來越受到世界各國的高度重視。

為積極開辟生物制造新領(lǐng)域新賽道，推動(dòng)生物基材料可持續(xù)發(fā)展，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)改委、財(cái)政部、生態(tài)環(huán)境部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、市場監(jiān)管總局近日聯(lián)合發(fā)布《加快非糧生物基材料創(chuàng)新發(fā)展三年行動(dòng)方案》（以下簡稱《行動(dòng)方案》）。

生物基材料是指，以可再生的生物質(zhì)為原料，或經(jīng)由生物制造生產(chǎn)的產(chǎn)品，包括但不限于含碳的化學(xué)原料和化學(xué)制品。

“由于環(huán)境友好、節(jié)約資源等特點(diǎn)，生物基材料正逐步成為引領(lǐng)當(dāng)代世界科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一新主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)?！北本┕ど檀髮W(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院院長翁云宣介紹，目前全球生物基材料產(chǎn)能已達(dá)3500萬噸以上，主要的技術(shù)創(chuàng)新方向是發(fā)展以高效菌種構(gòu)建為核心的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、生物基材料單體制造關(guān)鍵技術(shù)，以及生物基材料聚合、性能改進(jìn)與復(fù)合、綠色生物法加工技術(shù)等配套的產(chǎn)業(yè)技術(shù)。

目前，我國的生物基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，產(chǎn)品種類迅速增加，產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng)，初步構(gòu)建了以聚乳酸、聚酰胺率先產(chǎn)業(yè)化，多種生物基材料快速發(fā)展的格局。具體表現(xiàn)為，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增加，行業(yè)總產(chǎn)值快速增長；技術(shù)進(jìn)步不斷加快，在功能菌株、蛋白元件、工藝技術(shù)等方面取得重要突破，產(chǎn)品不斷豐富，聚乳酸發(fā)酵調(diào)控、高效催化等技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平；產(chǎn)業(yè)體系不斷完善，已經(jīng)涌現(xiàn)出一批重點(diǎn)企業(yè)和科研院所積極推進(jìn)生物基材料開發(fā)利用，聚乳酸生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)超過5萬噸，在一些地區(qū)已初步形成產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)。

新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2022—2027年中國生物基材料行業(yè)細(xì)分市場需求及開拓機(jī)會(huì)研究報(bào)告》顯示，生物基材料能有效緩解能源危機(jī)、降低環(huán)境污染，發(fā)展勢頭迅猛。近年來，我國生物基材料產(chǎn)量不斷提升，2021年我國生物基材料產(chǎn)量達(dá)184.3萬噸，同比增長12.1％。

我國生物基材料處在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展關(guān)鍵時(shí)期，但也面臨原料結(jié)構(gòu)單一、產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)亟待突破、產(chǎn)業(yè)支撐體系待健全等問題。比如，目前我國規(guī)?；漠a(chǎn)品種類較少，上下游融合發(fā)展不足，導(dǎo)致生物基材料下游應(yīng)用推廣難度較大，化石基產(chǎn)品的市場替代仍有待提升。翁云宣強(qiáng)調(diào)，我國生物基材料產(chǎn)業(yè)仍存在諸多薄弱環(huán)節(jié)，全產(chǎn)業(yè)鏈能否協(xié)同發(fā)展，決定了生物基材料的成本、性能和應(yīng)用的可行性，也最終決定了生物基材料低碳減排的綠色屬性和生態(tài)環(huán)境友好性。

據(jù)悉，目前我國秸稈年產(chǎn)生量8.65億噸，原料化利用僅約1%，未能充分實(shí)現(xiàn)農(nóng)林廢棄物糖化后高值利用。工業(yè)和信息化部有關(guān)負(fù)責(zé)人強(qiáng)調(diào)，我國發(fā)展生物基材料，必須樹立并貫徹“大食物觀”，實(shí)施“藏糧于技”戰(zhàn)略，將傳統(tǒng)意義上的非糧生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為發(fā)展生物基材料的原料，防范化解“與民爭糧”“與畜爭飼”等矛盾，間接提高我國單位耕地糧食產(chǎn)出，為端牢中國飯碗再貢獻(xiàn)一份力量。

中國石油與化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)生物化工與生物質(zhì)能源專委會(huì)副秘書長李文軍表示，發(fā)展非糧生物基材料，在滿足人民群眾物質(zhì)和能源需求的同時(shí)，既能減少對石油、煤炭等化石能源的開采和消耗，降低二氧化碳排放，同時(shí)還能避免陷入“與人爭糧、與糧爭地”的困局，是石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的有效路徑。

我國非糧生物基材料創(chuàng)新發(fā)展仍存在諸多難點(diǎn)，上述工信部負(fù)責(zé)人表示，與基于傳統(tǒng)糧食原料規(guī)?；a(chǎn)生物基材料相比，非糧生物基材料在原料預(yù)處理、糖化和發(fā)酵轉(zhuǎn)化效率、綜合成本控制等方面難度更大。該負(fù)責(zé)人強(qiáng)調(diào)：“國內(nèi)基于非糧生物質(zhì)的生產(chǎn)技術(shù)正處于攻關(guān)爬坡階段，工業(yè)菌種（群）與酶蛋白功能元件制備、非糧生物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化采收保存及預(yù)處理、非糧生物質(zhì)高效糖化、非糧生物質(zhì)糖替代傳統(tǒng)糧食發(fā)酵轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵平臺(tái)技術(shù)正待突破，亟待貫通各關(guān)鍵平臺(tái)技術(shù)并與現(xiàn)有工藝技術(shù)進(jìn)行無縫耦合銜接，實(shí)現(xiàn)非糧生物質(zhì)規(guī)模化生產(chǎn)生物基材料的全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用示范?！?/p>

在政策層面，我國非糧生物基材料發(fā)展日前也迎來利好。

《行動(dòng)方案》提出，到2025年，非糧生物基材料產(chǎn)業(yè)基本形成自主創(chuàng)新能力強(qiáng)、產(chǎn)品體系不斷豐富、綠色循環(huán)低碳的創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)，非糧生物質(zhì)原料利用和應(yīng)用技術(shù)基本成熟，部分非糧生物基產(chǎn)品競爭力與化石基產(chǎn)品相當(dāng)，高質(zhì)量、可持續(xù)的供給和消費(fèi)體系初步建立。翁云宣說：“《行動(dòng)計(jì)劃》立足量大面廣的非糧生物質(zhì)，替代糧食發(fā)展生物基材料，做強(qiáng)生物化工產(chǎn)業(yè)，對實(shí)施‘雙碳’戰(zhàn)略、保障糧食安全、推動(dòng)工農(nóng)業(yè)融合創(chuàng)新、促進(jìn)鄉(xiāng)村振興具有重要意義。”

《行動(dòng)方案》提出了突破關(guān)鍵技術(shù)、推進(jìn)技術(shù)放大和應(yīng)用示范兩項(xiàng)任務(wù)，圍繞生物基材料的全產(chǎn)業(yè)鏈，開展非糧生物質(zhì)菌種選育、糖化、發(fā)酵、分離、在線監(jiān)測等一批關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；面向包裝領(lǐng)域的可降解材料需求，推進(jìn)乳酸、丁二酸、羥基脂肪酸等產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，面向生物醫(yī)用材料的要求，推進(jìn)聚乳酸、聚酰胺、聚氨酯、生物基彈性體等的產(chǎn)業(yè)化。

《行動(dòng)方案》提出大力促進(jìn)產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、市場融合。一是積極推進(jìn)原料預(yù)處理技術(shù)、發(fā)酵技術(shù)、生物合成、化學(xué)合成工藝及應(yīng)用技術(shù)等集成創(chuàng)新，提高非糧生物基原料轉(zhuǎn)化效率，提升生物基材料產(chǎn)品品質(zhì)，增強(qiáng)生物基材料的市場競爭力。二是積極搭建輕工與化工、生物基材料與食品、醫(yī)療、包裝等上下游協(xié)作平臺(tái)，高效推進(jìn)生物基材料的驗(yàn)證與推廣應(yīng)用。

海外生物基材料產(chǎn)業(yè)起步較早。在目前發(fā)展較為成熟的聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯等領(lǐng)域，海外廠商仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。

與國際生物基材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平相比，我國起步較晚。但考慮到我國生物基材料的原料成本與融資成本具有顯著優(yōu)勢，在長期的政策支持下，仍然存在“彎道超車”的機(jī)遇。

在政策方面，自2001年“十五”計(jì)劃以來，我國連續(xù)20年倡導(dǎo)發(fā)展生物制造業(yè)、生物基材料?！笆濉逼陂g，我國尚未形成“生物基材料”的概念，但在此期間提出了積極發(fā)展“生物降解材料”?！笆晃濉逼陂g，我國逐漸明確生物基材料中的重點(diǎn)材料為乙烯、聚乳酸等大宗原料?！笆濉逼陂g，提出生物基材料產(chǎn)業(yè)要突破“產(chǎn)業(yè)化瓶頸”，并明確提出生物基材料發(fā)展的應(yīng)用場景——紡織、造紙、制革。“十三五”期間，生物基材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)在于“持續(xù)提升生物基產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和市場競爭力”、實(shí)現(xiàn)“鏈條式、集聚化、規(guī)?；卑l(fā)展。

在20年的發(fā)展中，我國也涌現(xiàn)了金丹科技、海正生材、家聯(lián)科技、凱賽生物等優(yōu)秀的生物基材料廠商。