生物制造掀起綠色革命

加快建設基于綠色生物制造的現(xiàn)代化經(jīng)濟體系，構建生物制造產業(yè)雙循環(huán)新發(fā)展格局，有利于我國在國際生物經(jīng)濟競爭中贏得主動、把握先機。

生物制造是利用生物體機能進行物質加工與合成的綠色生產方式。日常生活中，生物制造產品并不少見，乙肝疫苗、胰島素、玻尿酸、膠原蛋白、燃料乙醇等，都是利用生物制造技術生產出來的產品。

《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》明確將生物制造列為戰(zhàn)略性新興產業(yè)。生物制造被認為具有引領“第四次工業(yè)革命”的潛力，是提升新質生產力的重要抓手之一，市場規(guī)模將達到萬億元級別，是世界各國競爭的熱點。加快建設基于綠色生物制造的現(xiàn)代化經(jīng)濟體系，構建生物制造產業(yè)雙循環(huán)新發(fā)展格局，有利于我國在國際生物經(jīng)濟競爭中贏得主動、把握先機。

生物制造賦能產業(yè)升級

從當前全球發(fā)展趨勢來看，龐大的人口增長壓力、環(huán)境壓力、能源和食物短缺等問題亟待解決，我們需要依靠新的經(jīng)濟模式去解決這些問題。近年來，生物經(jīng)濟這個新賽道進入多地政府工作報告，而生物經(jīng)濟的核心之一就是生物制造。

在此背景下，世界各國把生物技術確定為經(jīng)濟與社會發(fā)展的關鍵技術，競爭非常激烈。江南大學工業(yè)生物技術教育部重點實驗室，是我國工業(yè)生物技術領域最具品牌影響力和競爭力的實驗室之一。近年來，該實驗室解決了一系列生物制造“卡脖子”問題，引領我國工業(yè)生物技術領域的科學創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展。

在江南大學工業(yè)生物技術教育部重點實驗室，倪曄教授利用X-RAY晶體衍射儀解析酶蛋白質晶體結構。近年來，倪曄教授團隊針對生物催化過程中的瓶頸問題，開展蛋白質工程與生物催化研究，有針對性地改造酶的工業(yè)屬性，解決工業(yè)酶資源有限、重要酶工業(yè)應用屬性不足等問題。通過努力攻關，相關研究成果不斷涌現(xiàn)，其中有不少產品已實現(xiàn)了產業(yè)化。

“通過生物催化技術在傳統(tǒng)的化工、醫(yī)藥、食品等領域的應用，可以實現(xiàn)這些產業(yè)的升級，服務于國家的‘雙碳’戰(zhàn)略?！蹦邥险f。

工業(yè)生物技術既有助于實現(xiàn)化工、醫(yī)藥等產業(yè)的綠色升級，也為很多產品的加工提供了綠色、可持續(xù)的生產方式。這間1500平方米的實驗室，建有通風發(fā)酵、厭氧發(fā)酵、分離提取與包裝等不同中試平臺。饒志明教授團隊正在用中試發(fā)酵罐做微生物發(fā)酵實驗。他們先在實驗室里不斷摸索，優(yōu)化各項實驗參數(shù)，然后去適應更大規(guī)模、更粗放的生產條件。

“像國內的一些大宗發(fā)酵產品，如氨基酸、有機酸、維生素，工廠的發(fā)酵罐有百噸甚至上千噸的規(guī)模?！别堉久鹘榻B，“前幾年我們進口大豆和豆粕時，經(jīng)常被‘卡住脖子’。國外企業(yè)坐地起價，讓國內的一些養(yǎng)豬場壓力很大。針對這種情況，我們研發(fā)了一些在飼料里添加的氨基酸，可以大大減少豆粕等飼料的進口?！?/p>

近五年，江南大學工業(yè)生物技術教育部重點實驗室承擔了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金重點項目等國家和省部級項目267項；發(fā)表高水平學術論文665篇；授權發(fā)明專利664項，其中國際專利50項，在生物制造領域發(fā)明專利位列全球第一，形成了工業(yè)生物技術從基礎研究到產業(yè)化應用的科研創(chuàng)新體系，服務國家戰(zhàn)略需求和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

生物制造變廢為寶

一種在市場上頗受歡迎的魚飼料蛋白，營養(yǎng)價值很高，粗蛋白含量達到80%以上。讓人想不到的是，它竟然是用鋼鐵廠煉鋼時產生的工業(yè)尾氣生產出來的。

生產這種飼料蛋白的首鋼朗澤是首鋼集團的子公司，它是全世界第一個實現(xiàn)以鋼鐵工業(yè)尾氣制飼料蛋白和燃料乙醇的企業(yè)。10年前，這家企業(yè)為了處理首鋼的工業(yè)尾氣，將氣體發(fā)酵技術引進國內。不過，這種技術僅在實驗室中獲得驗證，距離工業(yè)化應用還有很長的路。首鋼朗澤經(jīng)過多年的技術攻關，最終打通了全系統(tǒng)工藝流程實現(xiàn)量產。

我國有大量的工業(yè)尾氣資源。據(jù)專家估算，鋼鐵冶金、石化煉油、水泥等行業(yè)年產工業(yè)尾氣超過萬億立方米，如果能利用其中的50%即可年產飼料蛋白500萬噸，減少二氧化碳排放1.2億噸，節(jié)約糧食1.6億噸，節(jié)省耕地4億畝。

南京也有一家能夠助力行業(yè)變廢為寶的科研機構，它就是位于江寧開發(fā)區(qū)的南京大學江寧環(huán)保技術創(chuàng)新研究院，肩負“驅動研發(fā)產業(yè)，服務轉型發(fā)展”的戰(zhàn)略使命，圍繞流域污染控制與生態(tài)凈化、VOCs污染控制與廢氣治理、重金屬污染控制與土壤修復等關鍵技術領域，搭建技術研發(fā)創(chuàng)新、成果轉移孵化、科技公共服務、國際合作交流四個功能平臺。

“為治理污染，過去企業(yè)往廢水里扔錢，而現(xiàn)在是從廢水里撈錢。”南京大學李愛民教授說，生物技術是目前廢水處理最常用的技術，但經(jīng)生物技術處理后的廢水中含有大量微生物代謝及降解產物，制約了廢水的回收利用，高效經(jīng)濟的深度處理技術是廢水回收利用的關鍵。而常規(guī)的處理方法投資大，處理成本高且操作復雜。

針對這一制約水資源回收利用的難題，2007年起，李愛民教授率領研究團隊致力于廢水的深度處理與回收利用技術研究，研發(fā)出系列磁性樹脂及其流化床處理工藝，克服了傳統(tǒng)樹脂法處理水量小、處理成本高等缺點，突破了樹脂法在低濃度復雜體系廢水處理應用的瓶頸。目前，該技術已建立多項示范工程，成功應用于印染廢水、城市污水的深度處理及飲用水的高效凈化，處理效果及運行成本大大優(yōu)于現(xiàn)有處理工藝。該技術已被列為國家水體污染控制與治理重大專項的標志性成果，有望為緩解我國水資源短缺、控制水污染、保障水安全提供重要技術支撐。

可見，生物制造是一種全新的生產技術，融合了生物學、化學、工程學等多種技術，具有清潔、高效、可再生等特點。我國是工農業(yè)大國，資源消耗多，相應的排放量也大，因此有條件也有必要通過生物制造等先進技術手段來化解這一難題，變廢為寶。它對于打造新質生產力，推動經(jīng)濟向綠色、可持續(xù)、高質量發(fā)展至關重要。

各地布局生物制造

事實證明，生物制造可從根本上改變傳統(tǒng)制造業(yè)的生產模式。利用生物+醫(yī)藥、生物+化工、生物+能源、生物+輕工等全新生產方式，誕生一大批全新產品，生物制造未來前景十分廣闊。據(jù)預測，全球生物制造產值接近30萬億美元。

生物技術是我國繼綠色制造、智能制造后，推進制造強國建設的又一重要抓手。為此，我國制定了多項政策措施。2022年，《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》的印發(fā)，標志著我國首部生物經(jīng)濟五年規(guī)劃正式出臺。規(guī)劃中提出，充分發(fā)揮我國生物經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢，推動生物技術賦能經(jīng)濟社會發(fā)展，加快構建現(xiàn)代生物產業(yè)體系，有序推進生物資源保護利用，著力做大做強生物經(jīng)濟，加強國家生物安全風險防控和治理體系建設，提高國家生物安全治理能力，切實筑牢國家生物安全屏障。

另外，國家發(fā)展改革委還支持了12個國家生物產業(yè)基地建設，牽頭通過了《產業(yè)結構調整指導目錄》《鼓勵外商投資產業(yè)目錄》等，促進生物技術產業(yè)化發(fā)展。在省、市級層面，2021年以來，生物制造產業(yè)相關政策數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。據(jù)不完全統(tǒng)計，各地政府紛紛“出招”，發(fā)布相關政策，聚焦自身優(yōu)勢，從集群培育、配套設施建設、技術創(chuàng)新、人才培養(yǎng)、資金扶持等多角度出發(fā)，全方位支持產業(yè)發(fā)展。

在國家和地方政府的支持下，我國生物經(jīng)濟發(fā)展取得巨大成就，細分子行業(yè)門類逐步增多，核心產業(yè)規(guī)模迅速增長，長三角地區(qū)形成產業(yè)集群，華北、華中地區(qū)骨干企業(yè)數(shù)量眾多。未來，隨著生物技術進一步取得突破進展，生物制造還有望向采礦、冶金、電子信息、環(huán)保等領域拓展，發(fā)展前景十分廣闊，成為經(jīng)濟增長的重要引擎。