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從上世紀(jì)40年代氨基酸的大規(guī)模發(fā)酵和生產(chǎn)，到用生物制造生產(chǎn)青蒿素，以及近幾年合成生物技術(shù)的發(fā)展……如今生物制造已經(jīng)成為利用生物技術(shù)把產(chǎn)品轉(zhuǎn)為工業(yè)化的一種重要制造模式，也成為綠色發(fā)展的“突破口”。美國、歐盟、中國等全球主要經(jīng)濟體紛紛制定生物制造發(fā)展戰(zhàn)略及行動計劃，搶抓全球生物經(jīng)濟發(fā)展機遇。

那么，究竟為什么要發(fā)展生物制造?生物制造對于綠色發(fā)展又有什么重要作用?我國生物技術(shù)重點發(fā)展方向在哪里?在近期召開的中國(濟南)透明質(zhì)酸產(chǎn)業(yè)大會上，中國工程院院士、北京化工大學(xué)校長譚天偉帶來的主題分享“綠色生物制造改變未來”對此進行了解讀。

生物制造掀起“綠色”革命

生物制造，是利用生物體機能進行物質(zhì)加工與合成的綠色生產(chǎn)方式，有望在能源、化工和醫(yī)藥等領(lǐng)域改變世界工業(yè)制造格局。《“十四五”生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》明確將生物制造作為生物經(jīng)濟戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

從當(dāng)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被解決。“要解決這些問題，我們需要依靠新的經(jīng)濟模式，即生物經(jīng)濟。”對此，譚天偉指出，“生物經(jīng)濟的重要部分就是依靠制造業(yè)，全球正在興起一場源于生物技術(shù)和生物制造的工業(yè)革命。”

預(yù)計未來十年，石油化工、煤化工產(chǎn)品的35%可被生物制造產(chǎn)品替代，成為可再生產(chǎn)品，對能源、材料、化工等領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛影響。譚天偉表示，“生物制造有望在本世紀(jì)末占有全球制造業(yè)1/3以上的產(chǎn)能，是繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟、數(shù)字經(jīng)濟之后的第四次產(chǎn)業(yè)浪潮。”

生物制造本身具有原料可再生、過程清潔高效等特征，可從根本上改變化工、醫(yī)藥、能源、輕工等傳統(tǒng)制造業(yè)高度依賴化石原料和“高污染、高排放”不可持續(xù)的加工模式，進而減少工業(yè)經(jīng)濟對生態(tài)環(huán)境的影響，推動綠色增長和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

具體在低碳發(fā)展方面，生物制造可以利用天然可再生原料，實現(xiàn)化學(xué)過程無法合成、或者合成效率很低的石油化工產(chǎn)品的生物過程合成，促進二氧化碳的減排和轉(zhuǎn)化利用，構(gòu)建出工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的可再生原料路線。

尤其要實現(xiàn)2030年碳達峰、2060年碳中和的“雙碳”目標(biāo)，在譚天偉看來，我國面臨著不小的壓力，如主要的化工行業(yè)原油，天然氣，航空燃料，液體燃料等領(lǐng)域，都面臨著巨大的碳排放壓力，而生物制造將成為有效的解決手段之一。

對此，譚天偉進行了例舉，“每一噸航空燃料排出來的碳是3.2噸，而1/3用生物航空燃料替代就能減碳3000多萬噸。”從生物基材料的角度來看，“我國85%的塑料有可能被生物基代替，一噸石油基的塑料排放二氧化碳3.1億噸，生物基的排放只有0.6億噸。”據(jù)統(tǒng)計,我國每年消耗塑料約在7000-8000萬噸左右,假設(shè)有1/3石油基的塑料能被生物基的塑料替代，減少的碳排放也是相當(dāng)可觀的。

此外，生物制造將在糧食安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。譚天偉表示，糧食安全將依賴技術(shù)的創(chuàng)新，我國的大豆、玉米以及肉類還有很大的部分依賴于進口，同時也面臨著糧食安全問題。“未來我們將擺脫受制于人的情況，用細(xì)胞培養(yǎng)人造肉、人造蛋白和人造油脂等，生產(chǎn)出安全可口的食物。”

生物制造已成為大國競爭焦點

世界經(jīng)合組織(OECD)報告預(yù)測，2030年OECD國家將形成基于可再生資源的生物經(jīng)濟形態(tài)，生物制造的經(jīng)濟和環(huán)境效益將超過生物農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)藥，在生物經(jīng)濟中的貢獻率達到39%。近年來，世界主要經(jīng)濟體的生物制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，對經(jīng)濟增長的貢獻持續(xù)加大。

針對生物制造和生物經(jīng)濟發(fā)展，目前中國、美國等在內(nèi)的國家都制定了相關(guān)政策和計劃。據(jù)譚天偉介紹，生物制造的重要地位不次于“芯片”，美國前年開始起已經(jīng)把生物技術(shù)列為禁止出口的關(guān)鍵技術(shù)，并在減碳、增強農(nóng)業(yè)和糧食創(chuàng)新等方面制定了生物技術(shù)和生物制造的具體行動計劃。

我國國家和地方政府也不斷出臺生物制造、生物經(jīng)濟相關(guān)發(fā)展政策。可以說，大力發(fā)展生物制造產(chǎn)業(yè)，將助力我國加快構(gòu)建綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟體系，推動生物經(jīng)濟實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

譚天偉強調(diào)，“生物制造已經(jīng)成為中國與美國等國競爭的重要領(lǐng)域。”

對于當(dāng)前競爭態(tài)勢，譚天偉表示，“在上游的催化劑設(shè)計包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫軟件等方面，美國的優(yōu)勢比較明顯，他們的短板是主要的企業(yè)已經(jīng)外流，在供應(yīng)鏈完整性上存在很大的問題。”

而我國是世界第一制造大國，生物制造從源頭上降低碳排放，是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的“綠色動力”，但是同樣面臨發(fā)展難題。據(jù)譚天偉介紹，我國發(fā)酵行業(yè)擁有300億產(chǎn)值、3000萬噸的規(guī)模，但很多關(guān)鍵裝備和材料依然是短板，高端反應(yīng)器、培養(yǎng)基和分離純化介質(zhì)仍被國外公司所壟斷。

對此，譚天偉提出了未來我國生物技術(shù)重點的發(fā)展方向，“一是提高自主創(chuàng)新能力，包括細(xì)胞的設(shè)計、編程、方法等作為基本保障；二是提升產(chǎn)業(yè)的支撐能力，包括反應(yīng)器、分離介質(zhì)、高通量篩選等，另外關(guān)注重點創(chuàng)新產(chǎn)品。”

如在先進燃燒、可再生材料、生命健康，以及二氧化碳的產(chǎn)品上進行重點創(chuàng)新，實現(xiàn)航空燃料制造的關(guān)鍵技術(shù)突破；用生物制造提升和改造化學(xué)工業(yè)；用生物制造重新設(shè)計全球的食品供應(yīng)鏈；在碳減排方面，用生物制造把二氧化碳轉(zhuǎn)化掉，將光合作用變成微生物的細(xì)胞工廠來實現(xiàn)……

如今，我國現(xiàn)代生物制造產(chǎn)業(yè)迎來了加速拓展期，生物制造已經(jīng)滲透到食品、生物醫(yī)藥、能源等方面。到2030年，25%的有機化學(xué)品、20%的化石原料可能都從生物基里面獲取，生物制造在生產(chǎn)經(jīng)濟里面的貢獻率將超過現(xiàn)在生物能源和生物醫(yī)藥的占比。

針對中國生物制造的未來發(fā)展，譚天偉以三點作為總結(jié)：“提高我國自主創(chuàng)新能力，保障產(chǎn)業(yè)支撐能力，引領(lǐng)我國生物經(jīng)濟發(fā)展。”

本文由余杭科協(xié)重新排版編輯