生物制造業的發展與創新措施

顧作峰

摘要:當前,世界各國都逐漸將發展生物制造產業放到重要的戰略地位。發展生物制造業可促進經濟和社會的可持續發展。生物制造業的發展是實現工業化、現代化的根本與關鍵。生物制造業的發展有利于推動我國城市化進程與發展,可以促進服務業的發展,有利于保護生態環境,對提高我國生物基高分子和化學品制造的國際競爭力具有重大意義,同時可以解決“與人爭糧、與糧爭地”的問題。發展生物制造業要在管理體制上進行創新。建議:由國家發改委主管;加快PHA(聚羥基脂肪酸酯)的產業化;政府要制定積極的產業政策;增強生物制造業自主創新能力技術創新與商業模式創新相結合;加快科技創新和人才開發;加強行業部門的協調配合。

關鍵詞:生物制造業;可持續發展;石化資源

中圖分類號:F4 文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)29-0030-03

當前,環境污染、石油枯竭、二氧化碳產生的溫室效應導致全球氣候變暖以及石油基產業的不可持續性,使各國政府競相投入開發生物制造產業。世界各國都逐漸將發展生物制造產業放到重要的戰略地位,因為發展先進的制造業可促進經濟和社會的可持續發展 。

一、生物制造業的內涵及國內外發展走勢

(以)生物制造業的內涵

1.生物制造產業的內涵。生物制造產業包括采用微生物細胞、生物酶以及基因工程、合成生物學和細胞融合為代表的現代生物技術,發酵和酶轉化為代表的近代生物技術成果形成的生物制造業。

2.生物制造產業的特點。生物制造產業的特點是常溫、常壓、一般為水相反應時間24小時到200小時不等;一般沒有有毒的化合物參與或形成;通常需要鼓入空氣維持微生物的有氧呼吸;產業使用的原料一般是可再生的資源,如淀粉、脂肪酸、各種糖類甚至是纖維素的水解物。相對于化學工業,生物制造產業除了有發酵廢水,一般對環境沒有污染。

3.生物制造產業的分類。按照所生產的產品不同,本產業分為生物能源、生物材料和化學品制造產業;按照發展的階段不同,可以分為研發或生產企業;按照所用的技術不同,又可以分為細胞轉化發酵企業或者酶轉化企業。

4.生物制造業的主要產品。生物制造的主要產品是生物能源、生物基材料和生物化學品。同時,生物制造還包括利用微生物或各種酶制劑對傳統化學制造過程的改造,可顯著降低醫藥、化工、食品、飼料、紡織、造紙等工業的能耗和污染。

(二)生物制造業國內外發展走勢

1.在國際上。美國2007年底通過了新能源法案,規定未來15年內生物燃料使用量在2020年達到360億加侖(1加侖=3.785升),即在未來15年內使用量要增加5倍。從2007年2月28日起,美國能源部DOE宣布投入3.85億美元資助6個生物煉制工廠項目,旨在解決生物質轉化技術的開發與商業化過程的關鍵性技術問題。此外,企業將承擔另一部分的投資,最終使用于這6個生物煉制項目的投資總額實際超過l2億美元,為期4年。 美國在2007年還提出了“生物質多年項目計劃”(Biomass Multi.Year Program Plan),目標是達到“10年內減少汽油消費20%”。任務是發展和轉化豐富的可再生生物質資源,獲取低成本、高性能的生物能源、生物基產品和生物電力,在美國國內形成新的生物工業[1]81。2009年,美國新總統奧巴馬一上臺,立即批準了一直被壓制的生物工程計劃,將生物產業與新能源產業作為美國振興的兩大產業。歐盟提出了Biocoup項目,通過第六框架計劃進行研究與技術開發,從2006年5月起持續5年。此外日本、德國、印度、愛爾蘭和澳大利亞等國都由政府提出了相應的利用生物質資源進行生物制造的國家級計劃。

2.在國內。2006年3月,全國人大通過的《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》明確指出,要發揮我國特有的生物資源和技術優勢,面向健康、農業、環保、能源和材料等領域的重大需求,重點發展生物醫藥、生物農業、生物能源、生物制造。這為我國生物產業發展提出了迫切的要求。同時,科技部在各種科技計劃如“973”、“863”和科技支撐計劃中都立項對生物制造作了大量的投入。

北京市市長郭金龍指出,要結合首都實際,貫徹“科技北京”行動計劃,以國家加快培育生物產業和加快中關村自主創新示范區建設為機遇,促進生物產業向支柱產業發展。要以技術創新戰略聯盟建設為手段,促進科技成果的轉移轉化和應用;要以骨干企業培育為重點,依托北京研發和市場優勢,推動北京生物產業上規模;要以專業孵化器和投融資渠道建設為核心,幫扶中小企業快速成長。要通過成立北京生物產業推進指導小組、設立專項引導資金、加快產業基地建設、吸引和培養高端人才等方式,進一步優化北京生物產業發展環境。

從我國目前的技術狀況看,發展生物能源與生物材料是發展新能源和循環經濟的最重要途徑之一。大力發展生物能源和生物材料,加速生物制造技術在高消耗、高污染工業中的廣泛應用,既有利于減少中國對石油、煤炭等不可再生能源的依賴,又有利于推進清潔生產,減少污染物的排放,是走新型工業化道路、實現可持續發展的重要保障。

我國生物制造的研發態勢正朝向多元化、產業化的方向發展。目前,聚羥基脂肪酸酯PHA和二元酸已經形成了產業,處于遍地開花的狀況;有些產品已經進入的工業化的階段,有些已經完成了中試,正在形成產業。在國家政策的強力推動下,我國生物制造業將進入發展關鍵期,部分重點領域或將迎來繁榮時代。

二、生物制造業是實現可持續發展的重要選擇

1. 生物制造業的發展是實現工業化、現代化的根本與關鍵。我國大約在21世紀40年代前后才能實現工業現代化。通過對煤炭、石油、電力、醫藥制造、通信設備、計算機制造、汽車、化學、機床工具、鋼鐵、水泥、船舶、食品、紡織和造紙工業等l5個具有重要戰略地位的行業進行考察,認為:船舶行業現代化水平綜合指數最高,目前也僅約為75;煤炭工業最低,不到30,與世界先進水平相差甚遠。

世界經合組織(OECD)指出:“工業生物技術是工業可持續發展最有希望的技術。工業生物技術不僅僅是未來取代石油等化石資源的主要物質生產方式,也是真正實現循環經濟、減排二氧化碳的最重要手段,并可促進農業和林業的大規模發展,將有效地綠化荒山荒地,改善生態環境。”我國生物制造業制定和實施有力措施,就能使工業制造業健康、持續、快速地發展,推動國民經濟進入高速增長期。

2.生物制造業的發展有利于推動我國城市化進程。現代工業化的過程也是城市化的過程,生物制造業的發展大大推動了現代工業化的進程,也促進了城市化的快速發展。改革開放后,我國城市化發展很快,但明顯低于世界先進水平,滯后于經濟發展。目前,我國城市化水平僅為45.68%。發展生物制造業需要大批高端技術人才,可以吸引大批海外學子歸國創業并為其提供良好的就業機會;一些生物服務產業也有利于農民工在城市就業,提高城市就業機會,從而有助于加快中國城市化的進程。

3. 發展生物制造業可以帶動服務業的發展。沒有制造業,服務業就是無本之木。許多服務業部門的發展必須依靠制造業的發展。生物制造業的發展,為服務業的發展拓寬了發展空間。因為生物制造業是服務業產出的重要需求部門,沒有生物制造業社會幾乎沒有對這些服務的需求。當前,世界上許多生物制造企業不僅僅關注產品的生產,而且注重產品的整個生命周期,提供售前售后服務、“自我服務和知識的‘集合體,服務在這個集合體中越來越居于主導地位,成為增加值的主要來源”。隨著生物制造業企業日益重視生產服務尤其是商務服務的投入,企業的創新活力增強,競爭力必將提高。制造業產出服務化能提高企業的經濟效益。研究表明,許多制造業行業來自下游服務活動的收入通常是產品銷售收入的10—30倍。因此,生物制造業企業實施產出服務化戰略,也必然有利于提高經濟效益,進而促進國際競爭優勢的提升。

4.有利于保護生態環境,實現可持續發展。化石資源具有能量高度集中和利用效率高的特點,是現代工業文明的物質基礎。化石資源的煉制作為現代工業體系的支柱技術,為社會經濟的發展提供了基源與基礎原料,大大促進了生產力的進步。進入21世紀,現代社會的發展面臨著化石資源枯竭與環境污染兩個嚴重的問題。一是化石資源是不可再生的,其儲量有限,可開采石油儲量僅可供人類使用大約50年,天然氣可供使用75年,煤可供使用200—300年。全球經濟發展的瓶頸因素之一是石油短缺和價格上漲。二是化石資源的工業化利用造成了嚴重的環境污染,引起了全球變暖、災害性氣候頻發等嚴重問題,由此所造成的全球經濟損失每年達數千億美元。有學者提出了所謂“后化石經濟時代”,由于化石資源的枯竭,人類社會最終也會進入“無化石經濟時代”。在后化石經濟時代,人類必須尋求化石資源的替代資源,這已經成為世界各國的共識。

5.解決“與人爭糧、與糧爭地”的問題。大力開發用農業廢棄物為原料發酵生產的燃料酒精、材料、大宗化工產品等生物制造產品。為此,開發廉價的纖維素酶以及溫和的纖維素水解技術重點。農業廢棄物應該以產量最多的秸稈為目標。比如,我國目前有5家生物燃料乙醇企業,年產量l37萬噸。由于大量消耗玉米淀粉,政府指示不得擴大生產規模。將來大量生產生物燃料、生物塑料和生物化工產品,同樣存在著“與人爭糧、與糧爭地”的爭論。由于生物制造與關系到國計民生的農業產品等的關聯度很大,必須將農業生產的廢棄物開發成原料來進行生物制造,比如秸稈的利用。我國每年約消耗2億噸原油,其中大部分用于生產能量,如果其中的10%用燃料乙醇代替,就是2 000萬噸的市場。我國每年消耗4 000萬噸塑料,若其中10%用生物塑料代替,就是400萬噸的市場。其他化工產品加起來也應該是百萬噸的需求量。這個巨大的市場需求,值得我們克服“與人爭糧、與糧爭地”的困難,從而開發農業廢棄物的綜合利用價值,提高生物制造的競爭力,尋找可再生資源已成為世界各國一致努力的目標。石油、玉米、甘蔗、大豆這些10年前毫不相關的事情已經與能源和材料等產業放到一起來討論了。各種戰略資源之間隱含著農產品貿易平衡、全球農產品期貨、糧食與能源安全等一系列復雜的利益問題。利用生物質資源進行生物制造為現代農業打開了一個新的發展窗口。然而,伴隨著2007年全球糧價的飆升,生物能源也備受爭議,“車與人爭糧”議題甚至上升到倫理層次。因此,用糧食資源進行生物制造看來很難大力發展。

利用來源豐富的纖維素解決生物制造的原料問題,既能避免“與人爭糧、與糧爭地”的困境,又能降低生物制造的原料成本,提高生物制造產品與石油化工產品的競爭力。開發把纖維素轉化成為廉價可發酵糖的技術,是未來生物制造產業發展的迫切需求。

6.生物材料也是一種大規模生產的產品,如能解決原料問題,很有可能發展成像化工塑料一樣的支柱產業。例如,研究PHA(聚羥基脂肪酸酯)的生產和應用,需要跨學科的知識。而我國有眾多的微生物學家、遺傳學家、植物學家、化學家、高分子科學家、化學工程師、生物技術、醫學科學家,還有政府機構和風險投資,這些因素有力地促進了PHA領域的發展,形成了一條包含農業、發酵、 塑料、包裝、生物燃料、精細化工、醫藥和營養的產業價值鏈。

我國生物產業雖然發展20年了,但是技術還不成熟。發展生物能源與生物材料是發展新能源和循環經濟的最重要途經之一。我國快速發展生物制造技術在高消耗、高污染工業中的廣泛應用,可以減少或降低對石油、煤炭等不可再生資源的依賴,實現可持續發展。

三、生物制造產業創新的措施及建議

1.在管理體制上要進行創新。有調研報告顯示,目前我國生物產業散布在各行各業,產業發展的主管部門包括發改委、科技、衛生、農業、藥監、工傷等多個部門,致使在管理上形成多頭管理的局面,導致效率十分低下,而且不利于企業形成規模,制約了生物產業的快速發展。建議生物產業統一由國家發改委主管。

2.加快PHA(聚羥基脂肪酸酯)的產業化。目前,世界石油的日益枯竭和石化樹脂對環境造成危害的日益凸現,引起各國的高度重視,一些國家的科技界和產業界都在尋找石油的替代品——可再生的生物質原料。生產可完全生物降解的塑料,既能節約石油又能保護環境。有專家認為,“在生物材料制造領域,我國與世界先進水平的差距不大,在一些方面,我們甚至是領先的。” PHA是我國生物材料產業中發展最為成熟的領域。PHA被世界各國共同認為是 “綠色塑料”、“環境友好塑料”,可以替代傳統不可降解塑料。PHA的發展可以帶動相關產業,如餐飲業、旅游業、信息業、建筑業、交通設施、家具用品、醫藥用品等領域的發展。

3.政府要制定積極的產業政策。政府要鼓勵對生物制造業的風險投資,從政策上優先支持從事生物技術自主創新及其成果轉化的中小型企業,為生物制造業的發展創造良好的外部環境。一是要鼓勵有條件的大型生物制造企業到國外發展業務,對中小企業國家也應創造條件使他們走出國門;二是發展具有上下游產業關聯特色的、具有國際競爭力的生物產業帶,積極引導生物造企業和服務業企業建立合作伙伴關系;三是建立生物技術人才培育基地,積極推動生物技術人才向生物產業流動,并給予政策支持和配合,鼓勵國外生物技術科技和開發人才在國內創辦生物企業。

4.增強生物制造業自主創新能力。企業是創新的主體,應提倡其自主創新,培育國際知名品牌,并做好知識產權保護工作。要發展新興戰略性產業,如生物能源、生物醫藥、生物農業;加快發展技術密集型產業,突出信息技術、生物制藥、生物農業、生物能源、生物環保為發展重點;集中力量突破關鍵核心技術和系統集成技術。

5.技術創新與商業模式創新相結合。創新不僅僅是技術創新,還應是技術創新與商業模式創新的有機結合。生物制造業的培育和發展受到市場前景、成長潛力、資源條件、產業結構等要素影響,必須要創新適應生物制造業發展的商業模式,為自主創新產品打開市場做好服務工作。生物制造業要適應而且要稍超前于經濟社會的總體發展。要建立若干個生物產業基地,推動生物產業集聚化發展,發揮集聚效應。同時,做好市場調查,提高生物產品前端生產性服務業的競爭力,逐步提高其所占服務業的比重。

6.加快自主創新和人才開發。科技是支撐,人才是根本。生物產業是知識密集型、智力密集型行業,因此要建立科技創新體系,實施重點科技工程。要尊重人才、重視人才、培養人才、引進人才,建立完善的用人機制。必須把創新型人才培養當成重中之重,系統設計和實施可持續發展的人才政策。

7.加強行業部門之間的協調配合。生物制造業是新興戰略性產業,政策性強、難度大,與市場發育關系緊密,涉及原料供應、生產、儲運和流通及相關配套措施,是一個復雜的系統工程,因此各級政府、中介組織、行業協會和現代服務企業之間要加強聯系,協調配合,使資源共享。

參考文獻:

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[5] 轉變經濟發展方式為何要發展服務業[N].人民日報,2010-04-12.