非糧生物基材料：以技術打底方可一路前行

劉艷

隨著全球生物技術革命和產業變革加速推進，以生物催化為核心的生物化工技術生產的生物基材料和化學品，因生產條件溫和、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域新賽道，推動生物基材料可持續發展，工業和信息化部、國家發改委、財政部、生態環境部、農業農村部、市場監管總局近日聯合發布《加快非糧生物基材料創新發展三年行動方案》（以下簡稱《行動方案》）。

生物基材料是指，以可再生的生物質為原料，或經由生物制造生產的產品，包括但不限于含碳的化學原料和化學制品。

“由于環境友好、節約資源等特點，生物基材料正逐步成為引領當代世界科技創新和經濟發展的又一新主導產業。”北京工商大學化學與材料工程學院院長翁云宣介紹，目前全球生物基材料產能已達3500萬噸以上，主要的技術創新方向是發展以高效菌種構建為核心的生物質轉化、生物基材料單體制造關鍵技術，以及生物基材料聚合、性能改進與復合、綠色生物法加工技術等配套的產業技術。

目前，我國的生物基材料產業發展迅猛，關鍵技術不斷突破，產品種類迅速增加，產品經濟性增強，初步構建了以聚乳酸、聚酰胺率先產業化，多種生物基材料快速發展的格局。具體表現為，產業規模不斷擴大，應用領域逐漸增加，行業總產值快速增長；技術進步不斷加快，在功能菌株、蛋白元件、工藝技術等方面取得重要突破，產品不斷豐富，聚乳酸發酵調控、高效催化等技術達到國際先進水平；產業體系不斷完善，已經涌現出一批重點企業和科研院所積極推進生物基材料開發利用，聚乳酸生產規模已經超過5萬噸，在一些地區已初步形成產業聚集區。

新思界產業研究中心發布的《2022—2027年中國生物基材料行業細分市場需求及開拓機會研究報告》顯示，生物基材料能有效緩解能源危機、降低環境污染，發展勢頭迅猛。近年來，我國生物基材料產量不斷提升，2021年我國生物基材料產量達184.3萬噸，同比增長12.1％。

我國生物基材料處在產業化發展關鍵時期，但也面臨原料結構單一、產業化關鍵技術亟待突破、產業支撐體系待健全等問題。比如，目前我國規模化的產品種類較少，上下游融合發展不足，導致生物基材料下游應用推廣難度較大，化石基產品的市場替代仍有待提升。翁云宣強調，我國生物基材料產業仍存在諸多薄弱環節，全產業鏈能否協同發展，決定了生物基材料的成本、性能和應用的可行性，也最終決定了生物基材料低碳減排的綠色屬性和生態環境友好性。

據悉，目前我國秸稈年產生量8.65億噸，原料化利用僅約1%，未能充分實現農林廢棄物糖化后高值利用。工業和信息化部有關負責人強調，我國發展生物基材料，必須樹立并貫徹“大食物觀”，實施“藏糧于技”戰略，將傳統意義上的非糧生物質轉換為發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出，為端牢中國飯碗再貢獻一份力量。

中國石油與化學工業聯合會生物化工與生物質能源專委會副秘書長李文軍表示，發展非糧生物基材料，在滿足人民群眾物質和能源需求的同時，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，同時還能避免陷入“與人爭糧、與糧爭地”的困局，是石化工業實現綠色轉型的有效路徑。

我國非糧生物基材料創新發展仍存在諸多難點，上述工信部負責人表示，與基于傳統糧食原料規模化生產生物基材料相比，非糧生物基材料在原料預處理、糖化和發酵轉化效率、綜合成本控制等方面難度更大。該負責人強調：“國內基于非糧生物質的生產技術正處于攻關爬坡階段，工業菌種（群）與酶蛋白功能元件制備、非糧生物質標準化采收保存及預處理、非糧生物質高效糖化、非糧生物質糖替代傳統糧食發酵轉化等關鍵平臺技術正待突破，亟待貫通各關鍵平臺技術并與現有工藝技術進行無縫耦合銜接，實現非糧生物質規模化生產生物基材料的全產業鏈應用示范。”

在政策層面，我國非糧生物基材料發展日前也迎來利好。

《行動方案》提出，到2025年，非糧生物基材料產業基本形成自主創新能力強、產品體系不斷豐富、綠色循環低碳的創新發展生態，非糧生物質原料利用和應用技術基本成熟，部分非糧生物基產品競爭力與化石基產品相當，高質量、可持續的供給和消費體系初步建立。翁云宣說：“《行動計劃》立足量大面廣的非糧生物質，替代糧食發展生物基材料，做強生物化工產業，對實施‘雙碳’戰略、保障糧食安全、推動工農業融合創新、促進鄉村振興具有重要意義。”

《行動方案》提出了突破關鍵技術、推進技術放大和應用示范兩項任務，圍繞生物基材料的全產業鏈，開展非糧生物質菌種選育、糖化、發酵、分離、在線監測等一批關鍵技術攻關；面向包裝領域的可降解材料需求，推進乳酸、丁二酸、羥基脂肪酸等產品的產業化，面向生物醫用材料的要求，推進聚乳酸、聚酰胺、聚氨酯、生物基彈性體等的產業化。

《行動方案》提出大力促進產業、技術、市場融合。一是積極推進原料預處理技術、發酵技術、生物合成、化學合成工藝及應用技術等集成創新，提高非糧生物基原料轉化效率，提升生物基材料產品品質，增強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、醫療、包裝等上下游協作平臺，高效推進生物基材料的驗證與推廣應用。

海外生物基材料產業起步較早。在目前發展較為成熟的聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯等領域，海外廠商仍然占據主導地位。

與國際生物基材料產業發展水平相比，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勢，在長期的政策支持下，仍然存在“彎道超車”的機遇。

在政策方面，自2001年“十五”計劃以來，我國連續20年倡導發展生物制造業、生物基材料。“十五”期間，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展“生物降解材料”。“十一五”期間，我國逐漸明確生物基材料中的重點材料為乙烯、聚乳酸等大宗原料。“十二五”期間，提出生物基材料產業要突破“產業化瓶頸”，并明確提出生物基材料發展的應用場景——紡織、造紙、制革。“十三五”期間，生物基材料產業的發展重點在于“持續提升生物基產品的經濟性和市場競爭力”、實現“鏈條式、集聚化、規模化”發展。

在20年的發展中，我國也涌現了金丹科技、海正生材、家聯科技、凱賽生物等優秀的生物基材料廠商。