中國生物制造產業發展現狀及對策建議

魯匯智，李勛來，鄧瑋，鄭萌

(1.復旦大學管理學院，上海 200433；2.青島科技大學經濟與管理學院，山東 青島 266061；3.中國海洋大學海德學院，山東 青島 266100；4.青島海灣科技產業研究院有限公司，山東 青島 266031)

0 引言

生物制造是在原有生物體機能的基礎上，利用工業技術對其進行加工和改造的綠色生產方式，是現今經濟社會發展的方向。通過使用大自然的主要原材料，利用自然資源制造還能夠促進合成材料和石油等化工企業的生物質降解與轉化；通過對產業廢物處置和利用，還能夠提高自然資源效率、促進農業產業轉型，進而達到“農業—工業環境—農業”的良性循環；此外，還可以降低對工業生產環境中的能源利用和物質消耗，從而減少工業物質排放量，進而有效減少對大氣、水體和土壤的污染[1]。2021 年12 月20 日，國家發展和改革委員會出臺了《“十四五”生物經濟發展規劃》(下稱《規劃》)，把生態制造業作為具有戰略地位、特別重要的生物發展領域，進一步落實創新發展理念。新時代，越來越多的人倡導優美環境和可持續發展，這種戰略性新興產業的發展方向也因此得到更明確的體現。

我國生物制造產業雖然起步較晚，但隨著技術、人才和資金的大量投入也實現了飛躍式發展。例如，部分大宗產品已經具備了低成本高產量的大規模生產方法，這為創新發展生物經濟積累了底層技術基礎；部分關鍵生物煉制技術也已逐漸成熟，并打破了發達國家的技術壟斷。目前，我國生物制造行業的核心領域仍然存在一些不足，主要表現在以下幾個方面：關鍵技術和前瞻技術的積累不夠充分；核心裝備的研發進展相對滯后；市場化程度尚未達到一定水平；競爭力有待提高等。本文將針對我國生物制造產業發展現狀以及制約生物制造發展的問題進行分析，并針對性提出對策建議，為加快我國生物制造產業發展提供借鑒。

1 我國生物制造產業發展現狀

我國的生物制造已經開始在工業生產領域得到廣泛應用，并不再局限于醫藥、食品等領域。這一產業已經成為未來產業發展中的一個重要推動力量。通過對生物制造產業鏈、應用情況、發展基礎以及不同地區的發展條件進行分析，可以全面了解該產業發展的現狀。

1.1 生物制造產業鏈分析

生物制造正向著多元化原料利用、高效化的生物轉化體系和高價值產品方向發展。這一趨勢正在構建著從可再生原料到制成終端產品的全產業鏈。

目前，在上游原材料方面，中國第一代生物制品主要以淀粉和脂肪為代表，已經達到了完善的商品化階段，并占有了主導地位。相對而言，第二代生物質制造所用的木質纖維素(如玉米秸稈)等原材料，則將逐漸走向生產中試和工業化的示范階段。不過，兩代原料都面臨著供應困難、產業集聚不足、商業化程度不足和儲運成本高等問題，導致有效供應不足。因此，以超臨界二氧化碳為原料的生物轉化技術則形成了第三代生命制造的關鍵路線，其使用也能夠有效減少傳統生物產品制造業的原材料成本[2]。

生物制造產業中游的工業生物核心技術是支撐生物制造發展的關鍵。在這一生物轉化體系中，工業生物酶和菌種研發技術仍是我國的技術短板。在關鍵裝備研發生產方面，核心部件對外依存度較高。這都直接影響中國生物制造工業與研究。

生物制造行業下游涵蓋了醫療、農業、能源、建筑、化學、環境等眾多行業，并促使重要行業的生產朝著環保低碳、安全低毒、可持續發展的方向實現了轉變。生物制造業已經成為全球大部分先進經濟體科技產業布局的關鍵方向之一。據預測，在未來的十幾年里約1/3 的石油化工和煤化工行業都將被生物加工技術所替代[3]，進而對世界經濟產生顛覆性重要影響。

1.2 生物制造產業應用情況

生物制造的產品，目前已經應用于了醫藥、農業、能源、材料、化工、環保等多個行業?；谏镏圃旒夹g的成熟度以及現行法規和財政鼓勵政策，可將生物制造細分市場分為生物發酵領域、精細化學品和天然產物的生物合成、生物基材料、生物能源、各類農產品等技術服務[4]。

所謂生物基材料，通常就是指通過利用可再生生物資源(如谷物、豆科、秸稈資源等) 為原料，所研制的高新型材料和化學品。這些制品主要包括了生物基石化原料、生物基樹脂、生物基玻璃纖維、生物基橡膠等。通過推廣應用生物基材料，人們可以有效解決化石能源比較短缺的狀況，從而滿足我國市場經濟下對環境保護、可持續發展的需求。我國已經建立了以可再生資源作為原料，主要生產生物基單體、生物基樹脂合成和改性以及生物基材料應用為主的完整生物基材料產業鏈。隨著國家限塑令的出臺和相關政策推動，國內龍頭企業加快聚乳酸(PLA)投產速度，目前實現PLA 產能世界第二。

生物能源也是在全球范圍內使用最為普遍的可再生能源，資料表明77%的可再生能源都取自于生物燃料。以燃料乙醇為例，我國學者開發了一種細胞表面展示發酵系統，可直接從微藻類材料中高密度生產乙醇[5]。未來燃料乙醇的市場發展潛力巨大。

在農業上，人們利用現代生物技術手段，創建特定生產功能的蛋白質生產，可以制造淀粉和蛋白質、以及香蘭素等高附加值食品。例如可以利用合成生物學的技術手段在合適的底盤細胞中異源表達天然產物的合成基因簇[6]；也可以在原始宿主中引入正向調控元件或刪除負向調控因子等實現相關基因的調控或過量表達[7-8]。這種創新科技，將改變中國傳統的農產品制造方式，并開創出全新生產模式，以促進農產品的工業化生產[9-10]。

在醫學領域，科學家們可以設計全新的微生物代謝途徑，使醫藥產品能夠通過廉價糖類等原料進行快速合成，從而降低醫藥產品的生產成本[11-12]。

1.3 生物制造產業發展基礎

我國生物制造起步晚，整體上與世界先進國家之間存在差距，政府的支持是現階段行業發展的重要驅動力，包括政策、資源、資本等方面的扶持。在國務院發展改革委員會制定的《規劃》推動下，多省份已制定扶持生態經濟社會建設的相應政策措施，力促生態發展成為地方經濟的主要增長極。政府采取的資金支持、創新激勵、專利保障以及生物制備的科技平臺申請等途徑幫助緩解基于資金短缺、科技創新的逐漸提升以及中小企業的研發水平不足引發的科學技術向生產力轉移問題，助力生物制備工業化。產業園區具備產業集群發展、高端人才集聚、基礎設施完善等優勢，是培育生物制造業發展的關鍵載體。現如今全國各地區正在積極建設產業園區及綜合改革示范區，促進生物制造集群發展，例如山西合成生物材料產業園。

1.4 各地區生物制造產業發展條件

《規劃》明確了加快推進生物信息技術運用到健康、農業、資源、環境等不同領域，推動生物技術和信息技術的深入結合，實現提升生態產品多樣化層次的要求。在政策指引下，我國多地已加快布局發展生物經濟。眾誠智庫發布2022 年中國生物經濟百強城市榜單，可將我國生物制造產業城市劃分為三個梯隊。

第一梯隊的前10 強是北京、上海、廣州、深圳、成都、杭州、南京、武漢、蘇州、天津。這10 個地區經濟基礎雄厚，都擁有著豐富的教育資源、科研資源、金融資源和人才資源，市場經濟體系成熟，這都極大地支持地區發展生物制造產業。重慶、無錫、合肥、青島、長沙、西安等為代表的20 個地區處于第二梯隊，這些城市隨著基礎環境和要素資源的不斷完善，對人才、資本、科技等創新要素的吸引力得到大幅提升，資源虹吸效應增強。第三梯隊的城市在人才、技術、資本等生物制造發展要素資源支撐方面相對較弱，但得益于國家加快新舊動能轉換、大力發展生物經濟等多重戰略機遇，這些地區立足自身在生物制造的產業基底，積極探索特色資源轉化為特色優勢產業，在產業的不同細分領域培育行業優勢和行業特色，實現在行業自身發展過程中提升生物制造產業整體競爭力。

2 我國生物制造產業發展存在的問題

“十四五”時期是我國發展生物制造工業的關鍵期，對創新和商業化研發技術都有著更高的需求。但是我國生物制造工業資金和技術方面也遭遇著政府保障不健全、原材料和資金的供應力量不夠、工業化步伐遲緩、技術發展受制于個人、高級人才也比較缺乏等一系列困難，使得我國的生物制造仍面臨一些難題。

2.1 政策與資本支持不足

生物制造業作為資金和技術密集型的新興產業，面臨較大的研發投入需求以及較高的研發失敗風險，只有得到充分政策資金扶持才能增強其自主研發創新能力。目前，我國生物制造適應性的體制機制和政策環境還不完善。有關主管部門雖然制定了關于促進生物制造行業發展的優惠政策，但在具體執行過程中力度并不到位，而資金的短缺困境也直接削弱了生物制造業的研究開發水平和成果轉化能力，完全獨立掌握專利的成果也較少。

生物制造產業屬于高風險、高投入，不確定性是創業階段生物制造公司的最大特點之一，使得創業者望而卻步，也不在投資方的考慮范圍內。由此可見，雖然資本市場有多樣化的投資渠道，但生物制造企業可選擇的方式卻相對有限，阻礙了產業的快速發展壯大。

2.2 生物制造原材料供給力度不足

盡管近年來中國的生物制造行業增長很快，但是原材料供給仍然是個重要的問題。以生物質能源為例，目前我國的生物質能原料的初始產能已經遠大于行業供應量，并且可以真正使用于整個產業鏈上的有效原材料仍然短缺，主要因素在于：一是資源獲取難；二是儲存成本高。目前中國國內最主要的生物質原材料多為林木和農作物類原料，體積較大、容易潮濕、易腐爛。運輸和倉儲成本大，增加了企業原料采購成本。原材料供應不足直接在源頭上制約了我國生物制造業的進一步發展，是行業目前亟待解決的問題之一。

2.3 關鍵核心技術儲備不足

中國的生物制造行業在科技發展領域雖然有了相當的積淀，但從全球先進技術角度看，依然處在科技競爭劣勢狀態，生物制造行業在原始技術創新領域的水平尚有待提高，特別是底層基礎共性研究、高端設備與試劑、生物數據資源等領域的積淀還不豐富[13]。

從產品研發來看，一些生物產業的關鍵技術依然受到國際壟斷限制，包括關鍵核心的菌種、酶等。例如，國內關鍵化學物質如丙二醇、聚酰胺等遭受了廣泛的專利限制，至今無法突破杜邦公司等海外大化工企業的壟斷局面。國內發酵產業規模高達3 000 億元，但核心菌種和高端酶制劑卻遭遇國際專利的束縛，中國生物制造產業和科技發展受到限制，國內工業菌種和酶制劑跟國際先進水平的差距不斷擴大。

從生物制造設備領域的生產制造技術水平來看，一些生物核心部件的先進技術較依賴國外，部分測試儀器和制造的實驗儀器設備都需要一些從海外引進，所以國內進口產品的占比較大。而關鍵元件則多數采用外國的產品，直接影響著我國的生物制備產業和科學技術的發展。

2.4 生物制造產業化進程緩慢

我國生物制造業科技和行業的發展，與審批、政府采購、專利保護、技術成果轉移等制度和政策密切相關，而上述制度和政策并沒有適應當前生物制造業發展與創業的實際需要。另外，目前我國對生物制造業的發展還不夠統籌規劃，監管體制也需要 不斷完善來應對高速發展的生物加工技術。

另外，中國國內的生物加工領域多數公司僅重視生物加工過程技術，對前端生產的性能改進、生產后續過程管理等方面關注程度不足。而關注此類科學問題的主要是高校和科研院所，但因評價體系等問題，他們的研發成果與市場要求脫節。因此如何將實驗室研發成果與市場需求有效對接，推動研究成果實現市場化應用、轉化為有效生產力，加快產業化進程是我國生物制造產業需要直面的現實問題。

總之，生物制造產業的發展受到兩方面因素的制約：一方面，由于缺乏足夠的資金、技術和企業研發能力有限等原因，生物制造產業化的過程相對薄弱，影響了科研成果向產品推廣轉化的步伐，從而阻礙了生物制造產業的發展。但是，要完成生物制造產業的產業化，就必須在科研、政府、融資、技術合作等幾個層面協調與配合，政府財政方面除直接資助項目以外，還從風險投資、專利、價格政策等方面著手，強化政府對生物生產后續用科技的政策扶持，以克服影響生物產業發展成長的產業發展難題。

2.5 生物制造產業面臨人才和創新雙重挑戰

中國生物制造領域的實力競爭最終在于是否擁有更多更好的人才。但目前該領域高端人才引進和培養嚴重不足，使原始創新能力相對不足，研究主要集中在仿制和跟蹤中。另外，人員架構不合理，缺乏精通公司運營與產品開發的從業人員，導致生物制造技術產業鏈的下游創新能力缺失。與此同時，熟悉國際審批管理、專利等方面的人員很少，這對我國生物制造產業走向全球發展的進程不利[14]。

第一，高校中針對生物制造的專門研究人才和生產經營類人才的培養不足；第二，人才地區分布不均，各地紛紛建設生物制造基地，帶來大量需求，但很多地方并不具備良好的人才基礎；第三，各地政府引進的高端人才存在服務能力弱、人才流失嚴重等問題；第四，生物技術研發人員的培養周期長，行業人才存在技術斷層現象。而且有大批人才到國外繼續攻讀學位，繼而留在國外企業發展，導致高端人才流失。同時，由于生物制造產業是技術導向型產業，企業管理者需要具備優秀的管理能力和專業的技術知識，而國內這類綜合性管理人才的缺失導致了企業管理與生產的脫節，影響生物制造產業發展步伐。

3 我國生物制造產業發展對策建議

根據世界經合組織(OECD)報告的預測，到2030年，發達國家將轉向可再生資源構建生物經濟，其中生物制造領域的經濟和環境效益將超越生物農業和生物醫藥領域，預計貢獻率將達到39%[15]。生物制造被認為是促進未來生物經濟發展的重要力量，為了加快我國生物制造產業化發展，提出如下建議。

3.1 加強政策和資本支持

面對新形勢新需求，加快落實《規劃》的部署，加速生物制造產業在我國的發展，需要從國家戰略層面統籌規劃，加大資金和政策支持，推進風投和產業基金等投融資主體創新，促進其積極參與生物制造領域的互動，建立健全的合作機制和平臺，引導社會資本持續為產業創新提供支持。另外，還需要鼓勵企業加大技術創新資金投入，予以相應的回報與補償，并鼓勵企業與高等學校和科研機構聯合，協同創建良性的資本與科技互動格局。

生物制造產業在發展過程中需要政府政策的保護和傾斜，政府相關部門要進一步出臺產業扶持政策，對創新技術和創新產業提供政策便利和財政支持，鼓勵產業創新。同時要主動搭建產學研合作機制，引導科研院所與地方企業建立廣泛聯系與合作，以技術轉移、合作開發等形式實現產學研服用創新體系，保證技術源頭的市場可行性，從而實現生物制造產業從源頭到市場的有效結合，促進先進技術從單一研究領域向產業界進行技術轉移和擴散，加速商業前景廣闊的技術和產品的商品化與產業化進程。

生物制造產業在技術、設備研發以及產品生產過程中需要大量資金持續投入，除了政府部門建立完善的財政投入和獎勵補貼機制，還可以由財政部門牽頭，聯合各方社會資本組建產業基金，為生物制造產業提供靈活多樣的資金支持。

3.2 推進原材料體系多元化

未來生物制造需要加快推進原料利用多元化發展，構建多元化生物制造原料體系。首先促進以淀粉和脂肪為代表的第一代生物加工進一步市場化應用和以木質纖維素為原料的第二代生物制造的進一步工業化應用，使成熟原料的生物關鍵技術應用得以更有效市場推廣。聚焦于工業與生態科技前沿競爭技術，旨在建立以二氧化碳、一氧化碳、乙醇等新型生態制造原料為基礎的生物科學技術系統，深入研究生態固碳轉換為生物能源轉化的基本規律，以實現二氧化碳大規模生態工業循環，并幫助實現我國的“雙碳”目標。

3.3 推進創新，構建新型生物制造工藝系統

高效生物催化劑(關鍵生物酶和菌種)是生物制造產業的核心技術優勢，我國要加大對關鍵生物酶和菌種以及相關配套生產裝備的技術研發投入，盡快突破國外技術壟斷。以生物基為切入點開辟生物制造新賽道，在工業菌種與酶蛋白功能元件制備、生物基材料方面加大研發創新力度，培育生物基全產業鏈技術應用體系，盡快實現生物制造產業的“芯片”即核心酶和菌種的自主創新。致力于在融合人工智能的工業基因技術與生產工業菌種的過程生物學技術方面實現重大突破，在面向工業酶篩選的高效定向轉化、過程大數據分析技術引導下的生物合成快速體系化等新技術領域開展前瞻性的研究與發展，并推動了該行業的轉型和發展。

通過與高等學校、科研機構和產業的深層次合作與創新，集合并匯聚先進技術能力、資金和人員等重要要素，針對中國生物制造業的“卡脖子”問題建立“政—產—學—研”協同創新研究中心，以打造國家“戰略力量”為目標建設生物制造國家重點實驗室，提高產業酶和菌種的創新和改造能力，加速實施國家生物基產業建設工程，積極培育綠色生態經濟體系，促進生態制造產業模式創新，助力產業結構的綠色轉型；進一步發展新興智能生態制造技術與工藝系統，逐步推動中國生態制造行業的高效與規模化發展。

3.4 推進生物制造產業化

為加速先進生物制造技術創新和促進其產業化，建議采取以下措施：

首先，立足于促進生物制造科學技術研究成果的轉化為目標，以生命制備工藝、生命催化工藝和物種定向選擇工藝等基礎技術為核心，推動產學研用結合研究，著力突破共性技術與前沿技術，推動基礎研發和應用交叉結合，以促進生命加工產業鏈的全面發展為宗旨；

其次，企業要在“工業菌種”“酶制劑”等國產基礎力薄弱的核心技術基礎方面，借助優勢企業開展若干重點創新項目和產業化應用工程，以爭取企業實現對關鍵技術的自主控制；

最后，依托已有的科技服務優勢，進一步構建和健全服務系統，以進一步提升企業技術創新與成果轉移水平為宗旨。

針對我國的需要，在先進的生物制造相關領域，第一，把重點集中到我國生物安全保障條件的方面，致力于開發生物制造裝置、測試儀器等領域；第二，在我國防治重大疾病的系統構建需要的背景下，大力加強對生物疫苗、先進檢測儀器及其相應裝備的研究與產業化能力，從而逐步推動生物醫藥工業的高效成長；第三，著眼于我國產業轉型升級以及生態環保方面的需要，在關鍵產品菌種與酶制劑的“卡脖子”關鍵上進行攻關，形成較為完備的基礎科技和設備系統，從而促進工業的高效成長[15]。

3.5 加強高端人才建設

加強人才建設，培育創新源泉。首先，加強技術經營綜合型人才的培養和管理經營理念的引導。通過建立高質量的導師隊伍和多樣化的科研團隊，加強對生物制造領域的新型人才培育和培訓，同時引導和推廣管理經營理念，以更好地促進人才和科技資源的優化整合。其次，注重提升中國生物制造原始創新能力。為此，需要積極吸引國內外高水平人才和留學生回國參與科研和創業，特別是為國家戰略需求服務的人才。通過提供良好的學習和工作環境、優厚的薪酬待遇和豐富的科研資源等方式，提升我國生物制造的研發創新環境和人才集聚能力。再次，形成了科學合理的評價體系和人才培養激勵機制。著力培育具備更多創新活動能力的青年創新型人才隊伍和跨學科人才培養。此外，完善人力資源使用與考核激勵機制。形成有利于人力資源成長的技術和行業氛圍，改善人才資源分配不均的問題。最后，結合地區生物產業基礎打造生物產業孵化基地。以稅收優惠、研發補貼等形式培養專業企業綜合人才，加快打造地區生物產業發展優勢。