1、生物制造國內外狀況2010年6月陳 堅提綱產業現狀與問題產業面臨的形勢發展思路與發展目標主要任務政策措施建議一、產業現狀與問題生物能源精細化學品生物基材料微生物工業制劑大宗化學品超過GDP約40%的工業是生物制造發展的空間生物制造是戰略性新興產業生物高分子材料生物基單體聚合物生物質加工材料食品與配料大宗發酵產品化工醇、酸、溶劑、涂料、表面活性劑抗生素、維生素、有機酸、氨基酸、酶制劑 等甾體激素、手性胺、手性醇、醫農化產品 發酵食品、功能食品、添加劑、功能菌劑 等生物冶金、生物造紙、生物制革、生物紡織等菌劑大宗化學品： 石油煉制-生物煉制石油生物質天然氣減壓精餾氧化氧化丙烯酸 建筑、紡織、包裝

2、目前國內需求55萬噸， 產值88億生物質生物制造生物制造的生產模式實現One-Pot反應，縮短石油化學品生產的工藝流程，減少原油資源消耗，降低投資成本，減少污染與CO2排放。分離裂化分離分離分離 選擇性 高效性 含氧原料 手性特征3-羥基丙酸石油資料來自EuropaBio主席Sijbesma F報告生物制造已顯示出巨大潛力 原料降低65 能耗降低65 成本降低50傳統方法10步化學合成生物法1步發酵+酶法頭孢菌素 原料降低37% 能耗降低30% CO2減排63% 1,3-丙二醇傳統方法化學法生物法工程菌發酵 OECD對6個發達國家進行分析的結果表明：生物制造技術的應用可以降低工業能耗15-80

3、%，原料消耗35-75%，空氣污染50-90%，水污染33-80%，生產成本降低9-90%精細化學品大宗化學品世界基金委員會預測，到2030年，工業生物技術每年將可降低10億到25億噸的二氧化碳排放生物能源精細化學品生物基材料微生物工藝石油化學品 我國從事生物制造的企業有5000多家，涉及到發酵工業、石油化工、醫藥化工、精細化工、采礦工業、紡織工業、食品工業、造紙制革等工業，總產值約6000億。特點：產業領域與規模不斷擴大，已經形成國民經濟新增長點產業水平不斷提高，正在從傳統發酵工業向現代生物制造產業轉變現代創新能力正在形成，基因技術成為新的技術制高點國際資本、技術與市場的滲透與融合，國際企業

4、本土化我國生物制造產業現狀微生物制造生物制造技術水平不斷提高，正在從傳統發酵工業向現代生物制造產業轉變基因工程菌的育成與采用數字化、智能化、自動化過程控制新產品不斷出現，新技術快速實現產業化紅霉素、頭孢菌素生產水平大幅提高紅霉素發酵單位達到8,000 U/mL頭孢菌素發酵單位達到40,000 U/mL形成了抗生素優化技術體系 篩選、改造獲得了-氧化酶/-氧化酶活性比高的微生物，能將C9C18的正構烷烴發酵得到相應碳數的長鏈二元酸，替代化學合成路線 山東萊陽瀚林生物項目一期工程已投資7億元，計劃總投資30億元，將建成世界上產量最大的長鏈二元酸生產和研發基地，年產能將達到6萬噸，預計產值近40億元

5、，利稅約10億元長鏈二元酸生物制造實現產業化開辟了長鏈二元酸的新來源，為尼龍工程塑料、熱熔膠、涂料和香料等十幾大類高檔產品的化學合成提供了豐富的原材料 建立生物轉化2,2-二甲基環丙甲腈生產(S)-(+)-2,2-二甲基環丙甲酰胺的生物催化技術路線，有機溶劑使用氯化亞砜、氯仿、二氯甲烷、乙醚、甲醇等,廢物5噸/噸產品基本消除，廢水2000噸/噸產品下降到300噸以下/噸產品，減少了85%。西司他丁鈉關鍵手性中間體(S)-(+)-2,2-二甲基環丙甲酰胺生物催化新技術實現產業化由8步化學合成變為雙酶一步法生物基材料：生物可降解塑料PHB、聚乳酸等實現產業化，并達到世界規模最大，產品出口量大我國生

6、物制造產業現狀問題-創新能力不足基因技術能力智能化控制與放大技術生物煉制技術生物催化技術技術集成能力粗原料利用能力大多重視生物加工過程開發，對生產原料品質改良、產品后續應用技術重視不夠在生物材料領域，偏重原料的生產，對材料改性及應用技術重視不足，如PHA、PLA等大部分出口供深加工，制約了整個行業的發展。在酶制劑領域，同樣偏重單酶品種的生產，缺乏對復合酶和酶制劑工藝的完整技術解決方案的開發。 問題-產業鏈不完整2004年“新一代工業生物技術”已經列入國家中長期科技規劃發展綱要“工業生物技術”公眾關注的頻率相對生物農業（溫飽）、生物醫藥（健康）而言，缺乏鮮明主題（可持續？清潔？綠色？）生物制造涉

7、及領域廣泛，缺乏統一的統計數據，社會和政府部門的認知度低。雖然目前生物制造的產值在所有生物技術產業中占到80左右，卻遠不如生物農業和生物醫藥那樣得到重視。 問題-社會認知度不夠加快調整經濟結構、轉變增長方式，節約發展、清潔發展、安全發展，是我國現階段的歷史使命。建立綠色、低碳與可持續的產業經濟體系的核心科技具有重大戰略意義。我國現代工業化經濟進程與能源、資源、環境形勢的現實形成了劇烈沖突。到2020年要實現單位GDP CO2減排40-45%的目標，面臨巨大壓力和特殊困難資源、環境形勢需要新的經濟發展模式化石資源可再生碳資源 生物燃料(醇、油、氣) 生物聚合物材料 平臺化合物 醫藥化學品 手性化

8、學品 燃料(汽煤柴)橡膠、塑料合成纖維三烯三苯 化學藥物 農藥 精細化學品能源與基礎化工產品生物制造是變革經濟增長方式的重大需求能源資源短缺我國原油進口比例已達51.3%氣候變化我國CO2排放量已成為全球最大環境污染我國石化工業每年排放廢水達60億噸生物制造 大宗化學品 精細化學品 在我國工業化進程過度依賴化石資源的模式轉變中發揮重大作用生物制造相關路線圖 美國：生物質發展路線圖美國：GTL路線圖歐洲：21世紀可持續化學工業路線圖加拿大：基于生物的基礎原料、燃料及工業產品科技創新路線圖 美國： - 2020年，實現化學工業的原料、水資源及能量的消耗降低30%，污染物排放和污染擴散減少30%。

9、- 2030年替代25%有機化學品和20%石油燃料 歐盟： 歐洲工業生物技術2025遠景規劃，期望取得基于生物技術型社會轉變的實質性進展 - 生物能源替代化石能源20%， - 化學品替代10-20% ， 其中化工原料替代6-12%，精細化學品替代30-60%工業生物技術已成為各國的戰略培育方向系統生物學、定量生物學飛速發展，生物體的設計改造技術日漸成熟，生物制造的工業模式正在形成。 最小基因組細胞工廠、微生物基因組的合成、多基因組工程培育新物種、合成生物學與人工生命合成等重大科技創新，使利用微生物高效合成原來不存在、或者原來制造效率很低的工業產品成為可能，工業生物技術正在催生著重大的科技革命。

10、multiplex genome engineering, Nature, 2009, 460: 894-898Genome engineering,Science 2009, 1173759v1Long-chain alcohol biosynthesisPNAS, 2008, 105:20653大型跨國公司斥巨資用于生物制造技術的研發杜邦公司剝離石油資產，未來3年將向應用生物技術部門投資5億美元，并將2010年銷售額的25%定位于生物質產品歐洲BASF、DSM、Lonza、Degussa和Roche等大型跨國公司已紛紛轉向工業生物技術領域，并已有產品投放市場Dowpharma，Cambre

11、x和Archimica等精細化工公司，通過收購其他相關公司來大幅度增強其生物制造技術研發能力IBM、Microsoft等IT巨頭也紛紛涉足生物技術的研究與開發知名生物制造企業搶灘中國市場Amano Enzyme, Codexis，BioCatalytics, Novozymes，Bioverdent紛紛在我國設立以生物制造為核心技術的分支研發機構或工廠，必將對我國新興生物制造產業形成新一輪的沖擊。酶制劑市場1/2為外國企業壟斷。諾維信、杰能科、天野公司在國內設廠國際競爭將更加激烈食品飼料化工應對危機拉動內需增強消費生物制造食品安全（防腐劑、香精等添加劑）可降解塑料與限塑令輕紡制品（棉麻、皮革）

12、金融危機啟示國內消費品市場與產業結構調整酶制劑：80%國內市場被國外公司壟斷酶種單一，生產水平低幾倍甚至幾十倍高產酶的野生菌高表達酶的工程菌產品的市場現狀我國企業技術現狀對技術迫切需求大宗發酵產品(有機酸、氨基酸、抗生素)：產量國際領先生產菌株水平低20-50%，以高資源消耗、高能耗和低人工成本競爭新的分子育種技術改造工業菌株新興生物產業(生物燃料、生物基化學品、生物材料)：成為投資熱點有一定的產業基礎但不具備新產品的生產技術利用生物質原料，低成本生產這些產品的菌株精細化學品和醫藥化學品與中間體：市場需求大基本為化學法合成物耗、能耗高，污染重生物催化轉化替代實現節能減排高污染行業(紡織、造紙、

13、制革、竺麻、采礦)行業覆蓋面廣消耗大、污染重開發適用的酶與生物制劑及生物處理技術我國產業發展需求迫切三、總體思路與目標加強高技術創新擴大新興產業規模加快產業進步完善產業鏈。清潔高效綠色生化工藝高能耗高污染的傳統化學工藝能源與化學工業原料石油資源可再生碳資源與生物質生物制造產業的糧食原料非糧原料與廢棄物現代生物制造強國核心技術自主創新先進生物技術模仿初步實現以下轉變：傳統發酵產業大國發展思路 顯著增強自主創新能力。形成一批水平高、機制新的工程中心和工程實驗室。實現重點突破，形成龍頭企業。形成一批具有自主知識產權、年銷售額超過10億元的生物技術產品，形成10個左右銷售收入超50億元的大型生物制造企

14、業。育成生物化工，生物材料等新產業鏈，建設綠色、低碳與可持續的產業經濟體系；促進替代石油資源15%，促進精細化工產品的生物法替代化學法達到20%，促進環境改善與化學工業可持續發展；提高產業水平，增強國際競爭能力。促進發酵工業技術水平提高20-30%，輕紡工業實現污染物源頭控制，資源消耗與廢水排放減少30%以上。發展目標形成大產業規模，增強社會與經濟影響力到2015年，生物制造產業總產值達到1萬億元，增加值達到4000億元以上，生物產業出口額顯著增加。經過10年的努力，力爭使我國生物制造產業主要經濟指標進入世界前列；顯著增加國際市場占有的比重。到2025年，全國生物產業增加值突破2.5萬億元，占

15、GDP比重達到4%以上，成為高技術領域的支柱產業和國民經濟的主導產業。二氧化碳減排10億噸，貢獻率10%政策法規和組織體系進一步完善形成有利于生物制造產業發展的政策法規體系、技術創新體系、技術標準體系、生物安全保障體系、產業組織體系和行業服務體系。發展目標四、主要任務加強創新能力建設發展生物基材料產業培育生物質化工產業做強大宗發酵產業深化生物精細化工產業強化生物輕工食品產業推動生物采礦產業1 創新能力建設手性生物合成國家工程中心輕紡生物加工國家工程實驗室生物煉制國家工程實驗室整合有限的研究資源和分散的優勢研發能力，組建跨領域、高水平、設施先進的國家工程研究中心和工程實驗室。計算模擬： 高效能低

16、成本多尺度離散模擬超級計算應用系統組學分析：形成基因組、蛋白質組、代謝組分析能力合成生物學：多種微生物的高效遺傳操作工具關鍵技術2 發展生物基材料產業開發聚氨基酸、聚蘋果酸、聚賴氨酸、聚酯、多糖膠，PLA、PHA、PBS、PTT等新材料產品，發展材料改性與加工技術。發展生物脫膠、生物整理等生物質材料加工技術生物高分子聚合物生物基單體原料聚合物生物質加工材料生物塑料，生物橡膠，生物尼龍，生化纖維，功能材料 生物基乙烯 丙烷 異丙醇 化工醇 二元酸 溶劑 涂料 表面活性劑可再生碳資源生物質資源城市廢棄物CO廢氣工業CO23 培育生物質化工產業減少對石油資源的依賴，減少CO2排放與環境污染 石油化工

17、替代產品 大宗化工原料4 做強大宗發酵產業大幅提升我國微生物發酵行業的技術水平，減少物耗能耗，減少污染物排放，顯著提高產業競爭能力與可持續發展能力 大宗發酵產品的微生物分子育種技術 生產過程優化與放大技術 清潔生產技術 產品高效提取技術 廢棄物綜合利用技術 新型生物反應器的設計與制造技術 氨基酸(谷氨酸、賴氨酸) 有機酸(檸檬酸) 抗生素(青霉素) 維生素(Vc) 酶制劑( 淀粉酶、糖化酶)有機原料 醫藥原輔料 中間體 添加劑 營養劑 農藥中間體 其它農化產品5 深化生物精細化工產業 新的全細胞和酶系統篩選與改造技術 輔酶再生技術 生物催化反應過程優化技術 高效穩定的工業生物催化與轉化體系 甾體激素、頭孢氨芐、普伐他汀的酶法合成技術 手性醇、手性胺等醫藥中間體與手性氨基酸等化學品的生物催化技術 甘油二酯及糖基化學品等精細化工產品的生物合成技術取得對化學合成工藝的成本與質量優勢，實現高效、低成本、綠色的生物制造6 強化生物輕工食品產業重點發展生物法制造的食品及配料，發酵食品、功能食品、生物轉化食品、功能菌劑等等建立生物紡織、生物制革、生物造紙等技術工藝，減少水資源消耗及廢棄物減排利用微生物細胞或酶制劑的生物催化功能7 推動生物采礦產業針對低品位