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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(guó)、歐盟、中國(guó)等全球主要經(jīng)濟(jì)體紛紛制定生物制造發(fā)展戰(zhàn)略及行動(dòng)計(jì)劃，搶抓全球生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇。

那么，究竟為什么要發(fā)展生物制造?生物制造對(duì)于綠色發(fā)展又有什么重要作用?我國(guó)生物技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向在哪里?在近期召開(kāi)的中國(guó)(濟(jì)南)透明質(zhì)酸產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，中國(guó)工程院院士、北京化工大學(xué)校長(zhǎng)譚天偉帶來(lái)的主題分享“綠色生物制造改變未來(lái)”對(duì)此進(jìn)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(jī)能進(jìn)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(jì)發(fā)展規(guī)劃》明確將生物制造作為生物經(jīng)濟(jì)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(shì)來(lái)看，龐大的人口增長(zhǎng)壓力、環(huán)境壓力、能源和食物短缺等問(wèn)題亟待被解決。“要解決這些問(wèn)題，我們需要依靠新的經(jīng)濟(jì)模式，即生物經(jīng)濟(jì)。”對(duì)此，譚天偉指出，“生物經(jīng)濟(jì)的重要部分就是依靠制造業(yè)，全球正在興起一場(chǎng)源于生物技術(shù)和生物制造的工業(yè)革命。”

預(yù)計(jì)未來(lái)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(duì)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(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(guò)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(jìn)而減少工業(yè)經(jīng)濟(jì)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，推動(dòng)綠色增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(shí)現(xiàn)化學(xué)過(guò)程無(wú)法合成、或者合成效率很低的石油化工產(chǎn)品的生物過(guò)程合成，促進(jìn)二氧化碳的減排和轉(zhuǎn)化利用，構(gòu)建出工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可再生原料路線。

尤其要實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的“雙碳”目標(biāo)，在譚天偉看來(lái)，我國(guó)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(duì)此，譚天偉進(jìn)行了例舉，“每一噸航空燃料排出來(lái)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(wàn)噸。”從生物基材料的角度來(lái)看，“我國(guó)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(jì),我國(guó)每年消耗塑料約在7000-8000萬(wàn)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(guó)的大豆、玉米以及肉類還有很大的部分依賴于進(jìn)口，同時(shí)也面臨著糧食安全問(wèn)題。“未來(lái)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(guó)競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)

世界經(jīng)合組織(OECD)報(bào)告預(yù)測(cè)，2030年OECD國(guó)家將形成基于可再生資源的生物經(jīng)濟(jì)形態(tài)，生物制造的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益將超過(guò)生物農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)藥，在生物經(jīng)濟(jì)中的貢獻(xiàn)率達(dá)到39%。近年來(lái)，世界主要經(jīng)濟(jì)體的生物制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)持續(xù)加大。

針對(duì)生物制造和生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展，目前中國(guó)、美國(guó)等在內(nèi)的國(guó)家都制定了相關(guān)政策和計(jì)劃。據(jù)譚天偉介紹，生物制造的重要地位不次于“芯片”，美國(guó)前年開(kāi)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(qiáng)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(dòng)計(jì)劃。

我國(guó)國(guó)家和地方政府也不斷出臺(tái)生物制造、生物經(jīng)濟(jì)相關(guān)發(fā)展政策。可以說(shuō)，大力發(fā)展生物制造產(chǎn)業(yè)，將助力我國(guó)加快構(gòu)建綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系，推動(dòng)生物經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

譚天偉強(qiáng)調(diào)，“生物制造已經(jīng)成為中國(guó)與美國(guó)等國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域。”

對(duì)于當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，譚天偉表示，“在上游的催化劑設(shè)計(jì)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件等方面，美國(guó)的優(yōu)勢(shì)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(wèn)題。”

而我國(guó)是世界第一制造大國(guó)，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(jí)的“綠色動(dòng)力”，但是同樣面臨發(fā)展難題。據(jù)譚天偉介紹，我國(guó)發(fā)酵行業(yè)擁有300億產(chǎn)值、3000萬(wàn)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(guó)外公司所壟斷。

對(duì)此，譚天偉提出了未來(lái)我國(guó)生物技術(shù)重點(diǎn)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(jì)、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(diǎn)創(chuàng)新產(chǎn)品。”

如在先進(jìn)燃燒、可再生材料、生命健康，以及二氧化碳的產(chǎn)品上進(jìn)行重點(diǎn)創(chuàng)新，實(shí)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(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)……

如今，我國(guó)現(xiàn)代生物制造產(chǎn)業(yè)迎來(lái)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(jī)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(jì)里面的貢獻(xiàn)率將超過(guò)現(xiàn)在生物能源和生物醫(yī)藥的占比。

針對(duì)中國(guó)生物制造的未來(lái)發(fā)展，譚天偉以三點(diǎn)作為總結(jié)：“提高我國(guó)自主創(chuàng)新能力，保障產(chǎn)業(yè)支撐能力，引領(lǐng)我國(guó)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展。”

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