华谷申报|生物制造：科技竞争与家当进级的交汇点

一、生物制造已是各国必争之地

环球生物制造市场在2022年实现了190.8亿美元的估值，并有望在全体预测期内实现强劲增长，估量复合年增长率为7.72%，2028年将达到296.7亿美元。
生物技能已是当今发展最迅速、最主要的技能集群之一，对人类文明发展有重大代价。

（一）未来人类生存的主要保障。
展望2050年，天下人口总数估量将从当前的约80亿人上升至靠近100亿人，个中城市人口占比可能达到70%。
这一变革将带来对食品和能源需求的显著增长，估量食品需求将增加约30%，能源则可能上升50%。
为应对这一寻衅，人类必须在更少的地皮、水资源、肥料和农药利用的有限资源条件下，知足日益增长的需求，并在此根本上提升生活质量。
生物制造在食品、能源、环保等方面的改造能力将在此中发挥关键浸染。

（二）可持续发展的关键家当。
可持续发展是当现代界面临的一项主要寻衅，它哀求人类在知足当前社会需求的同时，不危害后代知足自身需求的能力。
OECD曾对6个发达国家进行剖析，结果表明：生物制造技能的运用可以降落工业能耗15%－80%，质料花费35%－75%，空气污染50%－90%，水污染33%－80%，生产本钱降落9%－90%。
据天下自然基金会(WWF)估测，到2030年，生物制造技能每年将可降落10亿至25亿吨的二氧化碳排放。
生物制造具有更低的环境影响和更高的资源效率。
可见，生物制造家当正以其独特的上风成为推动可持续发展的关键家当之一，有助于构建一个更加可持续的生态系统。

（三）生物基产品引发家当变革。
环球生物市场正在快速增长，生物基产品在多个领域得到广泛运用。
从农业到医药，从消费品到工业质料，生物基产品以其环保特性和可持续上风，成为市场新宠。

在消费品领域，生物基产品的运用已经渗透到日常生活的方方面面。
例如，生物降解塑料的利用正在减少对环境的污染，生物纤维服装则因其可持续性而受到消费者的青睐；在工业质料领域，生物基塑料、生物基橡胶和生物基溶剂等产品正在被用于汽车、航空、包装和建筑等多个行业；此外，生物基产品在能源领域也展现出巨大潜力。
生物燃料，如生物柴油、生物乙醇、绿氢、生物电能，正在成为替代化石燃料主要选择。

随着技能的不断进步、本钱的逐渐降落以及消费者环保意识的增强，总体来看，环球生物制造市场将连续保持快速增长势头，改变产品生产办法，引发家当链变革。

（四）天下科技竞争的紧张领域。
环球范围内，越来越多的国家和地区认识到生物制造在推动经济发展中的关键浸染。
据统计，目前已有超过60个国家或地区制订针对生物制造或生物经济的计策、政策、发展路线图和行动操持，个中有几个国家和地区最为积极。

美国在2012年发布《国家生物经济蓝图》，将基因组学和合成生物学等生物制造技能列为重点发展领域；2022年9月，总统拜登又签署生物技能生产和研究的行政命令，旨在加强美国在制药、农业、塑料和能源等行业的本土制造能力；随后2023年3月发布《生物技能和生物制造明确目标》，设定20年内，用生物基塑料替代90%现有塑料，在供应链端知足美国对化学品至少30%的需求。

欧盟2014年发布《工业生物技能工业路线图》，明确生物制造技能的紧张研究方向，并设定到2030年将生物基产品或可再生质料的替代份额提高到25%的目标。
在其《工业生物技能远景方案》中进一步提出，到2030年，生物基质料将替代6%~12%的化工质料和30%~60%的风雅化学品；到2050年，航空领域将全面利用可持续生物航煤。

日本2019年发布《生物计策2019》，强调利用日本的生物制造上风结合IT技能，为市场开拓、社会问题办理和可持续发展目标的实现做出贡献。
2021年2月，日本经产省发布的《生物技能驱动的第五次工业革命报告》将智能细胞和生物制品列为生物经济领域的优先发展方向。

现实的需求以及代表性国家和地区的行动已表明，生物制造不仅是环球经济转型和可持续发展的大趋势，更是对未来政治、经济和科技格局的重新塑造。

二、生物制造是提升我国国家竞争力的关键

2023年10月1日欧盟碳边疆调节机制（CBAM）过渡期履行细则生效，2026年正式起征，2034年全面履行。
届时，中国高能耗出口欧盟产品，钢铁本钱增25.8%，铝产品本钱增9.0%，出口欧盟产品整体本钱增加6%~8%。
天下银行预测，全面履行碳关税后，中国制造出口本钱将增加26%，出口量可能因此下滑21%。
这一政策将对中国对外出口产生重大影响，我国工业制造亟需做出重大调度。

与此同时，落实“双碳”目标，化工行业原油、天然气、航空燃料、液体燃料等领域，都面临着巨大在碳排放压力。

为应对及办理以上难题，国家已将生物制造视为实现转型升级的紧张手段之一。
这也是我国是继绿色制造、智能制造之后，推进制造强国培植的又一关键举措。
2023年，国家发展改革委专门发布《“十四五”生物经济方案》，成为中国首个专注于生物经济发展的五年方案，其余还支持12个国家生物家当基地的培植，并通过《家当构造调度辅导目录》《鼓励外商投资家当目录》等机制，这一系列方法的目的便是要充分发挥我国上风，促进生物技能家当化的发展，加快构建当代生物家当体系。
综合来看，生物制造将在以下几个方面提升我国国家竞争力：

——成为新质生产力主要增长点。
2023年中心经济事情会议提出，“打造生物制造、商业航天、低空经济等多少计策性新兴家当，开辟量子、生命科学等未来家当新赛道”。
生物制造是新质生产力最主要的组成部分之一，开辟了新的经济增长点，如生物基材料、生物能源等，将推动数万亿元规模的新兴生物家当发展。
根据干系归纳，如表一所示，生物制造各个领域未来增长趋势明显。

生物制造各领域增长趋势（表一）

——提升家当竞争力。
生物制造具有的绿色生产办法、质料可再生性、有效降落能耗物耗和减少废物排放等优点，正成为我国构建可持续发展路线的计策驱动力量。
以青蒿素生产为例，传统模式是通过栽种黄花蒿，经由18个月才可提取；而利用生物制造技能，仅利用可控的100立方工业发酵罐，几周内就可以替代5万亩的传统农业栽种。
目前我国生物制造核心家当增加值仅占工业增加值的2.4%，低于美、欧、日的11%、6.2%、3.2%，还有很大发展空间。
估量未来10年，石油化工、煤化工产品的35%可被生物制造产品替代，生物制造潜力巨大。

——推动家当链当代化。
生物制造可以推动化工、医药、材料、轻工等主要工业产品制造向绿色低碳、无毒低毒、可持续发展模式转型，优化家当构造。
如生物法1,3-丙二醇的生产，与石油路线比较，质料本钱低落37%，二氧化碳减排63%，能耗减少30%，创造了一个化纤质料摆脱石油价格体系的范例范例。
其余，体外生物转化利用淀粉合成肌醇，比较传统玉米提取生产路线，能耗降落90%，磷污染减少95%，生产本钱降落50%-75%，拔除恶臭污染。
可见，这种转型不仅涉及莅临盆技能的改造，还包括管理模式、运营效率和市场相应机制的全面升级。

——助推“双碳”目标的实现。
天下基金委员会预测，到2030年，工业生物技能每年将可降落25亿吨的二氧化碳排放。
根据中国科学院天工所统计，和石化路线比较，目前生物制造产品均匀节能减排30%~50%，未来潜力将达到50%~70%。
在我国，钢铁冶金、石化炼油、水泥等行业年产工业尾气超过万亿立方米。
如果个中50%可利用，将年产饲料蛋白500万吨，减少二氧化碳排放1.2亿吨，节约粮食1.6亿吨，节省耕地4亿亩；其余，我国每年花费塑料约在7000-8000万吨打算，如有1/3石油基塑料被生物基塑料替代，将减碳近6000万吨（每吨生物基塑料排放的二氧化碳比石油基少2.5亿吨），减碳效果十分明显。
我国是天下第一制造大国，生物制造能从源头上降落碳排放的潜力，对我国“双碳”目标的实现有重大浸染。

三、生物制造成败的关键要素

生物制造是指以生物体性能进行大规模物质加工与物质转化、为社会发展供应工业商品的新行业，因此微生物细胞、酶分子或多酶分子机器为高效生物催化剂进行物质加工与合成的绿色生产办法，将在能源、农业、化工和医药等领域改变天下工业制造格局。
以可再生的碳资源（如CO2、生物质等）为质料转化合成能源、生归天学品与生物基材料，匆匆使能源与化学品分开石油化学工业路线的新模式，紧张表现为前辈发酵工程、当代酶工程、体外生物转化、生物炼制、生归天学工程等新技能的发明与运用。

酶工程（蛋白质工程学）：是指工业上有目的的设置一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在一定条件下催化化学反应，生产人类须要的产品或做事。

生归天学工程：利用生物工程事理，包括用常规或重组微生物的发酵或生物转化过程，用游离或固定化酶为生物催化剂的酶反应过程，以制备疫苗、重组蛋白或次级代谢产物。

生物炼制：利用农业废弃物、植物基淀粉、木质纤维素等生物基质料，生产各种化学品、燃料和生物基材料的过程。

体外生物转化：体外合成生物学的生物制造平台，是介于微生物发酵与酶分子催化之间的新生物制造平台，多酶分子机器是其特有生物催化剂。
该平台技能能够做细胞工厂做不好的制造，做酶分子做不了的催化。

当前在这些方向上，我国有一批企业迅速发展，如凯赛生物、华大基因、华恒生物、蓝晶生物、川宁生物、华东医药、巨头生物、金城医药、四川博浩达等已成为行业头部企业。
凯赛生物生物法长链二元酸市场霸占率环球第一，生物基戊二胺以及系列生物基聚酰胺等也走在世界前列；华恒生物的丙氨酸产量霸占环球份额超过50%；蓝晶微生物成为环球第三、中国第一家显著降落PHA本钱达到可规模化发卖的公司等；四川博浩达利用淀粉合成肌醇，年产万吨，超过环球产量50%以上。
可以说，一批生物制造企业的迅速发展，奠定了我国在该领域的天下领先地位。

综合剖析头部企业以及结合国内外其他生物制造企业的成败，归纳来看，有几点是生物制造企业实现长远发展的关键。

——选品与计策无比主要。
2023年8月10日，合成生物学领域的先锋企业Amyris向美国特拉华州法院提交破产保护申请，并出售其旗下消费品牌，引发市场哗然。

该公司曾是合成生物学界的领头羊和行业标志性企业，在投资界享有极高的有名度和代表性。
Amyris最初因利用生物技能成功合成青蒿素而声名鹊起（该生产无法与中国改进黄蒿栽种与提取技能竞争，家当化失落败），随后在法尼烯（一种可能生物燃料）项目上的再次失落败导致公司面临财务困境。
为相识脱困境，Amyris开始进行计策转型，涉足美妆和食品质料的B2B及B2C品牌开拓，但不幸的是，这次转型并未成功办理现金流问题，终极导致公司走向了破产。

Amyris在计策路线和选品上始终没有找到得当的打破点。
尤其是商业模式既不能带来利润，也不能知足投资者的期望，融资跟现金流问题就会更加凸显。
这一范例案例给所有生物制造企业敲响了警钟，精确的产品选择和计策方案至关主要。

在产品选择时，必须综合考量该产品通过生物合成路子生产是否具备本钱效益、工艺上风、潜在制造本钱、资源价格、可再生性、可放大性、以及质量卓越性，并需评估其是否知足市场的实际需求及是否拥有广阔的市场潜力。

——百口当链是生命线。
技能、量产能力和产品选择是同等主要的几个关键成分。
在Amyris的法尼烯和Zymergen的光学薄膜项目遭遇挫折之后，估量未来几年内，这些成分仍是行业发展紧张障碍。

Amyris最初专注菌种开拓，并且在高通量筛选方面表现出色。
然而，公司并未将生产流程作为其核心业务重点，导致未能充分知足下贱市场的需求。
此后，Amyris一贯在努力纠正，但是并未突围。
令人意外的是，Zymergen彷佛重蹈Amyris覆辙，只管在平台培植和菌株研发方面取得一定造诣，但仍未实现百口当链的整合。
紧张缘故原由之一还有美国缺少生物制造必需的精良家当工程师。

在我国，以凯赛生物为代表的一批企业在这方面取得了成功。
如凯赛生物的生物法长链二元酸项目成为环球合成生物学标志性成功案例，在百口当链方面形成了闭环。
2015年底就实现对化学法十二碳二元酸DC12的完备替代，成为环球长链二元酸主导供应商，并被国家工信部评为制造业单项冠军产品。
蓝晶微生物则在PHA外，开拓功能饮料身分和新型功能益生菌等新产品管线，布局在消费品、医疗康健和电子材料等领域，多数管线都往百口当链闭环推进。
并形成“研发——规模投产——下贱发卖”的商业模式。

微生物作为生命体，其繁芜性远超无机体。
要实现大规模生产，就须要考虑发酵规模、转化率、生产本钱、质量稳定性、能耗、碳排放等成分。
并不才游生产过程中不断探索，逐步理解不同温度、环境和压力条件下菌株的行为反应。
忽略发酵生产这一关键环节，家当化难以实现。
发酵生产技能与菌种设计属于不同领域，其工艺条件的实现和掌握每每依赖于长期的实践履历。
目前，大多数生物制造企业乃至说全体家当界对生产环节中许多变革背后的事理都尚未完备理解，须要潜心用更多韶光进行探索和履历积累。

精良的生物制造企业，不仅须要拥有出色技能，能够不断迭代和优化，还必须知足后续生产流程的哀求，才能终极实现产品的商业代价。

——提质降本是必需之路。
近年来，环球范围内工业生物技能前辈性不断提升，生产本钱不断低落，加快向工业制造领域渗透和运用。
这是生物法立足市场的根本。
比如药品的生产常日局限于较小的规模（不超过1000升的储罐），只管这导致生产本钱较高，但由于其高利润率，企业仍能得到良好的经济效益；但像生物乙醇这样的大宗商品，只有实现大规模生产（超过20万升的储罐），才能有效掌握生产本钱。
再比如，凯赛年产4万吨生物法癸二酸，其理论质料本钱比化学法质料本钱低一半以上，而且产品纯度更高，杂质更少，这样才担保了凯赛在葵二酸方面的市场地位。
不断提高生物转化的效率，实现强大的量产能力已成为生物制造企业生存的关键环节。

四、生物制造——中美科技下一个竞争点

2008年以来，美国对中国的整体计策、基本态度和行动策略经历了显著的转变。
这种由互助向对抗的转变在科技领域尤为突出，生物技能便是这一变革的范例代表，我国必须做好应对。

——根本研究亟待落到实处。
新世纪以来，生物技能、打算机技能和工程学技能经历了迅猛发展，达到了空前高度。
这些领域的交叉领悟催生了一种新征象——信息与物质的交互转换。
这种转换促进了实验科学向“数据密集型科学”的转变。
它不仅加深了人们对生物学的理解，还推动了对生物体的改造、设计乃至创新的进程。
以是，当前的生物技能竞争，说到底是数据、数字转化、算力、算法等一系列的竞争。
而这统统都要依赖原始性创新。
根本研究，对中国无疑更是命运攸关。

目前在根本研究方面，中国与美国有明显差距。
如上图所示，环球生命科学研究资金投入地域分布情形看，2020年美国的研究资金约为774亿美元，占比环球总研究资金投入的49.1%（欧洲约22.0%），我国仅9.0%。
其余，美国在国家R&D投资中，38%都投向了生命科学（日本46%），我国未见详细数据。
以发酵为例，中国一贯是传统发酵大国，发酵家当的紧张产品如氨基酸、维他命、抗生素等，产量已经占到环球产量的60%-70%，但是核心酶制剂75%以上却来自国外公司，根本缘故原由便是我国在这方面的持续研发严重不敷。
短缺关键酶，不仅导致产品风雅化率低于40%（国外70%），而且未来可能成为被“卡脖子”的重大隐患。

——加快形成高效的生态聚拢。
100多年来，环球有影响力的生物科学理论和运用都出自美国。
美国在根本研究、基本培植、商业化的能力，都是其他国家难以匹敌的。

地区性聚拢则是美国生物技能根本培植的另一大特点，集等分布在旧金山湾区、圣地亚哥、波士顿、华盛顿DC和大纽约区五个区域。
这是美国“靠近科学”“靠近人才”“靠近家当”“靠近成本”形成的特有结果。
这是凑集根本研究、运用研究、商业转化、融资机会、市场消费的一个整体聚拢，形成了从设计（创意）到产品（做事），到消费的完全链条。

过去40多年，我国已培植100多个生物工业园区，这对中国发展生物技能和生物经济起到非常主要的浸染，尤其对我国的制药工业。
但是与美国比较，我国的园区发展模式紧张还是以引进技能、商业转化为紧张追求，并未形成更为高效的生态聚拢效应。
长远来看，终将对我国的生物经济竞争力造成影响。

——计策方案和布局不可忽略。
当前，随着生物技能的打破性进展，生物制造家当正处于一个关键风口，预示着前所未有的增长潜力。
美国已启动“生命铸造厂”操持，目标是创造1000种自然界中未曾涌现过的独特分子和繁芜的化学构造。
这一操持着眼于材料和制造领域的生物转化与运用，旨在确立美国在环球的计策领先地位和经济上风，被视为“引领改变游戏规则的技能转型”。
目前，美国已经有116种合成生物技能产品进入市场或即将上市，覆盖农业、石油化工、有机化工等多个领域，一个代价数千亿美元的市场正在开启。

比较之下，我国在计策架构、核心技能和关键装备等未来家当发展的关键领域与欧美等发达国家比较仍有差距。
我国虽然在细分领域上展示了一定的潜能，但从整体来看目前紧张仍处于跟随阶段，尚未实现根本性的转变。

——当心美国综合手段的打压。
过去一个世纪，环球经济格局基本由美国主导，联合英国、法国、德国等盟友共同坚持，并在科技、政治等多个领域形成了强大的干预和毁坏能力，这种机制已成为美国打压对手的主要工具。
以美国40年前打击日本半导体家当为例，美国政府首先指控东芝造孽出口苏联高端机床，对东芝进行制裁。
接着又声称东芝半导体对美国市场“倾销”，1986年迫使日本政府签署《日美半导体协定》，开放半导体市场，并对日本企业履行高额惩罚性关税。
日本半导体家当自此坠落，而英特尔等美国公司重返环球领导地位。

值得把稳的是，当时包括德国和法国在内的不少企业也在与苏联进行机床交易，然而美国并未对这些国家履行制裁。
背后缘故原由显而易见：指控只是对付日本东芝的一个借口。
根本缘故原由是美国意识到日本半导体技能已对美国构成威胁，这是美国所不能容忍的，必须进行遏制。
这些年，美国对付法国阿尔斯通，针对中国的华为、华大基因、tiktok以及把中国一大批企业、机构列入实体清单，都是同样的配方和同样的味道。
归根结底便是美国认为这些技能已对美国构成威胁——必须采纳统统必要方法，抑制、打击和摧毁这些在技能上的超越或可能的超越。

当前，美国已多次发声要守卫其在生物领域的领先地位。
2022年9月，美国总统拜登宣告启动“国家生物技能与生物制造操持”，并哀求降落外部供应链依赖性；在同一月份，指示外国投资委员会加强对外国在美投资和企业的审查力度，特殊是那些来自竞争或敌对国家的资金。
在这些审查中，生物技能和生物制造行业被列为特殊审查重点。
可以预见，未来中美生物制造竞争不可避免。
随着我国在生物制造领域的不断打破，美国必定会采纳断然方法打击我国的进步。

综合以上，留给我国生物制造的窗口期非常有限。
我们必须抓紧韶光，加快自主创新，尽快节制核心技能，尽最大努力扩大已有上风。
特殊是政府、学术界、金融界、家当界以及终端用户等应加强协同，多方面紧密互助，逐步办理并战胜生物制造全体创新链条的障碍和瓶颈，助力我国打赢这场国运之争。