生物基化工品（上）| 生物经济政策回顾，生物化工及材料迎来发展新机遇

“生物经济”作为实现“双碳”目标的重要手段，已经得到了国家层面的高度重视，2022年以来连续出台了多个政策，推动中国生物经济产业的发展，其中，2022年5月发布的《“十四五”生物经济发展规划》和2023年1月发布的《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》，都对生物化工和生物材料产业的发展给予了明确的支持。

总体来看，我国目前出台的一系列政策主要关注两方面：一是推动使用非粮生物质作为生物基化工品的原料，二是下游市场端生物基化工品制品的应用。

《“十四五”生物经济发展规划》（以下简称《规划》）是我国出台的第一部生物经济五年规划，规划中明确提出了要推动生物医药、生物农业、生物质替代、生物安全4大重点领域的发展。在发展目标的部分提出了生物经济总量迈上新台阶，生物科技综合实力得到新提升，生物产业融合发展实现新跨越的总体目标，并针对涉及生物化工、生物材料的化学原料及工艺提出了相应政策目标。

在《规划》的重点发展领域部分，医疗健康、食品消费、绿色低碳、生物安全被列为四大优先发展的领域。在绿色低碳的部分，明确提出了发展面向绿色低碳的生物质替代应用，并进一步进行了细化，从两个方向进行突破，首先重点围绕生物基材料、新型发酵产品、生物质能等方向，构建生物质循环利用技术体系；其次加快规模化生产与应用，打造具有自主知识产权的工业菌种与蛋白元件库，推动生物工艺在化工、医药、轻纺、食品等行业推广应用。

同时，《规划》在培育壮大生物经济支柱产业章节，提出要依托生物制造技术，实现化工原料和过程的生物技术替代，发展高性能生物环保材料和生物制剂；积极开发生物能源，开展新型生物质能技术研发与培育，推动生物燃料与生物化工融合发展；加快生物天然气、纤维素乙醇、藻类生物燃料等关键技术研发和设备制造。

2023年1月，工业和信息化部、发展改革委、财政部、生态环境部、农业农村部、市场监管总局等六部委联合印发了《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》（以下简称《行动方案》），提出到2025年，非粮生物基材料产业基本形成自主创新能力强、产品体系不断丰富、绿色循环低碳的创新发展生态，非粮生物质原料利用和应用技术基本成熟；部分非粮生物基产品竞争力与化石基产品相当，高质量、可持续的供给和消费体系初步建立的目标。并在原料端的非粮生物质大规模糖化技术及发酵的工业化、非粮生物质下游主要产品以及具有核心竞争力的骨干企业和产业集群建设方面提出了具体的发展目标。

《行动方案》在重点任务部分，分别对非粮生物质利用技术的研发、放大及应用和龙头企业、特色产业基地的培育等方面推出了具体的目标和举措。关键技术创新方面，聚焦工业菌种与酶蛋白元件库、非粮生物质糖化及发酵工艺和低浓度产物高效提纯浓缩等关键技术环节进行攻关。

在鼓励的发展方向中，根据下游直接应用产品分子量，分为分子量较小的含碳化学品和分子量高的含碳聚合物两部分进行鼓励。在含碳化学品部分，包括：乳酸、丁二酸、己二酸、癸二酸、苹果酸、呋喃二甲酸、氨基丁酸、5-氨基戊酸、羟基脂肪酸、3-羟基丙酸、乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、戊二胺、丁内酰胺、戊内酰胺、己二胺、癸二胺、糠醛、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、丙交酯、碳酸二甲酯、生物基烯烃等20余种化学品；在含碳聚合物的部分，则包括聚乳酸、聚酰胺、聚羟基脂肪酸酯、聚氨酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸-己二酸（丁二酸）-丁二酯、聚碳酸酯、聚四氢呋喃、聚呋喃二甲酸乙二醇酯、生物基弹性体等10余种聚合物产品。

国家层面逐步明确对生物化工和生物材料行业的支持后，国内多个省份也纷纷出台了省级政策。截至2023年9月，国内共有21个省、直辖市、自治区推出了鼓励生物化工和生物材料产业发展的省级政策，其中推动生物经济发展最积极的省份集中在河北、安徽、内蒙古、山西、河南和湖北等中部省份。

在出台政策的各个省份中，有9个省份的政策中明确了鼓励发展的化工产品，以直接从生物质转化来的化工“初”产品为筛选目标，可以发现有8个省份的政策中都提到了乳酸产品，是受到政策关注最多的“初”产品，其次为戊二胺和PHA产品。

生物基化工品与传统化工产品最大的不同是原料来源的区别，其次是由于原料来源不同导致的生产工艺的差异。所以生物基化工品的生产技术需要考虑能利用的原料和具体的利用方式两个方面。

首先从原料来源的角度，目前生物基化工品的生物质根据其利用的先后顺序和难易程度可以分为三代。第一代技术是传统的以粮食作物为原料，目前在多个产品上已经形成了成熟的产业链；第二代逐步过渡到以农林废弃物为原料，目前处于初步工业化状态，仍然面临着包括非粮生物质收集、生物质向化工品的转化效率、总体的经济性等多方面的问题需要逐步解决；第三代则是直接以二氧化碳等碳源为原料，目前仍处于研究阶段，已经取得了部分突破，例如以二氧化碳为原料人工合成淀粉等，但距离大规模工业化应用仍有较长距离。

在生产工艺方面，目前主要的生物质转化技术可以分为两大类，一类为生物质气化技术，另一类为利用合成生物学，将生物质通过细胞工厂转化为目标产品。

生物质气化工艺是以热力学的方式将生物质原料转化为有价值的混合气体（如合成气）的技术。生物质热解过程一般包括四个不同的阶段：1）氧化-放热阶段；2）干燥-吸热阶段；3）气化-吸热阶段；4）热解-吸热阶段。

当前采用生物质合成气工艺进行生物基化工品生产的产品主要是生物质甲醇（绿色甲醇产品）。在生物质气化技术中，气化装置是整个技术中的核心，其最主要的设备为气化炉。主流生物质气化炉有三种，固定床气化炉、流化床气化炉和气流床气化炉。

利用合成生物学的手段，结合工程化的方法，目前已经实现了众多化工产品的生产。目前合成生物学已经形成了标准的开发流程，主要包括六个步骤，分别为基因工程、构建高效工程菌、代谢调控、发酵工程放大、分离纯化和应用开发。在这六个步骤中，基因工程和工程菌种的构建具有较高的技术壁垒，代谢调控和分离纯化则具有较高的工程壁垒。

中国生物基化工品行业将在国内政策的鼓励下进入快速发展期。经过近几十年的发展，中国的生物基化工品产业在部分产品上已经实现了突破。例如凯赛生物在生物基戊二胺和生物基尼龙方面实现了突破；浙江海正生材等企业在乳酸制备丙交酯的工艺方面实现了突破等。随着技术的持续突破和政策支撑力度的不断加强，中国生物基化工品市场将呈现百花齐放，快速发展的新态势。

目前生物质气化工艺和合成生物学工艺均已经实现了工业化的生产，但生物质气化工艺目前主要用于生物质发电和生物质锅炉领域。主要因为生物质气化过程中，由于生物质本身带有多种元素，导致其合成气中的杂质较多，对后续反应过程的催化剂等会产生较大影响，需要对合成气进行纯化和除杂；另外生物质气化后的碳氢比与传统以化石能源进行生产时原料的碳氢比有较大的差距，所以需要通过对其碳氢比进行调节，之后再进行生产。以上的两大因素会导致生物质气化直接利用的成本高于合成生物学工艺路线。

合成生物学路线利用细胞工厂进行生产，生产过程中避免了传统化工路线中的高温、高压和有毒物质等各种危险因素，同时由于生物质原料属于“负碳”原料，不存在碳排放的问题，已经成为未来化工行业绿色转型过程中重要的变革手段之一。