非粮生物基材料：以技术打底方可一路前行

刘艳

随着全球生物技术革命和产业变革加速推进，以生物催化为核心的生物化工技术生产的生物基材料和化学品，因生产条件温和、过程能耗较低、能部分减少碳排放，越來越受到世界各国的高度重视。

为积极开辟生物制造新领域新赛道，推动生物基材料可持续发展，工业和信息化部、国家发改委、财政部、生态环境部、农业农村部、市场监管总局近日联合发布《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》）。

生物基材料是指，以可再生的生物质为原料，或经由生物制造生产的产品，包括但不限于含碳的化学原料和化学制品。

“由于环境友好、节约资源等特点，生物基材料正逐步成为引领当代世界科技创新和经济发展的又一新主导产业。”北京工商大学化学与材料工程学院院长翁云宣介绍，目前全球生物基材料产能已达3500万吨以上，主要的技术创新方向是发展以高效菌种构建为核心的生物质转化、生物基材料单体制造关键技术，以及生物基材料聚合、性能改进与复合、绿色生物法加工技术等配套的产业技术。

目前，我国的生物基材料产业发展迅猛，关键技术不断突破，产品种类迅速增加，产品经济性增强，初步构建了以聚乳酸、聚酰胺率先产业化，多种生物基材料快速发展的格局。具体表现为，产业规模不断扩大，应用领域逐渐增加，行业总产值快速增长；技术进步不断加快，在功能菌株、蛋白元件、工艺技术等方面取得重要突破，产品不断丰富，聚乳酸发酵调控、高效催化等技术达到国际先进水平；产业体系不断完善，已经涌现出一批重点企业和科研院所积极推进生物基材料开发利用，聚乳酸生产规模已经超过5万吨，在一些地区已初步形成产业聚集区。

新思界产业研究中心发布的《2022—2027年中国生物基材料行业细分市场需求及开拓机会研究报告》显示，生物基材料能有效缓解能源危机、降低环境污染，发展势头迅猛。近年来，我国生物基材料产量不断提升，2021年我国生物基材料产量达184.3万吨，同比增长12.1％。

我国生物基材料处在产业化发展关键时期，但也面临原料结构单一、产业化关键技术亟待突破、产业支撑体系待健全等问题。比如，目前我国规模化的产品种类较少，上下游融合发展不足，导致生物基材料下游应用推广难度较大，化石基产品的市场替代仍有待提升。翁云宣强调，我国生物基材料产业仍存在诸多薄弱环节，全产业链能否协同发展，决定了生物基材料的成本、性能和应用的可行性，也最终决定了生物基材料低碳减排的绿色属性和生态环境友好性。

据悉，目前我国秸秆年产生量8.65亿吨，原料化利用仅约1%，未能充分实现农林废弃物糖化后高值利用。工业和信息化部有关负责人强调，我国发展生物基材料，必须树立并贯彻“大食物观”，实施“藏粮于技”战略，将传统意义上的非粮生物质转换为发展生物基材料的原料，防范化解“与民争粮”“与畜争饲”等矛盾，间接提高我国单位耕地粮食产出，为端牢中国饭碗再贡献一份力量。

中国石油与化学工业联合会生物化工与生物质能源专委会副秘书长李文军表示，发展非粮生物基材料，在满足人民群众物质和能源需求的同时，既能减少对石油、煤炭等化石能源的开采和消耗，降低二氧化碳排放，同时还能避免陷入“与人争粮、与粮争地”的困局，是石化工业实现绿色转型的有效路径。

我国非粮生物基材料创新发展仍存在诸多难点，上述工信部负责人表示，与基于传统粮食原料规模化生产生物基材料相比，非粮生物基材料在原料预处理、糖化和发酵转化效率、综合成本控制等方面难度更大。该负责人强调：“国内基于非粮生物质的生产技术正处于攻关爬坡阶段，工业菌种（群）与酶蛋白功能元件制备、非粮生物质标准化采收保存及预处理、非粮生物质高效糖化、非粮生物质糖替代传统粮食发酵转化等关键平台技术正待突破，亟待贯通各关键平台技术并与现有工艺技术进行无缝耦合衔接，实现非粮生物质规模化生产生物基材料的全产业链应用示范。”

在政策层面，我国非粮生物基材料发展日前也迎来利好。

《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。翁云宣说：“《行动计划》立足量大面广的非粮生物质，替代粮食发展生物基材料，做强生物化工产业，对实施‘双碳’战略、保障粮食安全、推动工农业融合创新、促进乡村振兴具有重要意义。”

《行动方案》提出了突破关键技术、推进技术放大和应用示范两项任务，围绕生物基材料的全产业链，开展非粮生物质菌种选育、糖化、发酵、分离、在线监测等一批关键技术攻关；面向包装领域的可降解材料需求，推进乳酸、丁二酸、羟基脂肪酸等产品的产业化，面向生物医用材料的要求，推进聚乳酸、聚酰胺、聚氨酯、生物基弹性体等的产业化。

《行动方案》提出大力促进产业、技术、市场融合。一是积极推进原料预处理技术、发酵技术、生物合成、化学合成工艺及应用技术等集成创新，提高非粮生物基原料转化效率，提升生物基材料产品品质，增强生物基材料的市场竞争力。二是积极搭建轻工与化工、生物基材料与食品、医疗、包装等上下游协作平台，高效推进生物基材料的验证与推广应用。

海外生物基材料产业起步较早。在目前发展较为成熟的聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等领域，海外厂商仍然占据主导地位。

与国际生物基材料产业发展水平相比，我国起步较晚。但考虑到我国生物基材料的原料成本与融资成本具有显著优势，在长期的政策支持下，仍然存在“弯道超车”的机遇。

在政策方面，自2001年“十五”计划以来，我国连续20年倡导发展生物制造业、生物基材料。“十五”期间，我国尚未形成“生物基材料”的概念，但在此期间提出了积极发展“生物降解材料”。“十一五”期间，我国逐渐明确生物基材料中的重点材料为乙烯、聚乳酸等大宗原料。“十二五”期间，提出生物基材料产业要突破“产业化瓶颈”，并明确提出生物基材料发展的应用场景——纺织、造纸、制革。“十三五”期间，生物基材料产业的发展重点在于“持续提升生物基产品的经济性和市场竞争力”、实现“链条式、集聚化、规模化”发展。

在20年的发展中，我国也涌现了金丹科技、海正生材、家联科技、凯赛生物等优秀的生物基材料厂商。