中国生物制造产业发展现状及对策建议

鲁汇智，李勋来，邓玮，郑萌

(1.复旦大学管理学院，上海 200433；2.青岛科技大学经济与管理学院，山东 青岛 266061；3.中国海洋大学海德学院，山东 青岛 266100；4.青岛海湾科技产业研究院有限公司，山东 青岛 266031)

0 引言

生物制造是在原有生物体机能的基础上，利用工业技术对其进行加工和改造的绿色生产方式，是现今经济社会发展的方向。通过使用大自然的主要原材料，利用自然资源制造还能够促进合成材料和石油等化工企业的生物质降解与转化；通过对产业废物处置和利用，还能够提高自然资源效率、促进农业产业转型，进而达到“农业—工业环境—农业”的良性循环；此外，还可以降低对工业生产环境中的能源利用和物质消耗，从而减少工业物质排放量，进而有效减少对大气、水体和土壤的污染[1]。2021 年12 月20 日，国家发展和改革委员会出台了《“十四五”生物经济发展规划》(下称《规划》)，把生态制造业作为具有战略地位、特别重要的生物发展领域，进一步落实创新发展理念。新时代，越来越多的人倡导优美环境和可持续发展，这种战略性新兴产业的发展方向也因此得到更明确的体现。

我国生物制造产业虽然起步较晚，但随着技术、人才和资金的大量投入也实现了飞跃式发展。例如，部分大宗产品已经具备了低成本高产量的大规模生产方法，这为创新发展生物经济积累了底层技术基础；部分关键生物炼制技术也已逐渐成熟，并打破了发达国家的技术垄断。目前，我国生物制造行业的核心领域仍然存在一些不足，主要表现在以下几个方面：关键技术和前瞻技术的积累不够充分；核心装备的研发进展相对滞后；市场化程度尚未达到一定水平；竞争力有待提高等。本文将针对我国生物制造产业发展现状以及制约生物制造发展的问题进行分析，并针对性提出对策建议，为加快我国生物制造产业发展提供借鉴。

1 我国生物制造产业发展现状

我国的生物制造已经开始在工业生产领域得到广泛应用，并不再局限于医药、食品等领域。这一产业已经成为未来产业发展中的一个重要推动力量。通过对生物制造产业链、应用情况、发展基础以及不同地区的发展条件进行分析，可以全面了解该产业发展的现状。

1.1 生物制造产业链分析

生物制造正向着多元化原料利用、高效化的生物转化体系和高价值产品方向发展。这一趋势正在构建着从可再生原料到制成终端产品的全产业链。

目前，在上游原材料方面，中国第一代生物制品主要以淀粉和脂肪为代表，已经达到了完善的商品化阶段，并占有了主导地位。相对而言，第二代生物质制造所用的木质纤维素(如玉米秸秆)等原材料，则将逐渐走向生产中试和工业化的示范阶段。不过，两代原料都面临着供应困难、产业集聚不足、商业化程度不足和储运成本高等问题，导致有效供应不足。因此，以超临界二氧化碳为原料的生物转化技术则形成了第三代生命制造的关键路线，其使用也能够有效减少传统生物产品制造业的原材料成本[2]。

生物制造产业中游的工业生物核心技术是支撑生物制造发展的关键。在这一生物转化体系中，工业生物酶和菌种研发技术仍是我国的技术短板。在关键装备研发生产方面，核心部件对外依存度较高。这都直接影响中国生物制造工业与研究。

生物制造行业下游涵盖了医疗、农业、能源、建筑、化学、环境等众多行业，并促使重要行业的生产朝着环保低碳、安全低毒、可持续发展的方向实现了转变。生物制造业已经成为全球大部分先进经济体科技产业布局的关键方向之一。据预测，在未来的十几年里约1/3 的石油化工和煤化工行业都将被生物加工技术所替代[3]，进而对世界经济产生颠覆性重要影响。

1.2 生物制造产业应用情况

生物制造的产品，目前已经应用于了医药、农业、能源、材料、化工、环保等多个行业。基于生物制造技术的成熟度以及现行法规和财政鼓励政策，可将生物制造细分市场分为生物发酵领域、精细化学品和天然产物的生物合成、生物基材料、生物能源、各类农产品等技术服务[4]。

所谓生物基材料，通常就是指通过利用可再生生物资源(如谷物、豆科、秸秆资源等) 为原料，所研制的高新型材料和化学品。这些制品主要包括了生物基石化原料、生物基树脂、生物基玻璃纤维、生物基橡胶等。通过推广应用生物基材料，人们可以有效解决化石能源比较短缺的状况，从而满足我国市场经济下对环境保护、可持续发展的需求。我国已经建立了以可再生资源作为原料，主要生产生物基单体、生物基树脂合成和改性以及生物基材料应用为主的完整生物基材料产业链。随着国家限塑令的出台和相关政策推动，国内龙头企业加快聚乳酸(PLA)投产速度，目前实现PLA 产能世界第二。

生物能源也是在全球范围内使用最为普遍的可再生能源，资料表明77%的可再生能源都取自于生物燃料。以燃料乙醇为例，我国学者开发了一种细胞表面展示发酵系统，可直接从微藻类材料中高密度生产乙醇[5]。未来燃料乙醇的市场发展潜力巨大。

在农业上，人们利用现代生物技术手段，创建特定生产功能的蛋白质生产，可以制造淀粉和蛋白质、以及香兰素等高附加值食品。例如可以利用合成生物学的技术手段在合适的底盘细胞中异源表达天然产物的合成基因簇[6]；也可以在原始宿主中引入正向调控元件或删除负向调控因子等实现相关基因的调控或过量表达[7-8]。这种创新科技，将改变中国传统的农产品制造方式，并开创出全新生产模式，以促进农产品的工业化生产[9-10]。

在医学领域，科学家们可以设计全新的微生物代谢途径，使医药产品能够通过廉价糖类等原料进行快速合成，从而降低医药产品的生产成本[11-12]。

1.3 生物制造产业发展基础

我国生物制造起步晚，整体上与世界先进国家之间存在差距，政府的支持是现阶段行业发展的重要驱动力，包括政策、资源、资本等方面的扶持。在国务院发展改革委员会制定的《规划》推动下，多省份已制定扶持生态经济社会建设的相应政策措施，力促生态发展成为地方经济的主要增长极。政府采取的资金支持、创新激励、专利保障以及生物制备的科技平台申请等途径帮助缓解基于资金短缺、科技创新的逐渐提升以及中小企业的研发水平不足引发的科学技术向生产力转移问题，助力生物制备工业化。产业园区具备产业集群发展、高端人才集聚、基础设施完善等优势，是培育生物制造业发展的关键载体。现如今全国各地区正在积极建设产业园区及综合改革示范区，促进生物制造集群发展，例如山西合成生物材料产业园。

1.4 各地区生物制造产业发展条件

《规划》明确了加快推进生物信息技术运用到健康、农业、资源、环境等不同领域，推动生物技术和信息技术的深入结合，实现提升生态产品多样化层次的要求。在政策指引下，我国多地已加快布局发展生物经济。众诚智库发布2022 年中国生物经济百强城市榜单，可将我国生物制造产业城市划分为三个梯队。

第一梯队的前10 强是北京、上海、广州、深圳、成都、杭州、南京、武汉、苏州、天津。这10 个地区经济基础雄厚，都拥有着丰富的教育资源、科研资源、金融资源和人才资源，市场经济体系成熟，这都极大地支持地区发展生物制造产业。重庆、无锡、合肥、青岛、长沙、西安等为代表的20 个地区处于第二梯队，这些城市随着基础环境和要素资源的不断完善，对人才、资本、科技等创新要素的吸引力得到大幅提升，资源虹吸效应增强。第三梯队的城市在人才、技术、资本等生物制造发展要素资源支撑方面相对较弱，但得益于国家加快新旧动能转换、大力发展生物经济等多重战略机遇，这些地区立足自身在生物制造的产业基底，积极探索特色资源转化为特色优势产业，在产业的不同细分领域培育行业优势和行业特色，实现在行业自身发展过程中提升生物制造产业整体竞争力。

2 我国生物制造产业发展存在的问题

“十四五”时期是我国发展生物制造工业的关键期，对创新和商业化研发技术都有着更高的需求。但是我国生物制造工业资金和技术方面也遭遇着政府保障不健全、原材料和资金的供应力量不够、工业化步伐迟缓、技术发展受制于个人、高级人才也比较缺乏等一系列困难，使得我国的生物制造仍面临一些难题。

2.1 政策与资本支持不足

生物制造业作为资金和技术密集型的新兴产业，面临较大的研发投入需求以及较高的研发失败风险，只有得到充分政策资金扶持才能增强其自主研发创新能力。目前，我国生物制造适应性的体制机制和政策环境还不完善。有关主管部门虽然制定了关于促进生物制造行业发展的优惠政策，但在具体执行过程中力度并不到位，而资金的短缺困境也直接削弱了生物制造业的研究开发水平和成果转化能力，完全独立掌握专利的成果也较少。

生物制造产业属于高风险、高投入，不确定性是创业阶段生物制造公司的最大特点之一，使得创业者望而却步，也不在投资方的考虑范围内。由此可见，虽然资本市场有多样化的投资渠道，但生物制造企业可选择的方式却相对有限，阻碍了产业的快速发展壮大。

2.2 生物制造原材料供给力度不足

尽管近年来中国的生物制造行业增长很快，但是原材料供给仍然是个重要的问题。以生物质能源为例，目前我国的生物质能原料的初始产能已经远大于行业供应量，并且可以真正使用于整个产业链上的有效原材料仍然短缺，主要因素在于：一是资源获取难；二是储存成本高。目前中国国内最主要的生物质原材料多为林木和农作物类原料，体积较大、容易潮湿、易腐烂。运输和仓储成本大，增加了企业原料采购成本。原材料供应不足直接在源头上制约了我国生物制造业的进一步发展，是行业目前亟待解决的问题之一。

2.3 关键核心技术储备不足

中国的生物制造行业在科技发展领域虽然有了相当的积淀，但从全球先进技术角度看，依然处在科技竞争劣势状态，生物制造行业在原始技术创新领域的水平尚有待提高，特别是底层基础共性研究、高端设备与试剂、生物数据资源等领域的积淀还不丰富[13]。

从产品研发来看，一些生物产业的关键技术依然受到国际垄断限制，包括关键核心的菌种、酶等。例如，国内关键化学物质如丙二醇、聚酰胺等遭受了广泛的专利限制，至今无法突破杜邦公司等海外大化工企业的垄断局面。国内发酵产业规模高达3 000 亿元，但核心菌种和高端酶制剂却遭遇国际专利的束缚，中国生物制造产业和科技发展受到限制，国内工业菌种和酶制剂跟国际先进水平的差距不断扩大。

从生物制造设备领域的生产制造技术水平来看，一些生物核心部件的先进技术较依赖国外，部分测试仪器和制造的实验仪器设备都需要一些从海外引进，所以国内进口产品的占比较大。而关键元件则多数采用外国的产品，直接影响着我国的生物制备产业和科学技术的发展。

2.4 生物制造产业化进程缓慢

我国生物制造业科技和行业的发展，与审批、政府采购、专利保护、技术成果转移等制度和政策密切相关，而上述制度和政策并没有适应当前生物制造业发展与创业的实际需要。另外，目前我国对生物制造业的发展还不够统筹规划，监管体制也需要 不断完善来应对高速发展的生物加工技术。

另外，中国国内的生物加工领域多数公司仅重视生物加工过程技术，对前端生产的性能改进、生产后续过程管理等方面关注程度不足。而关注此类科学问题的主要是高校和科研院所，但因评价体系等问题，他们的研发成果与市场要求脱节。因此如何将实验室研发成果与市场需求有效对接，推动研究成果实现市场化应用、转化为有效生产力，加快产业化进程是我国生物制造产业需要直面的现实问题。

总之，生物制造产业的发展受到两方面因素的制约：一方面，由于缺乏足够的资金、技术和企业研发能力有限等原因，生物制造产业化的过程相对薄弱，影响了科研成果向产品推广转化的步伐，从而阻碍了生物制造产业的发展。但是，要完成生物制造产业的产业化，就必须在科研、政府、融资、技术合作等几个层面协调与配合，政府财政方面除直接资助项目以外，还从风险投资、专利、价格政策等方面着手，强化政府对生物生产后续用科技的政策扶持，以克服影响生物产业发展成长的产业发展难题。

2.5 生物制造产业面临人才和创新双重挑战

中国生物制造领域的实力竞争最终在于是否拥有更多更好的人才。但目前该领域高端人才引进和培养严重不足，使原始创新能力相对不足，研究主要集中在仿制和跟踪中。另外，人员架构不合理，缺乏精通公司运营与产品开发的从业人员，导致生物制造技术产业链的下游创新能力缺失。与此同时，熟悉国际审批管理、专利等方面的人员很少，这对我国生物制造产业走向全球发展的进程不利[14]。

第一，高校中针对生物制造的专门研究人才和生产经营类人才的培养不足；第二，人才地区分布不均，各地纷纷建设生物制造基地，带来大量需求，但很多地方并不具备良好的人才基础；第三，各地政府引进的高端人才存在服务能力弱、人才流失严重等问题；第四，生物技术研发人员的培养周期长，行业人才存在技术断层现象。而且有大批人才到国外继续攻读学位，继而留在国外企业发展，导致高端人才流失。同时，由于生物制造产业是技术导向型产业，企业管理者需要具备优秀的管理能力和专业的技术知识，而国内这类综合性管理人才的缺失导致了企业管理与生产的脱节，影响生物制造产业发展步伐。

3 我国生物制造产业发展对策建议

根据世界经合组织(OECD)报告的预测，到2030年，发达国家将转向可再生资源构建生物经济，其中生物制造领域的经济和环境效益将超越生物农业和生物医药领域，预计贡献率将达到39%[15]。生物制造被认为是促进未来生物经济发展的重要力量，为了加快我国生物制造产业化发展，提出如下建议。

3.1 加强政策和资本支持

面对新形势新需求，加快落实《规划》的部署，加速生物制造产业在我国的发展，需要从国家战略层面统筹规划，加大资金和政策支持，推进风投和产业基金等投融资主体创新，促进其积极参与生物制造领域的互动，建立健全的合作机制和平台，引导社会资本持续为产业创新提供支持。另外，还需要鼓励企业加大技术创新资金投入，予以相应的回报与补偿，并鼓励企业与高等学校和科研机构联合，协同创建良性的资本与科技互动格局。

生物制造产业在发展过程中需要政府政策的保护和倾斜，政府相关部门要进一步出台产业扶持政策，对创新技术和创新产业提供政策便利和财政支持，鼓励产业创新。同时要主动搭建产学研合作机制，引导科研院所与地方企业建立广泛联系与合作，以技术转移、合作开发等形式实现产学研服用创新体系，保证技术源头的市场可行性，从而实现生物制造产业从源头到市场的有效结合，促进先进技术从单一研究领域向产业界进行技术转移和扩散，加速商业前景广阔的技术和产品的商品化与产业化进程。

生物制造产业在技术、设备研发以及产品生产过程中需要大量资金持续投入，除了政府部门建立完善的财政投入和奖励补贴机制，还可以由财政部门牵头，联合各方社会资本组建产业基金，为生物制造产业提供灵活多样的资金支持。

3.2 推进原材料体系多元化

未来生物制造需要加快推进原料利用多元化发展，构建多元化生物制造原料体系。首先促进以淀粉和脂肪为代表的第一代生物加工进一步市场化应用和以木质纤维素为原料的第二代生物制造的进一步工业化应用，使成熟原料的生物关键技术应用得以更有效市场推广。聚焦于工业与生态科技前沿竞争技术，旨在建立以二氧化碳、一氧化碳、乙醇等新型生态制造原料为基础的生物科学技术系统，深入研究生态固碳转换为生物能源转化的基本规律，以实现二氧化碳大规模生态工业循环，并帮助实现我国的“双碳”目标。

3.3 推进创新，构建新型生物制造工艺系统

高效生物催化剂(关键生物酶和菌种)是生物制造产业的核心技术优势，我国要加大对关键生物酶和菌种以及相关配套生产装备的技术研发投入，尽快突破国外技术垄断。以生物基为切入点开辟生物制造新赛道，在工业菌种与酶蛋白功能元件制备、生物基材料方面加大研发创新力度，培育生物基全产业链技术应用体系，尽快实现生物制造产业的“芯片”即核心酶和菌种的自主创新。致力于在融合人工智能的工业基因技术与生产工业菌种的过程生物学技术方面实现重大突破，在面向工业酶筛选的高效定向转化、过程大数据分析技术引导下的生物合成快速体系化等新技术领域开展前瞻性的研究与发展，并推动了该行业的转型和发展。

通过与高等学校、科研机构和产业的深层次合作与创新，集合并汇聚先进技术能力、资金和人员等重要要素，针对中国生物制造业的“卡脖子”问题建立“政—产—学—研”协同创新研究中心，以打造国家“战略力量”为目标建设生物制造国家重点实验室，提高产业酶和菌种的创新和改造能力，加速实施国家生物基产业建设工程，积极培育绿色生态经济体系，促进生态制造产业模式创新，助力产业结构的绿色转型；进一步发展新兴智能生态制造技术与工艺系统，逐步推动中国生态制造行业的高效与规模化发展。

3.4 推进生物制造产业化

为加速先进生物制造技术创新和促进其产业化，建议采取以下措施：

首先，立足于促进生物制造科学技术研究成果的转化为目标，以生命制备工艺、生命催化工艺和物种定向选择工艺等基础技术为核心，推动产学研用结合研究，着力突破共性技术与前沿技术，推动基础研发和应用交叉结合，以促进生命加工产业链的全面发展为宗旨；

其次，企业要在“工业菌种”“酶制剂”等国产基础力薄弱的核心技术基础方面，借助优势企业开展若干重点创新项目和产业化应用工程，以争取企业实现对关键技术的自主控制；

最后，依托已有的科技服务优势，进一步构建和健全服务系统，以进一步提升企业技术创新与成果转移水平为宗旨。

针对我国的需要，在先进的生物制造相关领域，第一，把重点集中到我国生物安全保障条件的方面，致力于开发生物制造装置、测试仪器等领域；第二，在我国防治重大疾病的系统构建需要的背景下，大力加强对生物疫苗、先进检测仪器及其相应装备的研究与产业化能力，从而逐步推动生物医药工业的高效成长；第三，着眼于我国产业转型升级以及生态环保方面的需要，在关键产品菌种与酶制剂的“卡脖子”关键上进行攻关，形成较为完备的基础科技和设备系统，从而促进工业的高效成长[15]。

3.5 加强高端人才建设

加强人才建设，培育创新源泉。首先，加强技术经营综合型人才的培养和管理经营理念的引导。通过建立高质量的导师队伍和多样化的科研团队，加强对生物制造领域的新型人才培育和培训，同时引导和推广管理经营理念，以更好地促进人才和科技资源的优化整合。其次，注重提升中国生物制造原始创新能力。为此，需要积极吸引国内外高水平人才和留学生回国参与科研和创业，特别是为国家战略需求服务的人才。通过提供良好的学习和工作环境、优厚的薪酬待遇和丰富的科研资源等方式，提升我国生物制造的研发创新环境和人才集聚能力。再次，形成了科学合理的评价体系和人才培养激励机制。着力培育具备更多创新活动能力的青年创新型人才队伍和跨学科人才培养。此外，完善人力资源使用与考核激励机制。形成有利于人力资源成长的技术和行业氛围，改善人才资源分配不均的问题。最后，结合地区生物产业基础打造生物产业孵化基地。以税收优惠、研发补贴等形式培养专业企业综合人才，加快打造地区生物产业发展优势。