深度解析中国工业生物技术行业发展现状及前景

工业生物技术是利用微生物、植物和动物细胞或酶的生物催化功能，进行大规模的物质加工与转化的先进制造技术，主要包含包括生物基化学品、生物基材料、生物燃料、生物环保等，涉及食品、能源等许多重要的工业领域。近年来，全球的生物技术发展速度迅猛，早已成为高科技的战略性新兴产业技术之一，越来越多地应用于基础化学品及其聚合物，乃至特殊化学品的生产。

 

工业生物技术细分

我国生物发酵行业的产量已经占据了国际领先地位，但与同行相比，面临诸多挑战，具体对比如下。不过前景广阔，随着生物催化与生物炼制技术的不断完善，绿色生物工艺新技术、新方法、新工具的不断出现，中国将建立一个基于碳循环利用的绿色经济模式。

 

行业发展的战略需求与政策环境

工业生物技术的优势特点引起全球重视

经济合作发展组织（OECD）对6个发达国家进行分析的结果表明：工业生物技术的应用可以降低各项消耗，具体如下。该组织预测，生物技术对OECD成员国的国内生产总值（GDP）的贡献将会达到2.7%，将有35%的化学品和其他工业产品可能涉及工业生物技术。此外，据世界自然基金会（WWF）估测，到2030年，工业生物技术每年将可降低10亿~25亿吨的CO2排放。

 

总之，工业生物技术过程可以获得与化学制造相同甚至更好的产品，能够大幅降低原材料与能源消耗及操作成本，减少废弃物的产生与排放。

生物技术、工具和手段的迅猛发展推动工业生物技术不断前行

2000年，聚乳酸的上市标志着工业生物技术开启了新的篇章。合成生物学、基因编辑等前沿技术能够深刻解读生物分子元件的结构与功能，采用科学的读写方式，编辑以微生物为代表的细胞工厂的遗传信息，通过对生命的精确化设计与人工再造创建全新的、高效的代谢途径，从而实现对生命性状与功能的人工控制，最终获得传统化学合成无法获得的新型高价值化工产品。利用这种方式，既可以实现天然产物的生物合成，也能够完成平台化学品的合成生物制造，还可以达到转化利用二氧化碳的目的，具有巨大的经济效益与社会效益。

 

麦肯锡全球研究院（Mc Kinsey Global Institute）发布的研究报告将合成生物学列入未来十二大颠覆性技术之一的“下一代基因组学”之中，预计到2025年，合成生物学与工业生物技术的经济影响将达到1000亿美元。

目前，美国、欧盟、日本等科技创新的领先国家或经济体在合成生物学领域大力建设相关的研究中心、平台、实验室等实体机构。Wilson中心合成生物学项目的统计数据显示，截至2016年2 月，全球合成生物学实体机构（包括公司、高校、研究所、实验室等）约565个，具体如下。

 

风险投资（VC）已成为新生代工业生物科技公司的主要资金来源。经分析，工业生物技术行业VC 活动的区域主要集中在美国和欧洲。尤其是针对美国生物燃料公司的重大投资，是形成上述大额数字背后的主要驱动因素。近年来，大多数投资者逐渐将焦点转向更为成熟、风险更小的投资项目。对工业生物技术公司的投资动向分析发现，VC倾向于生物燃料与生物化学品。据撤资的数据显示2006年和2012年的撤资活动最为密集。2013年年底的VC净存量约为12亿美元，约为生物化学品VC净存量的一半。

 

2002~2013 年工业生物技术VC 投资额、撤资额与净存量

数据来源于Zephyr 数据库

工业生物技术成为发达国家与新兴经济体的战略培育方向

鉴于工业生物技术的低碳环保与先进制造产业的重大需求，诸多发达国家都构建了目标宏远的战略愿景。

美国——《2020年制造业挑战的展望》

将“生物制造技术”列为2020年制造技术挑战的11个主要战略方向之一，并在《生物质技术路线图》等计划任务中设立了“2020年，实现化学工业的原料、水资源及能量的消耗降低30%，污染物排放和污染扩散减少30%；2030年替代25%有机化学品和20%石油燃料”的宏远目标。

在《生物学产业化：加速先进化工产品制造路线图》中提出生物学产业化的发展愿景——“在未来十年（2015~ 2025年），将通过生物学方法合成化工产品的能力逐步改善，提升到与传统化工方法相媲美的程度”。

美国国家委员会预测，到2020年将有50%的有机化学品和材料源自生物质原料2016年美国农业部的研究报告指出，2014年生物基产品行业为美国经济贡献了3930亿美元和422万个就业岗位。

欧洲——《工业生物技术2025远景规划》

期望完成向基于生物技术型社会的“华丽转身”，力争于2025年实现“生物能源替代化石能源20%；化学品替代10%～20%，其中化工原料替代6%～12%，精细化学品替代30%～60%”。

2015年6月，欧洲工业生物技术研究与创新平台中（BIO-TIC）在其项目最高政策会议上发布了《推动生物经济——面向欧洲不断繁荣的工业生物技术工业路线图》确定了工业生物技术的主要研究方向。预计到2030年，欧盟的工业生物技术产品市场将增长至500亿欧元。

欧洲生物产业协会（Europa Bio）2016年9月发布的研究表明，工业生物技术为欧盟提供了48.6万个全职工作岗位，创造了316亿欧元的产值。

除了美国和欧盟等主要经济体外，工业生物技术在日本、韩国、加拿大、俄罗斯、澳大利亚、巴西、阿根廷等国家也受到了高度重视，被纳入到这些国家的生物经济专属战略或生物经济相关战略中，并在科研投入和产业化等方面迅速发展。

中国的工业生物技术政策环境日趋完善

我国目前已经成为全球最大的温室气体排放国，到2020年要实现“单位GDP CO2排放比2005年下降40%～45%”的目标，面临着巨大压力，极具挑战性。我国具有发展工业生物技术的迫切需求与良好的工业基础。

“十二五”期间提出了《“十二五”生物技术发展规划》、《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》、《生物产业发展规划》等涵盖工业生物技术的国家发展战略，而且出台了一系列该领域的专项规划。

2015年5月，《中国制造2025》中明确指出“全面推行绿色制造，将新材料、生物医药等列为重点领域突破发展；要求努力构建高效、清洁、低碳、循环的绿色制造体系，大力促进新材料、新能源、高端装备、生物产业绿色低碳发展”。

2016年12月，《“十三五”生物产业发展规划》提出“推动生物制造规模化应用，创新生物能源发展模式，促进生物环保技术应用取得突破”。

2017年5月，《“十三五”生物技术创新专项规划》在坚持创新发展、着力提高发展质量和效益层面，提出拓展产业发展空间、支持生物技术新兴产业发展和传统产业优化升级的要求。在其支持的7个支撑重点领域中，生物化工、生物能源、生物环保3个领域与工业生物技术密切相关。

行业现状与发展前景

“十二五”期间，科学技术部通过国家“863”计划的精密部署，围绕重大化工产品的先进生物制造、微生物基因组育种、工业酶分子改造等关键领域共布局15个项目，国拨经费超过6.5亿元，自筹经费超过22亿元，总经费达28亿元以上。课题承担单位广泛覆盖了企业、科研院所和高校等创新主体，其中企业牵头课题占62%。主要情况如下。

 

随着“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局的贯彻落实，以及供给侧结构性改革的逐步推进，无论是大宗发酵产业的升级改造，还是化工产业的嵌入式应用，都要将“去产能、降成本、补短板”作为重点任务来实施。

看看具体产品在世界的排名：目前，我国氨基酸、维生素、有机酸等大宗发酵产品规模稳居全球第一；生物能源年替代化石能源量超过3300万吨标准煤，处于世界前列乙二醇、丁醇、乙烯等已实现生物法制造，生物塑料、生化纤维等新材料生物法生产初具规模；泛酸、丙烯酰胺、乳链菌肽等占据世界市场50%~70%的份额，原料消耗、废物排放量等减少50%以上。

经过“十二五”期间的大力发展，中国工业生物技术产业主要产品的产值已经超过5500亿元，年均增速达到8%以上。2016年，我国发酵行业主要产品产量达到2629万吨，与2015年相比增长8.3%，扭转了近年来一直低位徘徊的局面。2016年主要出口产品的出口量达到408万吨，同比增长18.6%，大大高于2015年3.3%的增幅。受原料玉米价格下降等因素影响，淀粉糖、赖氨酸、乳酸、葡萄糖酸钠出口量实现了两位数增长，味精、柠檬酸、多元醇、酵母由于出口价格的持续降低也保持了较稳定增长，酶制剂出现了负增长。工业生物技术企业规模不断扩大，产业集中度进一步增强，部分主要产品产能规模前6 家企业的产能占全国产能的80%以上。

中国工业生物技术产业集群区域分布

 

数据来源：国家发改委

生物基化学品行业现状

 

生物基化学品的产品丰富多样，而且应用范围十分广泛，市场价值巨大。美国农业部于2016年发布报告称，到2025 年，生物基化学品将占据全球化学品22%的市场份额，其年度产值将超过5000亿美元。我国全生物法生产琥珀酸、D-乳酸、1,3- 丙二醇、生物柴油、长链二元酸等大宗化学品的产业化进程正在稳步推进，未来将大幅度推动产业链下游的拓宽与延伸。

尽管前景乐观，但我国的生物基产业亟需进行转型升级，应向更高性能、精细化及多元化的下游衍生品进行拓展。纵观美国、欧洲和日本等国家和地区，其精细化学品产业化进程顺利，商业模式成熟，主要以市场为主导，由研发实力强大的精细化工及农粮生化企业为主要推动力。而我国主要停留在技术含量相对较低的大宗发酵产品。目前这些行业均面临一定程度的产能过剩，产品在品类的中低端市场展开同质化竞争，导致行业利润快速下滑。

生物基产品的应用领域

 

生物基材料行业现状

目前，全球生物基材料产能已达3000万吨以上，每年增长速率超过20%。世界各国纷纷制定相关法律法规促进其发展和使用，生物基材料的应用正在从高端功能性材料和医用材料领域向大宗工业材料和生活消费品领域转移，在日用塑料制品、化纤服装、农用地膜等方面逐渐实现规模化应用。我国的生物基材料产业已经在环渤海、长三角、珠三角等区域初步形成了产业集群。

 

在日用塑料制品方面，生物基塑料（BBP）是一类重要的、迅速发展的新型生物基产品，主要包括生物基合成材料、生物基再生纤维等。其中，可降解生物基塑料的典型产品包括聚乳酸（PLA）、二元酸二醇共聚酯、聚羟基烷酸酯（PHA）、聚乙烯醇（PVA）、二氧化碳共聚物（PPC）等，非生物降解生物基塑料的典型产品包括生物聚乙烯（BPE）、聚酰胺（PA）等。

 

生物基纤维是生物基材料重要的应用方向之一。目前，生物基纤维按照原料来源以及纤维加工工艺的不同，可以分为生物基合成纤维、海洋生物基纤维、生物蛋白质纤维以及新型纤维素纤维。

生物燃料行业现状

据世界生物质能协会（WBA）发布的《2017全球生物能源统计报告》数据显示，生物能源作为行业贡献最大与最具生命力的可再生能源，其2014年的总消费量为50.5EJ，占全球能源结构的14%；2016～2020 年，预计全球生物燃料市场会保持稳定的上升态势，年均复合增长率将达到12.5%。年均复合增长率将达到12.5%。我国生物质能源的潜力很大，主要为生物乙醇、生物柴油和生物质发电。然而，根BP公司《2015年世界能源统计评论》的数据显示，我国的生物燃料发展速度较慢，居全球第七位。后来者如阿根廷、印度尼西亚发展速度很快。

虽然我国是仅次于美国和巴西的全球第三大生物乙醇生产国和应用国，但2015年我国生物乙醇产量仅占全球总产量的3.17%（约230万吨），距离发展完善的市场还有极大的提升空间。我国汽油年产量已经超过1.2亿吨，而生物乙醇的产量仅达到汽油产量的2%左右。由于我国汽油的用途绝大部分为车用汽油，若在全国范围内按照现行车用乙醇汽油E10标准来推广使用，那么所需的燃料乙醇具备约千万吨的上升空间。

基于此，我国于2017年9月联合印发《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油。

目前，我国共有7家生物乙醇定点生产企业，年产能合计在230万吨以上，近几年不会有大的变化。

 

此外，我国生物柴油产业发展也处于成长期，生物柴油总产量为300万～350万吨，但由于受到原料供应的限制，生产装置开工率不足，2014年产量约为121万吨，尚无法满足巨大的市场需求，截至2015年4月，据安迅思数据显示，我国正规的生物柴油企业不足10家。生物柴油产业在我国市场发展一直不理想，推广难度大、终端用户抵制、利润分配不均衡等因素制约着我国生物柴油产业的发展。

酶制剂行业现状

目前，全球已发现并鉴定的酶至少有8000多种，其中已经开发生产的酶制剂至少有5000多种，已经工业化生产的酶制剂约200种，常见的30多种工业酶制剂对产品品质的要求很高，因而需要菌种、生产技术研发方面的长期积淀和不断优化。目前，全球酶制剂市场主要由几家跨国企业垄断，尤其是诺维信占据了全球近一半的市场。

不同类型的酶制剂的商业价值和潜在市场

数据来源：行业公开资料与调研报告

我国酶制剂产业正向“高档次、高活性、高质量、高水平、多领域”方向发展。21世纪以来，我国酶制剂产业总体生产和销售形势较好，产品产量保持了持续攀升和高增长的态势，逐步形成了一个较稳定的生产格局和市场格局，基本告别了无序竞争，进入了良性发展的轨道，出现了一批有特色有规模的重点生产企业。

在我国，以诺维信和杰能科为主导的跨国企业进入中国酶制剂市场后，占据了约2/3 的市场份额；与之相比，国内企业在市场竞争中仍然处于低端竞争的层面，以低端酶（如淀粉酶、糖化酶）为主，行业呈现出竞争白热化的态势。

行业展望

工业生物技术产品比传统石化产品平均节能30%～50%，减少环境影响20%～60%，微生物及其组成成分正在越来越多地被用于清除工业废物、修复生态系统，生物质能正在成为推动能源生产消费革命的重要力量，一个基于碳循环利用的绿色经济模式正在建立。

工业生物技术是生物制造的核心科技

（1）需要解决制约工业生物技术发展的核心科技问题，主要包括：①建立以纤维素原料为主、油脂和含碳气体为辅的工业生物技术可持续原料体系；②建立以合成生物技术和生化-热化学联合技术为核心的低成本生物制造工艺路线；③立以精细化学品、材料化学品及生物基产品衍生转化为核心的工业生物技术产品体系。

（2）需要建立促进工业生物技术发展的关键技术体系，主要包括高效生物催化剂关键技术体系（如高通量筛选技术、单细胞基因组技术、蛋白质设计合成技术、高效蛋白表达技术、基因组操作技术和合成生物技术）与工业生物过程和工艺技术（如光合生物技术、智能发酵过程控制技术、绿色生物工艺技术、生物质生物炼制技术和含碳气体生物转化利用技术），同时兼顾生物技术的转化研究问题。

整个行业正在从传统发酵工业向现代生物制造产业转变，其产业水平不断提高、产业规模不断扩大、产业总值稳步增长。“两个替代”理念逐步践行：随着生物炼制技术的不断进步，行业原材料正在从石油原料迈向生物质原料；而工业生物催化技术的逐渐成熟，促使高能耗、高污染的有机合成逐渐为绿色可持续的生物合成所取代。

 

目前我国在工业生物技术领域自主创新能力显著增强，生产技术水平大幅提高，逐渐形成了产品多样化、产出能力强、市场转化活跃的产业技术创新体系，相信随着业界的共同努力近几年会不断涌现出新秀企业，未来我们会持续关注。

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