1、生物制造國內(nèi)外狀況,2010年6月,陳 堅,提綱,產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與問題 產(chǎn)業(yè)面臨的形勢 發(fā)展思路與發(fā)展目標 主要任務(wù) 政策措施建議,一、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與問題,生物制造是綠色、低碳、可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展模式,生物制造是利用“生物的機能”生產(chǎn)燃料、材料和化學(xué)品的加工方式，具有高效、清潔、可再生等特點,生物質(zhì) 廢棄物,原料,產(chǎn)品,生物轉(zhuǎn)化,材料、化學(xué)品,生物能源,精細化學(xué)品,生物基材料,微生物工業(yè)制劑,大宗化學(xué)品,超過GDP約40%的工業(yè)是生物制造發(fā)展的空間,生物制造是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),生物高分子材料 生物基單體聚合物 生物質(zhì)加工材料,食品與配料,大宗發(fā)酵產(chǎn)品,化工醇、酸、溶劑、涂料、表面活性劑,抗生素、維生素、有機

2、酸、氨基酸、酶制劑 等,甾體激素、手性胺、手性醇、醫(yī)農(nóng)化產(chǎn)品,發(fā)酵食品、功能食品、添加劑、功能菌劑 等,生物冶金、生物造紙、生物制革、生物紡織等菌劑,大宗化學(xué)品： 石油煉制-生物煉制,石 油,生 物 質(zhì),天 然 氣,減壓,精餾,氧化,氧化,丙烯酸,建筑、紡織、包裝 目前國內(nèi)需求55萬噸， 產(chǎn)值88億,生物質(zhì),生物制造,生物制造的生產(chǎn)模式,實現(xiàn)One-Pot反應(yīng)，縮短石油化學(xué)品生產(chǎn)的工藝流程，減少原油資源消耗，降低投資成本，減少污染與CO2排放。,裂化,選擇性 高效性 含氧原料 手性特征,3-羥基丙酸,石油,資料來自EuropaBio主席Sijbesma F報告,生物制造已顯示出巨大潛力,原料降

3、低65 能耗降低65 成本降低50,頭孢菌素,原料降低37% 能耗降低30% CO2減排63%,1,3- 丙二醇,OECD對6個發(fā)達國家進行分析的結(jié)果表明：生物制造技術(shù)的應(yīng)用可以降低工業(yè)能耗15-80%，原料消耗35-75%，空氣污染50-90%，水污染33-80%，生產(chǎn)成本降低9-90%,精細化學(xué)品,大宗化學(xué)品,世界基金委員會預(yù)測，到2030年，工業(yè)生物技術(shù)每年將可降低10億到25億噸的二氧化碳排放,OECD預(yù)測：至2030年，將有35%的化學(xué)品和其它工業(yè)產(chǎn)品來自生物制造,工業(yè)39%,農(nóng)業(yè)36%,醫(yī)藥25%,2030年：生物技術(shù)的經(jīng)濟貢獻與環(huán)境效益,生物制造已顯示出巨大潛力,生物能源,精細化

4、學(xué)品,生物基材料,微生物 工藝,石油化學(xué)品,我國從事生物制造的企業(yè)有5000多家，涉及到發(fā)酵工業(yè)、石油化工、醫(yī)藥化工、精細化工、采礦工業(yè)、紡織工業(yè)、食品工業(yè)、造紙制革等工業(yè)，總產(chǎn)值約6000億。 特點： 產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域與規(guī)模不斷擴大，已經(jīng)形成國民經(jīng)濟新增長點 產(chǎn)業(yè)水平不斷提高，正在從傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)向現(xiàn)代生物制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變 現(xiàn)代創(chuàng)新能力正在形成，基因技術(shù)成為新的技術(shù)制高點 國際資本、技術(shù)與市場的滲透與融合，國際企業(yè)本土化,我國生物制造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀,微生物制造,產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域與規(guī)模不斷擴大，已經(jīng)形成國民經(jīng)濟新增長點,產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀,產(chǎn)業(yè)趨勢,生物工藝正在成熟，生物冶金、生物驅(qū)油、生物紡織、生物造紙等正在發(fā)展,生物制漿工藝已

5、累計生產(chǎn)紙漿100余萬噸，減少氯用量1.2萬噸,化學(xué)工業(yè)過程不斷被生物制造過程取代,泛酸、丙烯酰胺、乳鏈菌肽等占據(jù)世界市場50-70%，原料消耗、廢物排放量等減少50%以上,大宗工業(yè)原料正在從石油化工路線轉(zhuǎn)移,乙二醇、丁醇、乙烯等實現(xiàn)生物法制造，生物塑料、生化纖維等新材料生物法生產(chǎn)初具規(guī)模,發(fā)酵產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，產(chǎn)值穩(wěn)步增長,氨基酸、維生素、有機酸等大宗發(fā)酵產(chǎn)品規(guī)模穩(wěn)居全球第一，產(chǎn)值超過1000億元,生物制造技術(shù)水平不斷提高，正在從傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)向現(xiàn)代生物制造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變,基因工程菌的育成與采用,數(shù)字化、智能化、自動化過程控制,新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，新技術(shù)快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,利用基因組規(guī)模DNA大片段敲除技術(shù)

6、，基因組改組技術(shù)，構(gòu)建了多拉菌素工程菌，30噸大罐發(fā)酵單位約1200 mg/L，達到了工業(yè)生產(chǎn)的水平 我國抗生素工業(yè)第一株自主產(chǎn)權(quán)基因工程菌,多拉菌素是新型阿維菌素族中最好的驅(qū)蟲藥 該技術(shù)長期為國外企業(yè)壟斷，我國企業(yè)無法獲得生產(chǎn)菌株,海正藥業(yè)集團近期開始生產(chǎn)多拉菌素，預(yù)計年銷售收入6億元，利稅總額1.8億元。目前已投資9億元，新發(fā)行股票5000萬股,多拉菌素基因工程菌規(guī)模生產(chǎn),紅霉素、頭孢菌素生產(chǎn)水平大幅提高,紅霉素發(fā)酵單位達到8,000 U/mL 頭孢菌素發(fā)酵單位達到40,000 U/mL 形成了抗生素優(yōu)化技術(shù)體系,篩選、改造獲得了-氧化酶/-氧化酶活性比高的微生物，能將C9C18的正構(gòu)烷烴

7、發(fā)酵得到相應(yīng)碳數(shù)的長鏈二元酸，替代化學(xué)合成路線 山東萊陽瀚林生物項目一期工程已投資7億元，計劃總投資30億元，將建成世界上產(chǎn)量最大的長鏈二元酸生產(chǎn)和研發(fā)基地，年產(chǎn)能將達到6萬噸，預(yù)計產(chǎn)值近40億元，利稅約10億元,長鏈二元酸生物制造實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,開辟了長鏈二元酸的新來源，為尼龍工程塑料、熱熔膠、涂料和香料等十幾大類高檔產(chǎn)品的化學(xué)合成提供了豐富的原材料,建立生物轉(zhuǎn)化2,2-二甲基環(huán)丙甲腈生產(chǎn)(S)-(+)-2,2-二甲基環(huán)丙甲酰胺的生物催化技術(shù)路線，有機溶劑使用氯化亞砜、氯仿、二氯甲烷、乙醚、甲醇等,廢物5噸/噸產(chǎn)品基本消除，廢水2000噸/噸產(chǎn)品下降到300噸以下/噸產(chǎn)品，減少了85%。,西司他

8、丁鈉關(guān)鍵手性中間體(S)-(+)-2,2-二甲基環(huán)丙甲酰胺,生物催化新技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,由8步化學(xué)合成變?yōu)殡p酶一步法,生物基材料：生物可降解塑料PHB、聚乳酸等實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并達到世界規(guī)模最大，產(chǎn)品出口量大,我國生物制造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀,問題-創(chuàng)新能力不足,基因技術(shù)能力 智能化控制與放大技術(shù) 生物煉制技術(shù) 生物催化技術(shù) 技術(shù)集成能力 粗原料利用能力,問題-企業(yè)規(guī)模小,以中小企業(yè)為主，龍頭企業(yè)少 信用結(jié)構(gòu)不合理，融資機制不健全 企業(yè)科技創(chuàng)新能力弱， 市場競爭能力弱，利潤率低。國際市場開拓能力弱 高端人才缺乏,大多重視生物加工過程開發(fā)，對生產(chǎn)原料品質(zhì)改良、產(chǎn)品后續(xù)應(yīng)用技術(shù)重視不夠 在生物材料領(lǐng)域，偏重原料的生

9、產(chǎn)，對材料改性及應(yīng)用技術(shù)重視不足，如PHA、PLA等大部分出口供深加工，制約了整個行業(yè)的發(fā)展。 在酶制劑領(lǐng)域，同樣偏重單酶品種的生產(chǎn)，缺乏對復(fù)合酶和酶制劑工藝的完整技術(shù)解決方案的開發(fā)。,問題-產(chǎn)業(yè)鏈不完整,2004年“新一代工業(yè)生物技術(shù)”已經(jīng)列入國家中長期科技規(guī)劃發(fā)展綱要,“工業(yè)生物技術(shù)”公眾關(guān)注的頻率,相對生物農(nóng)業(yè)（溫飽）、生物醫(yī)藥（健康）而言，缺乏鮮明主題（可持續(xù)？清潔？綠色？） 生物制造涉及領(lǐng)域廣泛，缺乏統(tǒng)一的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，社會和政府部門的認知度低。雖然目前生物制造的產(chǎn)值在所有生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中占到80左右，卻遠不如生物農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)藥那樣得到重視。,問題-社會認知度不夠,二、產(chǎn)業(yè)面臨的形勢,加快

10、調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式，節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，是我國現(xiàn)階段的歷史使命。建立綠色、低碳與可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟體系的核心科技具有重大戰(zhàn)略意義。,我國現(xiàn)代工業(yè)化經(jīng)濟進程與能源、資源、環(huán)境形勢的現(xiàn)實形成了劇烈沖突。到2020年要實現(xiàn)單位GDP CO2減排40-45%的目標，面臨巨大壓力和特殊困難,資源、環(huán)境形勢需要新的經(jīng)濟發(fā)展模式,化石 資源,可再生碳資源,生物燃料(醇、油、氣) 生物聚合物材料 平臺化合物,醫(yī)藥化學(xué)品 手性化學(xué)品,燃料(汽煤柴) 橡膠、塑料 合成纖維 三烯三苯,化學(xué)藥物 農(nóng)藥 精細化學(xué)品,能源與基礎(chǔ)化工產(chǎn)品,生物制造是變革經(jīng)濟增長方式的重大需求,能源資源短缺 我國原油進口比例

11、已達51.3%,氣候變化 我國CO2排放量已成為全球最大,環(huán)境污染 我國石化工業(yè)每年排放廢水達60億噸,生物制造,大宗化學(xué)品 精細化學(xué)品,在我國工業(yè)化進程過度依賴化石資源的模式轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重大作用,生物制造已經(jīng)成為世界各經(jīng)濟強國的國家戰(zhàn)略重點，工業(yè)生物技術(shù)正在育成一場新的產(chǎn)業(yè)革命。,世界各國在行動，美國2020年制造業(yè)挑戰(zhàn)的展望明確將工業(yè)生物制造技術(shù)作為戰(zhàn)略技術(shù)領(lǐng)域，并列為2020年制造技術(shù)挑戰(zhàn)的11個主要方向之一。,生物制造相關(guān)路線圖,美國：生物質(zhì)發(fā)展路線圖 美國：GTL路線圖 歐洲：21世紀可持續(xù)化學(xué)工業(yè)路線圖 加拿大：基于生物的基礎(chǔ)原料、燃料及工業(yè)產(chǎn)品科技創(chuàng)新路線圖,美國： - 2020年

12、，實現(xiàn)化學(xué)工業(yè)的原料、水資源及能量的消耗降低30%，污染物排放和污染擴散減少30%。 - 2030年替代25%有機化學(xué)品和20%石油燃料 歐盟： 歐洲工業(yè)生物技術(shù)2025遠景規(guī)劃，期望取得基于生物技術(shù)型社會轉(zhuǎn)變的實質(zhì)性進展 - 生物能源替代化石能源20%， - 化學(xué)品替代10-20% ， 其中化工原料替代6-12%，精細化學(xué)品替代30-60%,工業(yè)生物技術(shù)已成為各國的戰(zhàn)略培育方向,系統(tǒng)生物學(xué)、定量生物學(xué)飛速發(fā)展，生物體的設(shè)計改造技術(shù)日漸成熟，生物制造的工業(yè)模式正在形成。,最小基因組細胞工廠、微生物基因組的合成、多基因組工程培育新物種、合成生物學(xué)與人工生命合成等重大科技創(chuàng)新，使利用微生物高效合成

13、原來不存在、或者原來制造效率很低的工業(yè)產(chǎn)品成為可能，工業(yè)生物技術(shù)正在催生著重大的科技革命。,multiplex genome engineering, Nature, 2009, 460: 894-898,Genome engineering, Science 2009, 1173759v1,Long-chain alcohol biosynthesis PNAS, 2008, 105:20653,國際生物制造技術(shù)發(fā)展迅猛，正在推動著生物產(chǎn)業(yè)體系的變革,工業(yè)生物催化技術(shù)逐漸成熟，高能耗、高污染的有機合成逐步被綠色可持續(xù)的生物合成替代 生物煉制技術(shù)體系的生化途徑不斷進步，高分子材料、大宗化工原材

14、料正在從石油原料向生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)變 工業(yè)微生物分子育種技術(shù)不斷進步，發(fā)酵產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平與競爭力不斷提高 植物化學(xué)藥物與保健品的植物提取正在轉(zhuǎn)向生物合成制造，天然藥物對珍稀自然資源的依賴和破壞的局面將被扭轉(zhuǎn) 綠色生物工藝新技術(shù)不斷出現(xiàn)，正推動著采礦、輕紡等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)節(jié)能降耗的革新,大型跨國公司斥巨資用于生物制造技術(shù)的研發(fā) 杜邦公司剝離石油資產(chǎn)，未來3年將向應(yīng)用生物技術(shù)部門投資5億美元，并將2010年銷售額的25%定位于生物質(zhì)產(chǎn)品 歐洲BASF、DSM、Lonza、Degussa和Roche等大型跨國公司已紛紛轉(zhuǎn)向工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，并已有產(chǎn)品投放市場 Dowpharma，Cambrex和Archimic

15、a等精細化工公司，通過收購其他相關(guān)公司來大幅度增強其生物制造技術(shù)研發(fā)能力 IBM、Microsoft等IT巨頭也紛紛涉足生物技術(shù)的研究與開發(fā) 知名生物制造企業(yè)搶灘中國市場 Amano Enzyme, Codexis，BioCatalytics, Novozymes，Bioverdent紛紛在我國設(shè)立以生物制造為核心技術(shù)的分支研發(fā)機構(gòu)或工廠，必將對我國新興生物制造產(chǎn)業(yè)形成新一輪的沖擊。 酶制劑市場1/2為外國企業(yè)壟斷。諾維信、杰能科、天野公司在國內(nèi)設(shè)廠,國際競爭將更加激烈,應(yīng)對危機 拉動內(nèi)需 增強消費,生物制造,食品安全（防腐劑、香精等添加劑） 可降解塑料與限塑令 輕紡制品（棉麻、皮革）,金融危

16、機啟示,國內(nèi)消費品市場與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,酶制劑：80%國內(nèi)市場被國外公司壟斷,酶種單一，生產(chǎn)水平低幾倍甚至幾十倍,高產(chǎn)酶的野生菌 高表達酶的工程菌,產(chǎn)品的市場現(xiàn)狀,我國企業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀,對技術(shù)迫切需求,大宗發(fā)酵產(chǎn)品(有機酸、氨基酸、抗生素)：產(chǎn)量國際領(lǐng)先,生產(chǎn)菌株水平低20-50%，以高資源消耗、高能耗和低人工成本競爭,新的分子育種技術(shù) 改造工業(yè)菌株,新興生物產(chǎn)業(yè)(生物燃料、生物基化學(xué)品、生物材料)：成為投資熱點,有一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ) 但不具備新產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù),利用生物質(zhì)原料，低成本生產(chǎn)這些產(chǎn)品的菌株,精細化學(xué)品和醫(yī)藥化學(xué)品與中間體：市場需求大,基本為化學(xué)法合成 物耗、能耗高，污染重,生物催化轉(zhuǎn)化替代

17、實現(xiàn)節(jié)能減排,高污染行業(yè)(紡織、造紙、制革、竺麻、采礦),行業(yè)覆蓋面廣 消耗大、污染重,開發(fā)適用的酶與生物制劑及生物處理技術(shù),我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求迫切,三、總體思路與目標,加強高技術(shù)創(chuàng)新 擴大新興產(chǎn)業(yè)規(guī)模 加快產(chǎn)業(yè)進步 完善產(chǎn)業(yè)鏈。,清潔高效綠色生化工藝,高能耗高污染的傳統(tǒng)化學(xué)工藝,能源與化學(xué)工業(yè)原料石油資源,可再生碳資源與生物質(zhì),生物制造產(chǎn)業(yè)的糧食原料,非糧原料與廢棄物,現(xiàn)代生物制造強國,核心技術(shù)自主創(chuàng)新,先進生物技術(shù)模仿,初步實現(xiàn)以下轉(zhuǎn)變：,傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)大國,發(fā)展思路,顯著增強自主創(chuàng)新能力。形成一批水平高、機制新的工程中心和工程實驗室。 實現(xiàn)重點突破，形成龍頭企業(yè)。形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)、年

18、銷售額超過10億元的生物技術(shù)產(chǎn)品，形成10個左右銷售收入超50億元的大型生物制造企業(yè)。 育成生物化工，生物材料等新產(chǎn)業(yè)鏈，建設(shè)綠色、低碳與可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟體系；促進替代石油資源15%，促進精細化工產(chǎn)品的生物法替代化學(xué)法達到20%，促進環(huán)境改善與化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展； 提高產(chǎn)業(yè)水平，增強國際競爭能力。促進發(fā)酵工業(yè)技術(shù)水平提高20-30%，輕紡工業(yè)實現(xiàn)污染物源頭控制，資源消耗與廢水排放減少30%以上。,發(fā)展目標,形成大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，增強社會與經(jīng)濟影響力 到2015年，生物制造產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達到1萬億元，增加值達到4000億元以上，生物產(chǎn)業(yè)出口額顯著增加。 經(jīng)過10年的努力，力爭使我國生物制造產(chǎn)業(yè)主要經(jīng)濟指標

19、進入世界前列；顯著增加國際市場占有的比重。到2025年，全國生物產(chǎn)業(yè)增加值突破2.5萬億元，占GDP比重達到4%以上，成為高技術(shù)領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)和國民經(jīng)濟的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。二氧化碳減排10億噸，貢獻率10% 政策法規(guī)和組織體系進一步完善 形成有利于生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策法規(guī)體系、技術(shù)創(chuàng)新體系、技術(shù)標準體系、生物安全保障體系、產(chǎn)業(yè)組織體系和行業(yè)服務(wù)體系。,發(fā)展目標,四、主要任務(wù),加強創(chuàng)新能力建設(shè) 發(fā)展生物基材料產(chǎn)業(yè) 培育生物質(zhì)化工產(chǎn)業(yè) 做強大宗發(fā)酵產(chǎn)業(yè) 深化生物精細化工產(chǎn)業(yè) 強化生物輕工食品產(chǎn)業(yè) 推動生物采礦產(chǎn)業(yè),1 創(chuàng)新能力建設(shè),手性生物合成 國家工程中心,輕紡生物加工 國家工程實驗室,生物煉制 國家

20、工程實驗室,整合有限的研究資源和分散的優(yōu)勢研發(fā)能力，組建跨領(lǐng)域、高水平、設(shè)施先進的國家工程研究中心和工程實驗室,。,計算模擬： 高效能低成本多尺度離散模擬超級計算應(yīng)用系統(tǒng),組學(xué)分析：形成基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組分析能力,合成生物學(xué)：多種微生物的高效遺傳操作工具,關(guān)鍵技術(shù),2 發(fā)展生物基材料產(chǎn)業(yè),開發(fā)聚氨基酸、聚蘋果酸、聚賴氨酸、聚酯、多糖膠，PLA、PHA、PBS、PTT等新材料產(chǎn)品，發(fā)展材料改性與加工技術(shù)。發(fā)展生物脫膠、生物整理等生物質(zhì)材料加工技術(shù),生物高分子聚合物,生物基單體原料 聚合物,生物質(zhì)加工材料,生物塑料，生物橡膠，生物尼龍，生化纖維，功能材料,生物基乙烯 丙烷 異丙醇 化工醇 二元酸 溶劑 涂料 表面活性劑,可再生碳資源,生物質(zhì)資源,城市 廢棄物,CO廢氣 工業(yè)CO2,3 培育生物質(zhì)化工產(chǎn)業(yè),減少對石油資源的依賴，減少CO2排放與環(huán)境污染,石油化工替代產(chǎn)品 大宗化工原料,4 做強大宗發(fā)酵產(chǎn)業(yè),大幅提升我國微生物發(fā)酵行業(yè)的技術(shù)水平，減少物耗能耗，減少污染物排放，顯著提高產(chǎn)業(yè)競爭能力與可持續(xù)發(fā)展能力,大宗發(fā)酵產(chǎn)品的微生物分子育種技術(shù) 生產(chǎn)過程優(yōu)化與放大技術(shù) 清潔生產(chǎn)技術(shù) 產(chǎn)品高效提取技術(shù) 廢棄物綜合利用技術(shù) 新型生物反應(yīng)器的設(shè)計與制造技術(shù),氨基酸(谷氨酸、賴氨酸) 有機酸(檸檬酸) 抗生素(青霉素) 維生素(Vc