黑龙江省绿色生物制品制造发展策略与路径研究.pdf
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1、2023 年 27 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application黑龙江省绿色生物制品制造发展策略与路径研究佟璐1,江佳萍2,赵晓宇2*(1.黑龙江省科学院,哈尔滨 150001;2.黑龙江省科学院微生物研究所,哈尔滨 150080)2010 年以来,美国、欧盟、日本等发达经济体围绕生物制造产业发展和微生物菌种制造研发已经积极开展战略布局,在后续的发展历程中,生物制造产业年均增速已超过 15%。据世界经合组织(OECD)预测,到2030 年全球生物制造产业规模可望达到工业总产值的 35%,成为生物经济时代的重要制造业形态,有力支撑生物经济社会
2、发展。1国际绿色生物制造产业现状分析生物制造是指以生物体机能进行大规模物质加工与物质转化、为社会发展提供工业商品的新行业,是以微生物、细胞或以酶蛋白为催化剂进行化学品合成,或以生物质为原料转化合成能源化学品与材料,促使能源与化学品脱离石油化学工业路线的新模式,主要表现为先进发酵工程、现代酶工程、生物炼制和生物过程工程等新技术的发明与应用,具有低碳循环、绿色清洁等典型特征。从根本上改变化工、医药、材料、能源食品及轻工等传统工业制造过度依赖化石原料和高污染、高排放的加工模式,推动工业制造向绿色、低碳、可持续发展模式转型,是绿色友好的高端生物技术。生物制造产业可划分为生物发酵制品、生物基材料、微生物
3、菌种制造、酶工程与生物催化 4 个领域。目前绿色生物制造产品在各行各业的占比越来越高,绿色生物制造产摘要:生物制造是生物经济领域核心内容,以合成生物学为代表的新一代生物制造技术将颠覆传统产业,带来第四次工业革命。黑龙江省正处于产业发展的十字路口,如何发挥该省资源、科教、制造等领域优势,如何在变革期实现换道超车,打造无中生有、有中生新的产业格局,绿色生物制造是核心内容。面对行业痛点及产业瓶颈,只有坚守以保障国家经济安全和人民群众美好生活需要为出发点,坚持以科技创新为产业支撑,打造政产学研用金创新要素集成的创新平台,深度挖掘该省生物资源,以龙头企业为创新主题,深度融入国内国际双循环,打造具有龙江特
4、色的绿色生物制造产业集群,实现龙江经济跨越式腾飞。关键词:生物制造;供需矛盾;绿色可持续发展;科技创新;生物经济中图分类号院Q-3文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤27-0138-04Abstract:Biomanufacturing is the core content of the bioeconomy field,and the new generation of biological manufacturingtechnology represented by synthetic biology will overturn traditional industri
5、es and bring about the fourth industrial revolution.Ourprovince is at a crossroads of industrial development.How to leverage our advantages in resources,science and education,manu鄄facturing,and other fields,how to achieve lane changing and overtaking during the transformation period,and how to creat
6、e a newindustrial pattern where there is something out of nothing,and where there is something new,green biological manufacturing is thecore content.In the face of industry pain points and bottlenecks,only by adhering to safeguarding national economic security andthe needs of the people for a better
7、 life as the starting point,adhering to technological innovation as the industrial support,creat鄄ing an innovation platform for integrating innovative elements of government,industry,academia,research,and research,deeply ex鄄ploring our provinces biological resources,taking leading enterprises as the
8、 innovation theme,deeply integrating into the domesticand international dual circulation,and creating a green biological manufacturing industry cluster with Longjiang characteristics,Re鄄alize the leapfrog development of Longjiangs economy.Keywords:biomanufacturing;contradictions between supply and d
9、emand;green and sustainable development;technological in鄄novation;Bioeconomy基金项目院黑龙江省经济社会发展重点课题(22278);黑龙江省科技计划省院科技合作项目(再杂圆园月园远)第一作者简介院佟璐(1985-),女,博士研究生,副研究员。研究方向为生物经济。*通信作者院赵晓宇(1979-),男,硕士,研究员。研究方向为微生物。DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.27.033138-方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年
10、 27 期业在全球都具有巨大的发展潜力和广阔的市场。各类生物制造产品中酒精占有重要地位,2020 年全球生物燃料乙醇产量达到 1.2 亿 t。据国际能源署预测,到 2050 年全球生物液体燃料消耗量将达到 11 亿t,占全世界交通运输燃料的 27%,其中主要依靠发展二代生物燃料来实现1。我国是氨基酸类原料药的供应国,同时也是氨基酸产品的重要需求国。近年来,随着国内氨基酸行业快速增长,进口替代较为明显。随着我国氨基酸出口规模的快速发展,目前我国氨基酸类产品的出口金额和数量均己超过进口。我国是有机酸生产大国,日本是世界最大苹果酸生产国和出口国。美国Miles 化学公司是世界最大苹果酸生产商,我国苹
11、果酸总产能已突破 1.2 万 t。全球乳酸产能约 75 万t,3 家产能超过 10 万 t 规模的公司分别为荷兰科碧恩-普拉克公司、美国 Nature Works 公司和中国金丹科技2。我国功能性低聚糖到“九五”期间(1996 年)形成了工业规模和商品化。中科院微生物所和保龄宝公司合作建成我国第一个年产 0.2 万 t 的功能性低聚糖工厂。生物基材料是新材料产业发展的重要组成部分,市场需求广阔。目前全球生物基材料产量在 5 000 万 t 左右,我国生物基材料产业的热点主要集中在聚乳酸等可降解材料,纤维素、淀粉等天然高分子基材料,生物基复合材料和生物基碳材料等。目前世界上益生菌产业市值已达 4
12、00 亿美元,每年的增长速度为 15%20%,而我国益生菌产业每年以高于 15%的增速快速发展3。酶是重要的生物催化剂,也是生物产业的支柱产业,是 21 世纪最有希望的新兴产业之一。国际酶制剂市场被丹麦诺维信、美国杜邦杰能科、荷兰皇家帝斯曼等巨头企业所垄断。我国酶工程与生物催化产业经过 50 多年的长足发展,已进入世界酶制剂生产的大国行列,目前已实现规模化生产的酶制剂达到 30 种左右4,年销售额约占国际市场的 10%。但是我国的酶工程与生物催化产业和国际水平相比还有很大差距。2绿色生物制造制品的市场需求与供给之间的矛盾凸显绿色生物制造产业的矛盾主要根源是巨大的市场需要与产业供给之间的延迟和黏
13、性效应导致的。生物发酵制品:对于生物燃料、氨基酸、有机酸、功能糖和调味品等生物发酵制品,全球市场需求量日益增长,但是部分产品的供给不足,这就导致了一定程度上的供需失衡,且我国的生物发酵产业水平较国外存在一定差距。生物基材料:目前我国生物基高分子的年产量较低,生物基产品替代率不足 5%,发展潜力巨大。与发达国家相比,我国生物基材料产业无论在技术与产品还是在产业的规模和水平上都存在一定的差距。微生物菌种制造:我国是食用菌的生产大国,但在工厂化应用品种、栽培调控技术、产品精深加工等领域,还需向日韩等国家学习。此外,益生菌行业快速发展,市场空间大。自2016 年以来,益生菌功能性食品和饮料主导整个益生
14、菌市场,对功能性食品和引入创新性产品与配方的需求推动着市场的增长。酶工程与生物催化:目前为止全球酶制剂市场正以平均 11%的速度逐年增长,近年来随着合成生物学的发展,酶更是合成生物学的中心,酶工程与生物催化产业的发展前景相当广阔5。但是我国的酶工程与生物催化产业与国际水平相比还有很大差距。3黑龙江省发展生物制造的思想路径对上述问题得以发生的逻辑根源进行解读后,在思想上从以下方面入手解决这一问题。3.1坚持发展原则基本原则。坚持底线思维,以保障国家经济安全和人民群众美好生活需要为出发点,针对不同发展情形采取有效实施路径,集中力量优先保障基本供给,维护产业安全,研究制定有效反制措施,着力化解国家经
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