引 言

生物制造是在原有生物體機(jī)能的基礎(chǔ)上，利用工業(yè)技術(shù)對其進(jìn)行加工和改造的綠色生產(chǎn)方式，是現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的方向。通過使用大自然的主要原材料，利用自然資源制造還能夠促進(jìn)合成材料和石油等化工企業(yè)的生物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化；通過對產(chǎn)業(yè)廢物處置和利用，還能夠提高自然資源效率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，進(jìn)而達(dá)到“農(nóng)業(yè)—工業(yè)環(huán)境—農(nóng)業(yè)”的良性循環(huán)；此外，還可以降低對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的能源利用和物質(zhì)消耗，從而減少工業(yè)物質(zhì)排放量，進(jìn)而有效減少對大氣、水體和土壤的污染。2021 年 12 月 20 日，國家發(fā)展和改革委員會(huì)出臺(tái)了《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》(下稱《規(guī)劃》)，把生態(tài)制造業(yè)作為具有戰(zhàn)略地位、特別重要的生物發(fā)展領(lǐng)域，進(jìn)一步落實(shí)創(chuàng)新發(fā)展理念。新時(shí)代，越來越多的人倡導(dǎo)優(yōu)美環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，這種戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向也因此得到更明確的體現(xiàn)。
 

我國生物制造產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但隨著技術(shù)、人才和資金的大量投入也實(shí)現(xiàn)了飛躍式發(fā)展。例如，部分大宗產(chǎn)品已經(jīng)具備了低成本高產(chǎn)量的大規(guī)模生產(chǎn)方法，這為創(chuàng)新發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)積累了底層技術(shù)基礎(chǔ)；部分關(guān)鍵生物煉制技術(shù)也已逐漸成熟，并打破了發(fā)達(dá)國家的技術(shù)壟斷。目前，我國生物制造行業(yè)的核心領(lǐng)域仍然存在一些不足，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：關(guān)鍵技術(shù)和前瞻技術(shù)的積累不夠充分；核心裝備的研發(fā)進(jìn)展相對滯后；市場化程度尚未達(dá)到一定水平；競爭力有待提高等。本文將針對我國生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及制約生物制造發(fā)展的問題進(jìn)行分析，并針對性提出對策建議，為加快我國生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。

01 我國生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國的生物制造已經(jīng)開始在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并不再局限于醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。這一產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個(gè)重要推動(dòng)力量。通過對生物制造產(chǎn)業(yè)鏈、應(yīng)用情況、發(fā)展基礎(chǔ)以及不同地區(qū)的發(fā)展條件進(jìn)行分析，可以全面了解該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。

NO.1 生物制造產(chǎn)業(yè)鏈分析

生物制造正向著多元化原料利用、高效化的生物轉(zhuǎn)化體系和高價(jià)值產(chǎn)品方向發(fā)展。這一趨勢正在構(gòu)建著從可再生原料到制成終端產(chǎn)品的全產(chǎn)業(yè)鏈。目前，在上游原材料方面，中國第一代生物制品主要以淀粉和脂肪為代表，已經(jīng)達(dá)到了完善的商品化階段，并占有了主導(dǎo)地位。相對而言，第二代生物質(zhì)制造所用的木質(zhì)纖維素 (如玉米秸稈) 等原材料，則將逐漸走向生產(chǎn)中試和工業(yè)化的示范階段。不過，兩代原料都面臨著供應(yīng)困難、產(chǎn)業(yè)集聚不足、商業(yè)化程度不足和儲(chǔ)運(yùn)成本高等問題，導(dǎo)致有效供應(yīng)不足。因此，以超臨界二氧化碳為原料的生物轉(zhuǎn)化技術(shù)則形成了第三代生命制造的關(guān)鍵路線，其使用也能夠有效減少傳統(tǒng)生物產(chǎn)品制造業(yè)的原材料成本。

生物制造產(chǎn)業(yè)中游的工業(yè)生物核心技術(shù)是支撐生物制造發(fā)展的關(guān)鍵。在這一生物轉(zhuǎn)化體系中，工業(yè)生物酶和菌種研發(fā)技術(shù)仍是我國的技術(shù)短板。在關(guān)鍵裝備研發(fā)生產(chǎn)方面，核心部件對外依存度較高。這都直接影響中國生物制造工業(yè)與研究。

生物制造行業(yè)下游涵蓋了醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、能源、建筑、化學(xué)、環(huán)境等眾多行業(yè)，并促使重要行業(yè)的生產(chǎn)朝著環(huán)保低碳、安全低毒、可持續(xù)發(fā)展的方向?qū)崿F(xiàn)了轉(zhuǎn)變。生物制造業(yè)已經(jīng)成為全球大部分先進(jìn)經(jīng)濟(jì)體科技產(chǎn)業(yè)布局的關(guān)鍵方向之一。據(jù)預(yù)測，在未來的十幾年里約1/3 的石油化工和煤化工行業(yè)都將被生物加工技術(shù)所替代，進(jìn)而對世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生顛覆性重要影響。

NO.2 生物制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用情況

生物制造的產(chǎn)品，目前已經(jīng)應(yīng)用于了醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、能源、材料、化工、環(huán)保等多個(gè)行業(yè)。基于生物制造技術(shù)的成熟度以及現(xiàn)行法規(guī)和財(cái)政鼓勵(lì)政策，可將生物制造細(xì)分市場分為生物發(fā)酵領(lǐng)域、精細(xì)化學(xué)品和天然產(chǎn)物的生物合成、生物基材料、生物能源、各類農(nóng)產(chǎn)品等技術(shù)服務(wù)。

所謂生物基材料，通常就是指通過利用可再生生物資源 (如谷物、豆科、秸稈資源等) 為原料，所研制的高新型材料和化學(xué)品。這些制品主要包括了生物基石化原料、生物基樹脂、生物基玻璃纖維、生物基橡膠等。通過推廣應(yīng)用生物基材料，人們可以有效解決化石能源比較短缺的狀況，從而滿足我國市場經(jīng)濟(jì)下對環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展的需求。我國已經(jīng)建立了以可再生資源作為原料，主要生產(chǎn)生物基單體、生物基樹脂合成和改性以及生物基材料應(yīng)用為主的完整生物基材料產(chǎn)業(yè)鏈。隨著國家限塑令的出臺(tái)和相關(guān)政策推動(dòng)，國內(nèi)龍頭企業(yè)加快聚乳酸 (PLA) 投產(chǎn)速度，目前實(shí)現(xiàn) PLA 產(chǎn)能世界第二。

生物能源也是在全球范圍內(nèi)使用最為普遍的可再生能源，資料表明 77% 的可再生能源都取自于生物燃料。以燃料乙醇為例，我國學(xué)者開發(fā)了一種細(xì)胞表面展示發(fā)酵系統(tǒng)，可直接從微藻類材料中高密度生產(chǎn)乙醇。未來燃料乙醇的市場發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

在農(nóng)業(yè)上，人們利用現(xiàn)代生物技術(shù)手段，創(chuàng)建特定生產(chǎn)功能的蛋白質(zhì)生產(chǎn)，可以制造淀粉和蛋白質(zhì)、香蘭素等高附加值食品。例如可以利用合成生物學(xué)的技術(shù)手段在合適的底盤細(xì)胞中異源表達(dá)天然產(chǎn)物的合成基因簇；也可以在原始宿主中引入正向調(diào)控元件或刪除負(fù)向調(diào)控因子等實(shí)現(xiàn)相關(guān)基因的調(diào)控或過量表達(dá)。這種創(chuàng)新科技，將改變中國傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品制造方式，并開創(chuàng)出全新生產(chǎn)模式，以促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家們可以設(shè)計(jì)全新的微生物代謝途徑，使醫(yī)藥產(chǎn)品能夠通過廉價(jià)糖類等原料進(jìn)行快速合成，從而降低醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

NO.3 生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)

我國生物制造起步晚，整體上與世界先進(jìn)國家之間存在差距，政府的支持是現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，包括政策、資源、資本等方面的扶持。在國務(wù)院發(fā)展改革委員會(huì)制定的《規(guī)劃》推動(dòng)下，多省份已制定扶持生態(tài)經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)的相應(yīng)政策措施，力促生態(tài)發(fā)展成為地方經(jīng)濟(jì)的主要增長極。政府采取的資金支持、創(chuàng)新激勵(lì)、專利保障以及生物制備的科技平臺(tái)申請等途徑幫助緩解基于資金短缺、科技創(chuàng)新的逐漸提升以及中小企業(yè)的研發(fā)水平不足引發(fā)的科學(xué)技術(shù)向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)移問題，助力生物制備工業(yè)化。產(chǎn)業(yè)園區(qū)具備產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展、高端人才集聚、基礎(chǔ)設(shè)施完善等優(yōu)勢，是培育生物制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵載體。現(xiàn)如今全國各地區(qū)正在積極建設(shè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)及綜合改革示范區(qū)，促進(jìn)生物制造集群發(fā)展，例如山西合成生物材料產(chǎn)業(yè)園。

NO.4 各地區(qū)生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件

《規(guī)劃》明確了加快推進(jìn)生物信息技術(shù)運(yùn)用到健康、農(nóng)業(yè)、資源、環(huán)境等不同領(lǐng)域，推動(dòng)生物技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合，實(shí)現(xiàn)提升生態(tài)產(chǎn)品多樣化層次的要求。在政策指引下，我國多地已加快布局發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)。眾誠智庫發(fā)布 2022 年中國生物經(jīng)濟(jì)百強(qiáng)城市榜單，可將我國生物制造產(chǎn)業(yè)城市劃分為三個(gè)梯隊(duì)。第一梯隊(duì)的前 10 強(qiáng)是北京、上海、廣州、深圳、成都、杭州、南京、武漢、蘇州、天津。這 10 個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚，都擁有著豐富的教育資源、科研資源、金融資源和人才資源，市場經(jīng)濟(jì)體系成熟，這都極大地支持地區(qū)發(fā)展生物制造產(chǎn)業(yè)。重慶、無錫、合肥、青島、長沙、西安等為代表的 20 個(gè)地區(qū)處于第二梯隊(duì)，這些城市隨著基礎(chǔ)環(huán)境和要素資源的不斷完善，對人才、資本、科技等創(chuàng)新要素的吸引力得到大幅提升，資源虹吸效應(yīng)增強(qiáng)。第三梯隊(duì)的城市在人才、技術(shù)、資本等生物制造發(fā)展要素資源支撐方面相對較弱，但得益于國家加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換、大力發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)等多重戰(zhàn)略機(jī)遇，這些地區(qū)立足自身在生物制造的產(chǎn)業(yè)基底，積極探索特色資源轉(zhuǎn)化為特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)的不同細(xì)分領(lǐng)域培育行業(yè)優(yōu)勢和行業(yè)特色，實(shí)現(xiàn)在行業(yè)自身發(fā)展過程中提升生物制造產(chǎn)業(yè)整體競爭力。

02 我國生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

“十四五”時(shí)期是我國發(fā)展生物制造工業(yè)的關(guān)鍵期，對創(chuàng)新和商業(yè)化研發(fā)技術(shù)都有著更高的需求。但是我國生物制造工業(yè)資金和技術(shù)方面也遭遇著政府保障不健全、原材料和資金的供應(yīng)力量不夠、工業(yè)化步伐遲緩、技術(shù)發(fā)展受制于個(gè)人、高級人才也比較缺乏等一系列困難，使得我國的生物制造仍面臨一些難題。

NO.1 政策與資本支持不足

生物制造業(yè)作為資金和技術(shù)密集型的新興產(chǎn)業(yè)，面臨較大的研發(fā)投入需求以及較高的研發(fā)失敗風(fēng)險(xiǎn)，只有得到充分政策資金扶持才能增強(qiáng)其自主研發(fā)創(chuàng)新能力。目前，我國生物制造適應(yīng)性的體制機(jī)制和政策環(huán)境還不完善。有關(guān)主管部門雖然制定了關(guān)于促進(jìn)生物制造行業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策，但在具體執(zhí)行過程中力度并不到位，而資金的短缺困境也直接削弱了生物制造業(yè)的研究開發(fā)水平和成果轉(zhuǎn)化能力，完全獨(dú)立掌握專利的成果也較少。

生物制造產(chǎn)業(yè)屬于高風(fēng)險(xiǎn)、高投入，不確定性是創(chuàng)業(yè)階段生物制造公司的最大特點(diǎn)之一，使得創(chuàng)業(yè)者望而卻步，也不在投資方的考慮范圍內(nèi)。由此可見，雖然資本市場有多樣化的投資渠道，但生物制造企業(yè)可選擇的方式卻相對有限，阻礙了產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展壯大。

NO.2 生物制造原材料供給力度不足

盡管近年來中國的生物制造行業(yè)增長很快，但是原材料供給仍然是個(gè)重要的問題。以生物質(zhì)能源為例，目前我國的生物質(zhì)能原料的初始產(chǎn)能已經(jīng)遠(yuǎn)大于行業(yè)供應(yīng)量，并且可以真正使用于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上的有效原材料仍然短缺，主要因素在于：一是資源獲取難；二是儲(chǔ)存成本高。目前中國國內(nèi)最主要的生物質(zhì)原材料多為林木和農(nóng)作物類原料，體積較大、容易潮濕、易腐爛。運(yùn)輸和倉儲(chǔ)成本大，增加了企業(yè)原料采購成本。原材料供應(yīng)不足直接在源頭上制約了我國生物制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，是行業(yè)目前亟待解決的問題之一。

NO.3 關(guān)鍵核心技術(shù)儲(chǔ)備不足

中國的生物制造行業(yè)在科技發(fā)展領(lǐng)域雖然有了相當(dāng)?shù)姆e淀，但從全球先進(jìn)技術(shù)角度看，依然處在科技競爭劣勢狀態(tài)，生物制造行業(yè)在原始技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的水平尚有待提高，特別是底層基礎(chǔ)共性研究、高端設(shè)備與試劑、生物數(shù)據(jù)資源等領(lǐng)域的積淀還不豐富。從產(chǎn)品研發(fā)來看，一些生物產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)依然受到國際壟斷限制，包括關(guān)鍵核心的菌種、酶等。例如，國內(nèi)關(guān)鍵化學(xué)物質(zhì)如丙二醇、聚酰胺等遭受了廣泛的專利限制，至今無法突破杜邦公司等海外大化工企業(yè)的壟斷局面。國內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)規(guī)模高達(dá) 3000 億元，但核心菌種和高端酶制劑卻遭遇國際專利的束縛，中國生物制造產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展受到限制，國內(nèi)工業(yè)菌種和酶制劑跟國際先進(jìn)水平的差距不斷擴(kuò)大。從生物制造設(shè)備領(lǐng)域的生產(chǎn)制造技術(shù)水平來看，一些生物核心部件的先進(jìn)技術(shù)較依賴國外，部分測試儀器和制造的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備都需要一些從海外引進(jìn)，所以國內(nèi)進(jìn)口產(chǎn)品的占比較大。而關(guān)鍵元件則多數(shù)采用外國的產(chǎn)品，直接影響著我國的生物制備產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

NO.4 生物制造產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢

我國生物制造業(yè)科技和行業(yè)的發(fā)展，與審批、政府采購、專利保護(hù)、技術(shù)成果轉(zhuǎn)移等制度和政策密切相關(guān)，而上述制度和政策并沒有適應(yīng)當(dāng)前生物制造業(yè)發(fā)展與創(chuàng)業(yè)的實(shí)際需要。另外，目前我國對生物制造業(yè)的發(fā)展還不夠統(tǒng)籌規(guī)劃，監(jiān)管體制也需要 不斷完善來應(yīng)對高速發(fā)展的生物加工技術(shù)。

另外，中國國內(nèi)的生物加工領(lǐng)域多數(shù)公司僅重視生物加工過程技術(shù)，對前端生產(chǎn)的性能改進(jìn)、生產(chǎn)后續(xù)過程管理等方面關(guān)注程度不足。而關(guān)注此類科學(xué)問題的主要是高校和科研院所，但因評價(jià)體系等問題，他們的研發(fā)成果與市場要求脫節(jié)。因此如何將實(shí)驗(yàn)室研發(fā)成果與市場需求有效對接，推動(dòng)研究成果實(shí)現(xiàn)市場化應(yīng)用、轉(zhuǎn)化為有效生產(chǎn)力，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程是我國生物制造產(chǎn)業(yè)需要直面的現(xiàn)實(shí)問題。

總之，生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到兩方面因素的制約：一方面，由于缺乏足夠的資金、技術(shù)和企業(yè)研發(fā)能力有限等原因，生物制造產(chǎn)業(yè)化的過程相對薄弱，影響了科研成果向產(chǎn)品推廣轉(zhuǎn)化的步伐，從而阻礙了生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是，要完成生物制造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化，就必須在科研、政府、融資、技術(shù)合作等幾個(gè)層面協(xié)調(diào)與配合，政府財(cái)政方面除直接資助項(xiàng)目以外，還從風(fēng)險(xiǎn)投資、專利、價(jià)格政策等方面著手，強(qiáng)化政府對生物生產(chǎn)后續(xù)用科技的政策扶持，以克服影響生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展成長的產(chǎn)業(yè)發(fā)展難題。

NO.5 生物制造產(chǎn)業(yè)面臨人才和創(chuàng)新雙重挑戰(zhàn)

中國生物制造領(lǐng)域的實(shí)力競爭最終在于是否擁有更多更好的人才。但目前該領(lǐng)域高端人才引進(jìn)和培養(yǎng)嚴(yán)重不足，使原始創(chuàng)新能力相對不足，研究主要集中在仿制和跟蹤中。另外，人員架構(gòu)不合理，缺乏精通公司運(yùn)營與產(chǎn)品開發(fā)的從業(yè)人員，導(dǎo)致生物制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈的下游創(chuàng)新能力缺失。與此同時(shí)，熟悉國際審批管理、專利等方面的人員很少，這對我國生物制造產(chǎn)業(yè)走向全球發(fā)展的進(jìn)程不利。

第一，高校中針對生物制造的專門研究人才和生產(chǎn)經(jīng)營類人才的培養(yǎng)不足；第二，人才地區(qū)分布不均，各地紛紛建設(shè)生物制造基地，帶來大量需求，但很多地方并不具備良好的人才基礎(chǔ)；第三，各地政府引進(jìn)的高端人才存在服務(wù)能力弱、人才流失嚴(yán)重等問題；第四，生物技術(shù)研發(fā)人員的培養(yǎng)周期長，行業(yè)人才存在技術(shù)斷層現(xiàn)象。而且有大批人才到國外繼續(xù)攻讀學(xué)位，繼而留在國外企業(yè)發(fā)展，導(dǎo)致高端人才流失。同時(shí)，由于生物制造產(chǎn)業(yè)是技術(shù)導(dǎo)向型產(chǎn)業(yè)，企業(yè)管理者需要具備優(yōu)秀的管理能力和專業(yè)的技術(shù)知識，而國內(nèi)這類綜合性管理人才的缺失導(dǎo)致了企業(yè)管理與生產(chǎn)的脫節(jié)，影響生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐。

來源：合成生物學(xué)期刊