生物制造國(guó)內(nèi)外狀況課件

1、生物制造國(guó)內(nèi)外狀況2010年6月陳 堅(jiān)提綱產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與問(wèn)題產(chǎn)業(yè)面臨的形勢(shì)發(fā)展思路與發(fā)展目標(biāo)主要任務(wù)政策措施建議一、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與問(wèn)題生物能源精細(xì)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(guò)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(jī)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

2、目前國(guó)內(nèi)需求55萬(wàn)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(shí)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。分離裂化分離分離分離 選擇性 高效性 含氧原料 手性特征3-羥基丙酸石油資料來(lái)自EuropaBio主席Sijbesma F報(bào)告生物制造已顯示出巨大潛力 原料降低65 能耗降低65 成本降低50傳統(tǒng)方法10步化學(xué)合成生物法1步發(fā)酵+酶法頭孢菌素 原料降低37% 能耗降低30% CO2減排63% 1,3-丙二醇傳統(tǒng)方法化學(xué)法生物法工程菌發(fā)酵 OECD對(duì)6個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)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

3、%，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(xì)化學(xué)品大宗化學(xué)品世界基金委員會(huì)預(yù)測(cè)，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生物能源精細(xì)化學(xué)品生物基材料微生物工藝石油化學(xué)品 我國(guó)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(xì)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(diǎn)：產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域與規(guī)模不斷擴(kuò)大，已經(jīng)形成國(guó)民經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)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(diǎn)國(guó)際資本、技術(shù)與市場(chǎng)的滲透與融合，國(guó)際企業(yè)

4、本土化我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀微生物制造生物制造技術(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(dòng)化過(guò)程控制新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，新技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化紅霉素、頭孢菌素生產(chǎn)水平大幅提高紅霉素發(fā)酵單位達(dá)到8,000 U/mL頭孢菌素發(fā)酵單位達(dá)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)烷烴發(fā)酵得到相應(yīng)碳數(shù)的長(zhǎng)鏈二元酸，替代化學(xué)合成路線(xiàn) 山東萊陽(yáng)瀚林生物項(xiàng)目一期工程已投資7億元，計(jì)劃總投資30億元，將建成世界上產(chǎn)量最大的長(zhǎng)鏈二元酸生產(chǎn)和研發(fā)基地，年產(chǎn)能將達(dá)到6萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)產(chǎn)值近40億元

5、，利稅約10億元長(zhǎng)鏈二元酸生物制造實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)辟了長(zhǎng)鏈二元酸的新來(lái)源，為尼龍工程塑料、熱熔膠、涂料和香料等十幾大類(lèi)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(xiàn)，有機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并達(dá)到世界規(guī)模最大，產(chǎn)品出口量大我國(guó)生

6、物制造產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀問(wèn)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大多重視生物加工過(guò)程開(kāi)發(fā)，對(duì)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，偏重原料的生產(chǎn)，對(duì)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(gè)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(duì)復(fù)合酶和酶制劑工藝的完整技術(shù)解決方案的開(kāi)發(fā)。 問(wèn)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(guó)家中長(zhǎng)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(duì)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

7、及領(lǐng)域廣泛，缺乏統(tǒng)一的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，社會(huì)和政府部門(mén)的認(rèn)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(yuǎn)不如生物農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)藥那樣得到重視。 問(wèn)題-社會(huì)認(rèn)知度不夠加快調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式，節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，是我國(guó)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(jì)體系的核心科技具有重大戰(zhàn)略意義。我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)化經(jīng)濟(jì)進(jìn)程與能源、資源、環(huán)境形勢(shì)的現(xiàn)實(shí)形成了劇烈沖突。到2020年要實(shí)現(xiàn)單位GDP CO2減排40-45%的目標(biāo)，面臨巨大壓力和特殊困難資源、環(huán)境形勢(shì)需要新的經(jīng)濟(jì)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(tái)化合物 醫(yī)藥化學(xué)品 手性化

8、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(xì)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(jì)增長(zhǎng)方式的重大需求能源資源短缺我國(guó)原油進(jìn)口比例已達(dá)51.3%氣候變化我國(guó)CO2排放量已成為全球最大環(huán)境污染我國(guó)石化工業(yè)每年排放廢水達(dá)60億噸生物制造 大宗化學(xué)品 精細(xì)化學(xué)品 在我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程過(guò)度依賴(lài)化石資源的模式轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重大作用生物制造相關(guān)路線(xiàn)圖 美國(guó)：生物質(zhì)發(fā)展路線(xiàn)圖美國(guó)：GTL路線(xiàn)圖歐洲：21世紀(jì)可持續(xù)化學(xué)工業(yè)路線(xiàn)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(xiàn)圖 美國(guó)： - 2020年，實(shí)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(kuò)散減少30%。

9、- 2030年替代25%有機(jī)化學(xué)品和20%石油燃料 歐盟： 歐洲工業(yè)生物技術(shù)2025遠(yuǎn)景規(guī)劃，期望取得基于生物技術(shù)型社會(huì)轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)性進(jìn)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(xì)化學(xué)品替代30-60%工業(yè)生物技術(shù)已成為各國(guó)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(jì)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(xì)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原來(lái)不存在、或者原來(lái)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。

10、multiplex genome engineering, Nature, 2009, 460: 894-898Genome engineering,Science 2009, 1173759v1Long-chain alcohol biosynthesisPNAS, 2008, 105:20653大型跨國(guó)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(lái)3年將向應(yīng)用生物技術(shù)部門(mén)投資5億美元，并將2010年銷(xiāo)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(guó)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(chǎng)Dowpharma，Cambre

11、x和Archimica等精細(xì)化工公司，通過(guò)收購(gòu)其他相關(guān)公司來(lái)大幅度增強(qiáng)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(kāi)發(fā)知名生物制造企業(yè)搶灘中國(guó)市場(chǎng)Amano Enzyme, Codexis，BioCatalytics, Novozymes，Bioverdent紛紛在我國(guó)設(shè)立以生物制造為核心技術(shù)的分支研發(fā)機(jī)構(gòu)或工廠，必將對(duì)我國(guó)新興生物制造產(chǎn)業(yè)形成新一輪的沖擊。酶制劑市場(chǎng)1/2為外國(guó)企業(yè)壟斷。諾維信、杰能科、天野公司在國(guó)內(nèi)設(shè)廠國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈食品飼料化工應(yīng)對(duì)危機(jī)拉動(dòng)內(nèi)需增強(qiáng)消費(fèi)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）

12、金融危機(jī)啟示國(guó)內(nèi)消費(fèi)品市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整酶制劑：80%國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被國(guó)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(dá)酶的工程菌產(chǎn)品的市場(chǎng)現(xiàn)狀我國(guó)企業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀對(duì)技術(shù)迫切需求大宗發(fā)酵產(chǎn)品(有機(jī)酸、氨基酸、抗生素)：產(chǎn)量國(guó)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(jìng)爭(zhēng)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(diǎn)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(xì)化學(xué)品和醫(yī)藥化學(xué)品與中間體：市場(chǎng)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)化替代實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排高污染行業(yè)(紡織、造紙、

13、制革、竺麻、采礦)行業(yè)覆蓋面廣消耗大、污染重開(kāi)發(fā)適用的酶與生物制劑及生物處理技術(shù)我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求迫切三、總體思路與目標(biāo)加強(qiáng)高技術(shù)創(chuàng)新擴(kuò)大新興產(chǎn)業(yè)規(guī)模加快產(chǎn)業(yè)進(jìn)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(qiáng)國(guó)核心技術(shù)自主創(chuàng)新先進(jìn)生物技術(shù)模仿初步實(shí)現(xiàn)以下轉(zhuǎn)變：傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)大國(guó)發(fā)展思路 顯著增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。形成一批水平高、機(jī)制新的工程中心和工程實(shí)驗(yàn)室。實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破，形成龍頭企業(yè)。形成一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、年銷(xiāo)售額超過(guò)10億元的生物技術(shù)產(chǎn)品，形成10個(gè)左右銷(xiāo)售收入超50億元的大型生物制造企

14、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(jì)體系；促進(jìn)替代石油資源15%，促進(jìn)精細(xì)化工產(chǎn)品的生物法替代化學(xué)法達(dá)到20%，促進(jìn)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(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。促進(jìn)發(fā)酵工業(yè)技術(shù)水平提高20-30%，輕紡工業(yè)實(shí)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(biāo)形成大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，增強(qiáng)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)影響力到2015年，生物制造產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到1萬(wàn)億元，增加值達(dá)到4000億元以上，生物產(chǎn)業(yè)出口額顯著增加。經(jīng)過(guò)10年的努力，力爭(zhēng)使我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)入世界前列；顯著增加國(guó)際市場(chǎng)占有的比重。到2025年，全國(guó)生物產(chǎn)業(yè)增加值突破2.5萬(wàn)億元，占

15、GDP比重達(dá)到4%以上，成為高技術(shù)領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。二氧化碳減排10億噸，貢獻(xiàn)率10%政策法規(guī)和組織體系進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)四、主要任務(wù)加強(qiáng)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(qiáng)大宗發(fā)酵產(chǎn)業(yè)深化生物精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)強(qiáng)化生物輕工食品產(chǎn)業(yè)推動(dòng)生物采礦產(chǎn)業(yè)1 創(chuàng)新能力建設(shè)手性生物合成國(guó)家工程中心輕紡生物加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室生物煉制國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室整合有限的研究資源和分散的優(yōu)勢(shì)研發(fā)能力，組建跨領(lǐng)域、高水平、設(shè)施先進(jìn)的國(guó)家工程研究中心和工程實(shí)驗(yàn)室。計(jì)算模擬： 高效能低

16、成本多尺度離散模擬超級(jí)計(jì)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(kāi)發(fā)聚氨基酸、聚蘋(píng)果酸、聚賴(lài)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)CO23 培育生物質(zhì)化工產(chǎn)業(yè)減少對(duì)石油資源的依賴(lài)，減少CO2排放與環(huán)境污染 石油化工

17、替代產(chǎn)品 大宗化工原料4 做強(qiáng)大宗發(fā)酵產(chǎn)業(yè)大幅提升我國(guó)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(jìng)爭(zhēng)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(guò)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(jì)與制造技術(shù) 氨基酸(谷氨酸、賴(lài)氨酸) 有機(jī)酸(檸檬酸) 抗生素(青霉素) 維生素(Vc) 酶制劑( 淀粉酶、糖化酶)有機(jī)原料 醫(yī)藥原輔料 中間體 添加劑 營(yíng)養(yǎng)劑 農(nóng)藥中間體 其它農(nóng)化產(chǎn)品5 深化生物精細(xì)化工產(chǎn)業(yè) 新的全細(xì)胞和酶系統(tǒng)篩選與改造技術(shù) 輔酶再生技術(shù) 生物催化反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化技術(shù) 高效穩(wěn)定的工業(yè)生物催化與轉(zhuǎn)化體系 甾體激素、頭孢氨芐、普伐他汀的酶法合成技術(shù) 手性醇、手性胺等醫(yī)藥中間體與手性氨基酸等化學(xué)品的生物催化技術(shù) 甘油二酯及糖基化學(xué)品等精細(xì)化工產(chǎn)品的生物合成技術(shù)取得對(duì)化學(xué)合成工藝的成本與質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、低成本、綠色的生物制造6 強(qiáng)化生物輕工食品產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展生物法制造的食品及配料，發(fā)酵食品、功能食品、生物轉(zhuǎn)化食品、功能菌劑等等建立生物紡織、生物制革、生物造紙等技術(shù)工藝，減少水資源消耗及廢棄物減排利用微生物細(xì)胞或酶制劑的生物催化功能7 推動(dòng)生物采礦產(chǎn)業(yè)針對(duì)低品位