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)展和改革委員會出臺了《“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)展中的一個重要推動力量。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和相關(guān)政策推動，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)展改革委員會制定的《規(guī)劃》推動下，多省份已制定扶持生態(tài)經(jīng)濟(jì)社會建設(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、專利保障以及生物制備的科技平臺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，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、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)險投資、專利、價格政策等方面著手，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，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，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