生物基化学品：政策支持+技术突破 全球在行动
■ 中国科学院成都文献情报中心 陈方 郑颖
生物经济是可持续地利用生物资源和生物技术，实现生物技术产品与服务的市场化运作的经济形态。随着现代生物技术发展逐渐进入大规模产业化阶段，全球生物经济正处在步入快速发展的转折期，有望在很大程度上决定下一轮世界经济增长周期的产业发展方向，引发一场新的“工业革命”。
合成生物学等新兴技术的飞速发展，促成了化学合成与生物合成的结合，打开了石化经济向碳水化合物经济过渡的大门，有望为化工、材料和能源等行业的发展带来颠覆性变化，将其引入绿色生产的可持续发展时代。同时，传统石化经济带来的对不可再生资源的巨大消耗和环境污染与温室效应等负面效应也正在进一步凸显，污染和气候变化成为造成生物多样性丧失和生态系统退化的主要因素。在这种日益严峻的资源和环境约束下，面向未来的生物经济产业，发展生物化工，将生物技术创新用于化学品的生产和化学工艺过程的改造，将成为化学工业可持续发展的重要方向。
生物基化学品是以可再生生物质为原料，利用生物转化过程，结合化学和工程学原理生产和加工的大宗或精细化工产品及中间体等。生物基化学品的生产具有原料可持续性和环境友好性，已成为未来摆脱能源依赖、迈向生物经济的重要途径，得到了国际政策界、研究界和产业界的高度重视。经济合作与发展组织预测，生物基化学品和其他工业产品（不包括生物医药产品）在全部化学品产量中的比重到2030年有望提升到35%。世界经济论坛报告预测，到2020年，将生物质原料转化为燃料、能源与化学品的技术将为全球带来2300亿美元的经济效益。
战略部署，技术突破
全球政府达成共识
当前，发展以生物基化学品生产为重要内容的生物经济，已成为各国战略规划和项目部署的重点。
例如，美国为应对进口能源依赖的挑战，较早开展“生物质多年计划”，制定“可再生燃料标准”，积极部署先进生物燃料和生物基化学品的研究与开发，在《国家生物经济蓝图》中提出采取切实行动促进生物技术研究创新，以应对健康、食品、能源和环境挑战。2015年3月，美国国家研究理事会（NRC）生物学产业化委员会发布了《生物工业化：加速先进化工产品制造路线图》报告，指出化学品的生物制造已成为国家经济的重要组成部分，并将在未来十年内快速成长。
欧盟及其成员国致力于在解决粮食和能源需求的同时，促进资源高效可持续利用，保持欧盟在生物技术领域的竞争力和可持续发展，在“欧洲生物经济战略”指导下，制定“创新型联盟”和“自然资源有效利用”旗舰计划，加强生物基产品研发投入和市场开发，联合企业伙伴投入巨资促进生物基产业发展，积极推动欧盟生物经济转型升级。2014年7月，欧盟企业领袖发起欧洲联合生物基产业发展计划，旨在促进投资和创造生物基产品和原材料的“欧洲制造”竞争市场环境，预计在2014～2024年期间向欧盟经济注入37亿欧元用于发展新兴生物经济，包括建设先进的生物精炼厂，以及开发将可再生资源转化为生物基化学品、材料和燃料的创新技术。德国、西班牙等也于近年发布国家生物经济战略，将生物基产品的研发和市场开拓视为重要发展内容。
近年来，合成生物学和基因组编辑等前沿技术的飞速发展，拓展了生物质原料功能基因的挖掘与利用，增强了生物基化学品制造过程的操控能力，推动了越来越多的基础和大宗化学品、精细和特种化学品、药物平台化合物、生物塑料与生物材料向生物基生产模式过渡。
在新技术的引领下，生物基化学品研究不断取得突破。韩国三星先进研究院人员利用宏基因组筛选和人工设计手段，开发出一条可生产有机合成原料及合成树脂单体丙烯酸的生物途径。美国斯坦福大学研究人员利用二氧化碳和来源于非粮生物质的糠醛为原料，合成了聚对苯二甲酸乙酯（PET）替代物聚呋喃二甲酸（PEF）的前体2,5-呋喃二甲酸（FDCA），为现有的石油化工塑料生产提供了低碳的可替代方案。美国加州大学洛杉矶分校研究人员成功构建由20多种酶组成的细胞外复合酶系统，设计出一种无细胞生产生物基化学品的生物化学合成法，为体外高效、灵活生产塑料、生物燃料和新药铺筑了一条新的道路。
同时，为了向更高效、更先进的可持续发展模式靠拢，克服原料、资源和能源的制约，传统化工行业的众多知名企业纷纷探索由石油基向生物基转型，积极迎接生物经济时代的到来。杜邦与陶氏同为较早开展生物基化学品工业生产的企业，率先在1,3-丙二醇、异丁醇、丙烯酸等生物路线合成方面取得产业进展，2015年两公司宣布合并为陶氏杜邦公司，并将分别发展农业、材料科学和特种产品业务，有望为生物基化学品带来新的发展机会。巴斯夫等石油化工企业巨头也积极与领先的生物技术公司合作，共同致力于多种重要化工产品的生物路线的大规模生产工艺开发。据估计，目前全球生物化工行业的年销售额在400亿美元左右，每年约以8%~10%的速率增长。
提升规模，高端发展
国内发展任重道远
大力发展生物基化学品的研发与产业化是我国转变化工产业经济发展与增值模式的重要产业选择。我国较早将生物产业列为战略新兴产业，在《“十二五”现代生物制造科技发展专项规划》中部署到“十二五”末期初步建成现代生物制造创新体系；在《生物产业发展规划》中提出提高产品经济性、推动生物制造产业规模化发展的主要任务；并于《中国制造2025》中规划全面推进实施制造强国战略，提出制造业发展要由资源消耗大、污染物排放多的粗放制造向绿色制造转变的总体要求。
近年来，我国逐步加大了对生物基化学品技术领域的科研投入，资助开展了多项相关国家重点研发计划，在生物催化剂的定向改造、规模化的生物催化技术系统、生物材料和生物能源等领域取得重要成果，生物基化学品种类逐渐增加，产品经济性逐步增强，显示了良好的发展势头。生物基材料产能居世界前列，已形成全球规模最大、技术先进的生物塑料生产线；乙烯、化工醇、丁二酸等一批传统的石油化工产品已经可实现生物路线替代，起到了显著提高产品品质与生产效率，降低能源、资源消耗和环境危害的效果；但在部分技术尖端、产量规模小但战略地位显著、经济附加值高的产品领域优势仍显不足。
为了在未来国际生物经济格局中占据重要地位，我国应高度重视生物基产品技术与产业的发展，在提高生物基产业规模的同时，实现各类生物基化学品替代率的全面提升和跨越。为此，首先需要重视微生物基因组学、代谢组学与合成生物学核心技术的研发，促进提升功能基因鉴定挖掘、工业微生物分子育种、工业酶分子改造和生物催化转化技术与平台，孵化具有自主知识产权和重大产业前景和生物基化学品与工艺；其次，着力打通从前沿基础研究到应用技术研究、再到规模产业发展的创新链条，加强协调公私部门合作、产学研交叉协作、上下游企业联合攻关的机制与做法，提升创新型生物基化学品就绪程度并缩短产业研发周期；最后，还需加大财税支持力度，完善生物基产品与服务的标准认证和监管制度，提升生物基产品的市场占有率和用户接受度，促使生物基化学品工业走向成熟，为可持续的未来生物经济发展注入活力。