炼油和石油化工产业作为国民经济的基础支柱产业，主要提供汽、煤、柴油、基础化学品及三大合成材料等关键产品，在保障国家能源安全、支撑重大战略实施等方面发挥着不可替代的核心作用。然而，受能源结构转型、全球气候治理趋严及市场竞争格局深度调整的影响，我国炼化行业结构性矛盾日益凸显，呈现出炼油产能过剩与高端化工产品供给短缺并存、碳排放量管控压力突出等问题，推动行业向“高端化、精细化、绿色化”转型已成为必然发展趋势。以此为背景，发展以非粮生物质为原料的生物制造等绿色技术，构建高效、低碳的产业发展体系，成为推动炼化行业转型的关键突破口，依托“设计-构建-检测-优化”（DBTL）的工程化思路，可实现对微生物的精准改造并构建人工生物系统，进而推动可再生资源向化学品、能源、材料的高效转化。
与传统石化工艺相比，生物制造具有原料可再生、反应条件温和、节能减排效果显著等独特优势，为炼化行业破解资源约束、优化产业结构、提升核心竞争力提供了全新的技术路径。
我国炼化行业发展与生物制造机遇
截至2025年，全国总炼油能力达到9.39亿吨/年，炼化产业规模与产能基数稳居世界前列，为国民经济发展提供了坚实的能源与原材料支撑。然而，在“双碳”目标引领下，全球能源消费向低碳化转型，行业面临多重挑战，这些挑战也直接催生了与生物制造融合的迫切需求：一是能源安全风险突出，原油对外依存度长期超70%，化石资源存在供给波动性；二是产品结构失衡，成品油产能过剩，高端产品“卡脖子”问题明显，高端聚合物、高端芳烃溶剂及电子化学品核心材料进口依赖度均超60%；三是市场竞争与低碳压力双重叠加，民营大炼化崛起与外资进入使得市场竞争更为激烈，同时碳减排目标对高能耗、高排放的传统炼化工艺提出了严苛要求，技术创新成为低碳转型的核心突破口。
炼化行业转型过程中面临的资源约束、结构失衡、低碳压力的挑战，这与生物制造的技术优势形成了精准契合，构成了双方深度融合的核心机遇，具体体现在三个方面：一是原料替代机遇，生物制造以非粮生物质、CO等可再生资源为原料，可有效降低炼化行业对化石资源的依赖，缓解原油对外依存度高的能源安全风险；二是工艺升级机遇，生物催化、合成生物学等技术可实现炼化工艺的低碳化、精细化改造，降低能耗与污染物排放，契合碳减排要求；三是产品升级机遇，生物制造可推动炼化产品向高端化、高附加值延伸，破解高端产品进口依赖难题，优化产品结构，提升行业市场竞争力。
从产业“减油增化”的转型趋势看，化石能源逐渐从燃料转向材料，为生物制造与炼化行业的融合提供了广阔空间。国际能源署预测，塑料等石化产品需求将成为推动未来石油消费增长的主力 。同时，生物制造、二氧化碳高值化利用等新兴领域快速发展，为炼化行业转型提供了多元路径。国内龙头企业已率先布局，推动非常规油气、新能源、新材料等新兴产业与合成生物学等未来产业协同发展。
生物制造产业模式与炼化耦合发展路径
1.生物制造产业模式
目前，生物制造领域不同类型的市场主体基于自身技术与资源优势，瞄准与炼化行业耦合相关的细分赛道（生物燃料、基础化学品、高端聚合物等），形成了四种差异化的产业模式，与炼化行业的融合需求形成契合，为双方深度耦合提供了多元路径。
一是全产业链垂直延伸布局的产品型企业模式，代表企业为赢创（Evonik）、凯赛生物。此类企业聚焦生物基产品的全链条布局，从原料种植/收集、菌种培育、酶制剂生产，到生物基产品合成、下游应用，实现一体化发展，可直接为炼化企业提供成熟的生物基原料、生物催化产品及配套技术服务，降低炼化企业与生物制造融合的门槛。例如，凯赛生物聚焦长链二元酸等生物基化学品的生产，其产品可直接作为炼化企业生产高端聚酯、尼龙等产品的原料，实现与炼化行业的产品耦合。
二是技术研发与服务输出模式的平台型企业模式，代表企业为诺维信、Ginkgo Bioworks公司。此类企业不直接生产终端产品，重点聚焦生物催化技术、菌种改造技术等核心技术的研发，可为炼化企业提供定制化的技术解决方案、酶制剂产品及技术服务，助力炼化企业完成传统工艺的生物改造。例如，诺维信为炼化企业提供脂肪酶、蛋白酶等专用的生物催化剂，同时提供工艺优化服务，帮助炼化企业提升生产效率、降低能耗。
三是绿色升级与生物产业链耦合的大型化工企业模式，代表企业为巴斯夫、万华化学。此类企业本身具备炼化一体化产业基础，通过自身技术研发或跨界合作，将生物制造技术融入自身炼化生产流程，推动传统炼化工艺的绿色升级与产品结构优化，是生物制造与炼化行业耦合发展的核心引领力量。例如，巴斯夫通过自主研发生物法制1,4-丁二酸技术，将其融入自身炼化生产线，依托自身炼化基地的上下游配套优势，推动生物基产品的规模化生产，实现产业链的深度耦合。
四是技术优势延伸布局模式的跨界转型企业模式，代表企业为华恒生物、金丹科技。此类企业原本聚焦生物制造细分领域，凭借自身在生物催化、菌种培育等方面的技术优势，逐步向炼化相关领域延伸，聚焦与炼化行业耦合的细分产品，为炼化企业提供特色生物基原料或中间体，实现跨界融合。例如，金丹科技聚焦乳酸及聚乳酸（PLA）的生产，其产品可用于炼化企业生产可降解包装材料、高端化工中间体，依托自身技术优势，与炼化企业建立原料供应合作，推动生物基材料与炼化产业的融合发展。
2.生物制造耦合炼化产业发展现状
当前，我国炼化龙头企业聚焦生物燃料和基础化学品领域，已逐步开展多项试点，探索生物制造与炼化产业耦合的可行路径，形成了一批可复制的试点经验。区域分布上，约70%试点项目集中在东部沿海（如浙江、山东、江苏等地），这些地区依托当地炼化产业基础（如舟山绿色石化基地、宁波石化经济技术开发区）和科研资源优势（如长三角地区的高校、科研院所），有效降低生物基项目的原料供应与建设运营成本，逐步形成了协同创新集群。以舟山绿色石化基地为例，浙江石化依托临港世界级炼化一体化产业基础与长三角科研资源，有效降低生物基项目的原料供应与建设运营成本，并在基地内布局1,3-丙二醇（PDO）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）等生物基材料项目，实现生物基材料与炼化产品的协同生产；依托浙石化炼化集群的配套优势、炼厂的储运体系与公用工程等炼化耦合资源，浙江将蓝生物正在六横绿色石化拓展区推进30万吨/年生物航煤（SAF）项目，共同构建生物燃料、生物基材料与炼化产业深度耦合的新生态，实现“炼化原料-生物制造-高端产品”的全链条协同。此外，中石油、中石化等龙头炼化企业也在逐步布局生物基燃料与生物基化学品等项目，推动生物制造技术与炼化工艺的融合。
3.生物制造技术的炼化领域应用路径分析
生物制造与炼化行业耦合发展是推动炼化行业实现低碳转型、破解资源约束、优化产品结构、提升产业竞争力的关键抓手，结合炼化行业规模化优势与生物制造低碳特性，协同发展潜力巨大。然而，当前生物制造技术在炼化领域的应用进程中仍面临三大突出挑战：一是产业化能力薄弱，我国合成生物学产业链尚不完善，菌种设计、酶制剂生产与生物反应器制造的协同性不足，且从实验室小试到工业化量产，还需突破菌种稳定性、反应体系传质传热效率、产物分离纯化等核心瓶颈；二是经济性与市场竞争力有待提升，生物制造产业化初期投资规模大、生产成本偏高，多数高端产品成本仍高于石化路线，加之质量评价、碳核算等相关标准体系不健全，市场认知度较低；三是政策与知识产权壁垒突出，合成生物学领域知识产权布局复杂，核心技术专利壁垒较高，同时国内在研发激励、市场准入等方面的配套政策尚不完善，相关标准与国际接轨不足。基于此，需通过四条相互关联、协同发力的路径破解发展瓶颈，具体结合生物制造在炼化行业的实际应用场景，从原料、催化、产品、生态四个维度落地，构建产业耦合发展体系。
路径一：工艺耦合与流程优化路径，聚焦炼化工艺低碳改造与效率提升。发挥炼化装置规模化与分离提纯的核心优势，推动生物基原料与化石原料协同加工，例如将木质纤维素、废弃油脂等生物基原料预处理后，与原油、重油等化石原料按一定比例混合，进入炼化装置协同炼制，生产生物基燃料与基础化学品，既降低化石原料的使用比例，又消化生物基原料，实现资源协同利用。
路径二：原料替代与产品升级路径，聚焦破解炼化行业资源约束与产品结构失衡问题。逐步扩大生物基原料在炼化行业的应用比例，构建“非粮生物质-生物基中间体-炼化高端产品”的产业链条，例如以秸秆、林业废弃物等木质纤维素为原料，通过生物催化技术转化为生物基乙醇、乳酸等中间体，再由炼化企业进一步加工为高端聚酯、聚氨酯、电子化学品等产品，填补高端产品进口缺口。
路径三：产学研协同与技术转化路径，聚焦破解生物制造技术工业化转化难题。利用炼化企业的中试基地和工业化验证能力，联合高校、科研院所、生物制造企业，构建协同创新平台，聚焦生物制造与炼化耦合的核心技术（如高效菌种改造、生物催化工艺优化、生物基原料预处理等），开展联合攻关，解决实验室小试到工业化量产过程中的技术瓶颈；建立中试示范基地，重点开展生物基原料协同加工、生物催化单元替代、生物基产品合成等环节的中试验证，完善技术参数，优化工艺方案，降低工业化转化风险。
路径四：资源循环与产业生态构建路径，聚焦实现双方高质量协同发展。将炼厂副产物（CO2、烟气、废水、废渣等）作为合成生物学的原料，依托现有炼化装置，实现物料与能源的循环利用，例如炼厂废水经处理后用于生物制造环节的微生物培养，炼厂废渣经生物降解后转化为生物质原料，实现“一物多用”；构建“炼化企业-生物制造企业-下游应用企业”的协同产业生态，推动产业链上下游协同发展。
生物制造在炼化行业转型中的应用
1.生物基原料体系建立
近年，行业形成以废弃生物质、木质纤维素、二氧化碳等为核心的新型生物基原料体系，推动生物技术从第一代粮基生物到第二代非粮生物，再向第三代CO2基/合成生物的原料升级，实现生物质产品规模化替代，为炼化行业提供多元化可再生原料路径，逐步打破对传统化石资源的依赖。其中，第二代生物制造原料以木质纤维素为核心，作为非粮原料可避免与粮食争地，契合我国粮食安全战略，且具备规模化利用潜力——我国每年农作物秸秆理论资源量超8亿吨，到厂成本约为200~300元/吨，是当前炼化行业可重点推广的生物基原料，可经预处理后与化石原料协同炼制，实现资源高效利用。
第三代生物技术则以CO2为核心原料，通过改造自养微生物及关键代谢途径，实现向乙醇、淀粉等产品转化，完美契合炼化行业资源循环需求。例如，中科院天津工生所开发的CO2合成淀粉技术，可将炼化企业尾气中的CO2转化为淀粉，进一步加工为生物基化学品；Enerkem公司利用CO2与废弃生物质协同转化技术，为炼化企业提供多元原料替代方案，推动炼化行业从依赖化石资源向多元原料协同转型。
2.生物催化技术革新
生物催化技术以微生物或酶为催化剂，具有反应条件温和、选择性高、能耗低的优势，是推动炼化工艺低碳改造、提升生产效率的核心支撑，而随着合成生物学的发展，CRISPR-Cas9技术的应用，进一步推动了其在炼化领域的规模化落地。
CRISPR-Cas9技术可通过引导RNA（gRNA）精准定位目标基因，利用Cas9核酸酶切割基因片段实现酶基因的定点突变、插入或敲除，从而提升催化效率与底物特异性，增强酶对炼化生产中高温、高压、高盐等极端环境的耐受性。例如，生物发酵法制PDO技术相比石化路线能耗减少40%，碳利用率提升至85%以上；以葡萄糖为原料的生物法制1,4-丁二酸成本较石化路线（丁烷氧化法）下降20%，污染物减少65%。目前，平台型企业（如诺维信）与炼化企业、科研院所协同，正推动生物催化技术的中试验证与工业化转化，破解技术落地瓶颈。
3.生物基产品应用拓展
对标炼化行业“高端化、精细化”转型需求，生物制造技术推动炼化产品体系向生物基升级，覆盖生物燃料、生物基化学品及材料等多领域高附加值产品，既优化产品结构，又缓解产能过剩与高端短缺的结构性矛盾，同时依托炼化企业的规模化优势降低生物基产品生产成本。
在生物燃料领域，生物乙醇、SAF等已实现工业化运行与适航认证——生物乙醇与汽油调和可降低碳足迹，SAF则契合航空业低碳转型需求，国内舟山绿色石化基地等已布局SAF生产项目，拓展高端燃料市场。在生物基化学品及材料领域，生物基乳酸等平台化合物生产成本已接近石化路线，可用于生产可降解材料、医药中间体；生物基二元醇等关键中间体纯度与收率已达工业标准，可破解高端中间体进口依赖的问题。
其中，聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA）等生物基材料已在国际包装、汽车内饰等领域商业化应用，以聚乙烯为例，纤维素乙醇路线生产的生物基产品碳足迹仅为传统化石基路线的2.6%，既满足下游低碳需求，又提升炼化产品附加值，实现“炼化原料-生物制造-高端产品”的全链条协同。
产业融合发展建议
国际层面，欧美地区生物制造与炼化产业已迈入规模化发展初期，东南亚国家则依托本土丰富的生物质资源禀赋，重点布局生物基塑料产业领域，形成了各具特色的产业耦合发展模式，为我国生物制造与炼化行业协同发展提供了兼具可行性与参考价值的实践范式。
欧盟以“碳中和”战略为核心导向，通过顶层政策体系统筹规划，构建了“政策引导-研发支撑-标准保障-集群协同”的一体化发展框架，推动生物制造与炼化产业深度耦合发展：在产业布局层面，重点聚焦SAF、生物基聚酯、可降解高分子材料等高端细分领域，精准契合炼化产业高端化、低碳化转型的核心需求；在支撑保障层面，通过高额研发补贴、税收减免等政策工具激励市场主体加大投入，健全生物基产品质量评价、碳核算与碳足迹追溯等标准认证体系，同时依托德国鲁尔工业区、荷兰鹿特丹石化基地等产业载体，打造生物制造与炼化耦合协同创新集群，加速相关技术的规模化产业化应用。
美国依托其科研创新实力，构建了“技术突破-产业落地”的协同发展路径，通过政府专项资助与企业市场化投入相结合的多元化投入机制，重点攻关高效菌种定向改造、生物催化工艺优化等核心关键技术，依托本土炼化龙头企业搭建中试与工业化验证平台，推动生物基燃料、生物基化学品与炼化工艺的深度融合，形成了“基础研究-技术开发-产业应用”的闭环体系，其生物法制1,4-丁二酸、生物航煤等核心技术已实现规模化量产。
东南亚国家立足自身热带生物质资源丰富的比较优势，规避高端技术领域竞争，聚焦生物基塑料、基础生物燃料等中低端细分领域，通过引进外资、搭建产学研协同创新平台，依托本土现有炼化产业基础推动生物基原料与炼化工艺的简易耦合，实现产业快速起步，为我国生物质资源富集地区的生物制造与炼化产业耦合发展提供了“低成本、易落地”的实践参考。
结合我国生物制造产业现状，实现与炼化产业的协同发展需强化核心技术研发，构建从基础研究到工业化应用的全链条创新体系；完善政策与标准，健全市场准入等政策和生物基产品质量评价、碳核算等标准认证体系；推动产业协同，提升成果转化效率；统筹产业空间布局，实现跨区域协同发展。
推动融合发展实施推进的具体策略建议包括：（1）短期聚焦中试平台建设与技术验证，加大中试平台投入，在炼化产业集中地区开展试点示范，完善研发费用加计扣除等政策激励，建立政府采购制度，加强基础数据与标准建设。（2）中期推进规模化示范与产业链完善，重点建设万吨级生物基材料项目，推进十万吨级生物燃料商业化应用，依托沿海炼化基地打造产业集群，建立产业创新联盟与产业基金，出台专项规划并扩大税收优惠范围，深化国际合作。（3）长期以构建具有全球竞争力的生物制造与炼化耦合产业生态为核心目标。一方面，培育领军龙头企业，打造百亿级特色产业集群，完善多元化生物质原料供给体系，推动生物基产品向高端化、高附加值方向升级；另一方面，强化合成生物学底层技术与炼化耦合工艺的自主可控能力，深化与新能源等关联产业的跨界融合，构建全链条绿色产业体系，推动炼化行业全流程低碳转型，助力我国深度参与全球气候治理与产业标准制定。
总结与展望
生物制造为炼化行业转型提供了革命性技术路径，既可以有效破解转型进程中的资源环境约束，又能进一步优化产品供给结构。推动两大产业深度融合，需要立足技术互补优势，构建系统协同的发展路径。同时，借鉴国内外先进经验，通过强化核心技术创新、完善产业支撑体系、优化政策保障环境，切实克服产业融合的现实障碍，推动炼化行业向高质量发展转型。
未来，行业将围绕技术、产业、政策三大维度深入研究，进一步破解产业发展中的技术瓶颈、生态壁垒与政策障碍，推动产业实现从技术可行向产业可行、全球可行的关键跨越。构建跨领域协同生态与完善全球化政策体系，将加速产业价值链延伸与国际市场布局，助力我国在全球生物基产业竞争中占据主导地位，为炼化产业的可持续发展提供坚实支撑。