生物制造 | 引领化工产业绿色转型！

来源：中国石油报 / 杨圣舒雪晶 / 中国石油石油化工研究院网络等

2025-10-31

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【导读】随着全球应对气候变化的进程推进，生物制造作为助力碳减排、促进产业升级的先进制造方式，在全球范围内受重视程度不断提高。美国《生物技术未来蓝图》《构建充满活力的国内生物制造生态系统》、欧盟《工业生物技术2025远景规划》以及我国《“十四五”生物经济发展规划》等均提出推动生物制造与传统产业深度融合。生物制造将生物技术与化学化工深度融合，通过分子重构可将生物质转化为碳氢化合物、高分子材料等，与炼化行业下游产品体系关联度高，成为诸多传统能源化工企业转型升级、培育第三增长曲线的重要战略方向之一。

融合共进

从实验室迈向产业化的实践之路

生物制造与炼化生产的核心共性是“分子重构”，炼化行业融合发展生物制造具备三大优势。一是工程体系可共享。炼化企业已建成涵盖反应、分离、检测、储运的完整工艺体系，现有分离提纯、质量检测平台及经验，可为适配生物基产品的生产提供较好支撑。二是产品兼容性强。生物基丁二酸、己二酸、1,3-丙二醇等产品，与石油基产品分子结构、性能一致，可直接接入现有下游生产线。例如生物基丁二酸，无须调整配方即可用于炼化企业聚氨酯生产，保障从化石基到生物基产品的平稳过渡。三是原料资源有保障。一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO_2）、甲烷（CH_4）等工业废气可为第三代生物制造提供低成本原料。通过气体发酵，CO、CO_2转化为饲料蛋白与乙醇，实现废气资源化、减碳的双重效益。
目前，随着技术发展，秸秆糖中试成本已降至2400元/吨左右，较淀粉糖低22%—31%，显示出一定经济潜力。伴随能源、化学品、材料三大领域的生物制造已初具规模，炼化与生物制造跨界融合进程加快。
能源替代领域，技术应用稳步落地第二代非粮转化技术实现突破，乙醇纯度达到99.5%、纤维素降解率超过85%，较传统工艺效率提升25%。朗泽科技（LanzaTech）公司将回收的碳转化为乙醇、丁二醇等化工中间产品，并进一步转化为纤维、洗涤剂、航空燃料等，目前已在实验室条件下合成50余种不同碳氢化合物。生物制氢领域，弗劳恩霍夫界面工程与生物技术研究所在德国建立了一个示范生物精炼厂，采用紫色细菌发酵与微藻光合作用相协同的技术路线，将工业废水及残余材料转化为氢气与有机副产品。
化学品合成领域，多项技术实现突破嘉吉（Cargill）和汉姆（HELM）的合资公司Qore建成6.6万吨/年生物基1,4-丁二醇（BDO）装置，产品应用于包装、纺织及汽车等领域；日本东丽公司计划在泰国建设万吨级生物基己二酸装置，助力尼龙及高分子材料产业化；青岛能源所与山东鲁抗医药联合建设国际首条生物基反式乌头酸示范线，已于5月正式投产运行，其产品用于医药中间体、食品添加剂等场景。
材料创新领域，产业链加快成型日本思百博（Spiber）在泰国的重组蛋白纤维（Brewed Protein^）产能已达到数百吨级，应用于高强度可降解纤维、薄膜；道默化学推出基于聚酰胺6（PA6）的工程塑料DOMAMID^系列产品，目前已商业化；法国阿科玛以蓖麻油为原料，成功合成出PA11和PA1010等生物基尼龙产品，并不断扩建装置。国内，凯赛生物构建年产能11.5万吨的生物基长链二元酸、年产能5万吨的生物基戊二胺、年产能10万吨的生物基聚酰胺的完整产业链，助力石化材料脱碳升级。

面临问题

原料、布局与技术的三个核心瓶颈

原料供给不稳定一代原料（淀粉、油脂）需保障粮食安全，难以大规模用于工业生产；三代原料（CO_2）转化技术多处于试验阶段，难以规模化应用；二代非粮原料（秸秆、林业废弃物等）虽然来源广泛，但收集成本占加工总成本的30%以上，并且成分复杂，导致糖转化率低、发酵抑制物多，品质波动大，影响生产稳定性。
产品布局难抉择虽然大宗化学品市场空间大，但是利润率低、对成本敏感。目前来看，通过生物发酵生产1,4-丁二醇、己二酸等产品成本尚高，难以具备竞争力；营养保健品消费需求增长快、附加值高，但产品配方复杂且监管标准严苛，炼化企业布局需整合多项非传统炼化技术，跨界难度较大；精细化学品附加值高、替代潜力大，但研发难度大、产业化不足，仍面临较高风险与不确定性。
生产技术有短板一是放大效应明显。工业级反应器传热传质效率较实验室下降约20%—30%，菌体活性衰减和杂菌污染易致反应波动，难以实现炼化装置常见的长周期稳定运行。二是过程监测与控制能力有限。关键代谢物与杂质难以实时检测，传感器和智能化手段不足，难以精准调控复杂代谢过程。三是分离提纯环节的能耗与成本高。下游分离占总成本的20%—40%，因发酵液浓度低、体系复杂，需要多步蒸馏、萃取、膜分离操作，整体经济性弱于石化精馏。

破局路径

构建产业生态圈实施差异化战略

一是要构建稳定高效的原料供应体系一方面联合地方政府建立秸秆收储运联盟，降低原料归集成本，减少储运霉变风险。另一方面利用边缘土地，因地制宜发展木薯、甜高粱、油桐等能源作物，构建非粮原料—能源作物多元供给格局；同时推动工业废气资源化，探索碳一气体发酵生产乙醇、甲醇，形成碳捕集—生物转化—产品输出闭环，助力碳减排。
二是要实施差异化产品布局面向大宗产品，突破生物基二元酸、二元醇特别是长碳链单体低成本生产技术，融入现有炼化产业链。加快对可持续航空燃料（SAF）等生命周期减排显著的产品的多元化路径开发，依托政策支持加快市场推广，打通产业化路径。面向未来前沿材料，突破碳纳米管复合材料、仿生材料等低成本制备与改性技术；面向功能性营养品，突破食品级活性成分（如功能性肽等）高效发酵与提纯技术，从创新端打造差异化发展格局。
三是要提升工程化能力一是针对放大效应，简化代谢路径设计并优化工业级反应器结构，减少效率损耗与反应波动；二是聚焦过程管控，结合AI算法搭建智能平台，实时优化参数，提高代谢过程的可控性；三是破解分离难题，研发新型膜材料与定向萃取技术，并同步优化菌种，提高产物浓度，降低分离成本，缩小与石化工艺的经济性差距。

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