【發(fā)展新質生產力】生物制造 制造萬物

您聽說過生物制造嗎？其實您在生活中可能已經接觸過生物制造的產品了。乙肝疫苗、胰島素、玻尿酸、膠原蛋白、燃料乙醇等等，都是利用生物制造技術生產出來的產品。生物制造被認為具有引領“第四次工業(yè)革命”的潛力，市場規(guī)模將達到萬億級別，是世界各國競爭的熱點。我國也把生物制造列為重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)，是提升新質生產力的重要手段之一。

一種在市場上頗受歡迎的魚飼料蛋白，營養(yǎng)價值很高，粗蛋白含量達到80%以上，讓人想不到的是，它竟然是用鋼鐵廠煉鋼時產生的工業(yè)尾氣生產出來的。

生產這種飼料蛋白的首鋼朗澤是首鋼集團的子公司，它是全世界第一個實現(xiàn)以鋼鐵工業(yè)尾氣制飼料蛋白和燃料乙醇的企業(yè)。10年前，這家企業(yè)為了處理首鋼的工業(yè)尾氣，將氣體發(fā)酵技術引進國內。不過，這種技術僅在實驗室中獲得驗證，距離工業(yè)化應用還有很長的路。首鋼朗澤經過多年的技術攻關，最終打通了全系統(tǒng)工藝流程實現(xiàn)量產。

把工業(yè)尾氣制成飼料蛋白，這看似魔法般的操作，到底是怎么進行的呢？

河北首朗新能源科技有限公司副總經理 楊艷：“首先工業(yè)尾氣通過管道輸送到氣體預處理工段，經過簡單的壓縮和煤氣凈化，由管道輸送到核心發(fā)酵工段，氣體從發(fā)酵罐的底部進入到頂部，單程只有幾十秒的時間?！?/p>

接下來，工業(yè)尾氣在名為乙醇梭菌的菌種作用下，最終變成蛋白質和乙醇。在整個生產過程中，干活的是乙醇梭菌，工作人員只需要監(jiān)控即可。首鋼朗澤所用的正是生物制造技術。所謂生物制造，指的是利用菌種、細胞、酶等生命體的生理代謝機能或催化功能，通過工業(yè)發(fā)酵工藝規(guī)?；a人類所需的化學品和高分子材料的制造過程。它是一種以工業(yè)生物技術為核心的先進生產方式。

北京化工大學校長、中國工程院院士 譚天偉：“最大的核心點是什么呢？一個是用生物體進行生產，而生物體最大的特點就是反應過程，都是常溫、常壓；第二個特點是生物體轉化的時候都可以用可再生原料?！?/p>

生物制造是一種全新的生產技術，融合了生物學、化學、工程學等多種技術，具有清潔、高效、可再生等特點，有可能在能源、農業(yè)、化工和醫(yī)藥等領域改變世界工業(yè)格局。專家表示，生物制造將帶來至少三方面的重大變革：重構傳統(tǒng)化工的生產路線、替代傳統(tǒng)天然產物的獲取方式、顛覆傳統(tǒng)農業(yè)種養(yǎng)殖模式。

工業(yè)和信息化部賽迪研究院黨委書記、副院長 劉文強：“生物制造有別于傳統(tǒng)的物理、化學制造模式，生物制造創(chuàng)新了物質生產方式，以生物體作為生產介質，對制造業(yè)變革會帶來一系列巨大變化；另外，生物制造是以可再生生物質為原料，對于制造業(yè)實現(xiàn)雙碳目標也非常關鍵?！?/p>

我國有大量的工業(yè)尾氣資源。據(jù)專家估算，鋼鐵冶金、石化煉油、水泥等行業(yè)年產工業(yè)尾氣超過萬億立方米，如果利用其中的50%可年產飼料蛋白500萬噸，減少二氧化碳排放1.2億噸，節(jié)約糧食1.6億噸，節(jié)省耕地4億畝。

我國不僅有大量工業(yè)尾氣，還有不少農林廢棄物，也非常適合用生物技術加以利用。生物乙醇俗稱酒精，目前我國主要是以玉米、小麥等糧食作為原料通過發(fā)酵工藝來生產。僅在黑龍江每年用糧食生產的生物乙醇就達230萬噸。不過，隨著這個纖維素乙醇示范項目的落地，用糧食生產乙醇的局面將被打破。這是位于黑龍江綏化海倫市的全國首臺套利用秸稈生產生物乙醇的工業(yè)化示范項目。

國投先進生物質燃料（海倫）有限公司總工程師 李春玲：“用秸稈生產二代乙醇的過程是這樣的，秸稈包進廠之后先進行凈化、除雜，然后像爆爆米花一樣，把結構爆開，之后通過加入生物酶制劑水解成可發(fā)酵的糖，然后再用酵母把它變成酒精?！?/p>

傳統(tǒng)生產生物乙醇，主要是通過發(fā)酵玉米、小麥等富含淀粉的糧食得到糖，再用糖生產乙醇。這種技術的優(yōu)點是難度小容易實現(xiàn)，缺點是消耗糧食，出現(xiàn)與人爭糧、與糧爭地的現(xiàn)象，影響國家糧食安全。而國投生物采用秸稈生產糖，再用糖生產乙醇。

經過十多年的技術攻關，這家企業(yè)終于實現(xiàn)了量產。雖然目前這個示范項目的產能只有3萬噸，消耗約15萬噸秸稈，但是它的突破意義十分重大。據(jù)統(tǒng)計，2021年全國秸稈產生量為8.65億噸。因此，如果這項技術全面推廣，將是對傳統(tǒng)技術的一次重大革命。

李春玲：“通過技術研發(fā)和自主創(chuàng)新，最后實現(xiàn)了以非糧為主的原料結構轉化。好處是可以利用資源豐富的農林廢棄物，可持續(xù)、可再生、可循環(huán)，而且通過利用這些農林廢棄物可以減少碳排放，改善環(huán)境污染?！?/p>

我國是工農業(yè)大國，資源消耗得多，相應的排放量也大，因此有條件也有必要通過生物制造等先進技術手段來化解這一難題，變廢為寶。它對于打造新質生產力，推動經濟向綠色、可持續(xù)、高質量發(fā)展至關重要。

生物技術作為提升新質生產力的手段之一，已被我國定為戰(zhàn)略性新興產業(yè)。為此，我國制定了多項政策措施。2022年，《“十四五”生物經濟發(fā)展規(guī)劃》的印發(fā)，標志著我國首部生物經濟五年規(guī)劃正式出臺?！兑?guī)劃》明確提出，要培育壯大醫(yī)療健康、生物農業(yè)、生物能源與生物環(huán)保、生物信息四大支柱產業(yè)。

黨的十八大以來，我國生物經濟發(fā)展取得巨大成就，細分子行業(yè)門類逐步增多，核心產業(yè)規(guī)模迅速增長。長三角地區(qū)形成產業(yè)集群，華北、華中地區(qū)骨干企業(yè)數(shù)量眾多。在國家的大力扶持下，一批新技術不斷誕生，它們引領著未來生物制造的發(fā)展方向，重新定義未來的生產模式。在中科院天津工業(yè)生物技術研究所，2018年7月24日，一項全新的技術初步完成。

和碘相遇會變藍，這是淀粉的一個顯著特征。不過科研人員所用的淀粉并不是來自于玉米、土豆等植物，而是來自于二氧化碳。

這是一個令人興奮的技術，2021年，中科院天津工業(yè)生物技術研究所宣布，在國際上首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的人工全合成，相關成果于當年9月在國際學術期刊《科學》上在線發(fā)表，成果先后入選2021年度中國科學十大進展、2021年中國生命科學十大進展等。它實現(xiàn)了從無機物中創(chuàng)造有機物的突破。這項技術在淀粉的合成能效和速率上遠超玉米等農作物，為淀粉的工業(yè)化生產打開了一扇窗，并為以二氧化碳為原料合成復雜分子提供了新思路。

雖然這項技術已經在實驗室條件下已被證明是成功的，但距離真正工業(yè)化還有一定距離，因此科學家們正在努力打通最后的技術壁壘，一旦成功市場規(guī)模將不可限量。

中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所研究員 蔡韜：“一方面可以把很多廢棄的、可能會對環(huán)境造成影響的二氧化碳變廢為寶用起來；另一方面，可以在工業(yè)化的車間里合成淀粉，節(jié)約80%到90%的土地和淡水?！?/p>

事實證明，生物制造可從根本上改變傳統(tǒng)制造業(yè)的生產模式。利用生物+醫(yī)藥、生物+化工、生物+能源、生物+輕工等全新生產方式，誕生出了一大批全新產品，如重組蛋白藥物、生物航空煤油、生物降解塑料等等，生物制造被認為具有引領“第四次工業(yè)革命”的潛力，未來前景十分廣闊。據(jù)預測，全球生物制造產值接近30萬億美元。

未來，隨著生物技術進一步取得突破進展，生物制造還有望向采礦、冶金、電子信息、環(huán)保等領域拓展，發(fā)展前景十分廣闊，成為經濟增長的重要引擎。

劉文強：“下一步，國家將從政策、企業(yè)和產業(yè)層面加強一系列部署來推動生物制造產業(yè)的發(fā)展。在政策方面，國家有關部門正在研究制定國家層面的生物制造頂層規(guī)劃文件，在產業(yè)方面，國家有關部門將加大中央財政資金投入，分領域、分區(qū)域布局一批生物制造公司平臺；在企業(yè)方面，國家有關部門將支持企業(yè)加強核心工業(yè)菌種、關鍵酶制劑創(chuàng)新研發(fā)，提升自主創(chuàng)新能力，推動創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。”

生物制造作為提升經濟競爭力的著力點，也是我國繼綠色制造、智能制造后，推進制造強國建設的又一個重要抓手。作為一種新質生產力，生物制造產業(yè)商機無限，而當前我國這一產業(yè)發(fā)展的序幕才剛剛拉開。目前我國生物制造核心產業(yè)增加值占工業(yè)增加值比重只有2.4%，提升空間非常大。我國具備良好的生物制造基礎，再加上一系列政策的助推，我國生物制造產業(yè)在這條新賽道上的競爭力也將越來越強。