當今我國生物產業的發展布局，生物醫藥、生物農業以及生物制造“三足鼎立”的格局基本形成。

    生物制造技術的進步，將有利于我國傳統化工、醫藥等行業擺脫能耗高、物耗高、污染嚴重等困境，實現相關制造產業的跨越式發展。立足于中國特色創新發展，成為拉動中國經濟騰飛的重要引擎。

  生物大時代
 

        
    比爾·蓋茨曾預言，下一個世界首富必將出自生物技術領域。

 
    當今時代，生物技術的影響力遠超人們想象。兩大現象或可證明：目前全球化學產品的產值中，約有1/5來自生物技術產品；全球近乎所有頂級化工企業都在投資生物技術研究。

 
    由于自身的通用性，生物技術即將進入大規模產業化階段，生產用途也將從治病為主轉向延長人類生命周期、提高人類生活質量、改善生態環境等。

 
    全球生物技術的重大進展不斷、各國爭先對此進行戰略部署及業內對生物科技類股票的良好市場預期，無不預示著一個世界性的“生物大時代”已然來臨。

 
    中國也不例外。產業規模的急速遞增、產業大軍的厲兵秣馬、即將出臺的《生物產業發展“十二五”規劃》（以下簡稱《規劃》）的官方定調，無不預示著生物產業春天的腳步更近了······ 全文 

   生物催化：提高反應原子經濟性

    生物催化技術是實現石油和化工綠色生產過程最有效的手段。但我國生物催化合成技術在工藝轉化、規模化生產等方面仍較落后。要實現《生物產業發展規劃》生物工藝應用示范行動計劃提出的目標——實現生物催化工藝對傳統高污染、多排放工藝的有效替代，必須以提高原子經濟性、實現過程綠色化為基本出發點，強化產學研的有機結合，加速實驗室成果向生產力轉化。這是生物化工領域專家在接受記者采訪時的一致觀點。

    生物催化合成技術具有優異的立體選擇性、化學和區域選擇性，反應條件溫和，可以避免傳統合成中的異構化、消旋化和重排等副反應，減少有害重金屬和過度金屬催化劑和作為反應介質和分離純化產物時有機溶劑的使用，從而顯著提高原子經濟性，減低過程的環境因子。生物催化技術的發展將加快傳統工業過程的轉型升級，促進工業經濟增長方式的轉變，逐步實現綠色化學的夢想。

    據了解，我國從上世紀80年代開始進行生物催化合成工藝的產業化開發。經過近三十年的發展，在大宗化學品、精細化學品、醫藥化學品的生產中，生物催化綠色合成技術在醫藥化工領域中的應用有著很好的發展前景。目前，我國已建立了國際上第一條化學—酶法生產亞胺培南/西司他丁鈉的產業化生產線；丙烯酰胺的生物催化合成工藝和生產規模已經居世界第一。

    但是，我國生物催化合成技術在工藝轉化、規模化生產等方面仍落后于國際。中國化工學會生物化工專業委員會委員、中國生物工程學會工業與環境生物技術專業委員會委員、浙江工業大學教授鄭裕國在接受記者采訪時說，“我國的生物催化劑品種少，未形成系列；生物催化劑生產廠家規模偏小，原料利用率低，能耗高；產品質量與國外有差距，創新產品少。”如何解決這些問題？鄭裕國教授給出了自己的建議：強化產學研的有機結合，以政策為導向，以滿足生物工藝的重大需要開展相關的研究和技術開發，及時地將實驗室成果轉化為生產力。

    在談到生物催化技術在精細化學品生產中的應用時，鄭裕國教授強調，要重視精細化學品中的生物催化工藝的開發。因為傳統精細化學品產業平均每生產1噸產品，副產物高達100噸以上，環境壓力大。而生物催化技術以提高原子經濟性、實現過程綠色化為基本出發點。如酶催化反應條件溫和、一般在常溫、常壓及近中性條件下進行，把分解、異構化、外消旋化、重排等不利副反應降到最低限度，因此可以說，高能耗、高污染的有機合成將逐步被綠色可持續的生物合成替代。

 
    另據記者了解，對于規劃中提及的“生物催化劑、工業酶制劑等新產品開發和產業化”方面我國也有了長足發展。丙烯酰胺生物合成用的腈水合酶的各方面性能遠高于國際先進水平；腈轉化酶包括腈水合酶、酰胺酶、腈水解酶的產酶微生物的發現、改造和改良以及產業化開發居國際領先地位。特別是浙江工業大學的腈轉化酶研究團隊已經成為國際知名的腈轉化酶研究開發及產業化研究團隊，高效的腈轉化酶微生物菌庫已經形成，腈轉化酶在大宗化學品（丙烯酰胺）、醫藥化學品、農藥化學品的生物加工工藝已居國際領先地位。

    但總體上說，在《規劃》提及的新酶的發現以及酶的改造技術方面，我國與國外相比仍存在較大差距。對此，鄭裕國教授表示，“我們要實現應用研究與基礎研究并舉，針對生產實際的綠色化重大需要，強化新酶、新微生物的篩選和改造研究，及時將實驗室成果轉化為產業化技術。此外還要強化高校、科研單位與企業的有效對接。對于高校來說，不能僅停留在學術論文的發表上，而應該進行技術和產品的產業化研究，將研究成果與產業對接。”

    同時，生物催化技術在醫藥化工中的效用不斷擴大，開發綠色、高效的高端原料藥生物催化工藝具有廣闊的應用和市場前景。鄭裕國教授指出：“除了傳統的水解酶類如脂肪酶、酯酶、蛋白酶、脫鹵酶、酰化酶、酰胺酶、環氧化物水解酶等，酶催化氧化、鹵代、氨基轉移、C-C鍵耦聯、C=C雙鍵還原將是今后的新方向。”他還表示，在手性化學品的生產中生物催化合成技術也表現出極大優勢，因此手性化學品生產的手性選擇性新酶的開發和產業化也將成為未來開發的重點。

生物菌劑：廣譜降解協同作用

    利用微生物降解水體、大氣和土壤中的有毒有害物質，不僅可有效避免化學處理法產生的二次污染，還可降低處理費用，這一頗具前景的技術被列入《生物產業發展規劃》環保用生物制劑發展行動計劃。身處石油化工這樣一個污水產生量極大的行業，我們更關注于該行動計劃中有關污水生物處理技術的研發重點，即開發用于有毒有害難降解工業廢水處理、污泥減量化處理的高效菌劑。

    高效微生物菌劑在污水處理領域近年來獲得長足發展，其適用范圍廣、效率高是業界公認的，因此在環境治理中微生物處理技術成為一項主導技術，其應用近年來也獲得飛速發展。當記者在百度上輸入“污水處理菌劑”關鍵詞后，搜索出的各種微生物菌劑林林總總，有數百項之多，許多的污水處理技術都被冠以微生物菌劑的名號，顯示出微生物菌劑在研發應用上的火熱程度。這項看似成熟的技術為何還會列入《生物產業發展規劃》？帶著這個疑問記者采訪了生物污水處理領域的一些專家。

     石油化工研究院從事石化污水處理的研究人員認為，目前市場上所售的用于廢水處理的微生物菌劑看似很多，其門類也五花八門，但大多屬于概念炒作，短期使用有一定效果，不具有長期功效，且成本過高。在他們看來，在業內廣受認可的微生物菌劑產品尚沒有出現，因此將其列入《規劃》是非常及時和必要的。

    對于未來微生物菌劑的開發方向，這些研究人員認為，目前正在開發和使用的微生物菌劑大多是以單化合物作為降解底物，下一步在根據《規劃》安排具體科研項目時應該加大力度開發能廣譜降解各類化合物的微生物菌劑，重視對各種功能微生物菌種間協同作用機制的研究；在開發新型微生物菌劑的同時，還要開展微生物菌劑的使用安全評價工作。針對目前微生物菌劑使用中存在的壽命短、成本高問題，他們認為還應在微生物菌劑的流失控制、活性維持和可持續利用方面開展研究，以推進菌劑工業化生產技術的研發工作。此外，對于石化污水處理而言，更要特別注重提高微生物對于有毒物質的抗沖擊能力，以此保障石化污水處理裝置的正常運行。

    清華大學邢新會教授對此也持類似看法。他認為《規劃》對于微生物菌劑的表述太窄、太片面。目前我國市場上菌劑種類異常繁多，雜亂無章，這其中就包括污泥減量化用菌劑。實際上，從生物工程科研人員的角度，他認為我國發展菌劑存在很多問題：比如對于菌劑的科學原理及機理不清，導致市場上菌劑亂象叢生，動輒都是菌劑，但實際上產品并不規范。此外使用菌劑還牽涉安全問題，特別是健康安全和生態安全，如果科學原理未知，產品沒有標準，使用的菌劑組成未知，則難以控制其進入環境后對人身健康和環境安全帶來的風險。這些都需要在《規劃》具體立項時全面考慮。

    在記者對污水處理研究人員的采訪中，多位受訪者不約而同地提到同一個問題：即污泥的后處理技術。在他們看來，不解決這一問題，污染物只是轉移到了固相污泥中，并未實現污染物真正的去除與轉化，因此污泥減量化是一個非常重要的環節。《規劃》也提及了這一內容，即開發污泥減量化處理的生物菌劑。一直開展污泥減量化污水處理技術研究并曾主持污泥減量化國家科技獎項目的邢新會教授對此談了自己的看法。

    他介紹說，污水處理產生的大量剩余污泥一直是全世界面臨的問題。生物技術在污水處理中得到了廣泛應用，但傳統生物技術工藝由于微生物的過量增殖產生的大量剩余污泥已成為污水處理技術普及的瓶頸，污泥減量化技術研發因此成為國際上的研究熱點。

 
    具體到我國情況則是：剩余污泥的處理處置費用占污水處理廠總運行費用的20%~40%，甚至高達60%，已成為影響污水生物處理技術應用的關鍵。解決污泥問題的基本思路是減量、減容和減質，但不同國家不同地區的情況不同，難以用同一種模式解決污泥問題。傳統的研究思路主要是著眼于如何對已產生的污泥減量化，雖然業界提出了許多工藝方法，但能夠成功應用的技術十分有限。邢新會認為，國內目前尚未對污泥減量化菌劑的科學原理進行深入研究，對于此類菌劑的作用機理尚不清楚，也缺乏合適的產品標準。在這種情況下，污泥減量化處理高效菌劑的開發應當謹慎進行。

    針對我國污水分布情況，從源頭上研發適于不同規模和條件的污泥減量化污水處理技術應該是最急需的。邢新會表示，前期國家“863”計劃等支持的項目研發出的原位污泥減量化污水處理技術，已具備推廣應用的條件，這應該也是我國生物環保產業污水處理的一個重要方向，希望《規劃》在布局項目時能夠對這些成熟技術有所倚重。
 

生物基產品：突破產業化高成本桎梏

    使用生物基原料來取代石油化工原料，減輕人類對石油等不可再生資源的依賴性是生物產業未來發展的大趨勢。“從此次生物基產品發展行動計劃可以看出，加快推動生物基材料、生物基化學品的規模化發展已經被提升到國家戰略層面。”北京化工大學生命科學與技術學院教授張栩在接受記者采訪時說。“我國大力發展生物基產品的舉措可謂未雨綢繆，一旦石油資源枯竭，生物基產品就會成為我們的救命稻草。”清華大學生命科學學院教授陳國強則是這樣表示。

    但要想真正成為救命稻草，其實還有很長的路要走。生物基產品發展行動計劃明確提出：2015年，生物基產品對石油化工原料的替代要取得重大進展，實現一批重要生物基產品的非糧原料生產，形成年產百萬噸級生物基材料、千萬噸級生物基產品的生產能力。業內專家認為，我國要想實現這些目標，必須解決成本、產業化技術等困擾生物基產品繼續前行的難題。　

 
    “我國是發酵大國，在生物基化學品領域，計劃中提到的產品很多都是通過發酵獲得的，生物質轉化成糖，這樣就可以做出更多產品。”張栩告訴記者。

    陳國強表示，生物基化學品在我國有著很好的產業基礎。目前，我國氨基酸產量是世界上最大的，也最有競爭力。20種氨基酸大部分可以用發酵來制造，這樣利用生物方法生產的化學品比化學法生產更具競爭力。此外，我國檸檬酸產量位居世界第一， 琥珀酸、衣康酸早就開始通過微生物發酵來生產。

    “但是，我國生物基化學品在產業化上還相對落后。” 陳國強指出，比如在琥珀酸產業化的推進上就比較緩慢，國外已經開始產業化，而我國還處于研發階段。隨著國家在研發方面的投入越來越大，我國跟國外先進水平還有3~4年的差距。

    張栩也認為，我國生物基化學品與國外的最大差距在于產業化技術，國際上一些高水平生物基化學品的產業化技術來自各大公司，而我國缺乏具有核心競爭力的龍頭企業，研發能力相對較弱，一些創新技術更多是停留在各大高校和科研院所。這就牽扯到進行產學研合作的問題，因此，政府在這方面應該及時跟進相應的政策。“高校一般走在產業化前面，企業只有與高校合作，才能進行真正創造性的研發。大量高級人才集中到企業，可以帶來創新技術和理念。”陳國強如是說。

    另外，張栩指出，我國目前對生物質原料的利用還不夠充分，比如秸稈很多還是低質化利用。如果可以達到高質化利用，就可以用來做生物基化學品、生物能源等產品。張栩表示，未來幾年，我國應該推進生物煉制技術的產業化應用，建設有機酸、生物烯烴及其衍生物等生物基化學品的規模化生產線，提升氨基酸、維生素等發酵產品的國際化發展水平，提高對石油化學品的經濟競爭力。

        生物基材料產業化示范提出，我國要推進生物基材料生物聚合、化學聚合等技術的發展與應用，建設聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚羥基烷酸、生物基熱熔膠、新型生物質纖維等生物塑料與生化纖維的產業化示范工程，推廣應用生物基材料。

    據陳國強介紹，與其他國家相比，我國生物基材料產能最大、品種最多。其中，丁二酸丁二醇共聚物產能達到1.3萬噸，淀粉基材料產能達到2萬噸，同時有2萬噸的1,3-丙二醇產能提供給PTT合成，二氧化碳共聚物我國加起來也有1萬噸產能。浙江海正集團的聚乳酸產能達到5000噸，僅次于美國某公司。此外，我國提供了國際市場上所有的聚羥基脂肪酸酯類型，年總產能超過1.5萬噸，聚羥基脂肪酸酯產業化種類和產量都處于國際領先地位。

 
    盡管我國已經成為生物基材料生產大國，但要完成計劃中的目標，還有一段路要走。“成本是目前生物基產業發展的最大阻礙。石油價格很大程度上決定了生物基材料的市場，像我們現在做的生物基產品要比石油基產品貴2~3倍，在價格上毫無優勢。”陳國強邊說邊從書柜中拿出自己研發的生物基產品。

    他指著這些產品給記者算了一筆賬：我們以前做聚羥基脂肪酸酯，用3噸淀粉做1噸塑料，當時每噸淀粉價格在1000元以下，都加起來用5000多元可以做1噸塑料。那時候石油60多美元一桶，算下來成本價格還比較樂觀。但是，現在淀粉已經漲到4000元，石油雖然也在漲，現在100多美元一桶，可并沒有淀粉價格漲的快。這就使生物基材料價格上漲，無法贏得市場。

    對于如何解決生物基材料面臨的成本難題，陳國強表示，一方面是我們無法把握的、未知的因素，只有希望未來石油漲價的同時，生物基產品的原料不能上漲得太多。另一方面則是我們可以改變的，也就是努力的方向，那就是增加研發投入，使技術越來越先進。比如，以前是3噸原料做1噸產品，通過技術的進步可以達到1.5噸原料做1噸的生物基產品，這樣就能大大降低成本。因此，當前生物基材料的前瞻研究都是如何降低成本，讓成本低到可以和石油基產品相競爭。

生物燃料：纖維素原料能源化

    我國的生物質能源研發雖然起步較晚，但目前基本跟國外處于同一技術水平。為在國際競爭中更加主動，《生物產業發展規劃》生物液體燃料產業化行動計劃將總體目標定位在了實施纖維素燃料乙醇和生物柴油商業化示范工程，使其與同類化石能源產品相比具有價格競爭力。

    “纖維素類原料能源化是生物質能源總的方向，國家政策對這個方向也是持鼓勵態度的。”中國林科院林產化學工業研究所所長、中國生物質能技術研究開發中心副理事長蔣劍春說。

    行動計劃中提到，要加快纖維素乙醇產業化示范，推進具有國際先進水平的纖維素乙醇生產原料預處理工藝和高效低成本纖維素降解酶系的研發，建設纖維素乙醇產業化示范工程。對此，山東大學生物科學學院院長、微生物技術國家重點實驗室主任曲音波教授告訴記者，在原料預處理階段，國內大多數采用的是比較實用的蒸汽爆碎，在原料中加一點酸，用蒸汽加壓到一定壓力和溫度后，維持一定時間，木質纖維素就可以水解。

    “很多處理技術都可以使纖維素轉化率達到90%以上，國內在這方面也不存在問題。但是原料預處理是個兩難的問題，水解過程中會產生一些有害的抑制物。處理輕一點，效果不夠好，處理重一點，就會產生一定的抑制物，影響后面的發酵過程。”曲音波說。

 
    據了解，目前世界最大的6萬噸/年纖維素乙醇裝置是康泰斯公司在意大利建設的，正在試生產。康泰斯表示，該項目的原料預處理過程不添加任何化學品就能達到很好效果，國內一些研究機構也表示這一過程可以不加任何化學品。曲音波對此評價說，原料預處理過程不加酸也可以實現水解，關鍵還是一個度的把握。至于這個度是多少，由于各方都嚴格保密，目前并沒有準確數據。

    而纖維素發酵過程的技術難點在于低成本的酶。目前全球只有諾維信一家公司宣布可以生產低成本酶制劑，但還沒有一家真正工業化生產的企業來驗證其效果。曲音波說，國產酶制劑是我國跟國際水平差距最明顯的地方。比如使用玉米芯作原料生產乙醇、木糖、木質素等產品的龍力公司，雖然是目前國內唯一試產纖維素乙醇的企業，但使用的酶需要就地生產，且在原料適用性上也有所限制。而使用諾維信酶制劑的康泰斯項目，宣稱可以使用秸稈、稻草、木薯渣等20多種農業廢棄物做原料。綜上所述，酶制劑是國內纖維素乙醇生產需要進一步成熟的一個技術環節。

    曲音波說，纖維素乙醇在國際上尚沒有大規模商業化生產的例子。在生產規模上國內也僅有玉米芯原料做到了萬噸級以上，國外秸稈原料也僅是4萬~6萬噸規模。他認為，目前纖維素乙醇的發展已經到了臨界點，很多國家都在觀望康泰斯項目能否成功。再過半年或一年，結果就將揭曉。

    在生物柴油的產業化中，行動計劃提出的重點是加快大型生物質氣化技術、燃氣凈化和組分重整技術以及生物柴油制備用催化劑的研發，推進生物質燃氣合成生物柴油成套裝備產業化，建設生物燃氣合成生物柴油示范工程。

    “氣化合成是以纖維素為原料的生物柴油制備路線，屬于費托合成。”蔣劍春告訴記者，以油脂類為原料的生物柴油主要采用酯化反應，是經典的生物柴油概念。國內油脂類路線從反應角度已經沒有太多研究可做了，剩下的就是工程化問題。而氣化合成路線以秸稈、木屑等纖維素類為原料，跟煤氣化過程差不多，經過氣化、凈化、組分重整、催化合成等，不僅可以生產生物柴油，還可以生產汽油。此外，直接液化工藝也是研究的方向之一。

    蔣劍春介紹說，氣化合成路線最關鍵的是催化劑。目前國內催化研究比較突出的都是有煤化工基礎的單位，如浙江大學、山西煤化所、中科院煤化所、廣州能源所等，催化效率在40%~60%，但在轉化率、適應性等方面還需要進一步研究。

    中國的生物柴油更多的還在研究和中試階段，而從全球來看，費托法生物柴油同樣沒有產業化的項目。蔣劍春認為，以他的經驗看來，中國生物質能源的發展基本同國際在同一水平展開研究，但我國的原料收集更困難，所以不光要在工程化上給以資金支持，同時也要在原料收集上給以政策扶持。

生物農藥：基因工程發掘資源優勢

    生物農藥因其不污染環境、對人和動植物安全、選擇性強、不傷害害蟲天敵、害蟲難以產生抗藥性而受到世界各國的高度重視，并將逐步替代化學農藥。國務院近日發布的《生物產業發展規劃》農用生物制品發展行動計劃明確提出，到2015年，高效、安全、經濟和環境友好的農藥品種占總產量的50％以上，高毒、高殘留品種的產量由5%降至3%以下，生物農藥比例進一步提高。

    如何才能達標？進一步利用基因工程手段，充分挖掘利用我國豐富的生物資源優勢，研制開發安全、高效的新一代生物農藥。這是中國化工信息中心高級工程師戎志梅等業界知名人士普遍的回答。

    目前，我國在生物農藥的發展方面具有一定優勢，這為完善產業支撐體系奠定了基礎。全國農業技術推廣服務中心研究員李永平表示，生物農藥來自于天然，有效成分、毒株、菌株等很多是已知的，更容易沿著一定的路徑進行深入的研究。我國豐富的自然資源種類也提供了很好的研發基礎。同時，生物農藥的生產環境相對來說污染較小，應用生物農藥也得到了社會的廣泛重視和支持。

    我國是農用抗生素研究與生產的大國，在某些領域（如井岡霉素及赤霉素）處于國際領先水平。但目前在我國200多家生物農藥生產企業中，除Bt、井岡霉素、阿維菌素和植物源農藥苦參堿的生產企業具有一定規模外，絕大部分生物農藥企業均為小型企業。

    基于這種情況，行動計劃提出了“推動高品質植物免疫誘抗劑、生物殺菌劑或殺蟲劑、天敵生物等生物農藥產品產業化；同時構建生物農藥等重要農用生物制品資源信息庫，完善國家農用生物制品產業支撐體系”的方向。

    要推動生物農藥產品產業化，專家表示首先要克服生物農藥發展應用中的三大問題——藥效慢、價格高、環境敏感性強。生物類殺蟲劑中，除了少數農藥品種如抗生素類殺蟲劑、除蟲菊素等以外，殺蟲速度普遍較慢，比如病毒類制劑一般顯效時間為藥后5天左右，這給推廣使用帶來很大的阻力。同時，生物農藥普遍比化學農藥使用成本高。一些藥劑特別是植物源農藥受制于資源數量，無法以大規模生產方式來降低成本。另外，使用環境要求較高。活體生物農藥受環境的影響往往較大，一些環境因素如溫度、濕度、光照等均會影響使用效果，這給生物農藥的藥效穩定性帶來影響。

    業內專家告訴記者，要達到《生物產業發展規劃》目標還需要政府、業界付出更大的努力。目前國內生物農藥已經得到廣泛應用，諸如阿維菌素等生物殺蟲劑、昆蟲信息素中的性誘劑、苦參堿等植物源農藥，Bt等微生物農藥、天敵生物、農藥抗生素以及真菌性和病毒殺蟲劑也有應用，只是使用和推廣面積較小。主要原因是推廣理念存在問題。

 
    李永平認為，農業部即將修訂《農藥登記資料規定》，加大對生物農藥的扶持力度，這是新登記政策的一個重要導向。同時，國家和各級地方政府對購買低毒生物農藥的農民進行部分補貼，有些地方的補貼力度達到市場價格的50%，成為推動生物農藥發展的新動力。

     記者還了解到，目前，通過先進的生物化工技術，來提升、改造和推動生物農藥技術發展卓有成效。比如，對微生物來說，提高發酵水平是實現工業化的關鍵。利用細胞融合技術和基因工程等來提高赤霉素、滅瘟霉、井崗素霉、蘇云金桿菌等的發酵單位，將其產量在不增加原料、設備的情況下加以提高。最新的分子生物學手段越來越多地被應用到生物農藥研究開發中去，已有Conder、MVP等10余種Bt工程菌制劑投入了工業應用。專家表示，應用這些先進技術手段，再加上國家的政策、資金支持，生物農藥會為農業發展再添助力。