生物制造业的发展与创新措施

顾作峰

摘要:当前,世界各国都逐渐将发展生物制造产业放到重要的战略地位。发展生物制造业可促进经济和社会的可持续发展。生物制造业的发展是实现工业化、现代化的根本与关键。生物制造业的发展有利于推动我国城市化进程与发展,可以促进服务业的发展,有利于保护生态环境,对提高我国生物基高分子和化学品制造的国际竞争力具有重大意义,同时可以解决“与人争粮、与粮争地”的问题。发展生物制造业要在管理体制上进行创新。建议:由国家发改委主管;加快PHA(聚羟基脂肪酸酯)的产业化;政府要制定积极的产业政策;增强生物制造业自主创新能力技术创新与商业模式创新相结合;加快科技创新和人才开发;加强行业部门的协调配合。

关键词:生物制造业;可持续发展;石化资源

中图分类号:F4 文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)29-0030-03

当前,环境污染、石油枯竭、二氧化碳产生的温室效应导致全球气候变暖以及石油基产业的不可持续性,使各国政府竞相投入开发生物制造产业。世界各国都逐渐将发展生物制造产业放到重要的战略地位,因为發展先进的制造业可促进经济和社会的可持续发展 。

一、生物制造业的内涵及国内外发展走势

(以)生物制造业的内涵

1.生物制造产业的内涵。生物制造产业包括采用微生物细胞、生物酶以及基因工程、合成生物学和细胞融合为代表的现代生物技术,发酵和酶转化为代表的近代生物技术成果形成的生物制造业。

2.生物制造产业的特点。生物制造产业的特点是常温、常压、一般为水相反应时间24小时到200小时不等;一般没有有毒的化合物参与或形成;通常需要鼓入空气维持微生物的有氧呼吸;产业使用的原料一般是可再生的资源,如淀粉、脂肪酸、各种糖类甚至是纤维素的水解物。相对于化学工业,生物制造产业除了有发酵废水,一般对环境没有污染。

3.生物制造产业的分类。按照所生产的产品不同,本产业分为生物能源、生物材料和化学品制造产业;按照发展的阶段不同,可以分为研发或生产企业;按照所用的技术不同,又可以分为细胞转化发酵企业或者酶转化企业。

4.生物制造业的主要产品。生物制造的主要产品是生物能源、生物基材料和生物化学品。同时,生物制造还包括利用微生物或各种酶制剂对传统化学制造过程的改造,可显著降低医药、化工、食品、饲料、纺织、造纸等工业的能耗和污染。

(二)生物制造业国内外发展走势

1.在国际上。美国2007年底通过了新能源法案,规定未来15年内生物燃料使用量在2020年达到360亿加仑(1加仑=3.785升),即在未来15年内使用量要增加5倍。从2007年2月28日起,美国能源部DOE宣布投入3.85亿美元资助6个生物炼制工厂项目,旨在解决生物质转化技术的开发与商业化过程的关键性技术问题。此外,企业将承担另一部分的投资,最终使用于这6个生物炼制项目的投资总额实际超过l2亿美元,为期4年。 美国在2007年还提出了“生物质多年项目计划”(Biomass Multi.Year Program Plan),目标是达到“10年内减少汽油消费20%”。任务是发展和转化丰富的可再生生物质资源,获取低成本、高性能的生物能源、生物基产品和生物电力,在美国国内形成新的生物工业[1]81。2009年,美国新总统奥巴马一上台,立即批准了一直被压制的生物工程计划,将生物产业与新能源产业作为美国振兴的两大产业。欧盟提出了Biocoup项目,通过第六框架计划进行研究与技术开发,从2006年5月起持续5年。此外日本、德国、印度、爱尔兰和澳大利亚等国都由政府提出了相应的利用生物质资源进行生物制造的国家级计划。

2.在国内。2006年3月,全国人大通过的《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》明确指出,要发挥我国特有的生物资源和技术优势,面向健康、农业、环保、能源和材料等领域的重大需求,重点发展生物医药、生物农业、生物能源、生物制造。这为我国生物产业发展提出了迫切的要求。同时,科技部在各种科技计划如“973”、“863”和科技支撑计划中都立项对生物制造作了大量的投入。

北京市市长郭金龙指出,要结合首都实际,贯彻“科技北京”行动计划,以国家加快培育生物产业和加快中关村自主创新示范区建设为机遇,促进生物产业向支柱产业发展。要以技术创新战略联盟建设为手段,促进科技成果的转移转化和应用;要以骨干企业培育为重点,依托北京研发和市场优势,推动北京生物产业上规模;要以专业孵化器和投融资渠道建设为核心,帮扶中小企业快速成长。要通过成立北京生物产业推进指导小组、设立专项引导资金、加快产业基地建设、吸引和培养高端人才等方式,进一步优化北京生物产业发展环境。

从我国目前的技术状况看,发展生物能源与生物材料是发展新能源和循环经济的最重要途径之一。大力发展生物能源和生物材料,加速生物制造技术在高消耗、高污染工业中的广泛应用,既有利于减少中国对石油、煤炭等不可再生能源的依赖,又有利于推进清洁生产,减少污染物的排放,是走新型工业化道路、实现可持续发展的重要保障。

我国生物制造的研发态势正朝向多元化、产业化的方向发展。目前,聚羟基脂肪酸酯PHA和二元酸已经形成了产业,处于遍地开花的状况;有些产品已经进入的工业化的阶段,有些已经完成了中试,正在形成产业。在国家政策的强力推动下,我国生物制造业将进入发展关键期,部分重点领域或将迎来繁荣时代。

二、生物制造业是实现可持续发展的重要选择

1. 生物制造业的发展是实现工业化、现代化的根本与关键。我国大约在21世纪40年代前后才能实现工业现代化。通过对煤炭、石油、电力、医药制造、通信设备、计算机制造、汽车、化学、机床工具、钢铁、水泥、船舶、食品、纺织和造纸工业等l5个具有重要战略地位的行业进行考察,认为:船舶行业现代化水平综合指数最高,目前也仅约为75;煤炭工业最低,不到30,与世界先进水平相差甚远。

世界经合组织(OECD)指出:“工业生物技术是工业可持续发展最有希望的技术。工业生物技术不仅仅是未来取代石油等化石资源的主要物质生产方式,也是真正实现循环经济、减排二氧化碳的最重要手段,并可促进农业和林业的大规模发展,将有效地绿化荒山荒地,改善生态环境。”我国生物制造业制定和实施有力措施,就能使工业制造业健康、持续、快速地发展,推动国民经济进入高速增长期。

2.生物制造业的发展有利于推动我国城市化进程。现代工业化的过程也是城市化的过程,生物制造业的发展大大推动了现代工业化的进程,也促进了城市化的快速发展。改革开放后,我国城市化发展很快,但明显低于世界先进水平,滞后于经济发展。目前,我国城市化水平仅为45.68%。发展生物制造业需要大批高端技术人才,可以吸引大批海外学子归国创业并为其提供良好的就业机会;一些生物服务产业也有利于农民工在城市就业,提高城市就业机会,从而有助于加快中国城市化的进程。

3. 发展生物制造业可以带动服务业的发展。没有制造业,服务业就是无本之木。许多服务业部门的发展必须依靠制造业的发展。生物制造业的发展,为服务业的发展拓宽了发展空间。因为生物制造业是服务业产出的重要需求部门,没有生物制造业社会几乎没有对这些服务的需求。当前,世界上许多生物制造企业不仅仅关注产品的生产,而且注重产品的整个生命周期,提供售前售后服务、“自我服务和知识的‘集合体,服务在这个集合体中越来越居于主导地位,成为增加值的主要来源”。随着生物制造业企业日益重视生产服务尤其是商务服务的投入,企业的创新活力增强,竞争力必将提高。制造业产出服务化能提高企业的经济效益。研究表明,许多制造业行业来自下游服务活动的收入通常是产品销售收入的10—30倍。因此,生物制造业企业实施产出服务化战略,也必然有利于提高经济效益,进而促进国际竞争优势的提升。

4.有利于保护生态环境,实现可持续发展。化石资源具有能量高度集中和利用效率高的特点,是现代工业文明的物质基础。化石资源的炼制作为现代工业体系的支柱技术,为社会经济的发展提供了基源与基础原料,大大促进了生产力的进步。进入21世纪,现代社会的发展面临着化石资源枯竭与环境污染两个严重的问题。一是化石资源是不可再生的,其储量有限,可开采石油储量仅可供人类使用大约50年,天然气可供使用75年,煤可供使用200—300年。全球经济发展的瓶颈因素之一是石油短缺和价格上涨。二是化石资源的工业化利用造成了严重的环境污染,引起了全球变暖、灾害性气候频发等严重问题,由此所造成的全球经济损失每年达数千亿美元。有学者提出了所谓“后化石经济时代”,由于化石资源的枯竭,人类社会最终也会进入“无化石经济时代”。在后化石经济时代,人类必须寻求化石资源的替代资源,这已经成为世界各国的共识。

5.解决“与人争粮、与粮争地”的问题。大力开发用农业废弃物为原料发酵生产的燃料酒精、材料、大宗化工产品等生物制造产品。为此,开发廉价的纤维素酶以及温和的纤维素水解技术重点。农业废弃物应该以产量最多的秸秆为目标。比如,我国目前有5家生物燃料乙醇企业,年产量l37万吨。由于大量消耗玉米淀粉,政府指示不得扩大生产规模。将来大量生产生物燃料、生物塑料和生物化工产品,同样存在着“与人争粮、与粮争地”的争论。由于生物制造与关系到国计民生的农业产品等的关联度很大,必须将农业生产的废弃物开发成原料来进行生物制造,比如秸秆的利用。我国每年约消耗2亿吨原油,其中大部分用于生产能量,如果其中的10%用燃料乙醇代替,就是2 000万吨的市场。我国每年消耗4 000万吨塑料,若其中10%用生物塑料代替,就是400万吨的市场。其他化工产品加起来也应该是百万吨的需求量。这个巨大的市场需求,值得我们克服“与人争粮、与粮争地”的困难,从而开发农业废弃物的综合利用价值,提高生物制造的竞争力,寻找可再生资源已成为世界各国一致努力的目标。石油、玉米、甘蔗、大豆这些10年前毫不相关的事情已经与能源和材料等产业放到一起来讨论了。各种战略资源之间隐含着农产品贸易平衡、全球农产品期货、粮食与能源安全等一系列复杂的利益问题。利用生物质资源进行生物制造为现代农业打开了一个新的发展窗口。然而,伴随着2007年全球粮价的飙升,生物能源也备受争议,“车与人争粮”议题甚至上升到伦理层次。因此,用粮食资源进行生物制造看来很难大力发展。

利用来源丰富的纤维素解决生物制造的原料问题,既能避免“与人争粮、与粮争地”的困境,又能降低生物制造的原料成本,提高生物制造产品与石油化工产品的竞争力。开发把纤维素转化成为廉价可发酵糖的技术,是未来生物制造产业发展的迫切需求。

6.生物材料也是一种大规模生产的产品,如能解决原料问题,很有可能发展成像化工塑料一样的支柱产业。例如,研究PHA(聚羟基脂肪酸酯)的生产和应用,需要跨学科的知识。而我国有众多的微生物学家、遗传学家、植物学家、化学家、高分子科学家、化学工程师、生物技术、医学科学家,还有政府机构和风险投资,这些因素有力地促进了PHA领域的发展,形成了一条包含农业、发酵、 塑料、包装、生物燃料、精细化工、医药和营养的产业价值链。

我国生物产业虽然发展20年了,但是技术还不成熟。发展生物能源与生物材料是发展新能源和循环经济的最重要途经之一。我国快速发展生物制造技术在高消耗、高污染工业中的广泛应用,可以减少或降低对石油、煤炭等不可再生资源的依赖,实现可持续发展。

三、生物制造产业创新的措施及建议

1.在管理体制上要进行创新。有调研报告显示,目前我国生物产业散布在各行各业,产业发展的主管部门包括发改委、科技、卫生、农业、药监、工伤等多个部门,致使在管理上形成多頭管理的局面,导致效率十分低下,而且不利于企业形成规模,制约了生物产业的快速发展。建议生物产业统一由国家发改委主管。

2.加快PHA(聚羟基脂肪酸酯)的产业化。目前,世界石油的日益枯竭和石化树脂对环境造成危害的日益凸现,引起各国的高度重视,一些国家的科技界和产业界都在寻找石油的替代品——可再生的生物质原料。生产可完全生物降解的塑料,既能节约石油又能保护环境。有专家认为,“在生物材料制造领域,我国与世界先进水平的差距不大,在一些方面,我们甚至是领先的。” PHA是我国生物材料产业中发展最为成熟的领域。PHA被世界各国共同认为是 “绿色塑料”、“环境友好塑料”,可以替代传统不可降解塑料。PHA的发展可以带动相关产业,如餐饮业、旅游业、信息业、建筑业、交通设施、家具用品、医药用品等领域的发展。

3.政府要制定积极的产业政策。政府要鼓励对生物制造业的风险投资,从政策上优先支持从事生物技术自主创新及其成果转化的中小型企业,为生物制造业的发展创造良好的外部环境。一是要鼓励有条件的大型生物制造企业到国外发展业务,对中小企业国家也应创造条件使他们走出国门;二是发展具有上下游产业关联特色的、具有国际竞争力的生物产业带,积极引导生物造企业和服务业企业建立合作伙伴关系;三是建立生物技术人才培育基地,积极推动生物技术人才向生物产业流动,并给予政策支持和配合,鼓励国外生物技术科技和开发人才在国内创办生物企业。

4.增强生物制造业自主创新能力。企业是创新的主体,应提倡其自主创新,培育国际知名品牌,并做好知识产权保护工作。要发展新兴战略性产业,如生物能源、生物医药、生物农业;加快发展技术密集型产业,突出信息技术、生物制药、生物农业、生物能源、生物环保为发展重点;集中力量突破关键核心技术和系统集成技术。

5.技术创新与商业模式创新相结合。创新不仅仅是技术创新,还应是技术创新与商业模式创新的有机结合。生物制造业的培育和发展受到市场前景、成长潜力、资源条件、产业结构等要素影响,必须要创新适应生物制造业发展的商业模式,为自主创新产品打开市场做好服务工作。生物制造业要适应而且要稍超前于经济社会的总体发展。要建立若干个生物产业基地,推动生物产业集聚化发展,发挥集聚效应。同时,做好市场调查,提高生物产品前端生产性服务业的竞争力,逐步提高其所占服务业的比重。

6.加快自主创新和人才开发。科技是支撑,人才是根本。生物产业是知识密集型、智力密集型行业,因此要建立科技创新体系,实施重点科技工程。要尊重人才、重视人才、培养人才、引进人才,建立完善的用人机制。必须把创新型人才培养当成重中之重,系统设计和实施可持续发展的人才政策。

7.加强行业部门之间的协调配合。生物制造业是新兴战略性产业,政策性强、难度大,与市场发育关系紧密,涉及原料供应、生产、储运和流通及相关配套措施,是一个复杂的系统工程,因此各级政府、中介组织、行业协会和现代服务企业之间要加强联系,协调配合,使资源共享。

参考文献:

[1] 北京生物产业发展报告编辑委员会.启航2009北京生物产业发展报告[R].北京:科学出版社,2009 .

[2] 裴长洪,郑文.发展新兴战略性产业:制造业与服务业并重[J].当代财经,2010,(1):81-88.

[3] 陈佳贵,黄群慧.中国工业化报告[M].北京:社会科学文献出版社,2009.

[4] 李全林.现代生物工程[M].南京:东南大学出版社,2008:366.

[5] 转变经济发展方式为何要发展服务业[N].人民日报,2010-04-12.