生物基化学品市场与产业化分析

2016-12-01于建荣毛开云陈大明王恒哲

合成生物学 2016年3期

关键词：化学品石油生物

于建荣毛开云陈大明王恒哲

（中国科学院上海生命科学信息中心，上海 200031）

生物基化学品市场与产业化分析

于建荣毛开云陈大明王恒哲

（中国科学院上海生命科学信息中心，上海 200031）

于建荣，硕士，研究馆员，硕士研究生导师。主要从事生命科学及相关学科领域，尤其是 “人口健康与医药创新领域”、“先进工业生物技术领域”的学科情报和战略情报研究。

E-mail:jryu@sibs.ac.cn

基于资源和环境可持续发展的双重考量，以可再生的生物质资源替代不可再生的化石资源制备化学品是未来发展的主要趋势。一方面，基因组学、蛋白组学、代谢组学及系统生物学等技术的进步，共同构建了化学品的生物合成通道；另一方面，在各国政府政策和计划的鼓励、刺激下，大型跨国石油和化工集团斥巨资投入生物化工产业，发展面向生物制造的工业生物技术。文章从产业化角度出发，对全球主要生物基化学品市场现状、主要研发企业、研发现状、竞争格局、替代石油基的成本及减少温室气体排放等角度进行了分析。

生物基化学品是指利用可再生的生物质（淀粉、葡萄糖、木质纤维素等）为原料生产的高需求量的大宗化学品和高附加值的精细化学品等产品。因生物基化学品加工技术多绿色低碳，具有加工流程短、投资少、成本低、不污染环境等优势，深受消费者的欢迎。随着一些大型项目建成投用，工业生物技术开始加速发展，许多著名品牌也转向使用生物基化学品以满足消费者对更可持续产品的需求。

1 全球生物基化学品市场现状及趋势

由于摆脱了对化石原料的依赖，同时避免了石油基产品制备过程的高能耗和高污染，基于资源和环境可持续发展的双重考量，以可再生的生物质资源替代不可再生的化石资源制备化学品是未来发展的主要趋势。世界经济合作与发展组织预计，到2025年，全球生物基化学品的产值将超过5000亿美元/年，约占全部化学品的25%。目前，全球生物经济处于起步向快速发展的跃升期，生物制造产业势头强劲，已成为现代生物经济和生物产业发展的重点，然而该行业面临的关键问题是如何巩固已有市场，不断扩大市场并提高生物基化学品的经济性，为相关产品建立强大的供应链。

从全球主要生物基产品市场来看，生物乙醇占主导地位，销售额达580亿美元/年，其次是一些较小、但仍然重要的产品，如正丁醇、糠醛、乙酸、乳酸和木糖醇等（表1）。市场最小的产品有3-羟基丙醛（HPA）、丙烯酸、异戊二烯、己二酸、5-羟甲基糠醛（5-HMF）和异丁烯。此外，生物基琥珀酸是市场增长最快的产品，主要源于其产业所涉及的广度和深度。从价格来看，目前生物基2,5-呋喃二甲酸（FDCA）、乙酰丙酸、金合欢烯和聚羟基烷基酸酯（PHA）的价格最高，一旦相关转换技术实现商业化，预计这些产品价格可能下降到1000美元/吨。

注：数据来源于TAYLOR R, NATTRASS L, ALBERTS G, et al.From the sugar platform to biofuels and biochemicals: final report for the European Commission Directorate-General Energy.London: E4tech/Re-CORD/Wageningen UR, 2015.表2、表3数据均同此来源。

2 全球生物基化学品市场竞争格局

基于政策、融资、公众认知与消费需求、研发活动水平、商业活动水平、原料供应及成本、其他生产成本等评价角度，比较了欧盟、美国、巴西和中国的生物基化学品竞争情况（表2）。总体来说，欧盟在研发水平方面拥有优势，美国在政策支持、融资、研发水平、原料供应和成本方面具有优势，巴西在原料供应及成本方面拥有优势，而中国在融资成本、商业活动水平和其他生产成本方面拥有优势。如在政策方面，欧盟、美国、巴西和中国均重视生物基化学品的研发、生产和市场应用，尤其是美国，其2012 年发布的“国家生物经济蓝图”将发展生物基化学品作为生物经济的主要内容之一，美国农业部推出了生物优先计划来鼓励民众购买及使用生物基产品。我国政府自“九五”起就不断加大对生物基化学品的研发投入，“十二五”将生物产业作为大力发展和重点扶持的战略新兴产业，并出台相关财税政策扶持。欧盟发布“创新可持续发展：欧洲生物经济”战略，提出增加研发投入和开发生物基产品市场等内容。

3 典型生物基化学品产业化分析

生物质原料替代石油基原料、生物法替代化学法是国际化学品制造业发展的重点方向。近年来，基因组学、蛋白组学、代谢组学及系统生物学等技术的进步，共同构建了化学品的生物合成通道。在各国政府政策和计划的鼓励、刺激下，英国石油公司（BP）、壳牌（Shell）、巴斯夫（BASF）、杜邦（Dupont）、陶氏化学（Dow Chemical）等大型跨国石油和化工集团斥巨资投入生物化工产业，发展面向生物制造的工业生物技术。目前，已建立丙烯酸、己二酸（ADA）、1,4-丁二醇（BDO）、聚乙烯（PE）、聚乳酸（PLA）等传统石油化工产品的生物制造路线，生物合成技术已经或即将产业化。

表3对10种典型生物基化学品的主要研发者、研发现状、主要市场及应用、替代石油基成本和温室气体排放情况进行比较，从产品研发的企业竞争角度来看，不同产品领域，形成不同竞争态势，如生物基丙烯酸开发已形成两个关键的战略伙伴关系，即巴斯夫/嘉吉/诺维信（欧盟地区）和OPXBio/陶氏（美国区），而巴西Braskem公司是PE唯一的商业化生产者；从研发现状来看，大部分仍处于中试到示范阶段，部分实现商业化规模，如生物基琥珀酸；从市场应用方面来看，大部分用于替代石油基产品，部分产品用于替代现有产品，如FDCA替代TPA用于聚酯生产，产生新一代PEF聚合物；从相对于石油基产品的替代成本来看，部分替代品会低于石油基产品，如生物基丙烯酸和生物基BDO，而部分产品如生物基丁二酸成本竞争力与石油基产品相当，生物基琥珀酸几乎与化石替代品相当，价格有望更低；从温室气体减排方面，所有生物基化学品在不同程度上降低温室气体排放量，这也是生物基化学品越来越受到消费者欢迎的原因之一。