【化信研究】浪潮已至，应用前景广泛！生物基化工品行业国内外发展现状详解
生物基化工品一般指以生物质为原料，通过生物及化学过程获得的能源、材料和其他化学品。在当前全球范围大力推动“碳中和”进程的背景下，生物基化工品相关产业成为具有战略意义的产业。
理论上 90% 的传统石油化工产品都可以采用生物制造方式进行生产，但由于技术成熟度和成本等原因，目前行业整体仍处于发展初期。
常见的生物基化工品以谷物、豆科、作物秸秆、生物质粉（竹木粉）等可再生生物质通过生物转化获得，典型的产品包括沼气、燃料乙醇、生物柴油和生物基塑料等。
01、全球生物基化工产业发展现状
经过多年的发展，从原料来源的角度来看，生物制造技术已经形成了三代不同的技术路线。三代技术的生物质原料来源不同导致其相关的技术有较大的差异，且技术门槛越来越高。
第一代以各种粮食作物为主进行化工品的生产，目前已经形成了生物基乙醇、生物基乳酸等成熟度较高的产品链。第二代生物制造以秸秆纤维等农业的废弃物为主要原料，从而避免了“与民争粮”等问题；但由于秸秆纤维等利用难度较大，所以目前工业化仍处于初级阶段。第三代生物制造技术则以二氧化碳等为碳源，通过生物转化实现材料、能源和其他化工的生产；目前主要处于可研阶段，还未见工业化的相关报道。
从生产工艺路线的角度来看，生物基化工品的生产一般需要依赖合成生物学的方法将生物质转化为初级的化学品混合物，然后再通过化学或物理的方法生产最终的化工产品。
从全球范围来看，目前生物基化工品已经形成了庞大的产品体系。涵盖从高附加值的精细化学品（例如药品、化妆品、食品添加剂等）到高市场容量的高分子材料（例如生物聚合物或化学原料）等各种化工产品链。
目前全球生物基化学品的年产能超过千万吨。虽然如今生物基化学品仅占到全球化工市场的一小部分，但发展潜力巨大。若市场在合理的政策支撑下进入良性循环，根据最乐观预测，到 2060 年，基于生物质原料的大宗化学品产品将能够占据全部化工产品 40% 的市场份额，产量将超过 2 亿吨。
在生物基产品的市场价格方面，受限于目前的生产技术和生产规模，现阶段生物基基础化学品价格高于石油基产品。但随着产业链的延伸，越靠近终端消费者的产品，与石油基产品的价格差距也越小。
目前应用较为成熟的终端生物基化工品主要有生物基塑料和燃料乙醇等。其中生物基可降解材料具有传统石油基塑料等高分子材料不具备的绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。在包装材料、一次性餐具及购物袋、农地膜、纺织材料等领域有了大量的应用案例，并被市场认可与接受。使用生物基塑料制备的纤维也已部分应用于时装、家居、户外及工业领域，正逐步走向工业规模化实际应用和产业化。
一些著名的品牌也纷纷推出了使用生物基材料制作的各类产品。例如，路易威登推出的 Charlie 运动鞋中就含有 50% 的生物基及可回收材料、香奈儿和 Sulpac 将合作开发含 91% 生物基材料的瓶盖、奔驰的概念车 bionme 采用生物基材料作为车门内衬等。此外，荷兰已经有 32 个城市签署了绿色协议，计划从 2025 年起的所有新建住房都需要采用 20% 的木材或者生物基材料。
另外还有一些生物基材料，如生物基乙烯、生物基丙烯酸等产品，由于石化基的对应产品已经形成了完整的成熟的产业链。所以只要生物基产品在性能和综合成本方面实现突破，可以快速实现“插入式”的替换，将原来的化石基生产路线转变为生物基生产路线，实现整条产业链的生物基化。
02、中国生物基化工产业发展现状
中国的生物基化工品行业仍处于发展的初期，整体的市场规模和技术成熟度均有较大的成长空间。
从产业链的角度分析，目前最上游的生物质行业发展成熟度高，特别是粮食产业发展高度成熟。但也由于粮食是国家发展中基础的基础，所以其作为食物的属性使得其不可能大规模用作工业原料，在一定程度上限制了生物基化工行业的发展。为解决原料供应的问题，开发出来第二代和第三代生物制造技术，通过利用农业废弃物来解决原料问题。
目前产业链的关键控制环节为生物质向化工品转化的环节，特别是生物质的利用效率和非粮生物质原料收集方式等对产品的生产成本带来了巨大的影响。生物质中间化工品和生物质大宗化学品仍处于发展期。
生物质化工品的下游应用领域一般均有成熟的化石基化工品作为竞争产品。经过几十年的发展，相关的应用场景已经非常成熟，只要实现生物基化工品性能的提升和成本的下降，生物基化工品有望快速实现其对化石基化工品的替换。
总体来看，目前我国的生物制造产业正处于技术攻坚和商业化应用开拓的关键阶段。虽然部分产品（如生物乙醇、乳酸-聚乳酸产业链、生物基尼龙等）的产业化已经取得了一定的成绩，但原始创新能力仍较为薄弱，存在基础生命科学理论、底层关键共性技术、高端仪器和试剂、生物信息资源积累不够等问题。
化信观点
中国作为全球最大化工产品生产国和消费国，根据公开数据，2020 年中国石油化工行业已经占全球市场份额的 40%。未来 10 年生物基化工品的市场空间巨大，预计中国将有千亿美元市场规模的生物基化工品对传统化石基路线的产品进行替代。
在推动“碳达峰和碳中和”的过程中，生物基路线制备化工产品是重要的“减碳”手段，更是二氧化碳循环利用的重要途径。
1、加大研发投入，提升技术实力
虽然部分产品的化工利用已经初步成熟（如乳酸等产品），但其具体使用过程中仍存在性能差和成本高的问题，需要通过技术迭代实现改进和提升。另有部分生物基化工品仍处于前期研究开发阶段，其特异性的菌种和商业化的生产工艺等方面还不成熟。
2、拓展原料来源，奠定发展基础
生物基化工品的原料为各种生物质，其中比较成熟和优质的来源是粮食作物，但由于涉及到“与民争粮”的问题，其发展将会受到政策一定的限制。所以除了不断提升已有工艺的原料利用效率外，还需要积极探索农业废弃物和城市有机废弃物的化工利用方式，为行业未来的快速发展奠定原料基础，同时解决农业和城市垃圾处置的难题。
