生物制造国内外状况.ppt

,生物制造国内外状况,2010,年,6,月,陈 坚,提纲,产业现状与问题,产业面临的形势,发展思路与发展目标,主要任务,政策措施建议,一、产业现状与问题,生物制造是绿色、低碳、可持续的经济发展模式,生物制造是利用“生物的机能”生产燃料、材料和化学品的加工方式，具有高效、清洁、可再生等特点,生物质,废弃物,原料,产品,生物转化,材料、化学品,生物能源,精细化学品,生物基材料,微生物工业制剂,大宗化学品,超过,GDP,约,40%,的工业是生物制造发展的空间,生物制造是战略性新兴产业,生物高分子材料,生物基单体聚合物,生物质加工材料,食品与配料,大宗发酵产品,化工醇、酸、溶剂、涂料、表面活性剂,抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶制剂 等,甾体激素、手性胺、手性醇、医农化产品,发酵食品、功能食品、添加剂、功能菌剂 等,生物冶金、生物造纸、生物制革、生物纺织等菌剂,大宗化学品：石油炼制,-,生物炼制,石,油,生,物,质,天,然,气,减压,精馏,氧化,氧化,丙烯酸,建筑、纺织、包装,目前国内需求,55,万吨，产值,88,亿,生物质,生物制造,生物制造的生产模式,实现,One-Pot,反应，缩短石油化学品生产的工艺流程，减少原油资源消耗，降低投资成本，减少污染与,CO,2,排放。,分离,裂化,分离,分离,分离,选择性,高效性,含氧原料,手性特征,3-,羟基丙酸,石油,资料来自,EuropaBio,主席,Sijbesma F,报告,生物制造已显示出巨大潜力,原料降低,65,能耗降低,65,成本降低,50,传统方法,10,步化学合成,生物法,1,步发酵,+,酶法,头孢菌素,原料降低,37%,能耗降低,30%,CO,2,减排,63%,1,3-,丙二醇,传统方法,化学法,生物法,工程菌发酵,OECD,对,6,个发达国家进行分析的结果表明：生物制造技术的应用可以降低工业能耗,15-80%,，原料消耗,35-75%,，空气污染,50-90%,，水污染,33-80%,，生产成本降低,9-90%,精细化学品,大宗化学品,世界基金委员会预测，到,2030,年，工业生物技术每年将可降低,10,亿到,25,亿吨的二氧化碳排放,OECD,预测：至,2030,年，将有,35%,的化学品和其它工业产品来自生物制造,工业,39%,农业,36%,医药,25%,2030,年：生物技术的经济贡献与环境效益,生物制造已显示出巨大潜力,生物能源,精细化学品,生物基材料,微生物,工艺,石油化学品,我国从事生物制造的企业有,5000,多家，涉及到发酵工业、石油化工、医药化工、精细化工、采矿工业、纺织工业、食品工业、造纸制革等工业，总产值约,6000,亿。,特点：,产业领域与规模不断扩大，已经形成国民经济新增长点,产业水平不断提高，正在从传统发酵工业向现代生物制造产业转变,现代创新能力正在形成，基因技术成为新的技术制高点,国际资本、技术与市场的渗透与融合，国际企业本土化,我国生物制造产业现状,微生物制造,产业领域与规模不断扩大，已经形成国民经济新增长点,产业现状,产业趋势,生物工艺正在成熟，生物冶金、生物驱油、生物纺织、生物造纸等正在发展,生物制浆工艺已累计生产纸浆,100,余万吨，减少氯用量,1.2,万吨,化学工业过程不断被生物制造过程取代,泛酸、丙烯酰胺、乳链菌肽等占据世界市场,50-70%,，原料消耗、废物排放量等减少,50%,以上,大宗工业原料正在从石油化工路线转移,乙二醇、丁醇、乙烯等实现生物法制造，生物塑料、生化纤维等新材料生物法生产初具规模,发酵产业规模不断扩大，产值稳步增长,氨基酸、维生素、有机酸等大宗发酵产品规模稳居全球第一，产值超过,1000,亿元,生物制造技术水平不断提高，正在从传统发酵工业向现代生物制造产业转变,基因工程菌的育成与采用,数字化、智能化、自动化过程控制,新产品不断出现，新技术快速实现产业化,利用基因组规模,DNA,大片段敲除技术，基因组改组技术，,构建了多拉菌素工程菌,，,30,吨大罐发酵单位约,1200 mg/L,，达到了工业生产的水平,我国抗生素工业第一株自主产权基因工程菌,多拉菌素是新型阿维菌素族中最好的驱虫药,该技术长期为国外企业垄断，我国企业无法获得生产菌株,海正药业集团近期开始生产多拉菌素，预计年销售收入,6,亿元，利税总额,1.8,亿元。目前已投资,9,亿元，新发行股票,5000,万股,多拉菌素基因工程菌,规模生产,红霉素、头孢菌素生产水平大幅提高,红霉素发酵单位达到,8,000 U/,mL,头孢菌素发酵单位达到,40,000 U/,mL,形成了抗生素优化技术体系,筛选、改造获得了,-,氧化酶,/,-,氧化酶,活性比高的微生物,，能将,C9,C18,的正构烷烃发酵得到相应碳数的长链二元酸，替代化学合成路线,山东莱阳瀚林生物项目一期工程已投资,7,亿元，计划总投资,30,亿元，将建成世界上产量最大的长链二元酸生产和研发基地，年产能将达到,6,万吨，预计产值近,40,亿元，利税约,10,亿元,长链二元酸生物制造实现产业化,开辟了长链二元酸的新来源，为尼龙工程塑料、热熔胶、涂料和香料等十几大类高档产品的化学合成提供了丰富的原材料,建立生物转化,2,2-,二甲基环丙甲腈生产,(S)-(+)-2,2-,二甲基环丙甲酰胺的生物催化技术路线，有机溶剂使用氯化亚砜、氯仿、二氯甲烷、乙醚、甲醇等,废物,5,吨,/,吨产品基本消除，废水,2000,吨,/,吨产品下降到,300,吨以下,/,吨产品，减少了,85%,。,西司他丁钠关键手性中间体,(,S,)-(+)-2,2-,二甲基环丙甲酰胺,生物催化新技术实现产业化,由,8,步化学合成变为双酶一步法,生物基材料：生物可降解塑料,PHB,、聚乳酸等实现产业化，并达到世界规模最大，产品出口量大,我国生物制造产业现状,问题,-,创新能力不足,基因技术能力,智能化控制与放大技术,生物炼制技术,生物催化技术,技术集成能力,粗原料利用能力,问题,-,企业规模小,以中小企业为主，龙头企业少,信用结构不合理，融资机制不健全,企业科技创新能力弱，,市场竞争能力弱，利润率低。国际市场开拓能力弱,高端人才缺乏,大多重视生物加工过程开发，对生产原料品质改良、产品后续应用技术重视不够,在生物材料领域，偏重原料的生产，对材料改性及应用技术重视不足，如,PHA,、,PLA,等大部分出口供深加工，制约了整个行业的发展。,在酶制剂领域，同样偏重单酶品种的生产，缺乏对复合酶和酶制剂工艺的完整技术解决方案的开发。,问题,-,产业链不完整,2004,年“新一代工业生物技术”已经列入国家中长期科技规划发展纲要,“工业生物技术”公众关注的频率,相对生物农业（温饱）、生物医药（健康）而言，缺乏鲜明主题（,可持续？清洁？绿色？）,生物制造涉及领域广泛，缺乏统一的统计数据，社会和政府部门的认知度低。虽然目前生物制造的产值在所有生物技术产业中占到,80,左右，却远不如生物农业和生物医药那样得到重视。,问题,-,社会认知度不够,二、产业面临的形势,加快,调整经济结构、转变增长方式,，节约发展、清洁发展、安全发展，是我国现阶段的历史使命。,建立绿色、低碳与可持续的产业经济体系,的核心科技具有重大战略意义。,我国现代工业化经济进程与能源、资源、环境形势的现实形成了剧烈冲突。到,2020,年要实现单位,GDP CO,2,减排,40-45%,的目标，面临巨大压力和特殊困难,资源、环境形势需要新的经济发展模式,化石,资源,可再生碳资源,生物燃料,(,醇、油、气,),生物聚合物材料,平台化合物,医药化学品,手性化学品,燃料,(,汽煤柴,),橡胶、塑料,合成纤维,三烯三苯,化学药物,农药,精细化学品,能源与基础化工产品,生物制造是变革经济增长方式的重大需求,能源资源短缺,我国原油进口比例已达,51.3%,气候变化,我国,CO,2,排放量已成为全球最大,环境污染,我国石化工业每年排放废水达,60,亿吨,生物制造,大宗化学品,精细化学品,在我国工业化进程过度依赖化石资源的模式转变中发挥重大作用,生物制造已经成为世界各经济强国的国家战略重点，工业生物技术正在育成一场新的产业革命。,世界各国在行动，美国,2020,年制造业挑战的展望,明确将工业生物制造技术作为战略技术领域，并列为,2020,年制造技术挑战的,11,个主要方向之一。,生物制造相关路线图,美国：生物质发展路线图,美国：,GTL,路线图,欧洲：,21,世纪可持续化学工业路线图,加拿大：基于生物的基础原料、燃料及工业产品科技创新路线图,美国,：,-2020,年，实现化学工业的原料、水资源及能量的消耗降低,30%,，污染物排放和污染扩散减少,30%,。,-2030,年替代25%有机化学品和20%石油燃料,欧盟：,欧洲工业生物技术,2025,远景规划，期望取得基于生物技术型社会转变的实质性进展,-,生物能源替代化石能源,20%,，,-,化学品替代,10-20%,，其中化工原料替代,6-12%,，精细化学品替代,30-60%,工业生物技术已成为各国的战略培育方向,系统生物学、定量生物学飞速发展，生物体的设计改造技术日渐成熟，生物制造的工业模式正在形成。,最小基因组细胞工厂、微生物基因组的合成、多基因组工程培育新物种、合成生物学与人工生命合成等重大科技创新，使利用微生物高效合成原来不存在、或者原来制造效率很低的工业产品成为可能，工业生物技术正在催生着重大的科技革命。,multiplex genome engineering,Nature,2009,460:894-898,Genome engineering,Science,2009,1173759v1,Long-chain alcohol biosynthesis,PNAS,2008,105:20653,国际,生物,制造,技术,发展迅猛,，正在推动着生物产业体系的变革,工业生物催化技术逐渐成熟，高能耗、高污染的有机合成逐步被绿色可持续的生物合成替代,生物炼制技术体系的生化途径不断进步，高分子材料、大宗化工原材料正在从石油原料向生物质原料转变,工业微生物分子育种技术不断进步，发酵产业技术水平与竞争力不断提高,植物化学药物与保健品的植物提取正在转向生物合成制造，天然药物对珍稀自然资源的依赖和破坏的局面将被扭转,绿色生物工艺新技术不断出现，正推动着采矿、轻纺等传统产业节能降耗的革新,大型跨国公司斥巨资用于生物制造技术的研发,杜邦公司剥离石油资产，未来,3,年将向应用生物技术部门投资,5,亿美元，并将,2010,年销售额的,25%,定位于生物质产品,欧洲,BASF,、,DSM,、,Lonza,、,Degussa,和,Roche,等大型跨国公司已纷纷转向工业生物技术领域，并已有产品投放市场,Dowpharma,，,Cambrex,和,Archimica,等精细化工公司，通过收购其他相关公司来大幅度增强其生物制造技术研发能力,IBM,、,Microsoft,等,IT,巨头也纷纷涉足生物技术的研究与开发,知名生物制造企业抢滩中国市场,Amano Enzyme,Codexis,，,BioCatalytics,Novozymes,，,Bioverdent,纷纷在我国设立,以生物制造为核心技术的分支研发机构或工厂,，必将对我国新兴生物制造产业形成新一轮的冲击。,酶制剂市场,1/2,为外国企业垄断。诺维信、杰能科、天野公司在国内设厂,国际竞争将更加激烈,食品,饲料,化工,应对危机,拉动内需,增强消费,生物制造,食品安全（防腐剂、香精等添加剂）,可降解塑料与限塑令,轻纺制品（棉麻、皮革）,金融危机启示,国内消费品市场与产业结构调整,酶制剂：,80%,国内市场被国外公司垄断,酶种单一，生产水平低几倍甚至几十倍,高产酶的野生菌,高表达酶的工程菌,产品的市场现状,我国企业技术现状,对技术迫切需求,大宗发酵产品,(,有机酸、氨基酸、抗生素,),：产量国际领先,生产菌株水平低,20-50%,，以高资源消耗、高能耗和低人工成本竞争,新的分子育种技术,改造工业菌株,新兴生物产业,(,生物燃料、生物基化学品、生物材料,),：成为投资热点,有一定的产业基础,但不具备新产品的生产技术,利用生物质原料，低成本生产这些产品的菌株,精细化学品和医药化学品与中间体：市场需求大,基本为化学法合成,物耗、能耗高，污染重,生物催化转化替代,实现节能减排,高污染行业,(,纺织、造纸、制革、竺麻、采矿,),行业覆盖面广,消耗大、污染重,开发适用的酶与生物制剂及生物处理技术,我国产业发展需求迫切,三、总体思路与目标,加强高技术创新,扩大新兴产业规模,加快产业进步,完善产业链。,清洁高效绿色生化工艺,高能耗高污染的传统化学工艺,能源,与,化学工业原料石油资源,可再生碳资源与生物质,生物制造产业的粮食原料,非粮原料与废弃物,现代生物制造强国,核心技术自主创新,先进生物技术模仿,初步,实现以下转变,：,传统发酵产业大国,发展思路,显著增强自主创新能力。形成一批水平高、机制新的工程中心和工程实验室。,实现重点突破，形成龙头企业。形成一批具有自主知识产权、年销售额超过,10,亿元,的生物技术产品，形成,10,个左右销售收入,超,50,亿元,的大型生物制造企业。,育成,生物化工,，,生物材料,等新产业链，建设,绿色、低碳与可持续的产业经济体系,；促进替代石油资源,15%,，促进,精细化工产品,的生物法替代化学法达到,20%,，促进环境改善与化学工业可持续发展；,提高产业水平，增强国际竞争能力。促进,发酵工业技术水平,提高,20-30%,，,轻纺工业,实现污染物源头控制，资源消耗与废水排放减少,30%,以上。,发展目标,形成大产业规模，增强社会与经济影响力,到,2015,年，生物制造产业总产值达到,1,万亿元,，增加值达到,4000,亿元,以上，生物产业出口额显著增加。,经过,10,年的努力，力争使我国生物制造产业主要经济指标进入世界前列；显著增加国际市场占有的比重。到,2025,年，,全国生物产业增加值突破,2.5,万亿元,，占,GDP,比重达到,4%,以上，成为高技术领域的支柱产业和国民经济的主导产业。二氧化碳减排,10,亿吨，贡献率,10%,政策法规和组织体系进一步完善,形成有利于生物制造产业发展的政策法规体系、技术创新体系、技术标准体系、生物安全保障体系、产业组织体系和行业服务体系。,发展目标,四、主要任务,加强创新能力建设,发展生物基材料产业,培育生物质化工产业,做强大宗发酵产业,深化生物精细化工产业,强化生物轻工食品产业,推动生物采矿产业,1,创新能力建设,手性生物合成,国家工程中心,轻纺生物加工,国家工程实验室,生物炼制,国家工程实验室,整合有限的研究资源和分散的优势研发能力，组建跨领域、高水平、设施先进的国家工程研究中心和工程实验室,。,计算模拟：高效能低成本多尺度离散模拟超级计算应用系统,组学分析：形成基因组、蛋白质组、代谢组分析能力,合成生物学：多种微生物的高效遗传操作工具,关键技术,2,发展生物基材料产业,开发聚氨基酸、聚苹果酸、聚赖氨酸、聚酯、多糖胶，,PLA,、,PHA,、,PBS,、,PTT,等新材料产品，发展材料改性与加工技术。发展生物脱胶、生物整理等生物质材料加工技术,生物高分子聚合物,生物基单体原料,聚合物,生物质加工材料,生物塑料，生物橡胶，生物尼龙，生化纤维，功能材料,生物基乙烯,丙烷,异丙醇,化工醇,二元酸,溶剂,涂料,表面活性剂,可再生碳资源,生物质资源,城市,废弃物,CO,废气,工业,CO,2,3,培育生物质化工产业,减少对石油资源的依赖，减少,CO,2,排放与环境污染,石油化工替代产品,大宗化工原料,4,做强大宗发酵产业,大幅提升我国微生物发酵行业的技术水平，减少物耗能耗，减少污染物排放，显著提高产业竞争能力与可持续发展能力,大宗发酵产品的微生物分子育种技术,生产过程优化与放大技术,清洁生产技术,产品高效提取技术,废弃物综合利用技术,新型生物反应器的设计与制造技术,氨基酸,(,谷氨酸、赖氨酸,),有机酸,(,柠檬酸,),抗生素,(,青霉素,),维生素,(,Vc,),酶制剂,(,淀粉酶、糖化酶,),有机原料,医药原辅料,中间体,添加剂,营养剂,农药中间体,其它农化产品,5,深化生物精细化工产业,新的全细胞和酶系统筛选与改造技术,辅酶再生技术,生物催化反应过程优化技术,高效稳定的工业生物催化与转化体系,甾体激素、头孢氨苄、普伐他汀的酶法合成技术,手性醇、手性胺等医药中间体与手性氨基酸等化学品的生物催化技术,甘油二酯及糖基化学品等精细化工产品的生物合成技术,取得对化学合成工艺的成本与质量优势，实现高效、低成本、绿色的生物制造,6,强化生物轻工食品产业,重点发展生物法制造的食品及配料，发酵食品、功能食品、生物转化食品、功能菌剂等等,建立生物纺织、生物制革、生物造纸等技术工艺，减少水资源消耗及废弃物减排,利用微生物细胞或酶制剂的生物催化功能,7,推动生物采矿产业,针对低品位金矿、铜矿、锰矿等矿产资源，提高金属提取效率，降低生产成本，节能降耗，减少污染,开展高温油层微生物采油实验，推进工业化应用，使微生物采油提高原油采收率,8,促进生物制造产业集聚式发展,加强生物制造技术的中长期战略规划,多方扶持、纵横发展，构建生物制造领域的产学研联盟,拓展多渠道投资和融资途径，完善生物制造资金链,鼓励和引导社会对生物制造的产品消费,重视保护生物制造核心技术的知识产权,建设一支高素质生物制造产业人才队伍,五、政策措施,从,“,生物制造,”,到生物经济,工业经济,生物经济,“,细胞工厂,”,可以预见，生物技术将满足许多需要,可以预见，生物技术将帮助我们创造可持续的工业活动,谢 谢！,