2023年生物基材料投资分析报告.pdf

2023年生物基材料投资分析报告创业邦研究中心2023年07注：配图可与报告相关，来源于摄图网可商用研究背景及数据说明l生物基材料（Bio-based Materials）包括以生物质为原料或（和）经由生物合成、生物加工、生物炼制过程制备得到的生物醇、有机酸、烷烃、烯烃等基础生物基化学品和糖工程产品。报告中不涉及纸浆、纸张和木制品等传统生物基产品的分析。l本报告所使用的数据及信息，来源于创业邦睿兽分析、行业内企业和投资机构的调研信息，以及相关公开数据信息，引用相关机构的数据、图表、模型等均已在文中标注。l由于生物基材料涉及品类较多，随着行业和技术的发展，研究企业的范围也将变化，再加上统计分析领域中的任何数据来源和技术方法均存在局限性，创业邦力求但不保证所提供数据信息的完全准确性，依据上述方法所估算、分析得出的结论仅供参考。概念定义数据说明231研究背景1l 在全球碳中和背景下，低碳循环经济已成为全球共识，生物基产业是其主要途径，生物经济面临着万亿美元的蓝海空间，生物基材料有望成为全球工业新的底层材料。l 我们访谈15家相关创新企业/机构及行业专家，综合分析生物基材料全球概况、产业链重点环节和热点赛道，展现近3年内中国投融资市场动态，总结行业趋势和机遇，为相关行业从业者、投资机构、政策监管及服务机构提供参考。目录1Development Overview发展概况2Segment Analysis赛道分析3Financing Overview投融资分析4Case Studies案例分析5Summary Recommendations总结建议1.发展概况1.发展概况 基本概念 产品类型 产业环境 全球概况 市场空间3生物基材料概念生物基材料（Bio-based Materials）是指利用可再生生物质利用可再生生物质或（和）经由生物制造得到的原料经由生物制造得到的原料，通过生物、化学、物理等手段制造的一类新型材料。包括以生物质为原料或（和）经由生物合成、生物加工、生物炼制过程制备得到的生物醇、有机酸、烷烃、烯烃等基础生物基化学品和糖工程产品。以谷物、豆科、秸秆、竹木粉谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质通过生物转化获得生物高分子材料或单体，进一步聚合形成高分子材料，如燃料乙醇、生物柴油和生物塑料等。还可经由生物制造、生物合成方法生物制造、生物合成方法等设计或改造的生物系统产生和获得。生物基材料侧重点是制造塑料的原料来自生物质等可再生资源原料来自生物质等可再生资源。而生物可降解塑料是从环境污染治理角度出发，考虑的是能否能完全降解，且降解后对环境无害。生物基基于化石燃料不可生物降解可生物降解1.生物基可降解材料 PLA PHA bio-PBS 淀粉混合物2.化石基可降解材料 PBAT PCL PBS3.传统不可降解塑料 PE PP PET PA4.生物基不可降解材料 bio-PE bio-PP bio-PET bio-PA PTT 天然橡胶 木质素生物基材料的两种来源生物基材料的两种来源生物基材料生物降解材料生物基材料生物降解材料常见的生物基材料全周期资料来源：中国高新材料科技学术网4生物基材料品类众多，与大众日常生活息息相关 按产品属性分类，生物基材料可分为生物基聚合物、生物基塑料、生物基化学纤维、生物基橡胶、生物基涂料、生物基材料助剂、生物基复合材料及各类生物基材料制得的制品等。生物基纤维已广泛应用于时装、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阶段；生物基塑料产品在包装材料、一次性餐具及购物 袋、婴儿纸尿裤、农地膜、纺织材料等领域获得较好地应用，并被市场普遍认可与接受。两种生产方式两种生产方式l 生物炼制/合成生物技术生物炼制/合成生物技术生物质微生物细胞工厂生物质微生物细胞工厂平台型化合物平台型化合物：乙醇、丁二酸等；高分子材料：生物基塑料、原料药、添加剂等l 天然高分子提取/加工天然高分子提取/加工生物质细菌发酵酶催化分解天然高分子材料加工或改性生物质细菌发酵酶催化分解天然高分子材料加工或改性大宗基础化学品大宗基础化学品：聚酯、纤维、锂电池隔膜、表面活性剂生物基化学品生物基化学品生物基复合材料生物基复合材料 淀粉基塑料材料及制品 木塑材料 竹塑材料生物基橡胶生物基橡胶 生物基植物橡胶 生物基合成橡胶生物基涂料生物基涂料 生物基改性沥青卷材 生物基高分子防水卷材 生物基防水涂料生物基化学纤维生物基化学纤维 海洋生物基纤维 生物基可再生纤维 生物基合成纤维生物基材料助剂生物基材料助剂 生物基阻燃剂 生物基表面活性剂 生物基润滑剂 生物基增塑剂 生物基胶黏剂 生物基清洁剂 其他助剂塑料塑料 可生物降解（聚乳酸 PLA、聚丁二酸丁二醇酯 PBS等）不可生物降解（聚氨酯PU、聚酰胺PA等）其他生物基制品其他生物基制品食品添加剂个护/化妆品生物柴油等主要产品类型主要产品类型聚合物聚合物 生物基聚合物 天然高分子5第三波生物材料变革开启，生物基材料和生物制造进入黄金发展期生物材料一直是人类生活中的重要组成部分，在碳中和目标碳中和目标下，化石基材料或在局部面临颠覆性冲击，随着生物基材料成本下降、化石基材料成本上升（碳排放税费增加）、以及“非粮”原料的生物基材料的突破，生物基材料有望成为全球工业新的底层材料。据 Nova Institute 研究，从技术角度来看，几乎所有几乎所有由化石资源制成的工业材料都可以被生物基替代。根据麦肯锡统计，生物制造可以覆盖约 60%的化学品，60%的化学品，同时天然生物中有 300 万种 300 万种分子或新材料尚待开发，生物基材料和生物制造在能源、化工等领域具有改变世界工业格局的潜力。生物基材料的提取和初级加工 动植物的生物基材料被开发利用，如木材、纸张、皮革等，用于粘合剂、肥皂、颜料、纺织品等。重组DNA技术等生物技术催化了现代酶工程，重组DNA技术等生物技术催化了现代酶工程，乙醇、柠檬酸、油脂化学品、动物饲料是重要产物；随着化石基化学原料（石油、天然气）规模化开发和进入互联网时代，投资热点转向以商业生物燃料和生物材料为重点的清洁技术商业生物燃料和生物材料为重点的清洁技术，如燃料乙醇和生物柴油等。2010年后石油时代之前的数千年2010年后石油时代之前的数千年 DNA测序、基因编辑等合成生物学、人工智能DNA测序、基因编辑等合成生物学、人工智能等技术的加持；低碳、可持续性的需求正在改变化学品和材料的竞争基础，在消费者、监管机构、投资者以及企业自身的推动下，生物基材料和生物制造进入黄金发展期。1980-2010 年1980-2010 年第一波浪潮第二波浪潮第三波浪潮前三波生物材料浪潮前三波生物材料浪潮6资料来源：Nova Institute、麦肯锡全球研究院、创业邦研究中心整理碳中和机遇下，生物基材料为低碳循坏经济的主要途径欧盟&英国：工业生物技术远景规划规划，2030 年生物基原料替代 6%-12%化工原料、30%-60%精细化学品由生物基制造欧盟&英国：工业生物技术远景规划规划，2030 年生物基原料替代 6%-12%化工原料、30%-60%精细化学品由生物基制造时间时间政策政策内容内容2012年欧洲生物经济战略解决可再生生物资源的生产及其转化为重要产品和生物能源的问题2015年循环经济行动计划创造一个长期可持续的循环生物经济，并减少欧盟的环境足迹2018年欧盟废弃包装条例、循环经济中的塑料欧洲战略支持在包装生产中使用生物基材料，为创新和可持续的循环塑料经济的发展提供了关键的推动力2020年欧盟战略创新与研究议程（SIRA 2030）报告提出“2050年建立循环生物社会”的愿景2021年英国工业生物技术报告：标准和法规的战略路线图确定生物燃料、精细和特种化学品、塑料和纺织品等领域发展路线图美国：生物质技术路线图规划，2030 年生物基化学品将替代 25%有机化学品和 20%的石油燃料美国：生物质技术路线图规划，2030 年生物基化学品将替代 25%有机化学品和 20%的石油燃料2000年生物质研发法案为生物能源研发提供统一基准，要求采用财政和金融等手段鼓励生物能源研发。2005年能源政策法提出鼓励生物能源发展的政策措施2012年“国家生物经济蓝图”将发展生物基产品作为发展生物经济的主要内容之一。2022年国家生物技术和生物制造计划斥资1.78亿美元用于生物能源研究，以推进可持续技术突破和改善碳储存2023年美国生物技术和生物制造的明确目标涵盖有 21 大主题 49 个目标，计划于5年内生产超过20种商业上可行的生物产品；20年内大规模取代当今90%以上的塑料和其他商业聚合物；通过生物制造方式满足至少 30%的化学品需求等。日本：2020年发布2050碳中和绿色增长战略，30年实现“碳中和”，促进产业低碳化转型，实现“零碳社会”日本：2020年发布2050碳中和绿色增长战略，30年实现“碳中和”，促进产业低碳化转型，实现“零碳社会”2019生物战略2019面向国际共鸣的生物社区的形成展望“到2030年建成世界最先进的生物经济社会”2021生物技术驱动的第五次工业革命报告生物产业为支持各种行业并引领下一代经济的支柱，将在医疗保健、环境与能源、材料等领域发挥重要作用全球气候、环境危机背景下，转向低碳循环经济已成为全球共识，而生物基产业是其中重要一环。欧美力推2050年实现碳中和2050年实现碳中和，各国力推生物基产业转型升级并制定远期碳中和战略目标，全球碳减排进程开始加速。世界经合组织(OECD)的案例分析表明，生物技术的应用可以降低工业过程能耗15-80%15-80%，原料消耗35%-75%35%-75%，减少空气污染50%-90%50%-90%，水污染33%-80%33%-80%。据世界自然基金会（WWF）预估，到2030年2030年工业生物技术每年将可降低10亿至25亿吨10亿至25亿吨二氧化碳排放。节能环保、减碳节能环保、减碳7国外生物基材料相关政策梳理（部分）国外生物基材料相关政策梳理（部分）资料来源：各国规划文件、创业邦研究中心整理我国计划在2060年实现碳中和，须依托生物基材料替代石油基材料时间时间政策名称政策名称内容内容2012国务院生物产业发展规划推进生物基材料生物聚合、化学聚合等技术的发展与应用，建设聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚羟基烷酸（PHA）、生物塑料与生化纤维的产业化示范工程，推广应用生物基材料。2012生物基材料产业科技发展“十二五”专项规划增强生物基材料产业原始创新能力，创制生物基新材料和化学品，建设生物基材料和化学品产业化示范基地。2016“十三五”生物产业发展规划持续提升生物基产品的经济性和市场竞争力，实施生物基材料制品应用示范工程2016“十三五”国家战略性新兴产业发展规划推动生物基聚酯、生物基聚氨酯、生物尼龙、生物橡胶、微生物多糖等生物基材料产业链条化、集聚化、规模化发展。2017“十三五”生物技术创新专项规划目标到2020年完善生物技术标准体系，培育一批具有重大创新能力的企业，基本形成较完整的生物技术创新体系，生物技术产业初具规模，国际竞争力大提。20212030年前碳达峰行动方案2030年前碳达峰行动方案主要目标:“十四五”期间，产业结构和能源结构调整优化职得明显进展，绿色低碳技术研发和推广应用取得新进展，绿色生产生活方式得到普遍推行，有利于绿色低碳循环发展的政策体系进一步完善。到2025年，非化石能源消费比重达到20%左右2021工信部“十四五”工业绿色发展规划实施工业碳达峰推进工程，将绿色低碳材料、低碳胶凝、环保涂料、全铝家具等绿色建材和生活用品，发展聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基烷酸、聚有机酸复合材料、椰油酯氨基酸等生物基材2022发改委“十四五”生物经济发展规划“十四五”生物经济发展规划提出”十四五”期间生物基材料替代传统化学原料、生物工艺替代传统化学工艺等进展明显重点围绕生物基材料、新型发酵产品、生物质能等方向，构建生物质循环利用技术体系。2023工信部等加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案到2025年，非粮生物基材料产业基本形成自主创新能力强、产品体系不断丰富、绿色循环低碳的创新发展生态，非粮生物质原料利用和应用技术基本成熟，部分非粮生物基产品竞争力与化石基产品相当高质量、可持续的供给和消费体系初步建立 碳达峰：平均节能减排碳达峰：平均节能减排30%-50%30%-50%到2030年，非化石能源消费比重达到25%25%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上65%以上；碳中和：平均节能减排碳中和：平均节能减排50%-70%50%-70%到2060年，非化石能源消费比重达到80%以上80%以上。十四五生物产业发展目标十四五生物产业发展目标生物基产品VS石油产品生物基产品VS石油产品到2025年我国未来现代生物制造产业产值超 1 万亿元1 万亿元，生物基产品在全部化学品产量中的比重达到 25%25%。8国内生物基材料相关政策梳理（部分）国内生物基材料相关政策梳理（部分）资料来源：政府官网和规划文件、创业邦研究中心整理生物质资源目前利用率低，产业潜力巨大 生物质资源是全球最大的可再生资源，占可再生资源的55%55%，占全球供应的6%以上6%以上。美国规划到2030年生物质能源占运输燃料的30，瑞典、芬兰等国规划到2040年前后生物质燃料完全替代石油基车用燃料。据国际能源署(IEA)预测，2021至2030年生物质利用规模将以每年10%10%的速度增长，到2030年50%50%的生物质资源的供应来自不需要士地使用的废物和残留物。据3060零碳生物质能发展潜力蓝皮书显示，2021年中国生物质能总资源量达到34.94亿吨34.94亿吨，能源化利用量约为4.61亿吨，实现碳减排量约为2.18亿吨2.18亿吨。生物质资源产生量呈不断上升趋势，到2030年中国生物质总资源量将达到37.95亿吨37.95亿吨，如果结合碳捕获和储存技术，生物质能各类途径的利用将为全社会减碳超过9亿吨9亿吨。到2060年我国生物质资源量将达到53.46亿吨53.46亿吨。4.912.919.64.612.850.614.113.39.825.124.40102030405060708090201020202030能源作物废物和残留物林业种植传统用途全球生物质资源供应（百分比）全球生物质资源供应（百分比）数据来源：国际能源署(IEA)、3060零碳生物质能发展潜力蓝皮书、创业邦研究中心整理我国生物质资源总量增长预测（亿吨）我国生物质资源总量增长预测（亿吨）生物质是全球最大的可再生资源，可利用规模大生物质是全球最大的可再生资源，可利用规模大目前中国生物质能利用率低，产业空间广阔目前中国生物质能利用率低，产业空间广阔901020304050602020E2030E2060E秸秆总量畜禽粪便总量业剩余物总量生活垃圾清运量厨余垃圾清运量废弃油脂产生量污水污泥产量34.9437.9553.46据Nova Institute统计，2022年生物基聚合物总体产量约490万吨490万吨（不包含燃料乙醇），实际产量为450万吨，占化石基聚合物总产量的1%1%。预计到2027年，产能将增加到930万吨930万吨，年平均复合增长率（CAGR）约为14%14%。目前，1，3-丙二醇、聚乳酸和聚羟基烷酸酯等生物基产品已经实现规模化制造，聚酯材料、橡胶、合成纤维等传统石化基高聚物单体的生物合成技术不断创新。亚洲全球领先，2022年占全球生物基产能的41%，聚乳酸（PLA）聚乳酸（PLA）和聚酰胺（PA）聚酰胺（PA）产能最大。欧洲产能占全球的27%，主要是含淀粉的聚合物聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。北美占19%，聚乳酸（PLA）和聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）产能较大。南美占13%，主要是PE。全球生物基产品正处于快速增长阶段，亚洲为主要生产中心数据来源：Nova Institute、创业邦研究中心整理全球地区分布全球地区分布发展潜力大的聚合物发展潜力大的聚合物 聚羟基烷烃（PHAs）聚羟基烷烃（PHAs）预计将有45%的年复合增长率，聚乳酸（PLA）聚乳酸（PLA）为39%，聚酰胺（PA）聚酰胺（PA）为37%，聚丙烯（PP）聚丙烯（PP）为34%，均高于平均增速。2018-2027年全球生物基聚合物生产能力变化2022年全球各地区生物基聚合物的生产能力（不包括醋酸纤维素、环氧树脂和聚氨酯）10拥有万亿美元蓝海空间，缺口近6000亿美元 生物基产业是一片广阔新蓝海，赛道众多。据全球经济合作与发展组织（OECD）发布的“面向2030生物经济施政纲领”战略报告预计，2030年生物制造在生物经济中的贡献率将达到39%39%，将有25%有机化学品和20%的化石燃料（约 8000亿美元）由生物基化产品取代，然而目前替代率不到5%，缺口近6000亿美元。麦肯锡报告数据显示，全球经济中60%的产品可以通过生物方式生产，其中1/3是生物原料的产品，剩余的2/3也可以使用生物制造技术来生产或替代，未来 10-20 年，可应用于约400多个应用场景，预计可能对全球每年产生 2-4 万亿美元2-4 万亿美元的直接经济影响。根据施密特未来基金会（Schmidt Futures）发布的美国生物经济：为弹性和竞争性的未来制定路线指出，生物经济将解决全美45%45%的碳排放问题，同时带来全球4-30万亿美元4-30万亿美元的蓝海市场。数据来源：全球经济合作与发展组织（OECD）、麦肯锡全球研究院、施密特未来基金会未来生物制造潜在直接经济影响（万亿美元）全球生物基材料产品的市场空间未来生物制造潜在直接经济影响（万亿美元）全球生物基材料产品的市场空间到2030年，至少20%的石化产品可被生物基产品替代到2030年，至少20%的石化产品可被生物基产品替代未来，生物制造等生物经济将带来2-30万亿美元的蓝海市场未来，生物制造等生物经济将带来2-30万亿美元的蓝海市场5%20%0%5%10%15%20%25%20202030E市场空间6000亿美元11大企业布局，推动全球生物基材料的商业化进程盛禧奥推出APILON 52 BIO生物基TPU 盛禧奥推出APILON 52 BIO生物基TPU 含有来自可再生来源的原料，应用领域包括鞋类和皮革制品等。埃万特推出全新Nymax BIO低吸水率和生物基聚酰胺配方埃万特推出全新Nymax BIO低吸水率和生物基聚酰胺配方相比传统的PA66玻璃纤维填充材料，翘曲度更低，表面外观和着色能力更加出众，Nymax BIO能有效解决成品零件的吸水（吸湿）问题。帝斯曼推出碳足迹减半的100%生物基高温聚酰胺材料帝斯曼推出碳足迹减半的100%生物基高温聚酰胺材料通过ISCC+认证，拥有出色的高温力学性能，为汽车、电子电气和消费行业高温应用的理想选择，如USB连接器、工业执行器齿轮、轴承保持架和食品接触传送带等。万华化学开发出全球首款100%生物基TPU材料万华化学开发出全球首款100%生物基TPU材料使用由玉米秸秆制得的生物基PDI，添加剂如米糠蜡也均来自非食物链玉米、篦麻等可再生资源。全球生物基材料企业格局以细分领域龙头为主导，巴斯夫、陶氏、杜邦等跨国公司长期致力于生物基材料的研发，推动了全球生物基材料的商业化进程，大量新力量的涌入，加速从生物基化学品到新材料产业链一体化构建。巴斯夫供应生物基聚四氢呋喃1000巴斯夫供应生物基聚四氢呋喃10002015年，巴斯夫宣布供应生物基聚四氢呋喃1000（PolyTHF 1000），该产品与石化基产品的质量完全相同。主要用于生产弹性氨纶纤维，可用来制造各种各样的纺织品，包括内衣、外套、运动服和泳装等，还可应用于生产浇铸弹性体，制造滑板和直排轮滑鞋的轮子等。德国赢创推出生物基聚酰胺、聚丁二烯系列产品德国赢创推出生物基聚酰胺、聚丁二烯系列产品赢创在2009年首推生物基聚酰胺VESTAMIDTerra，6万吨/年的PA12一体化生产装置于2021年底投产，可用于日常生活用品、洗碗机篮筐、汽车部件等金属涂层。2022年推出全新生物基液体聚丁二烯系列产品POLYVESTeCO，用作粘合剂与密封胶原料，应用于汽车、电子产品、建筑等行业，还可在轮胎生产中作为橡胶助剂。产品产品代表企业代表企业聚乳酸(PLA)巴斯夫、美国 NatureWorks、德国 Inventa-Fische、瑞士 Sulzer、日本帝人 Teijin、荷兰Corbion Purac、嘉吉Cargill、Pyramid Plastics、Galactic、Toray、金丹科技、丰原集团等丁二酸及其衍生物Bio Amber、Applied Carbochemicals、Arkenol、Genomatica、Danimer、华恒生物、兰典生物等PHA 及其复合材料Cereplast、帝斯曼、Danimer Scientific、PHB Industrial、Biomer、Kaneka、微构工场、蓝晶微生物等1,4 丁二醇(BDO)巴斯夫、意大利 Novamont、德国赢创、元利化学等生物质纤维素德国赢创、Suzano生物基尼龙巴斯夫、三菱化学、阿克玛 Akima、凯赛生物生物基PBS巴斯夫、Cargi11、Myriant Technologies、Biomer、金发科技等生物基 PE陶氏、杜邦、BraskemPTT 纤维陶氏、杜邦、Rennovia 公司生物基 PA陶氏、杜邦热塑性聚氨酯科思创Covestro、Solvay、意大利API、万华化学HMF 及其衍生物荷兰 Avantium、Corbion 和瑞士 AVABiochem、中科国生生物基产品代表企业（部分）生物基产品代表企业（部分）数据来源：DT新材料等公开资料、创业邦研究中心整理1212 构建了丁二酸、丙氨酸、D-乳酸、苹果酸、生物柴油、甾体激素类药物、羟脯氨酸、肌醇等近20 种近20 种原料药、中间体、精细化学品的生物制造路线，部分产品率先实现产业化，经济社会效益显著。随着传统的化学合成向生物基过渡，更多的国有企业将加入生物经济。早期信号可以通过中化中化收购先正达一事看到；2023年2 月中石油昆仑资本中石油昆仑资本领投微构工场的3.59 亿元 A+轮融资。通过微生物发酵，中国制造了世界上66%的氨基酸和 77%的维生素世界上66%的氨基酸和 77%的维生素，在发酵设备的建设中占主导地位。形成了以谷氨酸盐、赖氨酸盐、苏氨酸、柠檬酸、结晶葡萄糖、酵母等大宗产品为主体大宗产品为主体，小品种氨基酸、功能糖醇、微生物多糖等高附加值产品为补充高附加值产品为补充的多产品协调发展的产业格局。加快在天然产物微生物重组合成天然产物微生物重组合成、二氧化碳生物转化利用二氧化碳生物转化利用等前沿方向的战略布局和技术开发。在新的工业原料路线方面，科学家从头设计构建了非自然的人工固碳与淀粉合成途径非自然的人工固碳与淀粉合成途径，为以二氧化碳为原料合成复杂分子开辟了新的方向。我国生物基材料市场持续扩张，发展空间巨大 中国生物基材料正处于科研开发走向产业化规模应用关键时期。近年来，我国生物基材料市场规模持续扩张，由2014年的96.9亿元增长至2021年的199.2亿元，CAGR为10.9%。2021年中国生物基材料产量700万吨700万吨、产值超过1500亿元1500亿元，占化工行业总产值的2.3%2.3%，并在塑料制品、纺织纤维、医药器械、涂料、农业物资、表面活性剂等方面得到广泛应用。数据来源：工信部、共研网、我国工业生物技术和产业的现状、差距与任务等资料新兴技术加速布局更多的国有企业将加入生物经济生物发酵产业形成规模优势部分重大化工产品生物制造率先实现产业化新兴技术加速布局更多的国有企业将加入生物经济生物发酵产业形成规模优势部分重大化工产品生物制造率先实现产业化正处于早期阶段，市场规模持续扩张正处于早期阶段，市场规模持续扩张96.9105.2113.3126.6137.5151171.5199.28.6%7.7%11.7%8.7%9.8%13.6%16.1%0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%05010015020025020142015201620172018201920202021市场规模（亿元）同比增长2015-2021年中国生物基材料市场规模2015-2021年中国生物基材料市场规模在众多有利因素的加持下，生物基材料行业将更加活跃在众多有利因素的加持下，生物基材料行业将更加活跃13132.赛道分析2.赛道分析 产业链图谱 上游：生物质原料 中游：生物基化学品 下游：产品及应用领域 中国市场格局14产业链图谱 从产业链角度有来看，生物基材料上游原料主要包括谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质。目前主要是粮食原料，正往非粮生物质方向发展。中游的生物质化化学品处于发展期。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生物质向化工品转化的环节，特别是生物质的利用效率生物质的利用效率和非粮生物质原料收集方式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。下游为生物基材料产品及应用领域，主要包括塑料、农业食品、服装、绿色包装、医用材料等产业。一般均有成熟的化工产品为竞争对手，亟待生物基产品性能提升和成本下降，才能实现部分产品替代。初步商业化/产业化初步商业化/产业化小试/中试阶段小试/中试阶段生物基材料产业图谱生物基材料产业图谱上游:生物质原料植物油淀粉纤维素蔗糖木质素葡萄糖赖氨酸糖醛果糖多糖甘油脂肪酸芳烃中游:生物基化学品下游:产品及应用领域生物基橡胶个护/化妆品食品饮料医药健康化肥农药/饲料服装纺织建筑交通绿色包装聚乙烯(PE)聚丙烯（PP)聚羟基烷酸酯(PHA)聚对苯二甲酸乙二醇(PET)聚乳酸(PLA)聚丁二酸丁二醇酯(PBS)聚氨酯(PU)聚对苯二甲酸丁二醇（PBT）聚酰胺系列(PA)环氧树脂(EPO)聚对苯二甲酸丙二醇(PTT)1,3-丙二醇乙醇异丙醇山梨醇3-羟基丙酸丁二酸己二酸乳酸1,5戊二醇己内酰胺5-羟甲基糠醛乙酰丙酸环氧氯丙烷多元醇长链二元酸/二胺甲基丙烯酸甲酯乙酸乙烯对二甲苯异山梨醇丙烯酸富马酸丁二醇己二胺2，5呋喃二甲醇2，5呋喃二甲酸戊内酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA）聚氯乙烯(PVC)聚碳酸酯（PC）超吸水树脂不饱和聚酯味喃基聚酯(PEF)聚氧化乙烯（PV）生物基涂料生物基材料助剂生物柴油生物基单体生物基复合材料生物基化学纤维塑料（聚合物）电子材料四氢呋喃乙二醇纤维素衍生物/纳米纤维素木质素衍生物合成气蛋白质氨基酸生物炼制/合成生物技术天然高分子提取/加工木质素纤维素生物基高分子材料植物油蛋白质天然油脂天然蛋白质天然橡胶及其他高分子植物生物基产品应用领域食品添加剂淀粉基材料淀粉概念阶段（初步产品）概念阶段（初步产品）资料来源：创业邦研究中心自绘，图谱仅展示主要赛道，部分生物基化合物未呈现15产业难点：商业化周期长，亟待性能提升和成本优化拆解生物基产品的成本结构，主要的潜在降本途径包括采用新型碳源、缩短生产工艺、提高转化率、降低产线设备投入。其中碳源是生物基产业最直接且高效的降本途径碳源是生物基产业最直接且高效的降本途径。资料来源：中国高新材料科技学术网、光源资本、创业邦研究中心整理与石油基产品比较，成本高，性能有待突破与石油基产品比较，成本高，性能有待突破在支持性的政策环境下，对于大多数生物基产品（生物炼制路线）来说，从小试放大阶段到商业化阶段可能需要 10 年10 年的时间。目前仅有少数产品实现商业化。影响因素如下：技术路线和产品本身的经济性、兼容性（与对标的石化基产品相比，原有石化配套设施是否匹配生物技术路线，生物基产品性能是否匹配下游设备及需求等）转化技术类型和伙伴关系（上下游供应链整合）降本途径降本途径潜在降本空间潜在降本空间技术突破难度技术突破难度所需时间周期所需时间周期采用新型碳源碳源是生物基产品的最大成本构成，降本空间大 已有初步验证的技术方案，技术壁垒高碳源替代直接高效，可实现短期内快速降本缩短工艺流程通过提高生产效率、减少人工成本、设备投入等达到降本目的，降本空间较大技术突破难度大，需要拥有深厚的研发和工业化经验积累距离商业化仍需要经历工艺、设备、产品质量的多重验证，降本周期长提高转化率转化率存在理论瓶颈，降本空间有限技术突破难度大，依赖于菌株优化、催化剂选择的研发积索需要较长的研发周期，以及规模化生产阶段的打磨调整降低产线设备投入在规模化生产阶段没有持卖大幅降本的空间技术突破难度大，主要来自全新生产工艺的出现新建/重建产线设备并完成产能爬坡需要较长时间周期生物基产品正处于技术攻坚和商业化应用开拓的关键阶段，存在2大问题：生物基产品商业化周期长生物基产品商业化周期长低浓度产物高效提纯分离、生物基聚合物合成等技术尚未突破，产品性能有待提升。技术突破技术突破成本优化成本优化当前生物基材料成本普遍高出同类石油基产品1倍以上，存在市场替代优势弱、推广应用难的问题（市场能接受的“绿色溢价”是有限的），成本降至与石油基材料持平（1万-2万元/吨），市场占有率才会有大幅提升。主要的降本增效途径主要的降本增效途径16上游：粮食作物为主要碳源，成本高、不可持续，亟待新碳源迭代目前生物基产品的原料90%来自于玉米等粮食作物90%来自于玉米等粮食作物，已形成了生物基乙醇、生物基乳酸等成熟度较高的产品链，与民争粮、与畜争饲问题突出。随着生物基产品正向大宗产品渗透，发展“不与民争粮”的生物质碳源平台，是实现中国农业和生物制造业可持续发展的重要前提。中国粮食全国均价图（2009.01-2023.01）中国粮食全国均价图（2009.01-2023.01）数据来源：全国粮油价格监控系统、“生意社”网站等公开资料、创业邦研究中心整理品类品类价格（元/每吨）价格（元/每吨）粮食原料小麦2740-3160玉米2760-3010谷类2720-2930大豆5580-6600油菜籽6080-6910加工原料工业葡萄糖2000-4000玉米淀粉3000-3650蓖麻油15000-19000常见粮食原料价格（2022.06-2023.05）常见粮食原料价格（2022.06-2023.05）生物炼制路线需要消耗大量粮食和能源，往往需要先将原料转化为糖平台，再进一步转化为其他高附加值产品；碳源的成本占比高，是影响产品价格的核心因素。生物发酵中培养基成本占38%-72%38%-72%，有机碳源有机碳源通常是发酵成本中的主要组成。如：PHA、PLA 的生产中，葡萄糖或淀粉占总成本50%；丁二酸的生产中，糖的成本占比近40%。以酿酒酵母生产燃料乙醇为例，乙醇成本约7000-8000元/吨，处于基本不盈利甚至亏损的状态。从投入产出的经济角度看，仅有维生素E、维生素C、PHA、尼龙等高价值产品才有盈利能力。粮食作物、淀粉为原料糖类：葡萄糖等微生物发酵生物基单体/平台化合物生物基高分子材料化学/生物合成生物炼制路线环节长，碳源成本高生物炼制路线环节长，碳源成本高粮食原料价格偏高、不可持续粮食原料价格偏高、不可持续中国是全球生物发酵第一大国，生物发酵原料消耗粮食近5000万吨近5000万吨。粮食的价格体系无法支撑生物基产品的大规模低成本生产。寻求低价的原料替代方案将是生物基产品最为直接的降本方式上游：生物质原料上游：生物质原料17非粮碳源成为重要发展方向 全球范围内都在寻求可规模化应用于生物基产业的新型碳源，包括生物废弃物（如农作物秸秆、甘蔗渣、城市有机垃圾）、工业废弃物（如工业尾气、废塑料、废弃木头）、非粮作物（如木薯、海滨锦葵、麻风树等）等。从应用成熟度来看，大部分新型碳源仍在实验室或小试阶段实验室或小试阶段，当前较为成熟的、已有商业化验证的技术路线主要是秸秆纤维素秸秆纤维素和合成气合成气。木薯等非粮能源作物秸秆、灌木林等木质纤维素废弃油脂、生活垃圾等优势优势 木薯等非粮作物木薯等非粮作物：木薯价格比玉米淀粉高，正在开发降低成本的技术；其他油料和能源作物正在探索中。废弃油脂废弃油脂：在水中溶解度低，会降低产品纯度，更多用于制备生物柴油、生物乙醇生物柴油、生物乙醇；生活垃圾生活垃圾：需要去掉气味，特种菌种开发。以非粮生物质为原料以无机碳源为原料以非粮生物质为原料以无机碳源为原料碳捕捉利用CO2等合成气微藻类光合作用以粮食作物、淀粉为原料以粮食作物、淀粉为原料原料储量大，中国年产农业废弃物9.6亿吨、林业废弃物3.5亿吨，废弃油脂1276万吨。存在问题和利用方向存在问题和利用方向 合成气合成气：特种菌种开发、光合机制理解待深入，处于可研阶段，效率和经济性不高；微藻固碳微藻固碳：存在效率低、能耗高、污染问题，需筛选合适的藻株、调控代谢通路、优化培养条件及反应器、优化下游处理(如采收、提取及纯化)等有望降低成本。存在问题和利用方向存在问题和利用方向优势优势 数据显示，截至2020年，全球正在运行的碳捕获大型示范项目有26个，每年可捕集封存二氧化碳约4000万吨。微藻生长周期短，理论光合效率更高，将碳转化为藻细胞中的蛋白和糖类脂质等，在固碳的同时可提供电能，释放氧气。图片来源：公开资料、创业邦研究中心整理上游：生物质原料上游：生物质原料18新型碳源1：纤维素等天然高分子原料，处于工业化初级阶段纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上，木材、麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等，都是纤维素的丰富来源。以秸秆纤维等农业废弃物为主要原料，避免了“与民争粮”等问题。但由于秸秆、木浆纤维等利用难度较大，目前处于工业化初级阶段。据测算，世界现存的纤维素量高达万亿吨，每年新生成的纤维素为1000亿1500亿吨。如秸秆8.65亿吨/年8.65亿吨/年 玉米不足3亿吨/年3亿吨/年；85%的秸秆资源可收集利用，即7亿吨可规模化生产。储量十分丰富储量十分丰富秸秆的回收价格约300-500元/吨，远低于玉米价格（近3000元/吨）。原料价格低廉原料价格低廉玉米：淀粉（55-70%，多糖）、水（10-20%）和油脂（3-8%）组成；秸秆：含糖约65%，纤维素（30-40%，多糖）、半纤维素（15-20%，多糖）和木质素（30-40%）组成。与粮食作物含糖量相当与粮食作物含糖量相当秸秆高值化利用和资源化利用是我国2030年碳达峰行动方案中的重要内容。国家政策支持国家政策支持天然纤维素地球上最丰富的天然高分子、减碳负碳天然纤维素地球上最丰富的天然高分子、减碳负碳纤维素具有生物降解性和生物相容性，是开发可降解生物医学或食品包装材料的理想前驱体；在利用过程中可能达到温室气体的零排放。生物相容性好、环保减碳生物相容性好、环保减碳行业利用难点行业利用难点不溶、不熔、难加工传统粘胶工艺：高能耗、高污染不溶、不熔、难加工传统粘胶工艺：高能耗、高污染 上游原料：秸秆收储运规模化困难，宜逐产地建厂、标准化采收保存；纤维素直接利用：纤维提取纯化、加工和改性，开发难度大；秸秆糖化发酵利用：纤维提取、水解糖化（高效酶工程和工业菌种开发，除去糠醛等抑制物，下游糖利用适配度）以及其他副产物处理（木质素等利用），适配的工艺流程开发；需要较强的提取分离或再加工提取分离或再加工技术，有效降低成本并实现各种成分一体化利用有效降低成本并实现各种成分一体化利用！受分离技术、加工工艺、制备成本等方面的制约，离规模工业应用还有一定距离。资料来源：Value-Chain of Biofuels等公开资料、创业邦研究中心整理纤维素结构极强的氢键网络结构上游：生物质原料上游：生物质原料19应用前景丰富，众多企业积极探索，推进规模化量产过程天然纤维素制备的生物油、有机酸、糖类、多元醇等可用于食品、药品、助剂等用途。众多企业积极探索，推进秸秆等纤维素规模化量产过程众多企业积极探索，推进秸秆等纤维素规模化量产过程 圣泉集团圣泉集团：在大庆的100万吨生物质精炼一体化项目（一期）正在调试中，规划每年在当地收购生物质秸秆50万吨；丰原集团丰原集团：1.5万吨/年秸秆制糖联产黄腐酸有机肥示范生产线全线贯通；凯赛生物凯赛生物：在推进1万吨秸秆制乳酸项目；聚维元创聚维元创：实现优于粮食碳源的秸秆基生物合成，丁二酸实现规模量产；循原科技循原科技：利用秸秆等非粮生物质为原料，生产工业