1、The Current Situation and High Quality Development Path of Biobased Materials in China我国生物基材料发展现状及高质量发展路径王成龙材料化工处石油和化学工业规划院1.生物基材料概述2.国内外生物基材料发展趋势3.生物基材料重点领域发展现状4.生物基材料高质量发展路径5.建议主要内容石油和化学工业规划院生物基材料概述石油和化学工业规划院 生物基材料是指以可再生的生物质为原料，或经由生物合成、生物加工、生物炼制等过程生产的产品，可以分为生物基化学品、生物基树脂、生物基化学纤维、生物基橡胶、生物基涂料、生物基助剂、生
2、物基复合材料等等（GB/T39514-2020）。生物基材料概述 高质量发展意义：生物基高分子材料可降低3050石油的消耗，有助于在一定程度上减轻对化石资源的依赖；生物基材料能够缩短生物质转化过程，形成生物碳循环的完整闭环，减少碳排放；有利于减少环境污染（生产过程的污染物排放、面源污染、一次性塑料制品污染等）；促进秸秆、纤维素等农林废弃物的高值化利用，助力乡村振兴。原料产品工艺环境友好性、生物相容性、低毒性、部分产品可降解常压常温下即可正常作业，工艺更绿色低碳淀粉、蔗糖、木质纤维素、植物油等生物质原料可再生石油和化学工业规划院国内外生物基材料发展趋势石油和化学工业规划院 近年来，为应对全球气候
3、变化和“白色污染”，世界各国积极推动生物基材料产业发展，巴斯夫、杜邦、科思创等国际化工巨头纷纷加大布局该领域。根据欧洲生物塑料公司与nova研究所合作汇编的最新市场数据，全球生物基塑料生产能力将从2022年的220万吨增加到2027年的630万吨，年均增速达到23%。目前，国内生物基材料已形成以有机酸及醇等传统产品为基础，聚乳酸、生物基尼龙等新材料为牵引，其他多种生物基材料快速发展的产业格局，现有产能约1100万吨（不含生物燃料），产量约700万吨，产值超过1500亿元。生物基材料发展趋势石油和化学工业规划院生物基材料发展趋势 美国、欧盟、日本、中国等国家均制定了一系列推动生物基材料、生物经济
4、高质量发展的政策文件。未来预测：据经合组织（OECD）预测，未来10年至少有20%以上的石化产品可由生物基产品替代。据欧盟工业生物技术远景规划预测，到2030年，612%的化工原料和3060%的精细化学品将由生物基制得。发展方向：种类：大宗产品及高附加值产品种类较少，寻找和开发更多的生物基材料，如聚烯烃、环氧树脂等。原料：目前生物基材料主要以粮食为原料，转为非粮生物质为原料来生产，如农作物秸秆及剩余物等。应用：下游应用仍然制约较多，将生物基材料应用于更多领域，如医用植入材料、工程结构材料等。再生：生物基材料更高效的回收利用，如生物处理、热解、单体回收等。美国关于推进生物技术和生物制造创新以实现
5、可持续、安全和有保障的美国生物经济的行政命令美国生物技术和生物制造的明确目标欧盟欧洲可持续发展生物经济：加强经济、社会和环境之间的联系工业生物技术远景规划日本生物战略2019生物制造革命推进事业研究开发计划德国国际研究战略：生物经济2030中国“十四五”生物经济发展规划加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案关于公示生物柴油推广应用试点的通知石油和化学工业规划院生物基材料重点领域发展现状生物基材料生物基化学品生物基树脂生物基橡胶生物燃料有机酸、氨基酸、基础化学品、平台化合物PLA、PA、PHA、PEF天然橡胶、衣康酸酯橡胶生物柴油、生物航煤石油和化学工业规划院生物基化学品 以玉米、植物油、木薯、
6、甘蔗、秸秆等生物质为原料，通过生物合成等方法可转化成一系列生物基化学品；从全球范围来看，目前生物基化学品已经形成了庞大的产品体系，从C1至C12化合物分类并排序，目前在研和已投入商业化的产品类型已有数十种。甲烷、甲醇、甲醛、甲酸乙醇、乙烯、环氧乙烷、乙二醇、乙酸、草酸丙烷、丙烯、正/异丙醇、丙酮、1,3-丙二醇、甘油、环氧氯丙烷、乳酸、丙烯酸、3-羟基丙酸、丙二酸正/异丁醇、异丁烯、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、丁酸、丁烯醛、苹果酸、丁二酸异戊二烯、戊二胺、甲基丙烯酸甲酯、乳酸乙酯、乙酰丙酸、乙醇酸甲酯、糠醛、衣康酸、谷氨酸己内酰胺、赖氨酸、苯胺、山梨糖醇、异山梨醇、己二
7、酸、5-羟甲基糠醛、葡萄糖二酸、柠檬酸五亚甲基二异氰酸酯对二甲苯、对苯二甲酸壬二酸、壬酸十一碳二酸癸二酸12-氨基十二烷酸、十二碳二酸C12C10C8C11C9C4C6C2C7C3C5C1玉米、甘蔗、木薯、植物油、秸秆等生物质原料石油和化学工业规划院生物基化学品-有机酸 有机酸作为一类重要的生物发酵大宗产品，广泛应用于食品、医药、化工等领域。目前，柠檬酸、乳酸、丙酮酸、衣康酸、葡萄糖酸、苹果酸、富马酸、维生素C等20多种有机酸已经实现微生物发酵法的规模化生产。目前，合成生物学的发展为工业菌种的进一步改造与优化提供了重要机遇，新的代谢途径设计、高效的关键酶筛选以及精细的途径调控，对构建高效高产工
8、程菌都十分关键。例如，凯赛生物利用合成生物学相关技术，不断开发新的菌种、新的发酵原料、新的产品种类等，提高生物转化率、降低杂质含量等，积极推动生物法长链二元酸对化学法的替代。现已形成11.5万吨长链二元酸产能，成为全球长链二元酸的主导供应商，全球市场份额超过80%。我国是全球最大柠檬酸生产国，2023年产能240万吨/年、产量158万吨，年产量接近全球的70%，产品出口量占比超过80%。柠檬酸 我国是全球最大乳酸消费国，也是最大的乳酸出口国，2023年我国乳酸产能约85万吨/年，产能占全球的60%左右。乳酸 我国是全球最大的维生素C生产国和出口国，全球总产能约25万吨/年，国内占比95%以上，
9、对全球市场形成垄断地位。维生素C 我国已成为全球衣康酸主要生产与出口国，目前我国衣康酸年产能在10万吨左右，产能领先全球。衣康酸石油和化学工业规划院生物基化学品-氨基酸 氨基酸也是一类重要的生物发酵大宗产品，对人和动物的生理功能和代谢具有重要作用，氨基酸及其衍生物的产品种类已经多达1000余种，广泛应用于食品、药品、保健品、化妆品、饲料、农药等领域。我国是全球最大的氨基酸生产国和出口国，其中：谷氨酸（钠）2023年出口量占产量的比重约32%；赖氨酸2023年的出口占比达到35%；苏氨酸的出口占比高达68%。近年来，合成生物学技术被广泛应用于氨基酸生物制造过程，不仅提升了部分传统氨基酸的生产水平
10、，也促进了一些新品种的合成能力和生产规模的快速发展。通过代谢途径的设计改造、基因表达精确调控等等，创制新型的高效高产微生物菌种，提高氨基酸生产的产量、转化率和生产速率，从而显著提升其生产水平。例如，华恒生物将嗜热脂肪地芽孢杆菌染色体上的L-丙氨酸脱氢酶基因引入大肠杆菌，并敲除大肠杆菌染色体的其他产物酶基因和丙氨酸消旋酶基因，得到高产L-丙氨酸的大肠杆菌，并以此构建了全球领先的L-丙氨酸厌氧发酵生产工艺，实现了由重污染化学合成法转向生物发酵法的技术变革，产品全球市场占有率超过70%。石油和化学工业规划院生物基化学品-基础化学品 生物乙醇(Et)：目前可分为：第1代（以玉米、小麦等淀粉类为原料）、
11、第1.5代（以甘蔗、甜高粱等糖类为原料）、第2代（以秸秆等纤维素为原料）。全球以第1代和第1.5代为主，我国玉米发酵占64%，木薯发酵占21%。美国玉米种植成本相较国内低40%、巴西甘蔗生产成本较国内低60%；并且其下游乙醇汽油的发展均较好。工艺路线产能（万吨/年）占比单耗（单吨乙醇）玉米发酵法119064%3吨玉米木薯发酵法38321%2.8吨木薯干糖蜜发酵法34.62%4.7吨糖蜜醋酸加氢法及其他248.413%国内产能合计1856美国玉米乙醇产量约4600万吨，全球占比约50%巴西甘蔗乙醇产量约2400万吨，全球占比约1/3公司名称建设地点产能规模主要原料备注杜邦公司美国爱荷华州9万吨/
12、年玉米秸秆、玉米芯关停POET-DSM公司美国爱荷华州7.5万吨/年玉米秸秆、玉米芯运行Abengoa公司美国堪萨斯州7.5万吨/年玉米秸秆、玉米芯关停GranBio公司巴西阿拉戈斯州6.5万吨/年蔗叶、蔗梢关停Raizen公司巴西圣保罗州3万吨/年蔗渣、蔗叶运行BetaRenewables公司意大利Crescentino6万吨/年小麦秸秆、芦竹、蔗渣关停Clariant公司罗马尼亚5万吨/年小麦秸秆、玉米秸秆关停国投生物黑龙江海伦3万吨/年玉米秸秆（15万吨）运行 我国生物乙醇产品本身竞争力较弱：玉米发酵乙醇常年处于盈亏平衡边缘（毛利300元）；纤维素乙醇的发展起步较晚，目前与国外差距仍然较
13、大，核心的酶与工程菌种仍主要依靠进口。虽然纤维素乙醇的秸秆成本便宜，但其酶制剂、原料收储与预处理、污水处理等方面成本增加了，综合成本略有上升。石油和化学工业规划院生物基化学品-基础化学品 1,3-丙二醇(PDO)：一种非常重要的化学品，已广泛应用于医药、化妆品以及聚合物等领域，其中约80%用于生产特种聚酯聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT），发展前景广阔。目前工业上以生物发酵法为主，甘油发酵法与葡萄糖转化法并存。生物法最初是由美国杜邦公司利用工程菌发明的工艺，并基于此形成了高度垄断。国内直到2013年之后，清华大学和美景荣化学合作开发，才实现PDO的规模化生产。企业产能（万吨/年）技术路径备注荷兰壳
14、牌7.2环氧乙烷法美国杜邦8糖法工艺于2022年6月被华峰集团收购生物基PDO和PTT业务张家港美景荣化学1.5甘油工艺苏州苏震生物2.0甘油工艺隶属于东方盛虹公司广东清大智兴1.2甘油工艺2.0糖法工艺华恒生物赤峰5.0糖法工艺合计26.9葡萄糖甘油丙烯醛环氧乙烷1,3-丙二醇（PDO）PTT聚酯日用化学品医药中间体其他聚酯、防冻液等合成纤维、工程塑料原料：化石资源，不可再生反应过程：多步反应，高温 高压反应产物：收率80%纯度90%经济性：催化剂昂贵；副产物多，分离成本高原料：生物资源，可再生反应过程：室温常压，绿色环保反应产物：产物单一浓度80g/L经济性：投资更低，成本优势更突出石油和
15、化学工业规划院生物基化学品-基础化学品 1,4-丁二醇(BDO)：一种重要的化工原料，可生产PTMEG、PBT、-丁内酯、聚酯多元醇等多种产品，广泛应用于工程塑料、可降解材料、新能源、氨纶、聚氨酯等领域。目前仍以传统的化学工艺为主，生物法产能占比较低，其中，糖类物质经微生物发酵转化为BDO，最早由美国生物技术公司 Genomatica 开发。糖糖丁二酸BDOBDO发酵催化加氢发酵两步法（丁二酸转化合成法）一步法（直接发酵法）企业产能（万吨/年）技术路径备注美国Genomatica2一步法与DuPont Tate&Lyle Bio Products公司合作建设德国 BASF3一步法采用 Geno
16、matica 专利技术意大利 Novamont3一步法采用 Genomatica 专利技术美国Qore6.5(在建)一步法美国Cargill与德国 Helm合资，采用 Genomatica 专利技术日本三井公司2.2两步法与BioAmber合作元利科技2两步法兰典科技2两步法采用中科院专利技术金发科技1(在建)两步法合计21.7生物法路线合成 BDO 反应条件温和、原料来源丰富，在绿色环保和节能减排方面优势明显，前景广阔；一步法的高效高产工程菌种的开发；产品成本和质量的控制、原料的保障。石油和化学工业规划院生物基化学品-平台化合物 丁二酸(SA)：一种重要的碳四平台化合物，可用于制备表面活性剂
17、、离子螯合剂、医药中间体和食品添加剂等多种产品，尤其是以丁二酸为前体合成可降解材料PBS，具有巨大的潜在市场需求量。序号公司名称建设地点产能（万吨/年）1BioAmber法国0.42BioAmber/Mitsui加拿大33Myriant美国1.44Reverdia意大利15Succinity GmbH西班牙16山东兰典山东37华恒生物内蒙5生物发酵法产能合计14.8 目前工业化应用的丁二酸生产技术主要有三种：电化学法：电耗大、电极腐蚀严重、离子膜易破损、电解槽维护检修困难、生产规模受限（目前国内单套规模最大为1万吨/年）;催化加氢法：操作条件严苛、催化剂价格高；生物发酵法：发酵效率低、分离提纯
18、工艺复杂、废水量大，整体成本仍较高。未来发展重点：充分利用代谢工程、基因组重排等技术，改造选育优良工程菌株，提高菌株产丁二酸的能力；强化发酵过程中相关控制因素，如pH、CO2和H2浓度等的优化控制；综合经济成本、高回收率和纯度三方面因素，优化丁二酸分离回收工艺技术。石油和化学工业规划院生物基化学品-平台化合物 5-羟甲基糠醛(HMF)：唯一带有芳香环的平台化合物，具备良好的化学反应活性，可以制备出FDCA、THFDM、BAMF、DFF等上千种衍生物，进而合成上万种终端产品，广泛应用于聚酯、塑料、专用化学品、芳纶、纤维等领域。其中，2,5-呋喃二甲酸（FDCA）作为目前呋喃生物基材料应用前景最明
19、确的单体，其与乙二醇的聚合物PEF，有望在纤维、薄膜及包装材料等领域取代石油基的PET，具有巨大的发展潜力。公司工艺路线规模荷兰AvantiumHMF 一步法在建5000吨/年美国DupontHMF 一步法瑞士AVA BiochemHMF 两步法计划3万吨/年美国EastmanHMF 两步法美国Origin MaterialsHMF 两步法意大利NovamontHMF 两步法浙江中科国生HMF 两步法千吨级中试浙江糖能科技HMF 两步法千吨级中试宁波华呋新材料HMF 两步法百吨级中试江苏赛瑞克己糖二酸路线25吨中试安徽利夫生物HMF 两步法千吨级中试河南拜奥迈斯HMF 两步法50吨中试国内外F
20、DCA代表企业己糖二酸路线糠醛路线HMF路线HMF的制备多以六碳糖为原料，在催化剂的作用下经过解聚、异构化、脱水等反应过程所得。耗能高、产率低限制了规模化生产。向着工艺简单化、反应高效化、环境友好型改进。FDCA的制备以HMF路线为主。重点开发非贵金属催化剂，无有机溶剂，高活性、高选择性的生产工艺。产品成本控制，产品纯度达到聚合级。石油和化学工业规划院 全球产能约85万吨/年，主要集中在中国、美国、泰国，国内产能约55万吨，占比约65%。安徽丰原、美国Nature Works、荷兰TCP产能位居前三。目前存在的主要问题是产品生产成本仍然较高，国内下游消费不及预期，行业整体开工率低至25%，在医
21、用等高附加值领域仍依赖进口。PLA是以玉米、秸秆等可再生资源提取的淀粉为原料，经糖化得到葡萄糖，由葡萄糖通过发酵制成高纯度乳酸，再进一步聚合而成，在塑料制品、纺织纤维及工程塑料等领域具有广泛的用途。主要聚合工艺包括一步法（也叫直接缩聚法）和两步法（也叫开环聚合法），工业上采用的主要是两步法，产业链技术难点在于丙交酯的合成和纯化。生物基树脂-聚乳酸(PLA)石油和化学工业规划院油路线：常采用蓖麻油、油酸、亚油酸等可再生的天然油脂，经过酯交换、高温裂解等一系列的化学反应，制备出PA单体。通过油脂制备的PA单体主要十一氨基酸、癸二酸、壬二酸等。生物基PA产业近年发展迅速，生物基PA的研究与制备最初由
22、外资企业引领。国内龙头企业借助统一大市场的规模化优势，在技术研究和产能规模上都取得了突破。糖路线：主要是通过微生物技术将葡萄糖、纤维素、淀粉等可再生的糖类物质进行发酵合成PA单体，如戊二胺、己二酸等。蓖麻油蓖麻油大豆油或动物油脂大豆油或动物油脂蓖麻油蓖麻油蓖麻油酸甲酯蓖麻油酸甲酯10-十一烯酸甲酯10-十一烯酸甲酯10-十一烯酸10-十一烯酸11-溴代十一酸11-溴代十一酸十一氨基酸十一氨基酸PA11PA11甲醇酯交换甲醇酯交换高温裂解高温裂解皂化/中和皂化/中和蓖麻油酸蓖麻油酸NaOH皂化NaOH皂化癸二酸癸二酸NaOH裂解NaOH裂解PA1010/PA410/PA610PA1010/PA4
23、10/PA610油酸油酸皂化皂化壬二酸壬二酸O O3 3氧化、氧化裂解氧化、氧化裂解PA69PA69玉米秸秆等生物质玉米秸秆等生物质谷氨酸谷氨酸赖氨酸赖氨酸葡萄糖二酸葡萄糖二酸儿茶酚儿茶酚葡萄糖葡萄糖水解水解催化氧化催化氧化发酵发酵大肠杆菌催化大肠杆菌催化氨基丁酸氨基丁酸己内酰胺己内酰胺戊二胺戊二胺黏糠酸黏糠酸己二酸己二酸脱水脱水脱羧脱羧谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶催化加氢催化加氢加氧脱氢加氧脱氢PA4PA4PA6PA6PA56PA56PA66PA66生物基树脂-尼龙(PA)石油和化学工业规划院 与石油基的PA6和PA66相比：生物基PA（如PA11和PA1010）具有更长的烷基链，比PA6和PA
24、66的熔点低30-60，更长的烷基链使得生物基尼龙吸水率更低（一般在0.1%-0.4%），冲击强度比PA6和PA66高50%，具有更好的韧性；但是拉伸强度、拉伸弹性模量、耐高温等性能不如PA6和PA66。在可降解方面，PA4在土壤、海水及生物体内均可自然降解，是目前唯一 一种生物基可降解尼龙。生物基PA现有拟在建产能百万吨，产能规模正逐步释放。全球对生物基PA产品的需求呈大幅增长趋势，预计未来五年其需求增速将达到30%左右。生物基树脂-尼龙(PA)帝斯曼巴斯夫兰蒂奇索尔维PA11PA1010PA1010PA 610PA12PA410PA4TPA610PA11PA610PA612PA10凯赛生物
25、伊品生物PA56 10万吨/年生物基尼龙盐2万吨/年阿科玛杜邦艾曼斯赢创国外生物基PA代表性企业企业国内生物基PA代表性企业企业石油和化学工业规划院 PHA发展阶段较短，处于产业化初期，未来发展前景广阔：PHA加工温度不好控制（5-10加工窗口）、结晶速度慢，大规模应用还存在一定限制；全球产能约3.8万吨/年，主要集中在中国、美国、日本、韩国、新加坡；国内产能约1.5万吨/年，供给量还较低，以出口为主，拟在建产能数十万吨；目前PHA市场价格在5万元/吨左右，大约是普通聚烯烃的5-10倍，是其他生物基树脂的2-3倍。序号地区企业名称产能（万吨/年）1美国Danimer公司12日本Kaneka公司
26、0.53韩国CJ BIO公司0.54新加坡RWDC公司0.55德国Biomers公司0.16中国深圳意可曼0.57中国蓝晶微生物0.58中国宁波天安0.29中国微构工厂0.110中国麦得发生物0.111中国中粮科技0.1合计4.1深红红螺菌糖PHB食油假单胞菌中链烷、醇及酸PHAs一株产碱杆菌长链偶碳数脂肪酸PHB铜绿假单胞菌糖PHA真养产碱杆菌及多数细菌糖PHB真养产碱杆菌糖+丙酸PHBV特性领域具体场景生物降解性气体阻隔性包装材料购物袋、一次性餐盒、药品包装等水解性生物降解性农业农地膜、堆肥袋、农药缓释载体等生物相容性无毒无排斥医学缝线、骨科针、支架、伤口敷料等生物降解性生物相容性工业尿不
27、湿、化妆品容器、装修材料等生物基树脂-聚羟基脂肪酸酯(PHA)PHA是细菌在生长条件不平衡时产生的代谢产物，其生理功能是作为体内的碳源和能量储存物质。迄今为止已经发现了超过150种PHA单体，已产业化的有四代产品（PHB、PHBV、PHBHHx、P34HB），但实际得到规模化生产的只有几种。石油和化学工业规划院 目前，PEF的开发主要集中在德国、荷兰、美国、日本和中国。如，荷兰Avantium计划实施10万吨PEF产业化、中科国生与万凯新材联合实现了PEF的全球首次吨级试产等。PEF的工业化生产和应用取决于其在合成技术、结构、性能和改性研究等方面的突破：原材料FDCA主要由贵金属催化剂制取，成
28、本较高，亟需进一步开发低成本催化剂；目前合成的PEF相对分子质量偏低，亟需加大在提升选择性、抑制副反应、提高PEF相对分子质量等方面的研究；由于PEF在自然环境中难以降解且产品脆性大，亟需开发更多的聚酯改性方法。性能PEFPET氧气阻隔性6-10 x1xCO2 阻隔性4-6x1x水汽阻隔性2x1x玻璃化温度（）8674熔点（）235265屈服强度（MPa）90-10050-60弹性模量（GPa）3.1-3.32.1-2.2密度（g/cm3）1.431.36温室气体排放0.45-0.55x1x生物基树脂-聚呋喃二甲酸乙二酯(PEF)PEF是基于FDCA和乙二醇(MEG)合成的，是一种100%可回
29、收的生物基聚合物。具有更优异的力学性能、强度性能、耐热性和气体阻隔性，能够减少对油气资源的依赖并降低温室气体的排放，有望在纤维、薄膜及包装材料等领域取代石油基的PET，具有巨大的发展潜力。石油和化学工业规划院天然橡胶是应用最广的通用橡胶，通常指从巴西橡胶树上采集的天然胶乳，经过加工制成的弹性固状物。下游消费领域包括轮胎、乳胶制品、胶管胶带、胶鞋、力车胎及其他橡胶制品，其中70%用于轮胎制造。生物基橡胶-天然橡胶（三叶橡胶）发展趋势：从树龄结构和种植面积来看，国内天然橡胶产量将长时间保持相对稳定；未来天然橡胶消费量仍将保持高位，整体上将长时间依赖进口。天然橡胶可被异戊橡胶和杜仲胶部分替代：天然橡
30、胶国内供应不足，对外依存度超过80%：国内适宜种植区域少，受气候和季节影响大，生产易波动；2023年进口649万吨，进口均价9500元/吨，主要来源于泰国、越南、马来西亚、科特迪瓦。产品主要成分特性天然橡胶具有应变诱导结晶特性、高弹性、高强度、优异的绝缘性能和耐磨性能，但对光、热、臭氧、辐射、重金属等抵抗作用弱，不耐老化。异戊橡胶与天然橡胶的主要成分一致，但拉伸强度、撕裂性能等明显低于天然橡胶。主要生产企业包括抚顺伊科思、燕山石化、山东神驰石化等。杜仲胶与天然橡胶的主要成分是同分异构体，具有橡塑二重性，室温下表现为硬塑料，在橡胶领域应用受限，需硫化后使用；主要生产企业包括青岛竣翔（合成TPI）
31、、山东贝隆、安康汉阴等。顺式聚异戊二烯反式聚异戊二烯石油和化学工业规划院 工业化进程：5000吨/年官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡胶生产线;北京化工大学、山东京博中聚新材料、山东玲珑轮胎股份；产品结构设计与合成工艺居国际领先水平；已产出首批生物基衣康酸酯橡胶子午线轮胎。生物基衣康酸酯橡胶是一种工业化较为成熟的生物基聚酯橡胶，以生物基衣康酸酯为主要单体合成。自主知识产权：官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡胶是国内原创的合成橡胶品种；结构性能调控能力强：与二烯烃的共聚比可调节、侧基长度可调节、通过共聚进行官能化修饰；绿色低碳：每吨官能化生物基衣康酸酯-丁二烯橡胶比传统石油基合成橡胶减少碳排放1.44吨
32、。生物基橡胶-衣康酸酯橡胶衣康酸酯-异戊二烯橡胶衣康酸酯-丁二烯橡胶 未来发展方向：提升产品性能，引入多官能团赋予其多功能性；降低生产成本，提高生产效率，扩大生产规模；扩大市场推广，开发应用技术并开展应用评价。橡胶制品衣康酸酯橡胶SSBR2466ESBR1502拉伸强度（MPa）18.90.319.20.6 24.30.1断裂伸长率（%）3876300%定伸强度(Mpa)14.60.415.80.68.50.5硬度(Shore A)646365玻璃化转变温度()-25.9-19.2-34.5tan（0）0.4630.3680.225tan（60）0.0880.0830.1
33、3石油和化学工业规划院生物燃料-生物柴油 生物柴油目前有两代品种：第一代：酯基生物柴油，采用酯交换法，技术发展成熟，是目前国际主流品种；第二代：烃基生物柴油，采用氢化衍生法，冷凝点更低，且可以与传统化石柴油任意比例掺混，但生产技术难度大，生产成本高。欧盟以菜籽油为主要原料，美洲用大豆油，东南亚用棕榈油，国内主要用废油脂。欧盟2023年产量1426万吨。优势：具有较好的环保性能、发动机启动性能和燃料性能，且其原料来源广泛，具有可再生等特性。挑战：成本较高，原料来源不稳定。萃取植物油脂、动物油以及废弃油脂或微生物油脂等原料生物柴油酯交换反应应用于工业燃料、交通燃料、环保增塑剂、表面活性剂等应用生物
34、柴油不同原料及占比生物柴油不同工艺及占比生物柴油产能分布生物柴油消费分布国内主要企业产能（万吨/年）备注卓越新能50国内龙头企业，出口为主，国内为辅海新能科40主要销售至国内华东、东北、华北等地区，部分出口嘉澳环保30国内市场为主河北金谷25出口到欧洲，供应国内华北地区唐山金利海16出口到欧洲其他293国内市场为主合计4542023年产量214万吨，出口195万吨生物柴油产业链示意图石油和化学工业规划院生物燃料-生物航煤 生物航煤是餐饮废油、动植物油脂、农林废弃物等生物质通过加氢异构化或生物质气化-费托等技术制备得到。优势：绿色、清洁、低碳、可再生；挑战：生产技术难度大、成本较高、原料供应相对
35、紧张；建议：保证原料供应、出台产业支持政策等。餐饮废油、动植物油脂、农林废弃物等生物质生物航煤加氢异构化技术或生物质气化-费托技术航空燃料应用不同原料关键中间体技术及成熟度代表性企业废弃油脂或油料作物脂类油制航煤；规模化生产霍尼韦尔、道达尔、壳牌、美国World Energy、镇海炼化、君恒实业甘蔗、玉米等可转化为醇类的原料乙醇、丁醇和异丁醇醇制航煤；小规模商业示范美国Gevo、Axens、美国LanzaJet、霍尼韦尔农林废物、城市固废、种植纤维素等合成气气制航煤；小规模商业示范美国Fulcrum Bioenergy、庄信万丰甘蔗、甜菜、玉米等生物质糖碳氢化合物糖制航煤；小规模商业示范美国A
36、rmyris、Renewable Energy国内主要生产企业现有产能（万吨/年）规划产能（万吨/年）镇海炼化10/君恒实业620张家港易高-怡斯莱10/嘉澳环保0100东华能源0100金尚环保030国内产能合计26390（含其他）生物航煤产业链示意图 全球概况：中国：建成产能26万吨/年，规划产能390万吨/年。欧盟：现有道达尔、LaMde、纳斯特三家企业，合计产能约30万吨/年，未来仍将扩产并尝试新一代技术。预计2030年掺混比例达到6%。美国：2022年产量4.65万吨，规划产能约520万吨/年，预计2030年消费900万吨。日本：预计2030年生物航煤占比提升至10%。印尼：预计202
37、5年生物航煤占比提升至5%。石油和化学工业规划院生物基材料重质量发展路径生物基材料非粮原料的开发利用高效酶制剂及工程菌种开发高效分离纯化秸秆、玉米芯、木薯、甘蔗（半）纤维素酶制剂、混合糖菌种原位分离、集成分离、低成本石油和化学工业规划院非粮原料的开发利用-秸秆 秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称，主要包括稻草、小麦杆、玉米杆、棉杆、油料杆、豆类杆、薯类杆等。2022年我国秸秆理论资源量为9.77亿吨，可收集资源量约7.37亿吨，相对稳定。秸秆产量带有明显的区域性特点，华北区、东北区、长江中下游区合计占比超过70%，其中黑龙江、山东、河南位居前三。序号秸秆产量（万吨）省份备注16000黑龙江、
38、山东、河南合计占比超过70%23000-6000安徽、吉林、河北、内蒙古、四川、江苏、广西、新疆、湖南、湖北31000-3000辽宁、云南、江西、广东、山西、陕西、甘肃、贵州、重庆4100-1000浙江、福建、宁夏、天津、海南、青海5100上海、西藏、北京 秸秆中的纤维素分子利用氢键聚集在一起形成束状纤维，半纤维素与木质素在主干纤维之间充当交联剂，最终使秸秆维持管状形态并具有一定强度。纤维素 （30-40%）：是由葡萄糖组成的大分子多糖，通过纤维素酶分解成葡萄糖；半纤维素（15-30%）：是戊糖、己糖和多糖醛酸的缩合物，通过半纤维素酶将其分解成单糖或低聚糖；木质素 （15-20%）：是一类酚酸
39、多聚体混合物，结构复杂，难以被有效降解利用，酸碱及有机溶剂溶解提取利用。石油和化学工业规划院非粮原料的开发利用-秸秆 秸秆的“五化”利用，以原料化利用附加值最高，原料化利用价格约400-600元/吨，其他利用基本上低于300元/吨。2022年综合利用量在6.62亿吨左右，综合利用率90%左右，原料化利用占比不足1%，原料化主要利用方式有秸秆编制、秸秆造纸、秸秆板材加工、秸秆生物质塑料、秸秆有机化工等。发展建议：建立标准化的秸秆收储运一体化的原料供应体系；开发高效酶制剂和工业菌种（高转化率、解决碳阻遏、耐受工业环境）；建立酶制剂的就地生产系统，直接使用粗酶液，降低用酶成本；玉米利用和秸秆利用装置
40、共建，纤维素水解液与淀粉糖液共发酵；木质素的资源化利用，如发电、联产有机肥等。存在问题：原料来源不稳定和质量不高；预处理工艺复杂及收率低；酶制剂用量大、酶解成本高；高效工程菌种开发难。国投生物5吨秸秆/1吨乙醇,成本略高。秸秆生物质原料纤维素半纤维素木质素六碳糖(葡萄糖等)五碳糖(木糖等)乳酸乙醇 丰原集团3吨秸秆/1吨混合糖，发酵乳酸的成本有所下降。石油和化学工业规划院非粮原料的开发利用-玉米芯 玉米芯国内年产量基本保持在5500万吨左右，主要集中于东北地区（黑龙江、吉林、辽宁）与黄淮海地区（河北、山东、河南），合计占比超过60%，每年出口日韩数十万吨；玉米芯价格400元/吨左右。玉米芯中主
41、要成分为纤维素（32-36%）、半纤维素（35-40%）、木质素（约25%）以及少量的灰分。相比于秸秆，玉米芯中的半纤维素含量较高，糠醛路线发展成熟，10吨玉米芯生产1吨糠醛，糠醛下游衍生物丰富。目前国内糠醛产能80万吨左右，市场需求量约50万吨，已成为全球最大的糠醛生产和出口国。存在问题：企业众多、产能规模偏小，原料分散、运输半径有限。收率低、蒸汽量及能耗高、废水量大难处理、成本高。糠醛企业向下游产业链延伸少，与其他产业耦合低。废渣的综合利用不足。发展建议：产能优化整合、原料稳定可控。工艺技术优化和产业耦合联产、共发酵。下游产业链延伸，高附加值、低成本。废渣高值利用，发电、发酵产化学品、养蘑
42、菇。石油和化学工业规划院3-4吨鲜木薯/吨生物降解材料木薯淀粉乙醇下游衍生物、燃料乙醇有机酸、氨基酸、醇、酮等化妆品纺织药品化学品乙醇粘接剂、增量剂、崩解剂等润肤剂、乳化剂、增稠剂等上浆剂、增色剂等与PBS、PLA、PHA共混改性非粮原料的开发利用-木薯 木薯是一种富含碳水化合物的农作物，易于种植、资源丰富、淀粉含量高、杂质(脂肪、蛋白质和灰分)含量低、易发酵成乙醇、成本较低、用途广泛，和甘薯、马铃薯并称为全球三大薯类作物，产量排名位居第五，仅次于玉米、水稻、小麦和马铃薯，木薯干的淀粉含量最高达80%。发展建议：国内木薯种植面积的稳定、种植品种的更新换代；在东南亚投资建设木薯等经济作物基地和初
43、级加工设施；木薯加工过程的工艺优化，废液补料再发酵、废渣综合利用（热电联产、有机肥）；木薯乙醇下游的深加工和产业链延伸，高附加值的精细化学品。国别数量（万吨）金额（亿元）单价（元/吨）进口量占比泰国678.1165.4122076.0%越南176.250.2143019.7%老挝23.77.315402.7%印度尼西亚10.33.818401.2%柬埔寨4.01.315900.4%其他0.030.0111000.0%总计892.4228.01280100%目前全球木薯总产量约3.3亿吨：非洲地区占比64.7%，主要是以国内流转消化为主；其次是亚洲占比26.7%，其中泰国、越南是出口主力；我国木
44、薯进口总量约890万吨，合计消费量约1030万吨，进口依赖度86%。我国鲜木薯产量约480万吨，木薯干120万吨、木薯淀粉20万吨，70%的种植和产量来自广西。2023年我国木薯进口量情况石油和化学工业规划院非粮原料的开发利用-甘蔗 甘蔗是全球生物量最高的作物，也是全球最重要的糖料作物，甘蔗生产的食糖占世界的80%，占我国的90%。目前全球产量达19亿吨，美洲、亚洲是全球甘蔗生产的两个重要区域，分别占52.4%和40.2%。其中巴西、印度、中国、泰国是全球甘蔗生产大国，甘蔗收获面积均在100万公顷以上。目前我国甘蔗产量约1.1亿吨，广西、云南、广东分列前三，产量合计占比95%以上。国内白糖消费
45、量约为1500万吨，自给率约70%，约30%需要依靠进口，进口量500万吨左右。国内甘蔗种植“三低一高”（机械化程度低，良种更新慢，肥料利用率低，人工成本高），基础设施有待完善；我国甘蔗生产成本约为380元/吨，与巴西（145元/吨）、印度（155元/吨）和泰国（210元/吨）相比，缺乏竞争力；甘蔗溢价部分在精深加工业，国内甘蔗发酵下游产业链延伸不足，甘蔗副产品高值利用不足。发酵发酵酚醛树脂多孔活性炭石墨烯等23%-27%39%-45%占甘蔗总量 3%-4%占甘蔗总量 21%-23%占甘蔗总量2.5%-3%8吨/吨滤泥甘蔗蔗渣蔗糖燃料乙醇纤维素半纤维素木质素木质素产品木糖低聚糖糖蜜葡萄糖各类化
46、学品各类化学品有机肥、蔗蜡、蔗脂糖含量38%-50%19%-32%副产副产副产石油和化学工业规划院高效酶制剂及工程菌种开发 酶制剂是生物制造产业的核心“芯片”。纤维素酶和半纤维素酶的高效、成本是促进（半）纤维素生物转化进入商业化生产的关键环节。目前全球工业酶制剂呈现寡头垄断局面，诺维信和杜邦合计占据约70%的市场份额，德国AB公司和荷兰帝斯曼等企业也具有较强的市场竞争力。酶制剂行业技术壁垒高、研发成本和时间投入大，我国酶制剂产业和国际水平差距较大，属于技术短板。酶制剂开发流程示意全球主要（半）纤维素酶产品供应商企业微生物菌种企业微生物菌种维信诺里氏木霉（T.reesei）长枝木霉（T.long
47、ibrachiatum）黑曲霉（A.niger）Maps（印度）芽孢杆菌（Bacillus sp.）杜邦T.reeseiT.longibrachiatumSpecialty酶生物Bacillus sp.Dyadic嗜热毁丝霉（M.thermophila）帝斯曼埃默森罗萨氏菌（Rasamsonia emersonii）日本天野A.nigerCodexisM.thermophilaAB EnzymesT.reeseiT.longibrachiatum科莱恩T.reesei 发展建议：加快高效酶制剂自主创新开发。积极推动极端酶和新酶挖掘、高效制备重组表达系统构建、超高通量筛选、高效复配及工业应用。降
48、低酶制剂的使用成本。秸秆糖化过程中用酶成本达到（30%-50%），应通过开发更高性价比工艺技术、采用更廉价产酶基质等途径降低酶制剂成本。石油和化学工业规划院高效酶制剂及工程菌种开发 工程菌种是生物合成产业的竞争焦点和关键。虽然我国氨基酸、有机酸、维生素等产品产量占全球总产量的60%-80%，但菌种知识产权占比却低于5%。我国已规模化应用的菌种包括谷氨酸、赖氨酸、丙氨酸、丁二酸、乳酸、1,3-丙二醇、PHA、衣康酸等。菌种构建、改造、筛选和迭代是合成生物的核心关键技术：非粮原料特别是木质纤维素原料，需经过预处理及酶解释放纤维素的葡萄糖单体及半纤维素的五碳糖，然而预处理和酶水解过程中产生的抑制物会
49、对后续微生物发酵产生抑制作用。五碳糖和六碳糖共利用困难，是目前常用的工业菌株基本都面临的共性问题。直接发酵生产乙二醇、1,4-丁二醇、己二酸、3-羟基丙酸等产品的高效工程菌种仍然缺乏。发展建议：先进的基因编辑和表达调控技术 关键基因元件挖掘、代谢调控能力 代谢途径设计重构，理性设计人工生物体系 生物计算赋能工业菌种设计和创制 自动化基因克隆、基因组编辑等 流式细胞、液滴微流控、全基因组测序等高通量筛选技术 诸多非模式菌株具有理想细胞工厂所需特性，如性能稳定、耐受极端环境等 筛选独特优势的潜力菌株，如热纤梭菌、运动发酵单胞菌等 开发适应工业化的高鲁棒性细胞 开发耐抑制物、多糖同步利用的菌种 菌种
50、底盘适配发酵罐生物反应器1 合成生物技术2 非模式菌种开发3 高通量自动化菌种筛选4 工业化菌种开发工程菌种开发流程石油和化学工业规划院高效分离纯化 生物质预处理后，再经微生物发酵后得到的发酵液，还需经过分离纯化才能得到最终产品，分离纯化流程占据整个生产流程成本的30%左右。发酵液的一般特性：产物浓度低：属于稀水溶液系统；成分复杂：含有目的产物、微生物细胞碎片、其他代谢副产物、残留培养基、无机盐等，特别是产物类似物对目的产物的分离纯化影响很大；种类繁多：包括大、中、小分子、结构简单或复杂的有机化合物，以及结构复杂又性质各异的生物活性物质；产物稳定性低：对热、酸、碱、有机溶剂、酶、机械力等敏感，
51、不适宜条件下易失活或分解。（重）结晶 离子交换 色谱分离 膜分离加热调PH絮凝过滤离心膜分离匀浆法研磨法酶解法离心双水相膜分离细胞分离细胞破壁碎片分离提取精制成品制作预处理发酵液(胞内产物）沉淀吸附萃取超滤结晶浓缩干燥无菌过滤成型(胞外产物）分离纯化的基本过程石油和化学工业规划院高效分离纯化部分分离纯化技术优劣势序号分离纯化技术优势劣势1钙盐沉淀法工艺简单、可靠、稳定产品纯度较低，收率较低2膜分离法能耗较低，易于放大，能避免有毒的有机溶剂工艺过程复杂，膜污染严重3电渗析法产品纯度高，工艺污染低，可回收高附加值副产品膜污染严重，能耗较高，成本较高4离子交换树脂吸附工艺简单，污染少吸附能力低，重复
52、使用少5分子精馏纯度高，工艺可靠，污染少投入成本高，规模化相对困难6糖析萃取工艺经济，产品收率高溶剂对环境有毒，需要用其他工艺进行提纯7冷却结晶纯度高，工艺简单能耗较高 发展建议：原位分离是生物基材料高效分离纯化的趋势，通过在发酵过程中进行产物的原位分离，可减少产物对菌株的抑制，提高发酵产品产量，应重点发展；单一分离技术难以满足需求，通过多种分离技术集成，才能获得高收率、高纯度的化学品。未来分离流程将采用多种技术集成的绿色高效的分离技术，应积极探索集成技术强化分离过程，为大规模的生产奠定基础；结合对产物的质量要求、技术可行性、市场需求及价值等，平衡好收率、纯度、成本之间的关系，实现工艺的最优化
53、。技术关注重点：萃取法目前应用最为成熟，重点是萃取剂的筛选，以及绿色溶剂对有机溶剂的替代；膜分离法近年来发展迅速，重点是开发高效清洁工艺以降低膜污染，提高膜的重复使用次数，实现工业上低成本的高效分离；吸附分离工艺相对简单，重点是优化工艺提升吸附剂（如离子交换树脂）的吸附能力和重复使用次数；精馏和结晶在工业上应用成熟，重点是技术优化以降低能耗和污染。石油和化学工业规划院建议石油和化学工业规划院生物基材料发展建议高质量发展完善生物基材料各项标准和标识标签体系。加强科普宣传，引导绿色消费理念。推进产业链上下游“产学研用”协同对接。行业大力支持非粮原料利用、酶制剂及工程菌种开发。发挥生物基材料在碳交易中的积极作用。优化营商环境，严格执行塑料污染治理要求。政府技术改造降成本，提高企业盈利能力。提升产品质量，拓展下游应用。统筹兼顾大宗产品、传统产品、新材料产品的产业化攻关。企业石油和化学工业规划院欢迎交流讨论网址：http:/联系方式：邮箱：地址：北京市东城区和平里七区16号楼王成龙、高维圣、张颖超、王帅、杨浩仝石油和化学工业规划院
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