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院士观点丨谭天伟院士:绿色生物制造改变未来

2023-06-30   澎湃新闻   阅读量:158

    从上世纪40年代氨基酸的大规模发酵和生产,到用生物制造生产青蒿素,以及近几年合成生物技术的发展……如今生物制造已经成为利用生物技术把产品转为工业化的一种重要制造模式,也成为绿色发展的“突破口”。美国、欧盟、中国等全球主要经济体纷纷制定生物制造发展战略及行动计划,抢抓全球生物经济发展机遇。

    那么,究竟为什么要发展生物制造?生物制造对于绿色发展又有什么重要作用?我国生物技术重点发展方向在哪里?在近期召开的中国(济南)透明质酸产业大会上,中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟带来的主题分享“绿色生物制造改变未来”对此进行了解读。

    生物制造掀起“绿色”革命

    生物制造,是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式,有望在能源、化工和医药等领域改变世界工业制造格局。《“十四五”生物经济发展规划》明确将生物制造作为生物经济战略性新兴产业发展方向。

    从当前全球发展趋势来看,庞大的人口增长压力、环境压力、能源和食物短缺等问题亟待被解决。“要解决这些问题,我们需要依靠新的经济模式,即生物经济。”对此,谭天伟指出,“生物经济的重要部分就是依靠制造业,全球正在兴起一场源于生物技术和生物制造的工业革命。”

    预计未来十年,石油化工、煤化工产品的35%可被生物制造产品替代,成为可再生产品,对能源、材料、化工等领域产生广泛影响。谭天伟表示,“生物制造有望在本世纪末占有全球制造业1/3以上的产能,是继农业经济、工业经济、数字经济之后的第四次产业浪潮。”

    生物制造本身具有原料可再生、过程清洁高效等特征,可从根本上改变化工、医药、能源、轻工等传统制造业高度依赖化石原料和“高污染、高排放”不可持续的加工模式,进而减少工业经济对生态环境的影响,推动绿色增长和经济社会可持续发展。

    具体在低碳发展方面,生物制造可以利用天然可再生原料,实现化学过程无法合成、或者合成效率很低的石油化工产品的生物过程合成,促进二氧化碳的减排和转化利用,构建出工业经济发展的可再生原料路线。

    尤其要实现2030年碳达峰、2060年碳中和的“双碳”目标,在谭天伟看来,我国面临着不小的压力,如主要的化工行业原油,天然气,航空燃料,液体燃料等领域,都面临着巨大的碳排放压力,而生物制造将成为有效的解决手段之一。

    对此,谭天伟进行了例举,“每一吨航空燃料排出来的碳是3.2吨,而1/3用生物航空燃料替代就能减碳3000多万吨。”从生物基材料的角度来看,“我国85%的塑料有可能被生物基代替,一吨石油基的塑料排放二氧化碳3.1亿吨,生物基的排放只有0.6亿吨。”据统计,我国每年消耗塑料约在7000-8000万吨左右,假设有1/3石油基的塑料能被生物基的塑料替代,减少的碳排放也是相当可观的。

    此外,生物制造将在粮食安全、农业生产等领域发挥重要作用。谭天伟表示,粮食安全将依赖技术的创新,我国的大豆、玉米以及肉类还有很大的部分依赖于进口,同时也面临着粮食安全问题。“未来我们将摆脱受制于人的情况,用细胞培养人造肉、人造蛋白和人造油脂等,生产出安全可口的食物。”

    生物制造已成为大国竞争焦点

    世界经合组织(OECD)报告预测,2030年OECD国家将形成基于可再生资源的生物经济形态,生物制造的经济和环境效益将超过生物农业和生物医药,在生物经济中的贡献率达到39%。近年来,世界主要经济体的生物制造产业规模不断扩大,对经济增长的贡献持续加大。

    针对生物制造和生物经济发展,目前中国、美国等在内的国家都制定了相关政策和计划。据谭天伟介绍,生物制造的重要地位不次于“芯片”,美国前年开始起已经把生物技术列为禁止出口的关键技术,并在减碳、增强农业和粮食创新等方面制定了生物技术和生物制造的具体行动计划。

    我国国家和地方政府也不断出台生物制造、生物经济相关发展政策。可以说,大力发展生物制造产业,将助力我国加快构建绿色低碳循环经济体系,推动生物经济实现高质量发展。

    谭天伟强调,“生物制造已经成为中国与美国等国竞争的重要领域。”

    对于当前竞争态势,谭天伟表示,“在上游的催化剂设计包括基础数据库软件等方面,美国的优势比较明显,他们的短板是主要的企业已经外流,在供应链完整性上存在很大的问题。”

    而我国是世界第一制造大国,生物制造从源头上降低碳排放,是传统产业转型升级的“绿色动力”,但是同样面临发展难题。据谭天伟介绍,我国发酵行业拥有300亿产值、3000万吨的规模,但很多关键装备和材料依然是短板,高端反应器、培养基和分离纯化介质仍被国外公司所垄断。

    对此,谭天伟提出了未来我国生物技术重点的发展方向,“一是提高自主创新能力,包括细胞的设计、编程、方法等作为基本保障;二是提升产业的支撑能力,包括反应器、分离介质、高通量筛选等,另外关注重点创新产品。”

    如在先进燃烧、可再生材料、生命健康,以及二氧化碳的产品上进行重点创新,实现航空燃料制造的关键技术突破;用生物制造提升和改造化学工业;用生物制造重新设计全球的食品供应链;在碳减排方面,用生物制造把二氧化碳转化掉,将光合作用变成微生物的细胞工厂来实现……

    如今,我国现代生物制造产业迎来了加速拓展期,生物制造已经渗透到食品、生物医药、能源等方面。到2030年,25%的有机化学品、20%的化石原料可能都从生物基里面获取,生物制造在生产经济里面的贡献率将超过现在生物能源和生物医药的占比。

    针对中国生物制造的未来发展,谭天伟以三点作为总结:“提高我国自主创新能力,保障产业支撑能力,引领我国生物经济发展。”

    本文由余杭科协重新排版编辑