万亿级市场争夺战：生物制造技术如何赋能生物基材料弯道超车？
2025-04-29在21世纪的第三个十年，人类社会的可持续发展需求与资源环境矛盾日益尖锐。石油基材料的广泛使用带来了不可降解塑料污染、碳排放激增等问题，而生物制造技术的崛起为这一困局提供了破题之道。生物制造以微生物为“细胞工厂”，利用合成生物学、基因编辑等技术，将生物质资源转化为高性能高分子材料，不仅实现了从“黑金经济”向“绿金经济”的转型，更在材料性能、环境友好性、生产能耗等方面展现出革命性潜力。
全球范围内，政策与市场的双重推力加速了生物制造的产业化进程。欧盟《循环经济中的塑料战略》明确提出到2030年所有塑料包装可回收或可重复使用，而美国《国家生物技术与生物制造计划》投入20亿美元支持生物基材料研发。中国在“十四五”规划中将生物基材料列为战略性新兴产业，并通过“揭榜挂帅”机制推动相关材料国产化攻关。
替代传统石油基塑料的生物基材料是生物制造的主战场，成为行业风口而受到从业者的广泛关注。我们关注到，近年来，巴斯夫、科思创、英力士、万华化学、日本东丽、华峰化学、桐昆集团、沙特基础工业公司（SABIC）、LG化学……等多家化企巨头纷纷投入布局生物基材料，推进研发和生产，为降低产品的碳足迹不断付出努力。
一 生物基材料是什么？
生物基材料 (Bio-based Materials)是指利用生物质等可再生资源为原料或经由生物制造得到的材料，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、烷烃等基础生物基化学品和糖工程产品，也包括生物基聚合物及塑料、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。 生物基材料区别于生物可降解材料、生物材料等概念。
目前，常见的生物基材料是以谷物、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，然后单体进一步聚合形成的环境友好的化工产品和绿色能源等高分子材料，如包括沼气、燃料乙醇、生物柴油和生物塑料等。此外，生物基材料还可以经由生物制造、生物合成方法等设计或改造的生物系统产生和获得。生物基材料来源范围广、获得手段灵活、性能丰富、应用场景多样化，目前正处于从实验室研发迈向工业化生产及规模应用阶段，未来有望逐步替代部分化石基材料。
二 生物基材料如何鉴别?
分类 |
生物基含量检测与认证标签 |
特征 |
生物基产品含14C，石油基产品不含任何14C. |
标准 |
欧美标准: ASTM D6866、ISO 16620、EN 16640 |
国内标准: GB/T 29649 生物基材料中生物基含量测定 |
14C是在大气平流层和对流层之间的过渡地带由二次宇宙射线的慢中子轰击氮原子而生成，是一个不稳定的和弱放射性的12C同位素。 动植物等在进行生命活动过程中吸收大气中含量相对稳定的14C，最终自身含有的14C与外界达到平衡，因此原料来源为生物质的生物基材料可以检测到一定含量的14C。 但14C的弱放射性会随着时间流逝逐渐衰变，直至几乎接近于零。14C的半衰期是指放射性经衰变后，14C含量衰变为原始含量的一半所需的时间。这个半衰期约为5700年。因此有几百万年以上历史的石油、煤炭等化石材料都不含14C。14C法能有效区分生物基与石油基，是一种完善的测量原材料或产品中生物基碳含量的方法。如果是化石材料与生物基材料混合的产品，化石中不含有14C，而生物基材料中14C含量与大气中14C含量相当，通过比例关系就能够算出产品中有多少生物基成分，有多少石油基成分。
三 生物基材料的分类
根据不同的分类标准，可将生物基材料分为不同类别。
四 生物基材料的产业链？
五 生物基材料的市场规模
据统计数据显示，2014-2022年期间我国生物基材料产量保持逐年稳定增长的走势，2022年全国生物基材料产量达到226.6万吨，相较2014年生物基材料产量增长了141.8万吨。从产量增速情况来看，2015-2018年我国生物基材料产量呈增速减缓走势，随着国家产业支持力度加大，生物基材料企业生产技术水平提升，2019-2022年全国生物基材料产量增速加快，预计2024年突破300万吨。
图：2014—2024年我国生物基材料产量（万吨）
生物基材料由于其绿色生产、环境友好、资源节约等特点，已成为快速成长的新兴产业。据统计，近年来我国生物基材料市场规模迅猛扩张，由2014年的96.86亿元增长至2022年的231.2亿元，期间生物基材料市场规模增长量达到134.34亿元。从市场规模扩张速度来看，2015-2022年期间，我国生物基材料市场规模增速呈波动上升走势，由8.6%上升至16.04%。随着我国经济形势稳中向好发展，生物基材料下游应用领域中众多产业不断壮大，将继续拉动我国生物基材料市场规模增长，助推生物基材料行的高速发展。2024年全国生物基材料市场规模增长至310亿元。 图：2014—2024年我国生物基材料市场规模（亿元）
六 国内外竞争格局
当前我国的生物基材料尚处于初步发展阶段，是蓬勃发展的朝阳产业。生物基材料不仅能够缓解我国化石资源枯竭的压力，还能助力我国实现低碳目标，是国战略性新兴产业的重要内容。近年来在国家政策持续利好的环境下，进入我国生物基材料行业的企业数量逐渐增多。
从我国生物基材料国内市场来看，行业为充分市场竞争行业，具有完全的市场化程度。目前国内龙头以细分领域龙头为主，由此可见，我国生物基材料企业在国内市场上取得领先地位，并争取扩大出口，在国外市场上建立稳定的立足点。经过多年的市场竞争，行业主流产品品种都出现了龙头企业和主要品牌。
表：生物基材料细分领域龙头企业
七 生物基材料发展建议
（一）创新农业育种技术与编辑土地改良
农业育种是提高作物产量和抗逆性的关键领域，开发育种技术和工具，如基因编辑技术、遗传标记和高通量筛选方法等，加速作物品种改良的进程。开发新的土壤改良技术，如生物肥料、微生物制剂、土壤调理剂等，从而改善边际土地环境。
（二）开发生物基材料和化学品生产的新途径
寻找更有效、更可持续的生产方式，非粮生物质成为越来越重要的原料之一。包括纺织业、化妆品、天然提取物、制药和化学品等市场，如新型塑料、纳米纤维素、蛋白质纤维等新技术仍处于早期阶段。通过挖掘适用于生物技术制造的新材料，具有新的功能和性能，将开辟全新的市场，如生物质基微纳米功能材料规模化制备，可广泛应用于以纸代塑、纸张轻量化、水性漆与涂料、新能源电池、日化用品及生物医用等各大重要市场领域。
（三）开发向蛋白、淀粉转化的酶法新路径
非粮生物质制备微生物蛋白方面，经过生物安全菌种发酵，生产食品或饲料级别的微生物蛋白，为人类和动物供给蛋白质营养。开发新技术如酶法纤维素向淀粉转化，酶催化将糖苷键定向重排使纤维素转化为淀粉，该淀粉可被用于高端工业制造。
（四）IT+BT在工业领域带来的范式变革
以数据驱动的生物制造新范式，已在生物医药领域展现出强劲的推动力，未来在非粮生物质开发的工业领域将广泛推动底层开发，包括菌种的基因组尺度代谢网络模型，高品质数据和新型数据挖掘和分析算法等，将显著促进改造靶点预测和指导代谢工程改造等领域。
