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“双碳”战略下生物基材料迎来发展机遇，全产业链协同是关键
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导读：随着生物技术革命和产业变革加速推进，生物基材料在全球范围内迅速发展，世界各主要国家都积极推动和鼓励生物基材料替代不可再生的化石基材料，扩大生物基材料在生产生活中的应用。
生物基材料是指利用生物质原料或(和)经由生物制造得到的材料，由于其绿色、环境友好、资源节约等特点，正逐步成为引领当代世界科技创新和经济发展的又一个新的主导产业。近日，工业和信息化部、发展改革委、财政部、生态环境部、农业农村部、市场监管总局等六部门联合发布《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》，明确了突破非粮生物质高效利用关键技术，推进技术放大和应用示范，引导基于大宗农作物秸秆及剩余物等非粮生物质的生物基材料产业加快创新发展。立足量大面广非粮生物质，替代粮食发展生物基材料，做强生物化工产业，对实施“双碳”战略、保障粮食安全、推动工农业融合创新、促进乡村振兴具有重要意义。
一、双碳战略下生物基材料迎来发展机遇
随着生物技术革命和产业变革加速推进，生物基材料在全球范围内迅速发展，世界各主要国家都积极推动和鼓励生物基材料替代不可再生的化石基材料，扩大生物基材料在生产生活中的应用。全球生物基材料产能已达3500万吨/年以上，主要的技术创新是发展以高效菌种构建为核心的生物质转化、生物基材料单体制造关键技术，以及生物基材料聚合、性能改进与复合、绿色生物法加工技术等配套的产业技术。
我国的生物基材料产业发展迅猛，关键技术突破不断，产品种类速增，产品经济性增强，初步构建了以聚乳酸、聚酰胺率先产业化，多种生物基材料快速发展的格局。一是产业规模不断扩大，应用领域逐渐增加，行业总产值快速增长。二是技术进步不断加快，功能菌株、蛋白元件、工艺技术等技术创新取得重要突破，产品不断丰富，聚乳酸发酵调控、高效催化等技术国际先进。三是产业体系不断完善，已经涌现出一批重点企业和科研院所积极推进生物基材料开发利用，聚乳酸生产规模已经超过5万吨，在一些地区已初步形成产业聚集区。可见，在“双碳”战略下，生物基材料产业正迎来发展机遇。
二、全产业链协同是发展生物基材料的关键
生物基材料的生产过程，是从非粮生物质利用开始，到生物基材料制备和应用，即“原料-制备-制品-流通-用户-处置”的一个全过程，是非粮生物质的收集、处置、糖化、生物转化、聚合、改性、加工成型、规模化应用、标准与测试、监管、产业服务平台等全链条发展的一个过程。全产业链能否协同发展，决定了生物基材料的成本、性能和应用的可行性，也最终决定了生物基材料低碳减排的绿色属性和生态环境友好性。但目前我国生物基材料产业仍存在诸多薄弱环节，初始原料仍是以玉米为主、非粮生物质糖化尚未形成标准化工艺、支撑体系不健全、成本普遍高，市场竞争力不强；同时，产品标准、检测评价方法、标识溯源体系等缺失，检测能力难以满足行业快速增长需要。为此，要加大力度攻克关键技术，推进生物基材料全产业链协同发展。
一是要突破非粮生物质高效利用关键技术，通过先进生物技术提供高效核心菌种、系列酶和生物反应器，推进非粮生物质原料糖化工艺标准化生产、优化系列糖化技术、提高糖产率。
二是要加强生物炼制与催化合成关键技术与装备研发，优化生物发酵、生物合成、化学合成工艺及应用技术，提高非粮生物质糖高效生物转化为醇、酸等基础生物基化学品，加快聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、生物基聚酰胺等规模化合成与生产，提高生产效率，降低成本。
三是要拓展应用领域，加强生物基材料企业与塑料制品、纺织纤维、医药器械企业通过上下游合作，推动生物降解材料在餐饮、物流、零售和酒店等日常消费领域应用及其绿色升级，推动生物基材料在纺织、医用材料、生物降解地膜、精细化学品等方面的应用。
三、发展生物基材料的重点是非粮生物质标准化制糖与高效转化
糖化、高效生物转化和提纯浓缩尤为关键，决定了非粮生物质制备生物基材料的生产效率、综合能耗、生产成本和污染物排放，为此需要突破标准化制糖与高效转化的关键技术。
一是要着力突破非粮生物质糖化关键共性技术。着力突破非粮生物质标准化原料处置、分布式制糖的关键共性技术，建立不同农业废弃物机械化收集、打捆、分拣、破碎、干燥、包装、储存、入库(码堆)、运输等各环节标准化前处理作业规范，获得标准化生物质原料；从标准化生物质原料浸润、搓揉、木质素与纤维素半纤维素分离、纤维素半纤维素系列酶处理、糖化液精制以及木质素处理制黄腐酸有机肥等环节出发，利用化学、物理和生物等手段，开发适用于不同农业废弃物制作的标准化原料高效制糖的系列工业酶及糖化工艺；推进工艺过程和装备技术革新，开发低浓度产物高效提纯浓缩工艺，构建数字化生产系统、网络化分布生产设施，实现生产过程的智能化；提高生产过程中副产生物质固废制肥综合利用率，确保其生态安全性。
二是要夯实与做优基于生物质制备化学品工程化技术，建设发酵基因组学、工业系统生物学和工业合成生物学技术平台，建设超高通量筛选、快速测序、菌种计算设计、高通量基因组合成与编辑、大规模进化工程等前沿技术体系，建立基于基因组工程的新一代工业菌种库，重点开发生物质生物转化，优化酶反应器、分离纯化，实现酶高效生产，为生物基材料的高效微生物合成提供核心菌种与先进技术。非粮生物质原料或(和)经由生物合成、生物加工、生物炼制过程制备得到的醇、酸等基础生物基化学品，通过生物转化、催化合成生物基聚合物、增塑剂、橡胶、涂料、表面活性剂、生物基纤维、生物基橡胶等。
四、建立与完善标准标识体系是发展生物基材料的重要支撑
生物基材料的优势在于利用了生物质资源、节约了化石资源，从而减少了碳排放，所以制定有关生物基含量测试、碳足迹评价、产品质量控制相关的标准，建立溯源与监管体系，是推进生物基材料高质量发展的有力保障。目前，我国生物基材料相关的研发平台仍相对分散，产业链及应用所需的整体技术支撑尚未全面形成。为此，要加快整合现有平台、建立国家层面创新中心和测试评价中心，充分发挥全国生物基材料及降解制品标准化技术委员会等标准化工作机构作用，完善标准体系，构建生物基材料标识和可溯源体系，构建有效应用示范平台。
一是推动建立生物基材料及制品评价方法、产品标准、技术标准、标识标签体系，开展生物基材料工程技术验证、产品溯源服务或认证。鼓励行业协会、研究机构、企业参与相关生物基材料国际规则、标准制定，加强国际标准评估转化，推进生物基材料产业发展关键技术与规模化应用。重点围绕聚乳酸、聚酰胺、聚羟基脂肪酸酯等典型生物基材料，构建产品物理化学性能、不同工艺加工性能、不同条件下降解性能要求等标准，建立与完善生物基含量测定等标准，制定重点产品碳排放核算、核查及其全生命周期低碳产品评价标准。
二是构建生物基材料的标识和溯源体系。以生命周期评价方法开展生物基材料的碳足迹评价，明确其合理应用场景与降解环境行为、碳减排效果等，推动建立生物基材料评价标识体系、标签制度和数据库，探索“原料-制备-制品-流通-用户-处置”的全链条精细化管理模式。支持第三方机构利用商品条码、射频标签、物联网和区块链等技术，搭建公益性生物基材料溯源平台，开展生物基材料产品认证、标识和溯源服务。构建生物基材料的标识和溯源体系，可以引导产业升级发展，可推进高质量产品依据标准生产、销售和使用，为生物基材料产业高质量发展营造良好舆论氛围。
(北京工商大学化学与材料工程学院院长、教授 翁云宣)
原标题：《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》系列解读文章之二：“双碳”战略下生物基材料迎来发展机遇，全产业链协同是关键
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