中心思想
生物制造：替代与升级驱动万亿市场变革
本报告核心观点指出，生物制造作为一项以合成生物学和基因工程为基础的创新生物技术，正聚焦于“替代”传统化工和植物提取生产方式，并实现产业“升级”。通过利用廉价原料、以菌种、细胞、酶为“制造工厂”进行规模化发酵，生物制造有望打开万亿规模的市场空间。其核心优势在于降本增效、绿色低碳环保以及减少耕地使用。
技术与政策双轮驱动产业快速发展
在技术层面，国内高校及科研院所作为重要的研发平台，在模式底盘细胞开发及驯化方面取得长足进步，为企业提供技术赋能。在政策层面，全球及中国政府均出台了大力支持生物制造产业发展的政策，通过项目资助、资金支持等形式加速产业布局，共同推动我国生物制造产业进入快速发展阶段。生物制造的应用领域广泛，涵盖生物制药、生物化工、生物材料、食品、酶制剂和生物燃料等多个细分赛道，各领域均蕴含独特的破局机遇。
主要内容
1. 生物制造：替代传统生产方式，广阔空间蕴含多种机遇
1.1 行业逻辑与市场潜力
生物制造的核心逻辑在于替代传统生产工艺，创新是其实现突破的关键。根据《2023年生物制造产业白皮书》，中国对生物制造的定义是以工业生物技术为核心的先进生产方式，即以基因工程技术、合成生物学技术等前沿生物技术为基础，利用菌种、细胞、酶等生命体生理代谢机能或催化功能，通过工业发酵工艺规模化生产目标产物。这种方式旨在替代依赖传统化工和植物提取的产品生产，实现降本增效、绿色低碳环保并减少耕地使用。
市场空间方面，生物制造展现出巨大的替代潜力。根据OECD《面向2030生物经济施政纲领》战略报告，全球超过4万亿美元的产品通过化工方法生产，预计到2030年，至少有20%的石油化工产品（约8000亿美元）可被生物基化学品替代，目前替代率不足5%，存在约6000亿美元的提升空间。此外，2021年全球植物提取行业总规模达到300亿美元，预计中国市场2028年将达到800亿元，生物制造法替代植物提取有望进一步打开下游市场。与发达国家相比，中国生物制造核心产业增加值占工业增加值比重仅为2.4%，远低于美国的11%、欧盟的6.2%和日本的3.2%，表明中国生物制造产业存在广阔的发展空间，尤其在中高端配料及装备供给能力不足，部分关键原配料及装备对外依存度超过70%的背景下，先进生物制造产业的蓝海市场亟待开拓。
1.2 技术驱动与政策支持
技术驱动是生物制造发展的核心动力。国内高校及科研院所承担着重要的研发平台角色，为具备产业化基础的企业提供技术赋能。根据国家知识产权局数据，国内高校和研究所拥有合成生物菌株专利数量最多，占比高达71%（4022项），企业占比29%（1605项），前十位均为国内知名高校及研究所。这表明通过专利转化和科研合作，企业可快速弥补科研短板，聚焦生物制造产业化。工程菌作为生物制造产业化落地的基础，分为原核和真核工程菌，随着基因编辑、基因合成、基因测序技术迭代及AI赋能，多种菌种已发展成为模式底盘细胞，如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母等，广泛应用于大宗化学品、工业酶、有机酸、氨基酸、核苷酸、药用蛋白等生产。
政策加码为生物制造产业提供了强劲支持。自1998年生物制造概念首次提出以来，欧盟、美国、英国、日本等先后提出大力发展生物制造产业。中国在2024年《政府工作报告》中将生物制造列为新增长引擎之首，显示出国家层面的高度重视。各地政府也迅速响应，如上海发布《上海市加快合成生物创新策源打造高端生物制造产业集群行动方案（2023-2025年）》，规划到2030年建成具有全球影响力的高端生物制造产业集群；杭州、北京、无锡、广东等地也通过项目资助、资金支持等形式加速生物制造产业布局。目前，长三角地区是生物制造重点企业聚集最多的地区，北京、广东等省份在原始技术创新领域占有优势，华北、华中地区骨干企业数量较多，西部地区则在特色天然产物、食品配料的生物制造领域具备优势，形成了多层次、各有特色的产业布局。
2. 生物制造应用广泛，各细分领域逻辑有所差别
2.1 生物制药与生物化工的变革
生物制造在生物制药领域展现出万亿市场快速增长的潜力。根据《2023年中国生物制药行业报告》，2021年中国生物制药市场规模达到4871亿元，同比增长25.9%，预计到2026年将进一步扩大至9577亿元，年复合增长率为14.5%。生物制药的关键词是“创新”，高附加值产品如细胞与基因治疗、抗体药、疫苗等侧重于技术创新以生产“好产品”；而低附加值的小分子中间体、生物原料药等则通过生物制造技术升级实现降本增效。天然产物领域，生物制造可优化毛利（如抗生素、维生素、甾体激素），或通过成本优势打开新市场（如紫杉醇、虾青素、萜类化合物等）。2021年全球植物提取物市场中，药品领域需求量占比45%，生物制造替代植物提取法在天然产物赛道，尤其在生物医药领域，具有广阔前景。
在生物化工方面，生物制造正推动大宗化学品从传统化工工艺向生物制造演进，重塑细分行业格局。这些品种多为需求量大、成本敏感度高的低附加值平台型化合物，生物制造的成本及环保优势尤为明显。例如，有机酸领域的丁二酸、苹果酸发酵水平可达100 g/L以上，丁二酸生物制造法相比石化路线成本下降20%，二氧化碳减排90%；1,3-丙二醇生物法能耗降低40%，温室气体排放减少20%；1,4-丁二醇实现万吨级生产，温室气体排放减少56%。氨基酸领域，L-谷氨酸、L-赖氨酸、L-苏氨酸等大品种发酵水平分别可达220、240、120 g/L，小品种/高附加值氨基酸在几十g/L水平不等，通过系统代谢工程和合成生物学构建底盘细胞有望进一步提升生物制造水平，从而重塑行业竞争格局。
2.2 生物材料、食品、酶制剂及生物燃料的创新
生物材料市场规模加速增长，“可降解”和“成本”是关键因子。中国生物基材料市场规模从2014年的96.9亿元增长至2021年的199.2亿元，年复合增长率达10.9%。在低碳环保政策驱动下，生物基材料产业体系已初步形成。全球生物基材料总产能预计到2025年将达到287万吨/年，其中可降解材料将以8.0%的复合增速增长至180万吨/年，产能占比达到62.7%，成为更具市场前景的赛道。PHA等创新材料随着生物制造技术突破和成本下降，有望替代广阔的不可降解材料市场。
食品行业正被生物制造颠覆，替代蛋白有望迎来催化。预计到2050年，全球人口增长将导致食物供应不足，生物制造通过细胞工厂生产淀粉、蛋白、油脂及其他营养功能因子，将摆脱传统食品生产对资源和环境的依赖。BCG预测，2026年合成生物技术影响食品饮料的行业规模将达57亿美元，2021-2026年复合增长率超过50%。麦肯锡预计，2023-2030年间替代蛋白领域将迎来催化，2030-2040年间功能性营养组分、细胞培养肉等领域将蓬勃发展。
酶制剂领域，创新驱动国产酶制剂向高端领域迈进。2022年全球酶制剂市场规模达125亿美元，预计2028年将达181亿美元，年复合增长率为6.06%。市场主要由海外巨头诺维信（约40%）和杰能科（约25%）占据。生物制造在酶制剂领域的意义在于通过分子设计和改造，创造高性能工业酶、降低生产成本、提升产业竞争力。中国在饲用酶制剂方面逐步实现进口替代，但在工业酶制剂领域仍落后于国际领先企业，未来立足创新驱动，向高端酶制剂领域迈进是国内企业破局的关键。
生物燃料市场持续增长，千亿市场关注“原料”和“品种”进展。生物燃料以替代化石燃料为发展逻辑，成本敏感度高，生产原料至关重要。全球生物燃料市场规模从2021年的1547.6亿美元预计增长至2030年的2843.5亿美元，年复合增长率为7.0%。生物乙醇是目前应用最广泛的可再生能源，2019年全球燃料乙醇年产量约291亿吨，美国、巴西和中国是主要生产国。未来，原料端将从第一代淀粉和油脂原料转向第二代非粮生物质原料（如木质纤维素、二氧化碳等廉价碳源），产品端则从传统的燃料乙醇、生物柴油扩展至生物高级醇等新品种，以解决“与人争粮，与粮争地”的问题，并提升燃料性能。
2.3 建议关注标的与风险提示
报告建议关注川宁生物、富祥药业和金城医药。川宁生物拥有优质的合成生物技术平台和产业化协同能力，在抗生素中间体产业化基础上，多个天然产物品种有望进入放量阶段，其选品策略聚焦成熟产品、高附加值产品和创新产品，并已布局柔性生产基地。富祥药业在抗生素领域深耕，并积极布局合成生物学赛道，与高校及生物技术公司合作开发微生物蛋白，计划建设年产20万吨微生物蛋白及其资源综合利用项目，有望成为新的增长点。金城医药作为谷胱甘肽行业龙头，具备生物发酵产业基础，引入合成生物学技术，在谷胱甘肽、腺苷蛋氨酸等品种上受益，并已实现烟碱、虾青素、莱鲍迪苷M等基于合成生物学技术的产品落地。
同时，报告提示了生物制造行业面临的风险，包括技术迭代不及预期、原材料价格上涨的风险（目前仍依赖淀粉、蔗糖等粮食来源原料）以及行业监管政策变化的风险（涉及多个主管部门，可能出台限制性规定）。
总结
本报告深入分析了合成生物学背景下的生物制造行业，强调其作为替代传统生产方式、实现产业升级的关键力量，正开启一个万亿规模的市场。在技术创新（尤其是在模式底盘细胞开发和工程菌株专利方面）和全球及中国政府强力政策支持的双重驱动下，生物制造产业正迎来快速发展期。
报告详细阐述了生物制造在生物制药、生物化工、生物材料、食品、酶制剂和生物燃料等六大核心应用领域的广阔前景和独特发展逻辑。从生物制药的万亿市场增长和天然产物异源合成，到生物化工中大宗化学品制造路径的变革，再到生物材料中“可降解”和“成本”的关键考量，以及食品行业中替代蛋白对传统供给格局的颠覆，酶制剂领域向高端化的创新迈进，以及生物燃料对“原料”和“品种”的持续优化，各细分领域均展现出巨大的增长潜力和创新机遇。
报告还推荐了川宁生物、富祥药业和金城医药等具备合成生物学平台优势和产业化能力的标的，并提示了技术迭代、原材料价格波动和政策变化等潜在风险。总体而言，生物制造凭借其绿色、高效、创新的特点，正成为推动经济社会可持续发展的重要引擎。
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