中心思想
合成生物学：绿色化工转型核心驱动力
合成生物学作为“第三次生物技术革命”，正将人类认知从“格物致知”提升至“建物致知”，通过基因技术与工程学概念设计改造生物体系，为医药健康、工业、农业、能源等行业提供创新解决方案。在化工领域，合成生物学尤其被视为推动行业绿色低碳转型、实现可持续发展的关键驱动力。其核心价值在于能够显著降低能耗、减少碳排放，并提供具备成本效益和性能优势的生物基替代材料。
生物基材料：市场增长与政策支持下的新机遇
在全球绿色高质量发展趋势和各国限塑禁令的推动下，生物基材料市场正迎来快速增长。全球合成生物学市场规模预计将从2023年的151亿美元增长至2026年的307亿美元。中国及全球多国政府的政策支持，为合成生物学及生物基材料的研发与产业化提供了强劲动力。生物基聚酰胺（如PA56）和生物基可降解塑料（如PHA、PBS）等产品，因其优异的性能和环保特性，有望成为替代传统石化材料的“标配”，引领化工行业迈向绿色未来。
主要内容
1. 第三次生物技术革命——合成生物学
1.1. 合成生物学定义及发展历程
合成生物学是一门融合了生物科学、化学、物理、信息技术和工程技术等多学科的新兴领域。它利用基因技术和工程学原理，设计、改造或合成新的生物体系，以揭示生命运行规律并实现生物体系的工程化应用。这一学科被誉为继“DNA双螺旋结构”发现和“基因组测序”之后的“第三次生物技术革命”，其核心在于通过构建高效的“细胞工厂”实现目标产物的制造，主要步骤包括底盘细胞筛选、生产细胞设计与构建、发酵生产以及分离纯化。近二十年来，合成生物学经历了创建、扩张、创新与应用转化，目前正处于生物技术与信息技术融合发展的快速迭代新阶段，尤其以“设计—构建—测试—学习”（DBTL）循环为核心，推动技术和产品不断升级。
1.2. 全球与中国政策支持及市场规模
全球范围内，合成生物学研究获得了广泛的政策支持。目前已有超过40个国家和500多个机构资助相关研究，美国、英国、欧盟、日本等主要经济体均出台了引导和扶持合成生物学发展的政策，例如美国提出“2030年替代25%有机化学品和20%石油燃料”的目标。在中国，自2015年以来，国家发展和改革委员会在《生物产业发展“十三五”规划》和《“十四五”生物经济发展规划》中明确了生物产业和合成生物学的重要性，并提出发展合成生物学技术以探索新型食品、降低环境资源压力。各地政府也积极响应，出台政策鼓励生物制造产业发展，如北京市、上海市和山西省均有相关规划。在政策支持和技术进步的共同推动下，全球合成生物学市场规模呈现快速增长态势。根据中商产业研究院数据，2023年全球市场规模约为151亿美元，预计到2026年有望达到307亿美元，显示出巨大的发展潜力。
2. 合成生物学打造化工绿色基因，选品是关键
2.1. 生物基材料：合成生物学化工领域代表
生物基材料是合成生物学在化工领域的重要应用代表，有望逐步替代石油基材料。这些材料以淀粉、木质纤维素、蔗糖和植物油等可再生生物质为原料，通过生物合成技术转化为生物基化学物质，进而生产生物基塑料和生物基纤维等终端产品。原料来源广泛且可再生，为传统化工新材料的创新提供了绿色途径。当前主要的生物基化学产品包括聚酰胺（PA）、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚羟基烷酸酯（PHA）等。
2.1.1. 生物基聚酰胺（PA）的创新与应用
聚酰胺（尼龙）因其质轻、耐疲劳、耐化学腐蚀、耐热耐磨及机械强度高等特点，广泛应用于服装、汽车、医疗器械等领域。传统PA66和PA6占据市场主导，但PA66的关键原材料己二腈长期受海外垄断。生物基聚酰胺材料通过生物技术将可再生生物质转化为生物基单体，再聚合生成，提供了绿色、环保和可持续的生产途径。其中，生物基PA56是一种新型生物基聚酰胺，其单体1,5-戊二胺来源于葡萄糖。PA56在热性能、力学性能及加工性能上与PA66相当，但在吸湿、染色及熔融流动性能方面更优异，有望在工程塑料、薄膜及纤维领域大规模应用。凯赛生物是目前全球唯一通过生物法大规模制造PA56中间体1,5-戊二胺的企业，其产业化进程具有显著优势。
2.1.2. 生物基可降解塑料（PHA、PLA、PBS）的市场潜力
随着全球各国限塑禁令的陆续出台，生物基可降解塑料迎来高速发展。根据欧洲生物塑料协会数据，2022年全球生物塑料产能达到181.3万吨，预计到2028年将快速增长至743.2万吨，年均复合增长率高达26.51%。其中，聚羟基脂肪酸酯（PHA）和聚乳酸（PLA）是目前最常见的可降解材料。PHA作为一种高分子生物材料，具有可降解、结构多样化、生物相容性等优点，在生产过程中能显著减少有害气体和废弃物，应用前景广阔。聚乳酸（PLA）在特定条件下可降解，但其降解条件较为苛刻，未来市场可能以国内为主。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）则是一种在包装和膜领域具有良好发展前景的生物降解材料，其生物降解性、熔体加工性、耐化学性、热稳定性和力学性能均优于其他脂肪族聚酯。虽然PBS的成本相对较高，但随着生物基丁二酸和1,4-丁二醇研究的深入和产业化，其市场推广潜力巨大。目前，全球已有帝斯曼、BioAmber、Succinity等多家企业建立了商业化生物基丁二酸生产线，国内的兰典生物和华恒生物也在积极布局。
2.2. 显著降低能耗且具备替代价值是选品关键
2.2.1. 合成生物学在化工领域的环境与社会效益
合成生物学在化工行业的应用将带来显著的环境及社会效益。在全球绿色高质量发展趋势下，以石化资源为原料的化工行业碳排放量位居前列，其绿色低碳转型尤为紧迫。通过低碳生物合成生产生物基产品替代石化产品，有望降低工业过程能耗15%～80%、原料消耗35%～75%、水污染33%～80%，并减少燃料相关的温室气体排放量75%～80%。世界自然基金会报告预测，到2030年低碳生物合成有望每年减少大约25亿吨的碳排放，对减缓全球气候变化、实现可持续发展具有重要意义。国际能源署也预测，到2030年全球低碳生物合成化学品可减排6.7亿吨CO2当量。合成生物学已成为我国石化行业实现“双碳”目标、推动低碳转型的重要路径。
2.2.2. 生物基化学品的替代价值与工艺降本
生物基化学品对传统化工材料的替代价值主要体现在原料替代和工艺降本两个方面。
在原料替代方面，以聚酰胺为例，PA66因原材料己二腈长期受制于海外供应，导致规模化生产受限。而我国自主开发的生物基PA56，由生物基戊二胺和石油基己二酸聚合而成，其化学结构与PA66类似，且具有高强耐磨、本体阻燃、吸湿快干、轻量柔软等独特优势，预计可替代PA66的部分应用场景。凯赛生物与招商局的合作协议，保障了生物基聚酰胺的大规模采购，预示着其放量可期。
在工艺降本方面，生物法制备氨基酸能够显著提高生物资源利用率并降低生产成本。通过对氨基酸合成关键酶和代谢网络进行定向改造，可增加原料转化率，提高氨基酸产量。例如，华恒生物通过构建以可再生葡萄糖为原料的厌氧发酵微生物细胞工厂，成功实现了L-丙氨酸的产业化，生产成本比传统技术降低50%以上，且发酵过程无二氧化碳排放，经济和环境效益显著。类似经验也成功复制到L-缬氨酸的生产中。阜丰集团与天津科技大学合作改良L-谷氨酸发酵新工艺，也达到了国际领先水平。这些案例充分证明了生物基化学品在降本增效方面的巨大潜力。
总结
本报告深入分析了合成生物学作为“第三次生物技术革命”对化工行业绿色转型的重要推动作用。在政策支持和技术进步的双重驱动下，全球合成生物学市场规模正快速扩张，生物基材料有望成为化工行业的“标配”。生物基聚酰胺（如PA56）和生物基可降解塑料（如PHA、PBS）等产品，凭借其优异的性能和显著的环境效益，正逐步替代传统石化材料。合成生物学不仅能大幅降低能耗和碳排放，还能通过原料替代和工艺降本为化工企业带来新的竞争优势。建议关注在生物基聚酰胺和氨基酸等领域具有领先技术和产业化能力的凯赛生物和华恒生物，以把握化工行业绿色发展带来的投资机遇。同时，需警惕研发进度、产业化及销售不及预期以及生物安全和菌种泄密等风险。
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