焦点访谈:发展新质生产力 生物制造 制造万物

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  央视网消息(焦点访谈):您听说过生物制造吗?其实您在生活中可能已经接触过生物制造的产品了。乙肝疫苗、胰岛素、玻尿酸、胶原蛋白、燃料乙醇等等,都是利用生物制造技术生产出来的产品。生物制造被认为具有引领“第四次工业”的潜力,市场规模将达到万亿级别,是世界各国竞争的热点。我国也把生物制造列为重点发展的战略性新兴产业,是提升新质生产力的重要手段之一。

  一种在市场上颇受欢迎的鱼饲料蛋白,营养价值很高,粗蛋白含量达到80%以上,让人想不到的是,它竟然是用钢铁厂炼钢时产生的工业尾气生产出来的。

  生产这种饲料蛋白的首钢朗泽是首钢集团的子公司,它是全世界第一个实现以钢铁工业尾气制饲料蛋白和燃料乙醇的企业。10年前,这家企业为了处理首钢的工业尾气,将气体发酵技术引进国内。不过,这种技术仅在实验室中获得验证,距离工业化应用还有很长的路。首钢朗泽经过多年的技术攻关,最终打通了全系统工艺流程实现量产。

  河北首朗新能源科技有限公司副总经理杨艳:“首先工业尾气通过管道输送到气体预处理工段,经过简单的压缩和煤气净化,由管道输送到核心发酵工段,气体从发酵罐的底部进入到顶部,单程只有几十秒的时间。”

  接下来,工业尾气在名为乙醇梭菌的菌种作用下,最终变成蛋白质和乙醇。在整个生产过程中,干活的是乙醇梭菌,工作人员只需要监控即可。首钢朗泽所用的正是生物制造技术。所谓生物制造,指的是利用菌种、细胞、酶等生命体的生理代谢机能或催化功能,通过工业发酵工艺规模化生产人类所需的化学品和高分子材料的制造过程。它是一种以工业生物技术为核心的先进生产方式。

  北京化工大学校长、中国工程院院士谭天伟:“最大的核心点是什么呢?一个是用生物体进行生产,而生物体最大的特点就是反应过程,都是常温、常压;第二个特点是生物体转化的时候都可以用可再生原料。”

  生物制造是一种全新的生产技术,融合了生物学、化学、工程学等多种技术,具有清洁、高效、可再生等特点,有可能在能源、农业、化工和医药等领域改变世界工业格局。专家表示,生物制造将带来至少三方面的重大变革:重构传统化工的生产路线、替代传统天然产物的获取方式、颠覆传统农业种养殖模式。

  工业和信息化部赛迪研究院、副院长刘文强:“生物制造有别于传统的物理、化学制造模式,生物制造创新了物质生产方式,以生物体作为生产介质,对制造业变革会带来一系列巨大变化;另外,生物制造是以可再生生物质为原料,对于制造业实现双碳目标也非常关键。”

  我国有大量的工业尾气资源。据专家估算,钢铁冶金、石化炼油、水泥等行业年产工业尾气超过万亿立方米,如果利用其中的50%可年产饲料蛋白500万吨,减少二氧化碳排放1.2亿吨,节约粮食1.6亿吨,节省耕地4亿亩。

  我国不仅有大量工业尾气,还有不少农林废弃物,也非常适合用生物技术加以利用。生物乙醇俗称酒精,目前我国主要是以玉米、小麦等粮食作为原料通过发酵工艺来生产。仅在黑龙江每年用粮食生产的生物乙醇就达230万吨。不过,随着这个纤维素乙醇示范项目的落地,用粮食生产乙醇的局面将被打破。这是位于黑龙江绥化海伦市的全国首台套利用秸秆生产生物乙醇的工业化示范项目。

  国投先进生物质燃料(海伦)有限公司总工程师李春玲:“用秸秆生产二代乙醇的过程是这样的,秸秆包进厂之后先进行净化、除杂,然后像爆爆米花一样,把结构爆开,之后通过加入生物酶制剂水解成可发酵的糖,然后再用酵母把它变成酒精。”

  传统生产生物乙醇,主要是通过发酵玉米、小麦等富含淀粉的粮食得到糖,再用糖生产乙醇。这种技术的优点是难度小容易实现,缺点是消耗粮食,出现与人争粮、与粮争地的现象,影响国家粮食安全。而国投生物采用秸秆生产糖,再用糖生产乙醇。

  经过十多年的技术攻关,这家企业终于实现了量产。虽然目前这个示范项目的产能只有3万吨,消耗约15万吨秸秆,但是它的突破意义十分重大。据统计,2021年全国秸秆产生量为8.65亿吨。因此,如果这项技术全面推广,将是对传统技术的一次重大。

  李春玲:“通过技术研发和自主创新,最后实现了以非粮为主的原料结构转化。好处是可以利用资源丰富的农林废弃物,可持续、可再生、可循环,而且通过利用这些农林废弃物可以减少碳排放,改善环境污染。”

  我国是工农业大国,资源消耗得多,相应的排放量也大,因此有条件也有必要通过生物制造等先进技术手段来化解这一难题,变废为宝。它对于打造新质生产力,推动经济向绿色、可持续、高质量发展至关重要。

  生物技术作为提升新质生产力的手段之一,已被我国定为战略性新兴产业。为此,我国制定了多项政策措施。2022年,《“十四五”生物经济发展规划》的印发,标志着我国首部生物经济五年规划正式出台。《规划》明确提出,要培育壮大医疗健康、生物农业、生物能源与生物环保、生物信息四大支柱产业。

  党的以来,我国生物经济发展取得巨大成就,细分子行业门类逐步增多,核心产业规模迅速增长。长三角地区形成产业集群,华北、华中地区骨干企业数量众多。在国家的大力扶持下,一批新技术不断诞生,它们引领着未来生物制造的发展方向,重新定义未来的生产模式。在中科院天津工业生物技术研究所,2018年7月24日,一项全新的技术初步完成。

  和碘相遇会变蓝,这是淀粉的一个显著特征。不过科研人员所用的淀粉并不是来自于玉米、土豆等植物,而是来自于二氧化碳。

  这是一个令人兴奋的技术,2021年,中科院天津工业生物技术研究所宣布,在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的人工全合成,相关成果于当年9月在国际学术期刊《科学》上在线年度中国科学十大进展、2021年中国生命科学十大进展等。它实现了从无机物中创造有机物的突破。这项技术在淀粉的合成能效和速率上远超玉米等农作物,为淀粉的工业化生产打开了一扇窗,并为以二氧化碳为原料合成复杂分子提供了新思路。

  虽然这项技术已经在实验室条件下已被证明是成功的,但距离真正工业化还有一定距离,因此科学家们正在努力打通最后的技术壁垒,一旦成功市场规模将不可限量。

  中国科学院天津工业生物技术研究所研究员蔡韬:“一方面可以把很多废弃的、可能会对环境造成影响的二氧化碳变废为宝用起来;另一方面,可以在工业化的车间里合成淀粉,节约80%到90%的土地和淡水。”

  事实证明,生物制造可从根本上改变传统制造业的生产模式。利用生物+医药、生物+化工、生物+能源、生物+轻工等全新生产方式,诞生出了一大批全新产品,如重组蛋白药物、生物航空煤油、生物降解塑料等等,生物制造被认为具有引领“第四次工业”的潜力,未来前景十分广阔。据预测,全球生物制造产值接近30万亿美元。

  未来,随着生物技术进一步取得突破进展,生物制造还有望向采矿、冶金、电子信息、环保等领域拓展,发展前景十分广阔,成为经济增长的重要引擎。

  刘文强:“下一步,国家将从政策、企业和产业层面加强一系列部署来推动生物制造产业的发展。在政策方面,国家有关部门正在研究制定国家层面的生物制造顶层规划文件,在产业方面,国家有关部门将加大中央财政资金投入,分领域、分区域布局一批生物制造公司平台;在企业方面,国家有关部门将支持企业加强核心工业菌种、关键酶制剂创新研发,提升自主创新能力,推动创新成果不断涌现。”

  生物制造作为提升经济竞争力的着力点,也是我国继绿色制造、智能制造后,推进制造强国建设的又一个重要抓手。作为一种新质生产力,生物制造产业商机无限,而当前我国这一产业发展的序幕才刚刚拉开。目前我国生物制造核心产业增加值占工业增加值比重只有2.4%,提升空间非常大。我国具备良好的生物制造基础,再加上一系列政策的助推,我国生物制造产业在这条新赛道上的竞争力也将越来越强。


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