强化渗透非粮生物质能力拓展应用领域行动方案 一、 强化渗透非粮生物质能力拓展应用领域 完善材料体系，坚持需求牵引与技术推动相结合，引导企业基于非粮生物质，优化生物发酵、生物合成、化学合成工艺及应用技术，利用非粮生物质碳替代化石碳生产绿色低碳、无毒低毒、可持续发展的生物基材料，打造基于非粮生物质的生物基材料体系，形成对现有化石基材料的有效补充。 二、 生物基材料发展趋势 （一）生物基材料替代化石原料需求将持续增加 近年来传统石化、化工生产活动对化石资源持续消耗，人类活动对于化石资源依赖问题与日俱增，同时全球气候变暖、环境污染加剧日益成为社会高度关注问题。由于传统的经济发展主要依靠的是化石原料，但随着时代发展，不可再生化石资源储量逐渐减少，传统的经济发展模式已经不适应新时代发展要求。未来包括中国在内的主要经济体将以生态化、绿色化以及资源可回收为发展原则，实现绿色低碳、可持续发展目标。基于如今低碳经济的大环境下，与化石原料相比，生物基材料主要来源于谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质，能够大幅减少二氧化碳排放和环境污染，同时有效缓解化石资源枯竭压力。在其绿色低碳、环境友好、资源节约等优势特点下，生物基材料将逐渐成为我国经济发展和科技创新的又一新兴主导产业。在国家政策利好和资金支持力度加大的驱动下，我国生物基材料生产工艺水平不断提升、产品种类更加丰富，产业化关键技术不断取得创新突破，如今生物基材料已经广泛应用于生物医用材料、包装材料、服装、家居、工业、一次性用品等行业。未来我国生物基材料产业迎来迅猛发展，生物基材料将在更多领域实现应用覆盖，我国生物基材料对化石原料的替代率将持续提升。 （二）非粮生物基材料成为行业重点发展方向 发展非粮生物基材料，在满足人民群众物质和能源需求的同时，既能减少对石油、煤炭等化石能源开采和消耗，还能降低二氧化碳排放，同时避免与人争粮、与粮争地的困局，是石化工业实现绿色转型的有效路径。《方案》要求到2025年，非粮生物基材料产业基本形成自主创新能力强、产品体系不断丰富、绿色循环低碳的创新发展生态，非粮生物质原料利用和应用技术基本成熟，部分非粮生物基产品竞争力与化石基产品相当，高质量、可持续的供给和消费体系初步建立。国家的政策引导、财政金融支持、完善行业机制等多重举措将助力我国非粮生物基材料产业加快创新发展，非粮生物基材料成为我国生物基材料行业的重点发展方向。 三、 生物基材料产业特征 （一）绿色环保性 传统基础能源对生态环境的破坏已经严重影响到社会的可持续发展，随着国际范围内对生态环保的重视，人们对生物基新材料的研究逐渐深入。生物基新材料具有绿色、环境友好、资源节约等特点，是全球未来发展的一大重点。 （二）技术前沿性 中国制造2025中，生物基新材料和纳米材料等被一同纳入新材料前沿研究领域。 （三）市场成长性 随着社会对环保事业的愈加重视，对白色垃圾的防治措施更加严格，生物基新材料的市场前景非常好。目前全球生物基化学品和高分子材料年产量在5000万吨左右，近年来，中国生物基新材料行业正以每年20%以上的速度增长，产品种类和市场不断扩大，逐步走向工业规模化和产业化阶段。 四、 生物基材料发展现状 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2021年的199．23亿元，期间生物基材料市场规模增长量达到102．37亿元。从市场规模扩张速度来看，2015-2021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16．1%。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。 目前全球生物基材料行业仍处于发展初期，根据全球生物基研究机构NOVA数据统计，2018年全球生物基产品的总产量约为750万吨，仅占石油基产品的2%。随着全球碳中和政策稳步推进，OECD预测到2030年全球生物基化工产品占比有望达到35%，生物基材料行业将迎来重大发展机遇，未来市场增长空间广阔。在合成生物学技术的推动下，近年来我国生物基材料行业也保持迅猛发展的态势，已在部分产品上突破专利封锁，并在长链二元酸生物法生产技术上达到世界领先水平。根据中科院宁波材料技术与工程研究所预测，我国生物基材料行业的年均增长速度保持在20%左右，年均总产量突破600万吨，未来行业发展前景广阔。 五、 生物基材料所面临的问题 （一）未能和石油基材料直接竞争 现阶段PLA和PHA等环境友好材料属于新兴的材料产业，在价格方面，聚丙稀的价格低于1美元／公斤，而一些最便宜的生物可降解塑料的价格也需要3~6美元／公斤，因而还不能与大量生产的以石油工业为基础的塑料材料进行直接的竞争。高成本由多种因素造成的。首先在生产环节上，大规模工业化技术还不成熟、生产成本还需大幅降低，加工技术水平还不能使产品性能满足需要和加工成本仍居高不下。决定微生物合成PHA费用居高不下的主要因素之一是底物，即用于生产PHA的原料。 事实上，单独生产PHA，底物的成本占到总成本的28%~50％。在这方面，我国科学家们选择奶制品工业的乳清、糖蜜、废水、活性污泥、造纸工业的纤维素水解物、植物油和动物脂肪的废脂以及生物柴油副产物等工农业废弃物为原料用于PHA的微生物发酵合成。虽然取得了一定的研究成果，PHA研究的整体水平已不再在发达国家之下，但仍然需要加大基础研究科研投入和资助力度，在选择便宜可再生的原料用于PHA合成、提高原料转化率以及发现新型PHA等方面进行创新。 此外，从PHA到最终制品还需要很复杂的加工工艺，首先，在PHA原料基础上，添加增塑剂、干性剂或其他混料，成为粒料（compound）；再将粒料转变成膜、片、板、纤维等材料；最终将材料加工成终端制品。这类后续研究70%集中在粒料阶段，也会延续到终端制品阶段。在国外，产业分工明确，专门从事后续应用研究的企业会跟进，在中国却缺少专门从事基础原料应用研究的公司。虽然越来越多的企业意识到了生物基材料的重要性，但由于研发力量和资源的限制，它们大都是重复文献或专利中报道过的工作，很难产生创新性的成果。因此，应着重关注产学研的结合。我国是世界最大的发酵大国，有大量的发酵能力，不需要重新建设新的发酵设备，就能形成规模生产。直接应用原有生产线生产，必须提供参数、加工工艺以及生产设备的调整办法。这些问题的解决，有赖于科研机构、产业界等的通力合作，相互配合。 为了扶植这个新兴工业的发展，可以通过整合国内研发和产业化力量，加快一至两种有自主知识产权的新材料的产业化。唯有实现可再生资源的利用，我国经济的发展才能实现可持续性。在石油供应成为问题之前，我国必须建立用可持续发展的方式获得材料的技术储备。 （二）还未成为真正的产业 生物法合成新型生物基材料已经成为一个新材料生产、开发和应用的方向，该领域的研究充分体现了多领域、跨行业的现代科技产业特点，生物基材料将在人类的环境保护、医药保健等方面发挥重要作用。技术本身不能适应市场，工程化薄弱，技术要素与管理要素脱节，资金投入不足。当然这也与科研成果尚未给企业带来较好的经济效益，损害企业的投资积极性密不可分。要解决这个问题，改变我国生物材料依赖进口的状况，需要科研部门和产业机构更好的相互信任与合作。 随着有关部门和研究机构对PHA的研究和开发工作重视程度的提高，我国将产生越来越多的生产和应用知识产权。由于PHA材料的结构和功能的多样性，PHA将能适应各种不同的应用要求，特别是PHA的生产符合可持续发展的要求，有可能成为一个大的支柱产业。我国高达40%的石油依赖程度，以及接近2000万吨的塑料制品消耗量造成的白色污染都在呼唤着生物基材料的迅速发展。可以预见，未来几年以可再生资源为基础的生物基材料将迎来发展的大好时机。 六、 提高生物基材料的方法 （一）从科研开发走向产业化应用 以可再生生物质为原料生产生物基材料，其本质是把空气中二氧化碳间接地通过植物光合作用和生物技术，贡献人们衣食住行用的材料和能源。发展非粮生物基材料，在满足人民群众物质和能源需求的同时，既能减少对石油、煤炭等化石能源的开采和消耗，还能降低二氧化碳排放，同时避免与人争粮、与粮争地的困局，是石化工业实现绿色转型和碳中和的有效路径。 随着全球生物技术革命和产业变革加速推进，以生物催化为核心的生物化工技术生产生物基材料和化学品，因生产条件温和、过程能耗较低、能部分减少碳排放，也越来越受到世界各国的高度重视。 （二）坚持创新发展，强化关键技术供给 目前，我国生物化工的原料90%来自玉米等粮食作物，与民争粮、与畜争饲问题突出。若不转向非粮生物质，发展大宗生物基化学品，原料势必受限。目前，全国秸秆年产生量8．65亿吨，原料化利用率仅约1%，未能充分实现农林废弃物糖化后的高值化利用。为此，《行动方案》聚焦非粮生物质原料，坚持创新驱动，强调技术创新、模式创新，提出了突破关键技术、推进技术放大和应用示范的两项任务。一是围绕生物基材料的全产业链，开展非粮生物质菌种选育、糖化、发酵、分离、在线监测等一批关键技术攻关。二是面向包装领域的可降解材料需求，推进乳酸、丁二酸、羟基脂肪酸等产品的产业化，面向生物医用材料的要求，推进聚乳酸、聚酰胺、聚氨酯、生物基弹性体等的产业化。 中国石油和化学工业联合会将贯彻实施创新驱动发展战略，围绕产业链部署创新链，大力推进生物基材料领域的科技创新。一是突破一批关键共性技术和装备。围绕生物基材料的全产业链，开展一批关键技术攻关，强化技术支撑。二是认定一批行业创新平台。在行业内选择有条件的企业及科研院所建设产业技术创新中心、重点实验室、工程实验室或工程技术中心，不断提升行业创新能力。三是做好生物基材料关键技术的成果鉴定与评价。对于具有创新性的生物基材料生产技术，针对所处的研发与产业化阶段，做好成果鉴定和评价服务工作。四是做好技术转移工作，对拥有技术且有意开展技术转移的企业，积极为其寻找技术合作单位，推广生物基材料生产技术，逐步将生物基材料产业做大做强。 （三）践行绿色发展理念，助力碳达峰碳中和 生物基材料具有绿色环保、原料可再生等特性，相较于传统化工材料，生物基材料可有效减少生产过程中的碳排放。当生物基材料废弃时，大部分可通过燃烧或堆肥等方法，转变为水和二氧化碳等无毒小分子，重新进入自然循环中，维护整个生态平衡，无须担心增加碳排放。 《行动方案》聚焦生物基材料全产业链的环境友好性，开展原料的绿色、低碳采集和碳排放核算的探索。一是构建区域半径合理的分布式非粮生物质预处理及标准化原料生产点，推进非粮生物质糖化剩余物高值高效利用生产有机肥，推进原料的高效采集与高质化利用示范。二是完善适合我国产业特点的生物基材料产品质量、能源消耗限额、碳排放核算等标准体系，推动建立生物基材料及制品评价方法、产品标准、技术标准、标识标签等体系。 中国石油和化学工业联合会将扎实推进碳达峰碳中和行动，发挥生物基材料在碳交易中的积极作用，助力石化化工行业碳达峰碳中和。一是利用生物化工与生物质能源专委会平台，在工业和信息化部等相关部委的指导下，探索建立生物基材料的行业统计制度，为碳减排工作夯实统计基础。二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，建立健全生物基材料标准体系。三是探索建立生物基材料的碳标识标签体系，协助相关部委开展试点。 （四）促进融合发展，拓展下游应用示范 生物基材料具有部分产品可降解、可回收利用等特性，能广泛应用于下游塑料制品等领域。但目前规模化的产品种类较少，上下游融合发展不足，导致生物基材料下游应用推广难度较大，对化石基产品的市场替代仍有待提升。为此，《行动方案》提出大力促进产业、技术、市场融合。一是积极推进原料预处理技术、发酵技术、生物合成、化学合成工艺及应用技术等集成创新，提高非粮生物基原料转化效率，提升生物基材料产品品质，增强生物基材料的市场竞争力。