4 月 3 日，据中国科学报记者从深圳华大生命科学研究院（简称「华大研究院」）了解到，由我国主导制定的国际标准《生物技术 核酸合成第 2 部分：合成基因片段、基因和基因组的生产和质量控制要求》近日由国际标准化组织正式发布，这是合成生物学（技术）领域首个国际标准。该标准规定了合成双链 DNA 的生产和质量控制要求，描述了合成基因片段、合成基因和合成基因组的质量管理、资源管理、生物安全、生产质量控制、产品质量和交付产品规格的要求，适用于长度小于 10 Mbp（碱基对）的线性非克隆片段和质粒中环状克隆基因形式的合成基因片段、基因和基因组。
该国际标准由中国计量科学研究院、深圳华大生命科学研究院等单位共同完成，经过多轮申辩、汇报、讨论、调研和修改，历时近五年时间，最终形成国际专家一致认可的国际标准（IS），为我国主导生物技术国际标准作出了贡献。
近年来，合成生物学势如破竹，作为一个国际公认的颠覆性前沿技术和生物制造产业的核心技术，合成生物学对化工行业的发展也产生了一定的影响。
生物基材料可以说是合成生物学化工领域代表，有望逐步替代石油基材料。生物基材料的原料端植物油、淀粉、木质素和蔗糖来源广泛，理论上绝大多数的化工材料都可以借助合成生物技术从生物原料中得到。同时，传统化工新材料的创新相对缓慢，合成生物技术有望带来创新机会。生物基材料是以淀粉、木质纤维素、蔗糖和植物油等为原料，通过生物合成等方式形成脂肪酸等有机酸、生物醇、烯烃和烷烃等生物基化学物质，再经过进一步得到生物基塑料和生物基纤维等终端产品。目前，生物基化学产品主要有聚酰胺（PA）、聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚羟基烷酸酯（PHA）等。
生物基化学品对于传统化工材料的替代价值体现在原料替代、工艺降本。以聚酰胺为例，聚酰胺俗称尼龙，具有质轻、耐疲劳、耐化学腐蚀、耐热耐磨以及机械强度高等特点，被广泛应用于服装、汽车、医疗器械、建筑和电气等领域。工业化应用最广的聚酰胺品种是 PA66 和 PA6，二者占比约 98%，是杜邦的成名产品。传统聚酰胺生产工艺通过二酸/二胺单体缩聚和氨基酸缩聚/内酰胺单体开环聚合。PA66 由己二酸与己二胺通过缩聚反应形成；PA6 由己内酰胺通过聚合反应形成。多年来，我国生产 PA66 的关键原材料己二腈生产技术有海外垄断，其中，英威达、巴斯夫等前五位企业产能占比达到全球的 80%，2022 年我国己二腈生产技术实现突破，国内 PA66 产能有望增长。生物基聚酰胺材料是将粮食或非粮食环保生物质通过生物技术转化为生物基单体，再通过聚合反应生成生物基聚酰胺，其原料丰富，为绿色、环保和可持续开发聚酰胺产品提供了途径。目前，PA1012、PA10T、PA610 及 PA410 均已实现商品化，PA66 以葡萄糖为原料，生物及己二酸与石油基己二胺熔融缩聚制得部分生物基 PA66，但目前生物法制取己二酸单体还未实现工业化。生物基 PA56 是一种新型生物基聚酰胺，其单体生物基 1,5-戊二胺来源于葡萄糖。生物基 PA56 的热性能、力学性能及加工性能与 PA66 相当，可以和 PA66 一样通过注塑、吹塑、熔融纺丝等方式加工成形。另外，生物基 PA56 较 PA66 有更加优异的吸湿、染色及熔融流动性能，在工程塑料、薄膜及纤维领域有望大规模应用。
凯赛生物是目前唯一通过生物法大规模制造 PA56 中间体 1,5-戊二胺的企业。海外日本东丽，三菱化学，韩国希杰公司和德国巴斯夫都有 PA56 的研发与尝试，但其生物基 1,5-戊二胺的规模化生产均未取得突破。国内与 2010 年左右启动 PA56 的相关研究，目前凯赛生物以可再生植物为原料，通过特定的生物转化工艺生产高纯度的生物基 1,5-戊二胺，于 2014 年实现产业化，是目前唯一通过生物法大规模制造 1,5-戊二胺的企业。工艺降本方面以氨基酸为例，生物法制氨基酸可以提高生物资源利用率，显著降低成本。对氨基酸合成关键酶、代谢网络等进行定向改造，可增加原料转化率，提高氨基酸产量。早在 2011 年，韩国希杰集团就在马来西亚建设世界首个生物蛋氨酸工厂，其生产的蛋氨酸比化学法合成的生物利用率提高了 20%～40%。国内华恒生物通过构建以可再生葡萄糖为原料厌氧发酵生产 L-丙氨酸的微生物细胞工厂，并在世界范围内首次成功实现了产业化，生产成本比传统技术降低 50% 以上，有效减少了能源消耗，发酵过程无二氧化碳排放，经济和环境效益显著。阜丰集团联合天津科技大学，改良 L-谷氨酸发酵新工艺。在 780 kL 发酵罐中，发酵 34 h 产量达到 230 g/L，平均糖酸转化率 73%，达到了国际领先水平。
目前来看，全球绿色高质量发展已经成为不可逆转的趋势，合成生物应用于化工品将带来显著的环境及社会效益。不同行业中，以石化资源为原料的化工行业碳排放量位居前列，因此石化产业的绿色低碳转型比其他行业更为紧迫。
世界经合组织预测，到 2030 年将有 35% 的化学品和其他工业产品可能通过低碳生物来合成。用低碳生物合成生产的生物基产品替代石化产品, 可以降低工业过程能耗 15%～80%、原料消耗 35%～75%、水污染 33%～80%, 生产成本 9%～90%, 可以减少燃料相关的温室气体排放量 75%～80%。国际能源署于 2020 年发布报告, 基于生命周期评估预测全球低碳生物合成的化学品在 2030 年可减排 6.7 亿吨 CO2 当量。
国内方面，工信部等六部门印发《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》，有望推动生物基材料产业加快创新发展。2023 年 1 月 9 日，工信部等六部门印发《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》。《方案》提出到 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。
在行业生态培育方面，《方案》提出将形成 5 家左右具有核心竞争力、特色鲜明、发展优势突出的骨干企业，建成 3～5 个生物基材料产业集群，产业发展生态不断优化。具体产品方面，方案要求在未来三年建立 10 万吨级乳酸生产线，万吨级的非粮糖化生产线、戊二胺生产线、PHA 生产线，鼓励发展的生物基产品包括 PLA、PHA、PEF，以及生物基 PA、PU、PE、PP、PC，还有生物基 BDO、PBS、PBAT（PBST）、PTMEG 等。
据东海证券预测，我国生物基材料产业发展迅速，但目前主要基于粮食原料，故面临「与民争粮」、「与畜争饲」等矛盾。非粮生物基材料要以大宗农作物如秸秆及剩余物等非粮生物质为原料来生产，在原料预处理、糖化和发酵转化效率、综合成本控制等方面难度更大。但在上述《加快非粮生物基材料创新发展三年行动方案》的提出下，有望在技术端推进行业技术协同攻关，方案中提及的多种重点产品，可以预见在国家政策的支持鼓励下有望迎来 3 年的黄金发展期。
参考来源：中国科学报、东海证券研究所、华创证券
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