工业生物技术_工业可持续发展最有希望的技术――欧阳平凯院士访

1、工业生物技术 工业可持续发展最有希望的技术 欧阳平凯院士访谈 请您简单介绍一下目前工业生物技术发展现状与发展趋势。欧阳院士：工业生物技术是指在工业规模生产过程中运用微生物或酶为催化剂进行物质加工制造的技术，广泛应用于化工、制药、食品、饲料、轻纺、矿产、材料和能源等工业领域。工业生物技术是生物技术发展史上继医药生物技术、农业生物技术之后的第三次浪潮，对于解决人类社会目前面临的资源、能源与环境等诸多重要问题具有重要意义。当前，CO 2排放问题已成为全球关注的热点，并已从环境问题开始逐渐演化为政治问题，并有可能引发政治危机。因此，发展低碳经济已成为历史的必然选择。随着新一轮的经济衰退和气候问题愈演愈

2、烈，全世界纷纷把目标聚焦到生物技术，并公认它将有可能引发新一轮的技术革命，从而改变现有经济结构体系。工业生物技术作为生物技术的一个重要方面，具有绿色、可持续的特点，是发展低碳经济的关键技术，必将为未来人类低碳社会的构建发挥关键作用。美国国家委员会预测，到2020年，将有50%的有机化学品和材料产自生物质原料，而工业生物技术将起着核心作用。据OECD （经济合作与发展组织）最新报告估计，到2030年，生物技术对OECD 成员国的GDP 贡献将会达到2.7%，将有35%的化学品和其他工业产品可能涉及工业生物技术。同时，工业生物技术产品的销售额将会占整个生物技术产业的39%，超过农业和医药，位居第一

3、。 有人说工业可持续发展离不开工业生物技术，那么在解决目前人类所面临的资源、能源与环境问题方面，工业生物技术将会发挥哪些重要作用？欧阳院士：世界各主要经济强国都欧阳平凯，南京工业大学校长，江苏省科协主席，中国工程院院士，“973”项目首席科学家，我国生物化工工程研究和工程教育领域的先行者。工业生物技术是生物技术和工业工程技术的融合，目前主要应用于各种发酵产品的制造，近年来在生物材料和生物能源方面也得到了快速发展。由于其具有环境友好的特点，因而在能源紧缺、环境污染加剧的当今社会，更具有不可比拟的发展潜力。那么，工业生物技术发展现状如何？其研究与应用是如何推动工业可持续发展的？有哪些因素会制约工业

4、生物技术的发展，而我们又该如何解决这些问题？相信通过对欧阳院士的访谈，能使大家获得对工业生物技术更为深入和系统的了解。69把生物技术确定为21世纪经济与科技发展的关键技术，把工业生物技术作为保障能源安全、环境质量和经济发展的国家战略。美国、欧盟、日本等都制定了雄心勃勃的战略目标与重大行动计划，以加速发展清洁、高效和低碳的工业生物制造技术，促进形成与环境协调的战略产业体系。OECD 指出：“工业生物技术是工业可持续发展最有希望的技术”。工业生物技术过程一方面可以获得与化学制造相同甚至更好的产品，可以大幅减少原材料和能源消耗，减少废弃物的产生与排放，大幅降低操作成本；另一方面，通过工业生物技术，可

5、以实现原料路线的变更，实现从化石资源向可再生生物质资源的转变，从根本上改变对化石资源的依赖。目前，我国生物技术正在快速发展，并开始从医药和农业领域向化工、纺织、制革、采矿等领域转移，汽油、柴油、塑料、橡胶、合成纤维以及许多大宗的传统石油化工产品，正在不断地被来自可再生原料的工业生物技术产品所替代，高温高压高污染的化学工业过程，正不断向条件温和、清洁环保的生物加工过程转移。 据您了解，发展工业生物技术目前需要重点解决哪些课题？目前工业生物技术的研究和技术平台搭建情况如何？欧阳院士：工业生物技术经过一段时间的研究和技术积累，已取得了一些骄人的成果。但作为一个相对新的领域，工业生物技术的发展还很不成

6、熟，存在许多问题需要探究。尽管新酶及新微生物资源的发现数量急剧增加，但适合工业过程的不多。为了实现工业生物技术的广泛应用，必须通过深入的基础研究来奠定知识基础，通过应用研究来进行产品和过程革新。当前主要问题集中起来包括如下几个方面。新生物催化剂的发现：从特有和极端环境中寻找新生物催化剂，通过分子生物学技术构建和筛选全新生物催化剂，拓展生物催化和生物转化的工业应用领域。代谢工程与菌种改造：以基因图谱为基础，通过基因工程、蛋白质工程、代谢工程等手段，设计和改造适应高效工业制造过程的菌种。生物催化剂的功能优化：通过蛋白质工程、定向进化等手段进行生物催化剂适应工业环境的改造、修饰和优化。酶功能的分子本

7、质的揭示：基于化学生物学和大分子结晶技术，进行以结构为基础的酶的构效关系研究，挖掘未知蛋白的新功能。与纳米技术、材料科学的交叉：通过生物催化剂与无机材料的组合，构建用于工业生物技术过程的高效新型生物催化剂。工业生物技术反应体系设计：工业生物技术过程与传统化学过程进行集成整合，分析多相过程体系的流体力学和动力学，进行过程建模、模拟和优化。20世纪90年代以来，通过国家和地方的支持，我国相继建设了国家生化工程技术研究中心、酶工程国家工程实验室等几个国家级和工业生物技术教育部重点实验室等一批省部级工业生物技术研究平台，通过这些平台的设立，极大的推动了我国工业生物技术领域的基础和产业化研究和开发，并取

8、得了一批产业化成果。尽管如此，与发达国家相比，我国在工业生物技术领域的平台建设还远远不够，还需要国家大力支持。另一方面，我国的企业在这方面的投入还比较少，将来还需要大力推动。 在化工领域大规模采用微生物或酶为催化剂，大规模生产有机化学品，推动化工技术的革新，目前进展情况如何？欧阳院士：目前，全球许多公司正投入大量资金用于工业生物技术的研发，试图对化学品进行廉价生产，并开发一些新的化学品生产路线。日本的三菱化纤、协和发酵和味之素等公司已开发了许多新筛选的菌种和酶用于工业生物技术过程，使得工业生物技术成为一个独特的研究热点。欧洲的BASF 、DSM 、Lonza 、Degussa 和Roche 等

9、大型跨国公司已纷纷转向工业生物技术领域，并均已有产品投放市场。工业生物技术应用于大规模能源、材料、化学品生产已初见端倪。在能源领域，生物乙醇（燃料酒精）、生物柴油、生物甲烷等目前均已成规模。在生物基高分子材料领域，目前开发前景很好的生物材料为聚乳酸（PBS ）、PTT 纤维、聚丙烯酰胺、多糖、聚氨基酸等。在精细化学品领域，目前已见报道的工业化过程约有人物访谈 220多个，主要产品包括有机酸、氨基酸、食品添加剂、手性药物中间体等。 在构建中国生物经济模式过程中，如何借势发展中国生物质原料战略等新一代工业生物技术？欧阳院士：我国幅员辽阔，但人口数量庞大，人均资源和土地均很少，注定了中国不能像国外普

10、遍使用粮食、油料作为化石资源的替代原料。尽管如此，我国农林业产生的数量巨大的农林废弃物及居民生活消费粮食、食品产生了极其丰富的低劣生物质，正在严重污染我国的水体和环境。通过利用生物技术，实现我国丰富的低劣生物质的高效加工，既可解决我国的化石资源短缺问题（石油、天然气），又可解决能源问题，还可解决环境问题（水体富营养、CO 2排放）。通过利用我国特有的丰富低劣生物质资源为原料，构建高效生物甲烷体系，进而加工高质量航空煤油，每年约可节约5亿吨标煤，约减排18亿吨CO 2。同时，以秸秆为原料高效生物制造生物液体燃料（如生物丁醇），替代汽柴油作为汽车燃料，可能比现有技术（如电动汽车）更优（成本更低，投

11、资更少、排放更少）。此外，我国作为高分子材料加工和应用大国，用秸秆加工剩余物制造高性能工程塑料，大幅度替代现有石油化工材料，可大量节约石油资源，减少CO 2排放。通过立足中国国情，建立符合中国特色的工业生物技术体系，将是一次新的产业革命和科技革命。利用可再生生物质资源取代化石资源，不仅可以生产能源、材料与化工产品，缓解能源紧张与工业经济风险形势，并可从根本上减少CO 2的净排放，提高我国产业效率、增强工业竞争力，从而构建出一条通往生物经济时代可持续发展的现代化之路。 工业生物技术产业发展较快，目前产业化情况如何？如何应用工业生物技术发展传统产业，培育新型工业体系？欧阳院士：目前，发达国家工业生

12、物技术相关产业发展很快，并已在能源、材料、化学品、纺织、造纸等领域实现了许多工业化过程，产值也节节攀升，在美国，工业生物技术产品产值已超过医药生物技术。在我国，通过大力发展工业生物技术，可以构建新型产业结构和工业体系，实现资源、环境和社会的可持续和谐发展。一方面，大力发展工业生物技术可以建立生物能源、生物材料等新兴产业，实现能源、材料的原料替代，大幅度节约资源，减少排放。另一方面，大力发展工业生物技术可以革新我国的化工、造纸、纺织、冶金等传统产业，建立新型技术创新体系，提升产业竞争力，实现节能减排。此外，大力发展工业生物技术还可以有效提高我国传统大宗发酵产业的技术水平，提升我国传统生物技术产业

13、的国际竞争能力，扭转我国发酵产业高产量、低效益的不利局面。 目前我国工业生物技术领域立项情况如何？您对发展我国工业生物技术有哪些好的建议？欧阳院士：在“十五”期间，工业生物技术被写入了国家中长期科技发展规划。与此同时，我国在工业生物技术领域的立项增长很快，相继批准了“生物催化和生物转化中关键问题的基础研究”等多项国家“973”计划项目。国家“863”计划则增加了工业生物技术专题，国家支撑计划也在该领域立项支持了一批项目。尽管自“十五”以来我国在工业生物技术领域的经费增长较快，但相比农业和医药领域，还远远不够，建议国家应继续加大在工业生物技术领域的经费投资，如增设国家重大专项。另一方面，我国在工业生物技术领域的产业发展还比较弱，建议国家应加大力度